3. Города и их пространственные ресурсы

1.5. Город и его грунтовой покров

Уже древние города развивались в тесной взаимосвязи с производством продуктов питания, их сельскохозяйственный пояс имел четко очерченные пределы. Невзирая на то, что большой город, превращаясь в крупного потребителя сельскохозяйственных продуктов, ввозил их из отдаленных районов и других стран, его естественная сельскохозяйственная зона, как и раньше, оставалась кормилицей городского населения.

Однако города, которые зарождались, как правило, на плодородных землях годовых заводей, в период безудержной урбанизации занимали эти земли под застройку, площади, пути и улицы, карьеры. Сегодня каждые 15 лет площадь отчужденных земель под разные типы застройки удваивается и предел этого безудержного освоения территорий уже недалекий. Каждые 5 лет площадь земель под городскую застройку увеличивается в среднем на 20%. В прежнем СССР из всей земельной площади, которая составляла 2 млрд 240 млн. гектара, города занимали 0,4-0,6%. Считалось, что до 2000 г. эта цифра должна была бы вырасти до 0,72-1,08%, а в 2070 г. территория городов составляла бы около 5,4% единственного государственного земельного фонда, или около 10,6% земель, удобных для расселения. Лишь в Украине с 1966 по 1978 г. площадь сельскохозяйственных угодий уменьшилась па 480 тыс. гектара. Ежегодно в нашей стране под застройку отводится 35-40 тыс. гектара земель, из них около половины - пахотные.

Города теряют не только земельные площади. Качество земель, которые находятся в распоряжении города, учитывая и пригородную зону, постоянно ухудшается. Почвы урбанизированных территорий поддаются тем самым вредным излияниям, что и городской воздух и гидросфера. Хотя почва и имеет особенности биологической самоочистки - расщепляет и минерализирует отходы, которые у него попали, однако механизм такой самоочистки в результате его перегрузки (физического, химического, механического) и нарушения, которое приводит к деградации.

Одной из черт самых распространенных антропогенных изменений городских почв и образования так называемого культурного слоя. Под культурным слоем обычно понимают верхние слои земли больших населенных пунктов, которые несут на себе отпечаток деятельности человека. В "культурном слое" в качестве остатков случаются самые разнообразные материалы: строительный мусор, битый кирпич и камень, предметы домашнего потребления - стекло, глиняные черепки, а в последнее время - пластмассовые изделия. Культурный слой настолько специфическое образование, что его изучение должно происходить в сочетании геологических и историко-археологических методов исследований. Культурные слои разделяют по времени образования на древние и современные, а по образованию - на насыпные и искусственно измененные.

Нагромождение культурного слоя происходит за счет отвалов в процессе выполнения земляных работ, при подсыпке почвы для повышения отметки строительной площадки, благоустройства населенного пункта и за счет накопления разного мусора. По данным Ф.В.Котлова, в 60-х годах объем перемешанных в Москве пород составлял 211 млн. м³. Толщина антропогенных отложений увеличивается от периферии Москвы к ее старинному центру. В городах старой застройки древних городов антропогенные накопления значительной мощности лежат сплошным покровом - в Лондоне на глубине 25 м, в Москве - 22 м, в Париже - 20 м.

Мощный культурный слой (36 м) найден в Киеве, которому исполнилось 1500 лет. Стратиграфия Подола, проведенная в последние годы, дала возможность, например, обнаружить своеобразное дежурство темных (культурных) и светлых (песчаных) пластов, которое свидетельствует не только о периодических наступлениях Днепра на Подол, но и о мощном выносе из Киевских гор. Культурных пластов насчитывается тринадцать, причем восемь нижних принадлежат к периоду Киевской Руси.

Местами нагромождения культурного слоя чаще всего становятся реки, потоки, болота, овраги, куда часто смахивает мусор, как правило, ради планирования территории. На территории Львова с его, разветвленной, в прошлом гидрографической сетью засыпано или преобразовано в коллекторы около сотни рек и потоков.

Нагромождение культурного слоя часто связано с захоронениями элементов благоустройства - мощения улиц и тротуаров, а также остатков прежних зданий - фундаментов, погребов, срубов колодцев, свай и других предметов. Этому же способствует захоронение умерших людей и животных.

Главным отличием культурного слоя от естественных почв является слишком большая неоднородность - как по вертикали, так и по горизонтали. В состав культурного слоя входят органические включения, количество которых уменьшается с увеличением возраста культурного слоя, а следовательно, и глубиной его нахождения.

Одной из основных проблем современного строительства является освоение почв под зеленые насаждения. От ее правильного решения в значительной мере зависят долговечность, санитарно-гигиеническая эффективность и эстетичная ценность насаждений.

Уплотненные почвы изменяют свой химический состав, поскольку уменьшается доступ к ним кислорода, влаги и тепла, ослабляется жизнедеятельность микроорганизмов, замедляется процесс почвообразования. Характерно, что естественные почвы в насаждениях Львова отличаются повышенной кислотностью (рН 4,6-4,9) и недостатком питательных веществ. Зато насыпные почвы часто содержат больше гумуса, чем естественные, и отличаются щелочной реакцией (рН 7,1-9,0). Однако высокий процент гумуса в насыпных почвах не всегда отбивает условия оптимального грунтового питания. Уплотнение и ухудшение воздушного обмена в насыпных почвах ведет к притеснению жизнедеятельности грунтовых микроорганизмов, которые являются причиной голодания, особенно азотного, растений.

Через наличие значительного количества строительного мусора насыпные почвы, как правило, отличаются высокой дренажностью, что в ряде случаев приводит к нарушению нормального водного режима и ухудшению питания растений. Последнее, в свою очередь, негативно влияет на развитие древесной растительности, ее долговечность и стойкость.

Как отмечено выше, ухудшение механического состава и свойств почвы предопределяет загрязнение его бытовыми и промышленными отходами, уличным мусором, сухим илом.

Чтоб растущий поток твердых отходов не поглотил общество, как друг за другом были похоронены под остатками семи «цивилизации" семь городов древних халдеев, с тревогой предупреждают Б. Уорд и Р. Дюбо в книге "Земля лишь одна", - необходимо решить две проблемы. Во-первых, и, может, самое сложное, это сбор мусора. Во-вторых, переработка отходов, в том числе сжигание. Авторы рассказывают, что построена в Дюссельдорфи (ФРГ) установка для сжигания мусора обеспечивает теплом 700-тысячный город и приносит прибыль в размере 34 доллара за каждую тонну переделанных отходов. Металлический утиль, который получают из установки сжигания, реализуется за коммерческими ценами, пепел продают для удобрений или для изготовления шлакоблоков.

В Голландии в течение многих лет в почву вносят в качестве органических удобрений 30% общего количества коммунальных отходов. В США с помощью гидролиза (процесс перегонки и расщепления органических отходов при очень высокой температуре в условиях почти полного вакуума) получают синтетические газы, жидкое топливо, первичное сырье для производства резины и пластмассы. Такие установки построены в Балтиморе и Сан-Диего (штат Калифорния).

В Украине есть опыт создания мощных мусоропроводов и станций избирания и уплотнения отходов, которые в прессуемом виде подают в цеха переработки мусора. В Санкт-Петербурге был построен первый в прежнем СССР завод из переработки мусора мощностью 400 тыс. куб. твердых отходов на год. В Москве такой завод переделывает 350 тыс. м3 мусора на год.

За 30-50 лет в местах старых заполненных свалок заканчивается процесс натуральной гумификации отходов. Например, в Будапеште из свалки ежегодно вывозят 40-50 тыс. т ценных удобрений. Однако в результате сокращения за последние годы пригодных для компостирования органических веществ в перспективе подобное использование отходов будет ограничиваться.

Для обезвреживания твердых отходов можно с успехом использовать биохимические процессы, которые происходят в почве. Однако городские почвы в результате; многовековой деятельности человека становятся непригодными для этой цели. Масса отходов растет и без коммунальных сооружений не обойтись. Сегодня в мусор попадает значительное количество изделий из полиэтилена, бутылки из-под моечных средств, паковочные мешки из синтетических материалов, лоскуты покрывающей пленки, которые не горят и не раскладываются микроорганизмами.

Однако объемы бытового мусора, которые различными путями устраняются из городских территорий, намного меньше, чем колоссальные отходы от тепловых и металлорежущих заводов, отвалов пустых пород шахт и рудников. Подсчитано, что за последние 100 лет на поверхность земли только одного угольного шлака было выброшено около 18 млрд. т. В английском городе Аберфан (Уэльс) в послевоенные годы гора шлака, которая начала внезапно расползаться, засыпала школьное помещение, которое привело к гибели детей. Терриконы, которые еще дымят, не только напоминают мертвый месячный ландшафт, но еще и отравляют воздух.

Существует еще одна глобальная проблема: город поглощает огромное количество органической массы, снятой из почвы, которая, однако, не возвращается у него в виде экскрементов, а сжигается на свалках, накапливается в виде мусорников, смывается канализационными водами или поднимается в атмосферу. Много вреда функционированию паркового биоценоза наносит сжигание листьев. Вследствие этого в природе нарушается основной геохимический цикл - возвращение питательных элементов в почву, откуда они должны были бы поглощаться растениями и улучшать его структуру.

Хуже всего почва исправляется с жидкими и твердыми токсичными отходами. В результате промышленных выбросов в нем накапливается избыточное количество химических соединений, которые пагубно действуют на организмы животных и людей. Это ртуть, мышьяк, медь, свинец, фтор, марганец и др. Вокруг промышленных предприятий нередко образуются зоны, почвы которых очень загрязнены подобными элементами. Например, в районе суперфосфатного и ртутного комбинатов 1 кг почвы может содержать 1,3-5,63 мг ртути (в зависимости от отдельных предприятий). В почву попадают и так называемые канцерогенные вещества, которые приводят к злокачественным новообразованиям, в частности, сажа, продукты осмола, нефтепродукты и тому подобное. В настоящее время еще трудно говорить о механизме влияния запыленности и загазованности на грунтовые процессы, поскольку в этой отрасли исследования только начатые. Однако можно утверждать, что сера и ее соединения, а также хлориды предопределяют подкисление грунтового раствора, а аммиак, сода и соединения магния - ощелачивания. Избыточное накопление в почве разных элементов в токсичных концентрациях непосредственно и побочно влияет на растительность, уменьшает производительность лесных и парковых насаждений.

Установлено, что в почвах под воздействием кислых осадков наблюдаются главным образом два процесса: замещение основных катионов на ионы водорода и алюминия и перемещения замещенных катионов в грунтовом профиле. И, отмечено увеличение щелочности кальция, магния, калию. В почвах из рН ниже 5,0 повышается мобильность потенциально токсичных металлов. В результате влияния кислых осадков и снижения скорости и уровня расписания и минерализации органического вещества. Эти изменения определяют возможное негативное влияние на грунтовую биоту и принимает непосредственное участие в расписании и минерализации органического вещества.

Вокруг промышленных предприятий наблюдается загрязнение почв тяжелыми металлами ("техногенные аномалии"). Например, вблизи таких предприятий может оседать 90% свинцу. Микробиологические последствия загрязнения почв тяжелыми металлами заключаются во влиянии и составе функционирования грунтовых организмов. Кстати, установлено, что под воздействием микроорганизмов соединения ртути, которые попадают в почву, могут переходить в более сложные и еще более опасные формы (метил ртуть). Микроорганизмы должны способность трансформировать эти соединения к элементарной ртути. Одним из последствий загрязнения почв может быть нарушение трофических связей например, устранение грунтовых беспозвоночных.

Полезное действие микробиологических процессов в почве снижают также пестициды и непосредственно хлорорганические соединения. Попав к почве, они долгое время не поддаются распаду. В почве также остается большое количество химикатов, которые используют в качества удобрений - фосфор, азот, калий, поскольку растения усваивают их не полностью. Избыточное количество каждого из этих элементов может быть вредным для растений.

Как известно, не так давно правительство Японии было вынуждено запретить использование на рисовых полях, казалось бы, чудодейственных азотных удобрений, которые раньше применялись в большом количестве для повышения урожайности.

Большая часть азотных удобрений накапливалась в реках и водоемах, где они, вступая в реакцию с органическими веществами, которые находились в процессе брожения, образовывали ядовитые нитраты, убивая тем самым рыбу и других представителей фауны.

Актуальной остается и проблема загрязнения почвы человеческими и животными фекалиями, которые используют для удобрения сельскохозяйственных угодий. Большое количество животных и птицы в пригородных районах, а также у сельского населения требует решения проблемы обезвреживания их фекалий, поскольку без этого мероприятия они являют собой такую же опасность, как и человеческие. Перед вывозом гноя на поля он должен пройти биотермическую обработку в навозохранилищах, которые, к сожалению, плохо оборудуемые и является идеальным местом для размножения мух, которое способствует распространению разных желудочных инфекций. Поэтому гной следует предварительно обрабатывать анитисептиком.

В городах появился еще один вид отходов, опасный для окружающего среды, - радиоактивный, В больших количествах они образуются на предприятиях, которые производят радиоактивные вещества и используют их в своей работе. Сравнительно немного их в лабораториях радиоактивных изотопов некоторых научно-исследовательских и лечебных учреждений. В результате кумулятивного действия на организм человека они являются опаснее, чем обычные подходы. Широко распространен сброс разбавленных радиоактивных отходов в канализацию. Лучше всего хранить эти отходы в специальных контейнерах и железобетонных колодцах, но и тогда нужен постоянный контроль за уровнем радиоактивности почвы и подземных вод. Одним из основных последствий радиоактивного облучения почвы есть уменьшение видового многообразия групп организмов. Эти нарушения опасны не только для биохимических процессов, но и для возможного распространения зараженности территории. Известны случаи распространения радиоактивности путем ветрового перенесения неразложенных элементов.

Среди агротехнических мероприятий, которые сегодня повсеместно осуществляют, на экологическую в общих чертах ситуацию больше всего влияет мелиорация, которая раньше была связана преимущественно с изменением водного баланса определенных территорий, с их осушением. С одной стороны, осушение улучшало производительность сельскохозяйственных угодий и способствовало расширению мест рекреации, а из другого - негативно влияло на водный баланс, ухудшало условия, вело к обеднению флоры и фауны. Жизнь показала, что только двойная регуляция водного режима, связь осушения с орошением дают возможность повысить агробиологическую производительность земельных и лесных угодий.

В Украине накоплен достаточно большой опыт использования рекультивированных земель для потребностей сельского и лесного хозяйства, а также создания рекреационных объектов. Например, зона отдыха трудящихся Орджоникидзевского горно-обогатительного комбината (Днепропетровская область), где созданы прекрасный водоем и пляж. На террасных склонах карьера, задернованных и залесенных, образован заповедник, в котором хорошо себя чувствуют такие редкие животные и птицы, как лани, ламы, страусы, павы и др.

За последние годы во всем мире значительно выросли рекреационные нагрузки на почвы парков и лесопарков, пригородных лесов, пойменных лугов, что ведет к деградации лесного и лугового биогеоценоза. Например, в Подмосковье 15% лесов деградируют. Одна из основных причин деградации и послабления жизненности биогеоценоза - изменение под воздействием истаптывания водно-физических свойств почвы. Это явление известно с древних времен, но причина была в выпасе животных. Известен афоризм "козы съели Альпы" можно объяснить не только прожорливостью этих животных, но и их большим количеством, что и стало главной причиной разрушения грунтового покрова.

Истаптывание приводит к нарушению структуры почвы, его избыточной уплотненности Например, если плотность почвы в местах с низким уровнем посещаемости пригородной зоны под Львовом составляет около 10 кг/м². то в зонах активного отдыха она достигает 30-40 кг/м². Объемный вес почвы изменяется на глубине до 5-10 см, и даже до 30 см. Это уменьшает его пористость, воздушную емкость, снижает капиллярную влагоемкость, ухудшает условия аэрации и интенсивность выделения углекислоты. В деградированных почвах нарушается жизнедеятельность микроорганизмов и микрофлоры почвы. Наблюдается уменьшение содержания общего гумуса, изменяется его состав. Ослабляются защитные качества подстилки.

Особенно вредным является истаптывание почвы на склонах, что приводит к его интенсивной как плоскостной, так и линейной эрозии. При недостатке влаги почвы быстро высушиваются.

В настоящее время в Украине и за рубежом осуществляется широкий комплекс исследований для выявления негативных действий антропогенных нагрузок на грунтовой покров естественных и искусственных экосистем, который даст возможность выбрать пути рационального использования почв урбанизированных ландшафтов.