Практична робота №4 Дослідження грунтового покриву та ландшафтів у містах.

Мета роботи: ознайомитися та оволодіти методами дослідження якості грунтів, зокрема ознайомитися з проблемою ерозії грунтів у міських системах та оволодіти методикою розрахунку втрати грунту внаслідок ерозійних процесів, стійкості міського ландшафту до антропогенної трансформації, а також оволодіти методикою визначення об’єму волого живлення кореневої системи різних видів дерев в залежності від різних типів грунтів та їх забруднення.

Форма виконання: самостійна робота за варіантами завдань, підготовка стислої доповіді-повідомлення (час доповіді – 3 хв.) з наступним обговоренням в аудиторії; письмове оформлення доповіді у вигляді звіту з практичної роботи.

Теоретичні пояснення

Грунт – основне джерело більшості хімічних елементів для рослин, а через них – для людини й тварин. Він є сильною перепоною на шляху промислових викидів і водночас головний акумулятор техногенних мас важких металів. Тому грунт можна розглядати як головний індикатор рівня хімічних елементів у навколишньому середовищі. Грунт характеризують за:

- механічними параметрами: текстура грунту, яка характеризує відносні пропорції піску, мулу і глини; структура (якісний склад), яку визначають за розмірами, формою і упаковкою агрегатів та порожнини між ними;

- теплофізичними параметрами: теплоємність тіла – величина, чисельно рівна кількості теплоти, яку необхідно дати даному тілу для нагрівання на 1К; питома теплоємність речовини – величина, чисельно рівна кількості теплоти, яку необхідно надати даній речовині масою 1 кг для нагріва на 1К; об’ємна питома теплоємність речовини – величина, чисельно рівна кількості теплоти, яку необхідно надати даній речовині об’ємом 1 м³ для нагрівання на 1К; перенесення теплоти відбувається за різниці температур, що має місце в грунті або між окремими його фазами. Основні процеси, що зумовлюють перенесення теплоти: теплопровідність (перенесення тепла від більш нагрітих тіл до менш нагрітих, що приводить до вирівнювання температури), термодифузія (перенесення компонентів речовини під впливом градієнта температури), конвекція (відбувається коли потік води має температуру, що відрізняється від температури грунту), теплове випромінювання грунту (електромагнітна випромінювання, що утворюється грунтом, і виникає за рахунок його внутрішньої енергії);

- оптичними параметрами, так колір грунту залежить від ряду факторів, зумовлених тепловим балансом та хімічним складом грунту. Колір впливає на його температуру (світлі вбирають тепло більш інтенсивно), визначає вміст гумусу, оксидів заліза та різноманітних світлозабарвлених речовин (карбонату кальцію, сполуків кремнію та алюмінію тощо). Поглинання та відбивання оптичного випромінювання грунтами різних кольорових відтінків значно відрізняються, що використовують у техніці дистанційного зондування земної поверхні.

- водяними потоками в грунті, які характеризуються такими параметрами, як кількість води, швидкість, напрямок водяного потоку, випаровування з грунтової поверхні, тобто перехід з рідкого або твердого стану у газоподібний.

Едафотопи урбоекосистем характеризуються підвищеним вмістом важких металів. На територіях зосередження крупних промислових підприємств утворюються техногенні біогеохімічні провінції з аномально високим вмістом важких металів та мікроелементів. У зонах забруднення вміст важких металів може досягати тисячі міліграм на 1 кг грунту. Це перевищує нормальний фоновий вміст у сотні – тисячі разів. Розподіл важких металів вздовж шляхів залежить від інтенсивності автотранспорту, напрямку вітру тощо. Максимальне забруднення спостерігається у верхньому шарі грунту (0 – 5 см) та на глибині 20 – 25 см на відстані 7 – 10 м від дороги. Як свідчать результати досліджень найпомітніше в міських грунтах акумулюється цинк, олово, мідь; менше – хром.

Для того щоб дослідити якість едафотопу міста, необхідно провести дослідження по величині концентрації із кожного виду забруднення, яке може бути наявним на даній території, та порівняти його з еталонним значенням (фоновим значенням), характерним для даної місцевості. Частіше використовують порівняння із еталонними нормативними значеннями ГДК забруднюючої речовини у грунті, але у цьому випадку потрібно також враховувати специфіку місцевості.

Основним критерієм, що визначають регіонально-екологічну стійкість території ландшафту певною площею (S) служить показник геодинамічного потенціалу (G), що характеризує ступінь схильності освоюваної території до деградаційних процесів і визначається відношенням S_y/S (де S_у – площа території, ураженої несприятливими екологічними процесами). На цій підставі запропонована класифікація стійкості урбоекосистем.

Таблиця 4.1 - Класифікація стійкості урбоекосистем.

Клас урбоекосистем	Градації стійкості
	стійка в цілому	стійка в малому	нестійка в цілому
Керований замкнутий	0,9	1	0
Некерований замкнутий	0,6	0,8	0,1
Керований відкритий	0,4	0,5	0
Некурований відкритий	0	0,2	0

Повне поширення при визначенні стійкості міських ландшафтів отримав показник – геопотенціальна стійкість (W) елементів міської системи:

W=1/(1-∑k_a(S_y/S)) (4.1)

де к_а – адитивні коефіцієнти, які визначені методом нормуючої функції.

2.1.Ерозійні процеси у містах

Проблема надійної охорони грунтів від ерозії значною мірою зумовлена труднощами точного визначення її інтенсивності в конкретній точці простору і часу. У зв’язку із недостатністю вивченості природи ерозійних процесів для прогнозування їх інтенсивності широко використовуються емпіричні залежності. До найпростіших відносять рівняння втрати грунту:

А= R*L_t*К*C*P (4.2)

де А – втрати грунту, т/га за рік;

R- фактор ерозійної здатності дощів:

R=∑I₁₅*Q_i (4.3)

I₁₅ – 15-хвилинні інтенсивності окремих дощів (мм/хв.), і – порядковий номер дощу; Q_i – кількість окремих опадів;

L_t – топографічний фактор, враховує взаємний вплив довжини та крутизни:

L_t=L^0,8(0,0011*S+0,007*S+0,0111) (4.4)

L – довжина схилу, м; S – крутизна схилу, %;

К – фактор ерозійної піддатливості грунтів;

С – фактор рослинності (0,01);

Р – фактор ефективності протиерозійності заходів.

2.2 Визначення об’єму живлення вологою рослин на різних за щільністю грунтах

Об’єм живильної кореневої системи дерева (V – об’єм живлення дерева) визначається добутком площі насадження (S – площа проекції крони) на глибину проникнення коренів (Н).

Таблиця 4.2 – Глибина проникнення коренів і площа проекції крони рослин на різних за щільністю грунтах

Назва рослини	Площа проекції крони	Щільність грунту, категорія
		1	2	3	4	5
		Глибина проникнення, см
Клен гостролистий	2,5	37,4	26,8	18	13	9
Клен-явір	5	40,5	24,3	22,1	14,5	10,3
Липа дрібнолиста	5	38,8	37,2	24,3	14,5	9,5
Ялина звичайна	6,5	53,1	40,1	29,7	18,5	10,2
Сосна звичайна	7,8	39,4	38,3	34,3	32,2	8,1
Явір	10	41	38,1	21,0	20,9	10,1

Градації щільності міських систем:

1 категорія – 5-15 кг/см³ – грунт пухкий,

2 категорія – 15-20 кг/см³ – грунт слабо щільний;

3 категорія– 20-30 кг/см³ – грунт середньо щільний;

4 категорія– 30-40 кг/см³ – грунт сильно щільний;

5 категорія– понад 40 кг/см³ – грунт надзвичайно щільний;