Введение к работе
Актуальность темы. Современный этап почвообразования в городе Москве характеризуется повсеместной массовой рекультивацией с созданием почвоподобных техногенных образований (ПТО) (Замотаев, 2009). Рекультивации подвергаются, как только что вскрытые природные и перераспределенные техногенные грунты, так и специфические почвы городских экосистем - урбаноземы (Закон г. Москвы «О защите зеленых насаждений» от 05.05.99 N 17 (ред. от 19.12.2001), Постановление Правительства Москвы от 10 сентября 2002 г. N 743-ШТ, Постановление Правительства Москвы от 27 июля 2004 г. № 514-ПП). При этом многие авторы отмечают, что в ПТО протекают процессы, приводящие к формированию почв (Раппопорт, 2004; Белобров, Замотаев, 2007; Варава, 2010; Прокофьева, Попутников, 2010; Sere at al., 2010). Благодаря рекреационному использованию и строительству на территории города также встречаются «голые» техногенные грунты. И формирование ПТО, и отложение техногенных грунтов можно рассматривать как ноль-момент для специфического городского почвообразования.
В настоящее время процессы, происходящие в городских ПТО, мало изучены. Пути дальнейшего развития ПТО не ясны, тогда как они составляют большую часть от почвенного покрова города Москвы. На современном этапе сложно составить прогноз дальнейшего развития городских ПТО и слаборазвитых почв на техногенных отложениях. Рекультивация проводится повсеместно, но ее необходимость не вполне доказана. Не учитываются свойства субстратов, подстилающих рекультивациопные образования. Влияние их свойств на верхние рекультивированные горизонты не выявлено. Для обеспечения благополучного функционирования ПТО необходимо выявление особенностей их трансформации под влиянием городской среды.
Цель работы: Охарактеризовать ПТО, как исходный материал для начального этапа почвообразования и проследить пути их дальнейшего саморазвития и трансформации в условиях урбоэкосистемы.
В работе поставлены следующие задачи:
-
Рассмотреть пути формирования (способы конструирования и характеристику субстратов) ПТО в урбоэкосистеме.
-
Охарактеризовать физические, химические, биологические свойства и почвообразовательные процессы, происходящие в ПТО на разных этапах трансформации и саморазвития.
-
Выделить основные тренды изменения свойств почвоподобных образований и стадии их преобразования.
-
Из выявленного ряда разнообразия выделить объекты с наиболее благоприятными свойствами фундаментов (основ) для почвоподобных образований (на глубину 1 метр).
5. Дать рекомендации по увеличению эффективности рекультивации в условиях
города. Научная новизна работы. Впервые ПТО описаны как исходный материал в ноль-момент городского почвообразования, изучен процесс их постепенной трансформации под воздействием городской среды (без катастрофического вмешательства человека) в специфические городские почвы.
В результате исследований выявлены стадии трансформации ПТО, а также слаборазвитых почв на техногенных отложениях.
Впервые выявлена зависимость свойств почвоподобных образований от характеристики подстилающей основы на глубину 1 м на разных стадиях трансформации, в зависимости от ландшафтной приуроченности, в разных функциональных зонах города (селитебных, общественно-деловых и рекреационных).
В работе дана оценка степени биологической активности и скорости трансформации рекультивационных субстратов. Впервые получены данные о составе органического вещества ПТО и спектральной отражательной способности городских почв и ПТО на разных стадиях трансформации, дана оценка воздействия аэральных выпадений на ПТО.
Практическая значимость. Настоящая работа дает возможность оценить степень благополучия функционирования техногенных почвоподобных образований г. Москвы, а также попять время эффективного существования рекультивационных тел, выявить влияние качества основ под рекультивацию на ПТО, что позволяет разработать теоретическую базу для создания практических рекомендаций по повышению эффективности рекультивационных работ в городе. Определить оптимальную систему мер и условий для улучшения функционирования ПТО и оптимизации землепользования на рекультивированных территориях.
Методология исследопаиип. Основной метод изучения трансформации почвоподобных тел - сравнительно-географический, однако за время исследования (2005 - 2010 гг.) некоторые объекты были изучены еще и с позиции разновременных наблюдений. Корректность сравнения рекультивационных объектов обеспечивает тот факт, что правила рекультивации за последние 30-40 лет практически не изменились (СНиП III-10-75). Использован подход М.Н.Строгановой, рассматривающий городские почвы, как результат почвообразования в специфической городской среде (1997, 1998). Для классификации антропогенных и антропогенно-преобразованных объектов использовалась классификация, предложенная коллективом авторов (Прокофьева и др., 2011); для классификации естественных почв использовалась «Классификация и диагностика почв России» (2004 - 2008). Термин почвоподобные техногенные образования (ПТО) взят из работ И.В.Замотаева (2009).
Защищаемые положения:
1) Почвоподобные техногенные образования г. Москвы со временем
трансформируются в урбаноземы, через стадию серогумусовых почв с признаками
урбопедогенеза. При отсутствии техногенного привноса материала трансформация
задерживается на промежуточной стадии формирования деріювой почвы.
2) На скорость трансформации влияет не только состав поверхностного
рекультиванта, но и состав и свойства почв и грунтов (основ под рекультивацию).
-
Основными процессами почвообразования на ранних стадиях трансформации являются процессы минерализации органического вещества и гумусообразования, причем уже в первые четыре года в эти процессы вовлекаются не только легкодоступные органические соединения, но и прочносвязанные гумусовые кислоты, что отражается на составе гумуса.
-
В придорожных территориях, при высокой техногенной нагрузке, современные методы рекультивации неэффективны, так как происходит быстрое накопление поллютантов.
Апробация работы. Полученные результаты представлены на конференциях: «XV Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов -2008». Секция «Почвоведение» (Москва, 2008); V Всероссийский съезд почвоведов им В.В. Докучаева (Ростов-на-Дону, 2008); Международная конференция молодых ученых и специалистов РГАУ-МСХА (Москва, 2011); XIV Докучасвские молодежные чтения «Почва в условиях природных и антропогенных процессов» (Санкт-Петербург, 2011). Работа прошла апробацию на кафедре географии почв факультета почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова.
Публикации. По теме работы опубликовано 10 печатных работ, в том числе 3 в журналах ВАК и 2 на английском языке.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из Введения, семи глав и Выводов, изложенных на 135 страницах машинописного текста. Содержит 23 таблицы и 37 рисунков. Список литературы насчитывает 173 наименование, из них 20 на иностранном языке.
Благодарности. Автор выражает благодарность своему научному руководителю Т.В.Прокофьевой за неоценимую помощь в создании работы, С.А.Шобе за ценные указания и помощь в работе, сотрудникам компании «Экогеотех» и лично В.В.Горину, за предоставление приборов и реактивов. А.Е.Ивановой, Л.В.Лысак, Т.Г.Добровольской за помощь в оценке микробиологических свойств почв и ПТО. Н.ВМожаровой и С.А.Кулачковой за ценные советы и помощь в измерении СИД, А.А.Рахлеевой и М.Ю.Казанцевой за помощь в исследовании мезофауны, М.С.Розановой за помощь в интерпретации
данных по составу и свойствам органического вещества, а также, И.А.Мартыненко, О.А.Варава, В.О.Попутникову, Б.В.Буриновой, Ю.Н.Шатровой за поддержку и помощь на разных стадиях создания работы и всем сотрудникам кафедры географии почв факультета почвоведения МГУ.
