Условия и факторы почвообразования на территории городов

Еще В. В. Докучаев установил, что формирование почвенного покрова самым тесным образом связано с физико-географической средой и историей её развития.

Сегодня интенсивная и разносторонняя деятельность человека в крупных городах приводит к существенным изменениям природных компонентов, обеспечивая таким образом изменение и факторов почвообразования. Антропогенный фактор становится весьма существенным, а в ряде случаев и определяющим развитие почвенного покрова.

КЛИМАТ

В крупных городах в значительной мере изменены естественные погодно-климатические условия, в них создается своеобразный микроклимат. В атмосфере городов создаются «острова тепла и пыли», оказывающие существенное влияние на показатели климата. Показано, что климат городов по сравнению с окрестностями обычно теплее, влажнее и менее контрастен (таблица №3). Считается, что климат городов лесной зоны соответствует климату территорий, расположенных на 200-300 км южнее. Некоторые исследователи настаивают даже на необходимости выделения городской разновидности климата.

Температура.

Среднегодовая температура в центре городов (в Москве, Париже, Нью-Иорке) выше на 3-4 ⁰С, чем в пригородах. При антициклонах и слабом ветре эта разность может достигать 10-15 ⁰С. Суточный ход температуры выражен не так резко, а амплитуда зависит от времени года и состояния облачности. В городах практически не бывает ни лютых морозов, ни сильной жары. Заморозки в центре города прекращаются на 1-2 недели раньше, а осенью начинаются на месяц позже по сравнению с окрестностями.

Повышение температуры воздуха в городских условиях можно объяснить несколькими причинами:

1) наличием дополнительных источников тепла (котельные, автотранспорта, потеря тепла при отоплении зданий);

2) интенсивной теплоотдачей разогретых летом мостовых, зданий и других сооружений, запечатанная поверхность которых сменила природный растительный покров.

3) влиянием смога- загрязненного воздуха мельчайшими частицами пыли на высоте 0,5-1 км . Зимой он препятствует теплоотдаче, а летом, частицы, нагретые солнцем, отдают свое тепло окружающему воздуху, что также способствует уменьшению теплоотдачи.

Осадки.

Мельчайшие частицы пыли, загрязняющие воздух, являются дополнительными ядрами конденсации, что и приводит к изменению в количестве и характере осадков . В городских условиях количество осадков возрастает на 80-200 мм ( почти на 15%), при этом увеличивается число ливней (на 10-30%), гроз (почти на 50%), снега (на 25%), а число пасмурных туманных дней возрастает в 2-3 раза. Солнечная радиация уменьшается на 15%.

Например, в Подмосковье годовое количество осадков составляет 600-650 мм , а в Москве на 25мм выше, причем зимних- на 50, а летних на 15%.

В городах существенно изменяется мощность снежного покров и сроки его образования. В разных частях города снег убирается, утаптывается, насыпается сверх нормы при уборке улиц на отдельных участках. А это резко меняет микроклимат (от аридной холодной пустыни до луговых ландшафтов).

Кроме того, микроклимат отдельных городов и даже отдельных районов города также отличается. Это зависит от размера агломерации, высоты местности, степени загрязнённости воздуха и направления ветра .

Теоретически особенности характера осадков должно приводить к дополнительному поступлению влаги в почву, но реально количество осадков может быть меньше, так как подавляющая часть дождевой и талой воды уходит в коллекторы, а снег убирается и вывозится за черту города.

Характер циркуляции атмосферы.

Скорость ветра в приземном слое городов на 30-40% , а в центре на 60% меньше, чем в пригородах.

Город порождает особую систему ветров («городские бризы» и «магистральные ветры»). Первые возникают в результате разности давления воздуха в центре и на окраине города и со скоростью 3-5 м/сек устремлены к центру городов. Магистральные ветры формируются вдоль автодорог, когда их направление совпадает с направлением улиц и проспектов. Их скорость достигает значений больше 30 м/сек.

Климат городов характеризуется большой изменчивостью погод (отклонений от средних норм-значений). Например, в летописях указывается, что в январе-феврале 1485 года в Москве в садах расцвели деревья, а птицы стали вить гнезда. Летом 1972 года температура воздуха не опускалась даже ночью ниже 20⁰. Духота, небо подернуто дымкой, воздух пропитан резким запахом дыма горящего торфа. Тоже повторилось и в 2002 году. 7 июля 1981 года в Москве выпала месячная норма осадков.

Климат, особенно микроклимат отдельных городов и даже отдельных районов города может сильно отличаться. Это зависит от размера агломерации, высоты местности, степени загрязненности воздуха и направления ветра.

РЕЛЬЕФ

Хозяйственная деятельность человека в местах поселения в течение многих веков значительно изменила естественный рельеф местности, привела к его перепланировке. С одной стороны, наблюдается нивелировка поверхности (повышенные участки рельефа (холмы) срезались, а долинно-балочная разветвлённая сеть засыпалась или заключалась в трубы.), а с другой – (особенно в древних городах) в направлении от периферии к центру города рельеф становится приподнятым за счет накопления культурного слоя.

Культурный слой содержит в себе остатки древних сооружений и строений, хозяйственный мусор, золу и т.д. Мощность этого слоя составляет 1-8 м, а иногда и 20 м ( в засыпанных долинах рек).

ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ

Не всегда научно-обоснованная хозяйственная деятельность в городах предопределила активизацию существующих и возникновение новых нежелательных геологических процессов: подтопление, развитие карстово-суффозионных процессов, загрязнение, истощение водоносных горизонтов и другие.

ОСИПОВ утверждает, что сегодня 40% площади Москвы подтоплены ( УГВ менее 3м). Объемы фильтрации воды в поверхностные грунты в городах в 2-3 раза выше по сравнению с окрестностями. Дополнительное питание грунтовых вод осуществляется за счет утечки воды в водопроводах, городской канализации, теплосети, фильтрации из наливных прудов, коллекторов, поливов насаждений и т.д. Источником загрязнения ГВ служит загрязненный поверхностный сток, захламленность территории, сбрасывание промышленных и бытовых стоков. Сегодня в прошлом пресные ГВ стали слабоминерализованными (2-3 г/л) со сложным составом.

Подтопление усиливает оползневые процессы . В Москве существует 15 участков с глубокими оползнями (до 100 метров) и несколько десятков мелких поверхностных. Все глубокие находятся в долине р.Москвы, а поверхностные – на ее притоках. Наиболее опасными в оползневом плане являются районы Фили, Воробьевы горы, Коломенское, где грунты перемещаются со скоростью 5-30 см/год. Строятся специальные сооружения, закрепляющие оползни, но все равно за последние 10 лет их количество возросло в 2 раза.

В последние время в Москве активизировались карстовые процессы. Они приурочены к районам, где толща юрских глин невелика или отсутствует. Под глинами в Москве повсеместно залегают известняки карбона, пронизанные трещинами и полостями вследствие интенсивной откачки ГВ в прошлом. Сегодня в эти полости стали поступать вышележащие ГВ. В результате растворения карбонатов на поверхности образуются провальные карстовые воронки и наблюдаются обширные опускания грунта. Сегодня в Москве существуют 42 воронки диаметром 0,5-40 метров и глубиной 1,5-8 метров.

ПОЧВООБРАЗУЮЩИЕ ПОРОДЫ

Современное почвообразование в городских условиях протекает на различных почвообразующих породах:

1) естественных, характерных для данного региона;

2) на культурном слое (исторически сложившейся системе напластований, образовавшихся в результате деятельности человека);

3) на насыпных грунтах;

4) на перемешанных (естественных и насыпных) грунтах.

Почвообразующие породы очень пестрые, неоднородны по гранулометрическому, минералогическому и химическому составу. Особенно – культурный слой, мощностью от 2 до 20 метров., исследованием которого занимается Александровский. Все напластования культурного слоя в разное время исполняли роль почвы, приобретая черты ее строения. В почвенном профиле появляются антропогенные включения (битый кирпич и стекло, остатки арматуры, углистые остатки).Культурный слой представляет собой разновозрастную систему погребенных почв. Этот слой характеризуются слоистостью, каменистостью, повышенным содержанием органических веществ, карбонатов, щелочностью, соединений фосфора и микроэлементов и тяжелых металлов.

РАСТИТЕЛЬНЫЙ ПОКРОВ

Городская флора не утрачивает полностью своих зональных черт и процесс антропогенезации ландшафтов контролируется зонально-климатическими особенностями.

Растительный покров, характерный для природной зоны, в городских условиях сильно изменён. Пионерными исследованиями в этой области являются работы Кавтарадзе и Игнатьевой. Ими разработана классификация городских растительных сообществ, введен термин «урбафитоценоз». В основу классификации положено происхождение УФЦ и доминирующая жизненная растительная форма. Таблица.Можно выделить следующие основные изменения растительного покрова в городских условиях:

1. Уничтожение природной растительности при отчуждении территории под строительство, прокладку коммуникаций и т.д.

2. Пагубное воздействие на состояние зелёных насаждений загрязнения окружающей среды выхлопами автотранспорта, выбросами промышленных предприятий и т.д.:

а)тяжелыми металлами – приобретение листьями охристой и желтой окраски, т.е. уменьшение в зеленой массе хлорофилла;

б) повышенное содержание в воздухе оксидов азота вызывает «позеленение» стволов и нижних ветвей деревьев за счет разрастания мелких водорослей зеленого цвета;

в) эфемерное засоление почв вдоль автострад и придомовых скверах приводит к гибели древесный растений .

3.Возрастаниющая рекреационная нагрузка, переуплотнение почвы влечет изменение водно-воздушных свойств и сопровождается гибелью растений.

4.Формирование на урбанизированных территориях новых, часто искусственных, сообществ.

5. Хотя процесс антропогенизации ландшафта в городах контролируется зонально-климатическими условиями ,в составе растительности наряду с аборигенными видами появляются привнесенные ( в таежной зоне- более южные виды растений.

Особенностями городской флоры является богатство флористического состава. Наряду с традиционной интродукцией видов растений в природе (20%), в городских условиях возникает более сильная интродукция (40%) новых видов растений, часто более южных (Алексеев, 2000).Растения степной зоны нередки в нарушенных экотопах лесной зоны. Исследования РЫСИНА в Москве свидетельствуют, что сосняки сменяются широколиственными лесами. В городах Западной Европы внедрено до 10 тыс новых видов вследствие занесения семян с торговлей. Флористическая неоднородность фитоценозов обусловлена экологической, географической и возрастной неоднородностью отдельных фрагментов экосистемы в черте города. От окраин города к его центру понижается число видов и изменяется флористический состав.

ПОЧВЕННАЯ БИОТА

Это собирательный термин, под которым понимается и почвенная фауна и почвенные микроорганизмы. Изучение данного вопроса началось в Западной Европе в 50-х годах 20 века. Большая часть работ была направлена на выяснение вопросов , связанных с оценкой химического загрязнения и воздействия городских загрязнителей на почвенную биоту.

На урбанизированных территориях значительно изменяются условия для жизнедеятельности почвенной биоты. Уплотнение, подщелачивание, загрязнение тяжелыми металлами, нефтепродуктами, засоление верхних горизонтов почв, захламление поверхности, сбор листвы в парках, уборка и складирование снега, а также другие причины приводят к изменению почвенного покрова, как местообитания для почвенной фауны и микроорганизмов.

Почвенная фауна.

Деятельность почвенной фауны играет существенную роль в почвообразовании. Роющие животные разрыхляют почвенную массу, улучшают ее воздушный, тепловой и водный режимы, осуществляют первичную деструкцию растительных остатков.

Изменения в почвенной фауне идут по 4 направлениям:

1)обилие;

2)разнообразие групп;

3)функциональная структура.

4)профильное и пространственное распределение

1. Обилие. Как отмечают М.Г.Агаркова (1991), Б.Р.Стриганова (1997), М.Н.Строганова (1998), численность почвенной фауны городских почв по сравнению с окрестностями уменьшается в 2-5 раз. Но в изолированных насаждениях может достигать значительной численности.

2. Разнообразие. Городская почвенная фауна представляет собой обеднённый вариант группового и видового состава фауны естественных ландшафтов. Преобладают черви, муравьи, жуки-щелкуны, жуки-жужелицы, пауки В городских почвах встречаются лишь до 30% видов, населяющих лесные местообитания. Например, в Подмосковных почвах обитает 14 видов червей, а в городских – лишь 4.

В составе городской фауны появляются антрохорные виды( например, жужелицы), широко распространены политопные формы и сухолюбивые виды, приуроченные к открытым пространствам и характерные для более южных районов. У многих беспозвоночных появляется летняя диапауза – прекращение питания в жаркое время, что также характерно для животных, обитающих в более южных районах.

Обилие и разнообразие почвенных животных значительно варьирует в зависимости от целевого участка, длительности и степени антропогенной нагрузки. Например, беспозвоночных больше в почвах лесопарков и скверов (65-120 экз/м² ), чем на участках другого функционального использования (в почвах на примагистральных газонах –3, в скверах –10).

3.Функциональная структура. (вредители растений, их хищники, паразиты, полезные).

Отмечается тенденция к доминированию какого-либо вида почвенных животных, при этом их численность может значительно превышать таковую в естественных почвах. Например, если в городских условиях наблюдается вспышка массового размножения отдельных насекомых- вредителей растений, а также тлей- размножающихся в листве- это сопровождается массовым появлением почвенных и напочвенных хищников- муравьев, божьих коровок и других.

4.Профильное и пространственное распространение. В естественных почвах существует вертикальное распределение беспозвоночных (поверхностные, подстилочные, минеральные). В городских почвах вертикальная закономерность нарушается за счет сокращения обилия и разнообразия. В почвенном профиле и пространстве фауна концентрируется в отдельных бикробиотопах с наиболее приемлемыми для них условиями обитания ( нарушаются экологические ниши).

Микробные сообщества.

Роль почвенных микроорганизмов еще более значима при почвообразовании, чем роль почвенных животных. Большая часть биохимических процессов превращения органической и минеральной части происходит при участии почвенных микроорганизмов. Те же причины (уплотнение, подщелачивание, загрязнение и т.д.) нарушают условия жизнедеятельности почвенных микроорганизмов, изменяя их численность, структуру и состав и пространственное распространение.

1. Численность микроорганизмов сильно варьирует в почвах города. В молодых городских почвах она может достигать высоких значений, а при усилении антропогенного прессинга способна в дальнейшем резко уменьшаться.

2.Структура и состав микробных комплексов.

А.) Происходит перестройка в комплексе м/о в направлении доминирования в них отдельных микробных популяций, более приспособленных к условиям техногенеза (Скворцова). На участках, загрязненных нефтепродуктами, доминируют бактерии, родственные актиномицетам – родококки; подщелачивание почв способствует увеличению численности щелочелюбивых микроорганизмов (азотобактер, актиномицеты и др.), в почвах разделительных газонов и скверов, где возможно засоление , возрастает популяция галотолерантных бактерий. Изменяется видовой состав грибов. Типичные доминанты для дерново-подзолистых почв (пенициллы) встречаются реже, и появляются нетипичные для этой зоны представители родов Aspergillus и Fusarium, также характерные для местообитания более южных районов (Марфеиина).

Б.) Главной особенностью микробных сообществ антропогенно-измененных почв является приобретении ими черт, не свойственных почвам окрестностей. Здесь формируются грибные и бактериальные комплексы, в составе которых существенную долю занимают виды, характерные для местообитаний более южных районов.

В.) Появляются группы патогенных микроорганизмов. Грибы- продуценты микотоксинов, вызывающих аллергическое действие, энтерококки- возбудители кишечных инфекций , в распространении которых негативная роль принадлежит собакам.

3.Неравномерное антропогенное воздействие на городскую территорию нарушает природные экологические ниши микроорганизмов и создает новые, что приводит к пространственной мозаичности микробных сообществ, как по численности, так и по видовому составу.