Почвоведение и инженерная геология. Учебное пособие

риала и обладающий заданными физическими, химическими и био-

логическими свойствами или состоящий из нарушенного субстрата естественно-природных гумусовых горизонтов. В плодородном грунте не должно быть включений бытового и строительного мусо- ра. Содержание физической глины (фракции < 0,01 мм) – не менее 30–40 %, содержание гумуса – 3–4 %, pH = 5,5–7,0. Почвообразую- щий грунт – грунт, преобразуемый почвообразующими процессами и обладающий оптимальными свойствами для обеспечения жизне- деятельности растений.

Высокая контрастность и неоднородность почвенного покрова

Почвенный покров крупных городов отличается высокой кон- трастностью, неоднородностью из-за сложной истории развития города, перемеханности погребенных разновозрастных историче- ских почв и культурных слоев. Так, в центрах крупных городов России почвы формируются на мощном культурном слое – насле- дии прошлых эпох, а на окраинах, в районах нового строительства, почвообразование развивается на свежих насыпных или переме- шанных грунтах.

Включения строительного и бытового мусора в верхних го-

ризонтах. Для городов очень характерно поверхностное захламле- ние почв. В результате строительства в городах нарушается гумусо- вый горизонт и вместо него складывается специфический тип по- крытия, в котором строительный бытовой мусор – кирпичная крош- ка, битое стекло, куски асфальта – смешан с компостами или тор- фопесчаниками. Наличие камней, мусора снижает плодородие почв и препятствует механизированной обработке.

Снижение плодородия городских почв происходит из-за еже- годного отчуждения растительного опада осенью. В результате из биологического круговорота исключаются многие химические эле- менты, уменьшается содержание органического вещества в почве. Регулярная уборка растительных остатков обрекает городские рас- тения на голодный паек. Ухудшает качество почв и регулярное скашивание газонов. Снижает плодородие городских земель и бед- ная почвенная микрофлора, малое количество микробного населе- ния. Почти нет в почвах городов таких полезных и непременных членов почвенного населения, как дождевые черви. Нередко город-

81

ские почвы стерильны почти до метровой глубины. А ведь именно

почвенные бактерии переводят мертвые органические остатки в форму, удобную для усвоения корнями растений.

Изменение химических показателей городских почв. Город-

ские почвы имеют ряд характерных особенностей, отличающих от зональных почв естественных ландшафтов. Отличия, прежде всего, касаются большого разброса величин химических показателей.

В целом для городских почв характерно повышенное содержание органического углерода, обогащение сажей (до 5 % вместо нор- мальных 2–3 %). Содержание органического углерода разнообразно и зависит от богатства перегноем того субстрата, из которого они образовались, а также от способа ухода (применение удобрений, компостов). Очень часто наблюдается большое содержание органи- ческого углерода в пробах почв, отобранных вблизи дорог. Это свя- зано с загрязнением их сажей, нефтепродуктами, автотранспортом и не отражает содержание в почве собственно гумуса.

Щелочная техногенная трансформация свойств почв. В го-

родской пыли преобладают макроэлементы – железо, кальций и магний. С этим связаны два геохимических следствия – ожелезне- ние почв и карбонатизация почв. Карбонатизация почв ведет к уве- личению их щелочности, насыщению поглощающего комплекса основаниями, связыванию многих металлов в труднорастворимые карбонаты. В центральных частях крупных городов формируются антропогенно-преобразованные нейтрально-слабощелочные почвы (pH может достигать 8–9), являющиеся карбонатным геохимиче- ским барьером. Щелочная техногенная трансформация городских почв ведет к изменению их буферности, увеличению поглотитель- ной способности, уменьшению возможности выноса и миграцион- ной способности многих поллютантов и, прежде всего, тяжелых металлов. При достижении определенного предела подщелачивание сказывается на почвенной флоре и фауне. В степной и пустынной зонах процессы карбонатизации почв менее заметны.

Загрязнение городских почв тяжелыми металлами и нефтепро-

дуктами. Сосредоточение промышленности, теплоэнергетики, авто- транспорта и муниципальных отходов ведет к образованию в город- ских почвах техногенных аномалий тяжелых металлов. Основная часть загрязняющих веществ поступает в городские почвы с атмо- сферными осадками, с мест складирования промышленных и бытовых

82

отходов. Городские почвы имеют повышенное содержание тяжелых металлов, особенно в верхних (до 5 см), искусственно созданных сло- ях, которые в 4–6 раз превышает фоновое. За последние 15 лет пло- щадь земель, сильно загрязненных тяжелыми металлами, возросла в городах на треть и охватывает места новостроек. Большую роль в этом загрязнении имеют не только стационарные промышленные (в первую очередь, металлургические) предприятия, но и мобильные источники, особенно автотранспорт, количество которого с увеличением размеров городов постоянно повышается. Если 15–20 лет назад атмосферу горо- дов загрязняли в основном промышленность и энергетика, то сегодня первенство перешло к «химическим фабрикам на колесах» – авто- транспорту, на долю которого приходится до 90 % всех выбросов в атмосферу городов. Почти половина загрязняющих веществ попадает

ворганизм человека с почвенной пылью.

Кчислу приоритетных загрязнителей атмосферы, а, следовательно, и почвы, поступающих с отработанными газами автомобилей, отно- сятся свинец и бензапирен. Содержание их в почвах многих городов значительно превышает предельно допустимые нормы. В почвах 120 городов России в 80 % обнаружено превышение ПДК свинца, около 10 млн. городских жителей постоянно контактируют с загрязненной свинцом почвой. Изучение состояния здоровья населения населенных

пунктов в зависимости от уровня загрязнения почв поступившими из атмосферы тяжелыми металлами позволило разработать оценочную шкалу санитарной опасности загрязнения – суммарный показатель за- грязнения (СПЗ). Воздействие свинца нарушает функции женской и мужской репродуктивной системы, приводит к росту числа выкиды- шей и врожденных заболеваний, оказывает влияние на нервную си- стему, снижает интеллект, вызывает заболевания сердца, нарушения двигательной активности, координации движений, слуха. Ртуть нару- шает функции нервной системы и почек, а в больших концентрациях может вызвать паралич. Большие дозы кадмия снижают адсорбцию кальция костной ткани, приводя к самопроизвольным переломам ко- стей. Систематическое поступление цинка приводит к воспалитель- ным явлениям в легких и бронхах, циррозу поджелудочной железы, анемии. Медь вызывает функциональные нарушения нервной систе- мы, печени, почек, снижение иммунитета.

Засоление городских почв. Особый вклад в ухудшение химиче- ских свойств почв вносят «снегоносы» – применение зимой солей в

83

целях быстрого освобождения дорожных покрытий от снега. Для этого обычно используют хлористый натрий (поваренную соль), что ведет не только к коррозии подземных коммуникаций, но и к искусственно- му засолению почвенного слоя. В результате в городах и вдоль авто- магистралей появились такие же засоленные почвы, как где-нибудь в сухих степях или на морских побережьях (как оказалось, существен-

ный вклад в засоление придорожных почв в последние годы вносят мощные машины типа джипов, которые, идя на большой скорости, разбрызгивают лужи на дорогах далеко в стороны). Предлагаемые без- вредные для растений заменители соли (например, фосфорсодержащая зола) не нашли в России широкого применения.

Особые физико-механические свойства городских почв (по-

ниженная влагоемкость, повышенная объемная масса, переуплот- ненность, высокая каменистость). Уплотнение почв затрудняет естественное восстановление и развитие растительности.

Изменение гранулометрического состава городских почв.

В городах используется большое количество песка для борьбы с гололедом, который затем, в результате работы уборочных машин и деятельности ветра, оказывается на прилегающих к дорогам участ- ках земли. Это приводит к заметному облегчению гранулометриче- ского состава верхнего слоя почв, находящихся не только вблизи дорог, но и на значительном от них расстоянии. Большинство проб имеет легкий (супесчаный или легкосуглинистый) гранулометриче- ский состав.

Рост профиля вверх за счет постоянного привнесения различ- ных материалов и интенсивного эолового напыления. Поступление пыли на поверхность городских почв на порядок и более выше, чем в естественных почвах.

Радиоактивное загрязнение городских почв. Городские почвы принимают на себя весь удар и от радиоактивного загрязнения. Только в Москве насчитывается более полутора тысяч предприятий, использующих для своих нужд радиоактивные вещества. Ежегодно на территории города образуются несколько десятков новых участ- ков радиоактивного загрязнения, ликвидацией которых занимается НПО «Радон».

Ослабление экологических функций городских почв проис-

ходит не только из-за сильного загрязнения (почвенный покров пе- рестает быть фильтрационным барьером), но и из-за уплотнения,

84

затрудняющего газообмен в системе почва-атмосфера и приводяще- го к появлению микропарникового эффекта под плотной (утоптан- ной) поверхностной коркой почвы. В жаркие летние дни асфальто- вые покрытия, нагреваясь, отдают тепло не только приземному слою воздуха, но и в глубь почвы. При температуре воздуха 26– 27 °С температура почвы на глубине 20 см достигает 37 °С, а на глубине 40 см – 32 °С. Это самые настоящие горячие горизонты – как раз те, в которых сосредоточены живые окончания корней рас- тений. Таким образом, для уличных растений создается необычная тепловая ситуация: температура подземных органов у них выше, чем надземных. Из-за уборки опавших листьев осенью и снега зи- мой городские почвы сильно выхолаживаются и глубоко промерза- ют – нередко до -10… -15 °С. Выявлено, что годовой перепад тем- ператур в корнеобитаемом слое городских почв достигает 40–50 °С, в то время как в естественных условиях (для средних широт) он не превышает 20–25 °С.

Создание искусственных почв. В черте города очень широко рас- пространены привоз и насыпка грунта. Свойства почвы в этом случае будут определяться свойствами привезенного грунта. В настоящее

время газоны и зеленые насаждения бульваров и скверов в городах устраиваются в основном на искусственных почвах. Это могут быть почвы, вывозимые с участков сельскохозяйственного назначения, искусственно созданные грунты (торфо-песчаные смеси), компосты различного состава. В качестве основных компонентов при произ- водстве растительных грунтов могут быть использованы: гумусо- вые горизонты (растительные грунты), изымаемые при строитель- стве различных сооружений; рыхлые горные породы (супеси, пески, суглинки, глины), добываемые в карьерах и изымаемые при строи- тельстве различных сооружений; различные виды торфа (верховой, переходный, низинный), а также сапропель и биокомпосты, получа- емые при компостировании различных видов навоза, птичьего по- мета, древесных опилок, растительных остатков и др.

Классификация городских почв

Почвенный покров в условиях города имеет различный генезис. Городские почвы различаются по характеру формирования (насып- ные, перемешанные), по гумусированности, по степени нарушенно- сти профиля, по количеству и составу включений (бетон, стекло,

85

токсичные отходы) и т. д. Согласно классификации городских почв, предложенной Строгановой (1997), все почвы города разделены на группы почв:

1.Естественных ненарушенных;

2.Естественно-антропогенных поверхностно-преобразованных (естественных нарушенных);

3.Антропогенных глубокопреобразованных урбаноземов;

4.Почв техногенных поверхностных почвоподобных образова-

ний – урботехноземов.

Естественные ненарушенные почвы – почвы, сформировавшие-

ся в соответствующих природных условиях и имеющие полный профиль (все генетические горизонты, соответствующие условиям их формирования).

Естественно-антропогенные поверхностно преобразованные поч-

вы – почвы, сформировавшиеся вследствие уничтожения либо замены

насыпными незагрязненными грунтами генетических горизонтов верхней части профиля (до 50 см) естественных почв. Они сочетают в себе горизонт «урбик» мощностью менее 50 см и ненарушенную ниж- нюю часть профиля. Почвы сохраняют типовое название с указанием характера нарушенности (например, урбо-черноземная скальпирован- ная, погребенная и т. д.). В настоящее время отсутствуют строгие но- менклатурные названия подобных почв, поскольку они не разработаны и в общей национальной классификации почв России.

Урбаноземы – антропогенные глубокопреобразованные почвы искусственного происхождения, созданные в процессе формирова- ния городской среды. В данных почвах горизонт «урбик» имеет мощность более 50 см. Они формируются за счет процессов урба- низации на культурном слое или на насыпных, намывных и пере- мешанных грунтах мощностью более 50 см, и подразделяются на две группы:

∙физически преобразованные почвы, в которых произошла фи- зико-механическая перестройка профиля (урбанозем, культурозем,

некрозем, экранозем);

∙химически преобразованные почвы, в которых произошли зна-

чительные хемогенные изменения свойств и строения профиля за счет интенсивного химического загрязнения как воздушным, так и жидкостным путем, что и отражается на их разделении (индустри-

зем, интрузем).

86

Тип «Урбанозем»

А. Физически преобразованные

1.Урбаноземы (собственно) – почвенный профиль состоит из серии диагностических горизонтов U1, U2 и т. д., из своеобразного пылевато-гумусного субстрата разной мощности и качества с при- месью городского мусора. Могут подстилаться непроницаемым ма- териалом (асфальтом, фундаментом, бетонными плитами, коммуни- кациями). Характеризуются отсутствием генетических горизонтов до глубины 50 см и более. Формируются на грунтах разного проис- хождения и на культурном слое. Собственно урбаноземы занимают селитебные участки, пустыри, заросшие свалки.

2.Культуроземы – городские почвы фруктовых и ботанических садов, старых огородов. Характеризуются большой мощностью гу- мусового горизонта, наличием перегнойно-торфо-компостных сло- ев мощностью более 50 см, развивающихся на нижней иллювиаль- ной части почвенного профиля, на культурном слое или на грунтах разного происхождения.

3.Некроземы – почвы, входящие в комплекс почв городских кладбищ. Перемешанность грунтов более 200 см.

4.Экраноземы – экранированные почвы (название условно). Формируются под асфальто-бетонным и каменным покрытием, под зданиями, сооружениями. Их также называют мощенные, запеча- танные. В современных городах до 30–40 % площади жилых за- строенных зон занимают запечатанные почвы. Наименьший про- цент «запечатанности» в городах имеют рекреационные зоны, где этот показатель доходит до 10 %.

Б. Химически преобразованные

К химически преобразованным и загрязненным почвам могут относиться и техногенно-загрязненные почвы, в которых сохраня- ется генетический профиль, но произошли значительные хемоген-

ные изменения свойств и строения профиля за счет интенсивного химического загрязнения.

5. Индустриземы – почвы промышленно-коммунальных зон, распространены в районах промышленных предприятий, вблизи крупных автомобильных и железных дорог. Сильно техногенно за- грязненные тяжелыми металлами и другими токсичными вещества-

87

ми, которые изменяют почвенно-поглощающий комплекс почв, предельно сокращают биоразнообразие почвенной биоты, делают почву почти абиотичной. Уплотненные, бесструктурные, с включе- ниями токсичного непочвенного материала объемом более 20 %. Название условно, их также можно назвать «поллютозем».

6. Интруземы – почвы, пропитанные органическими масляно- бензиновыми жидкостями. Они формируются на территории бензо- заправочных станций и автомобильных стоянок, когда масло и бен- зин постоянно проникают в грунт. Название условно, их также предлагается называть «урбохемозем», «нефтезем».

Тип «Урботехнозем»

Поверхностно-гумусированные урботехноземы

На территории городов, в районах массовой застройки форми-

руются почвоподобные техногенные поверхностные образования

(урботехноземы). Они представляют собой созданные искусственно почво-грунты.

Урботехноземы (слаборазвитые, молодые, примитивные) разли- чаются по мощности и свойствам гумусированного слоя, составу и свойствам породы.

1.Реплантоземы – почвы, которые состоят из маломощного гу- мусового слоя, слоя торфо-компостной смеси или слоя органо- минерального вещества, нанесенного на поверхность рекультивиру- емой породы. Формируются в районах городских промышленных и селитебных новостроек, на новых газонах.

2.Конструктоземы – почвы, формирующиеся на специально отсыпанных грунтах со слоистой вертикальной структурой, задава- емой, исходя из гидрогеологических условий, характера формируе- мых на них зеленых насаждений и положения в рельефе.

3.Почвогрунты – почвы, формирующиеся на антропогенно нарушенных (с инородными включениями, нарушенным сложением

ит. д.) грунтах, не подвергавшихся целенаправленной рекультива- ции на всю глубину корнеобитаемого слоя (до 1,5 метра) и имею- щие гумуссированный горизонт (искусственно созданный либо сформированный почвообразующими процессами in situ).

88

Городские почвы требуют постоянного внимания и контроля над их состоянием. При проектировании почвенного покрова необхо- димо учитывать уровень химического загрязнения почвообразую- щего грунта. Степень его загрязнения определяется в санитарном и биологическом аспектах. Характеристика санитарного состояния дается для поверхностного слоя, входящего в сферу жизнедеятель- ности человека и домашних животных. Мощность этого слоя со- ставляет 30 см. Биологическая характеристика дается для слоя поч- вы, обеспечивающего нормальное развитие растений и составляю- щего 2 м.

Взависимости от степени захламленности и каменистости, а также насыщенности отдельными химическими элементами опре-

деляется необходимость проведения рекультивации городских почв. В случае сверхнормативного загрязнения грунта радиоактив- ными веществами рекультивацию проводят спецподразделения.

Существуют специально разработанные гигиенические нормативы предельно-допустимых и ориентировочно допустимых концентра- ций (ПДК, ОДК), которые позволяют вычленить и оценить индиви- дуальную роль каждого элемента в загрязнении. Критерии такой оценки зависят от хозяйственного назначения территорий. В приро- доохранных и сельскохозяйственных зонах (национальных парках, парках культуры и отдыха, скверах и т. п.) действуют наиболее жесткие требования. В промышленных зонах допустимы значи- тельные уровни загрязнения, регулируемые специальными норма- тивами. Предельно-допустимые и ориентировочно допустимые концентрации (ПДК и ОДК) тяжелых металлов в почвах утвержде- ны Минздравом России и Госкомсанэпидемнадзором России. Если почва и грунт имеют существенные отклонения от нормы, то требу- ется их реабилитация, включающая, в соответствии с функциональ- ным зонированием, частичную или полную замену.

Вкачестве основных компонентов при производстве раститель- ных грунтов для рекультивации городских почв могут быть исполь- зованы: гумусовые горизонты (растительные грунты), изымаемые при строительстве различных сооружений; рыхлые горные породы (супеси, пески, суглинки, глины), добываемые в карьерах и изыма- емые при строительстве различных сооружений; различные виды торфа (верховой, переходный, низинный), а также сапропель и био-

89

компосты, получаемые при компостировании различных видов навоза, птичьего помета, древесных опилок, растительных остатков.

Для «ремонта» существующих почв и грунта используются торф, органические удобрения (компосты) и песок, а для мульчиро- вания поверхности почвы после посева травосмесей – торф и ком- посты. Почвогрунт и его компоненты, ввозимые в города и исполь- зуемые на объектах благоустройства и озеленения, должны иссле- доваться на предмет радиологической безопасности, а также прохо- дить контроль на соответствие экологическим требованиям, предъ- являемым по химическим, санитарно-эпидемиологическим и агро- химическим показателям. Биологический и средозащитный потен- циал не качественного почвогрунта исчерпывается в течение двух– трех лет после посадки зеленых насаждений.

Контрольные вопросы

1.Как проявляется снижение средозащитных функций городских почв?

2.Как классифицируются почвы в черте города?

3.Перечислить приемы восстановления городских почв.

Литература

1.Владимиров В. В. Урбоэкология: курс лекций. – М.: МНЭПУ, 1999. 204 с.

2.Перцик Е. Н. Города мира. География мировой урбанизации. – Москва: Международные отношения, 1999. 384 с.

3.Почва. Город. Экология / под общ. ред. акад. РАН Г. В. Доб- ровольского – Фонд «За экологическую грамотность». 1997. 320 с.

4.Яницкий О. Н. Россия: экологический вызов (общественные движения, наука, политика). – Новосибирск: Сибирский хронограф, 2002. 426 с.

90