Повышенное содержание гумуса, накопление пылеватой фракции и менее кислая реакция среды верхних горизонтов почв городских территорий по сравнению с почвами окрестностей способствуют повышению величины ЕКО. В почвах газонов, скверов и в других урбаноземах она возрастает а 2-4 раза и достигает 30-50 мг-экв/100 г.почвы, а в почвах лесопарков равна 25 мг-экв, по сравнению с 15-20 мг-экв, характерных для естественных почв.
Щелочные и щелочноземельные элементы, поступающие на поверхность городских почв с пылью, вовлекаются растениями в БК. Наряду с влиянием на реакцию среды, они входят в ППК и меняют его состав и степень насыщенности основаниями.
В почвах газонов и селитебных участков степень насыщенности основаниями составляет 80–95%. В почвах парков и лесопарков она обычно менее 60%. В составе обменных катионов преобладают кальций (до 70%) и магний (до 30 %). Весьма интересны данные Обухова, Лепневой, Никифоровой и Лазуковой. В почвах газонов вдоль автомагистралей и придомовых скверах в отдельные периоды года (весной или летом) кратковременно обнаруживается обменный натрий в количествах 2 -3% или даже 15% от ЕКО. Связано это с последствиями применения противогололедных соединений на дорогах и тротуарах.
Степень таких изменений определяется типом ЭГЛ, находится в прямой зависимости от степени урбанизации и рекреации территории.
Девятова с соавторами отмечает, что почвы г. Воронежа также более насыщены основаниями по отношению к пригородным почвам при значительном колебании их значений. При этом содержание обменного магния довольно стабильно, а кальция подвержено большой изменчивости. Это указывает на привнесенный характер ионов кальция за счет хаотичной захламленности городских почв мусором.
Элементы питания (N,Р,К ) в городских почвах распределены неравномерно. Большинство исследователей отмечают высокую обогащённость насыпных и сильнонарушенных почв содержанием N, Р и К, а так же подвижными формами этих соединений по сравнению с природными аналогами. Обеспеченность ими городских почв оценивается как повышенная, высокая и очень высокая. Содержание подвижного фосфора колеблется в пределах 5-150 мг/100г. почвы (в 14-15 раз превышая фон), подвижного калия - 2- 100 мг/100г. почвы (в 2 раза выше фона).
Объясняется это наличием в городских почвах мусора и строительных обломков.
Процесс «зафосфачивания» городских почв может негативно сказаться на функционировании зеленых насаждений
Почвы парков и лесопарков относятся к группе почв с низкой обеспеченностью элементами питания.
Вопрос освящен слабо в научной литературе, так как основная часть исследований осуществляется в городах, расположенных в лесной зоне, для которых не характерно это явление.
Но по мнению ряда исследователей на городских территориях происходит деградация зонального почвообразующего процесса. Выявлена тенденция урботехногенной аридизации природных лесных экосистем (в частности, в Москве и Нижнем Новгороде) и сдвига ряда почвенных свойств к аридному (полупустынно-степному) типу, благоприятному для развития процессов галогенеза.
Техногенным источником солей в городе, являются противогололедные смеси, используемые в зимний период. Периодичность применения и суммарные дозы внесения солей меняются от года к году и во многом зависят от конкретных погодных условий.
В 1960- 1990г. в Москве для борьбы с гололедом применялась преимущественно песчано-соляная смесь, в которой содержание солей было относительно низким. В настоящее время соляную смесь применяют без песка, а расход солевых реагентов при этом возрос в 1.5 раза. Масштабы современного применения противогололедных смесей характеризуются величиной порядка 5 кг/км2 (Состояние…2000).
Увеличение содержания легкорастворимых солей в почвах городов не имеет площадного распространения. Наибольшее количество противогололедных смесей приходится на крупные магистрали и дворовые территории, поэтому и переизбыток солей наиболее отчетливо выражен в почвах именно вблизи дорог и около жилых домов.
Масштабы распространения засоления вдоль дорог определяются разносом солей, зона влияния автодорог распространяется от 30 до 150-200 м, в зависимости от конкретных ландшафтных условий. Механические барьеры (здания, кустарник, деревья) уменьшают дальность переноса аэрозолей соли, резко увеличивая их концентрацию в непосредственной близости от дорог. Открытые пространства, наоборот, способствуют более дальнему переносу, при этом, по мере удаления от дороги уровень концентрации соли в снеге убывает постепенно.
Начало изучения содержания легкорастворимых солей в городских условиях проводилось в снеге и талых водах. На разделительных газонах вдоль автомагистралей оно колеблется от 8,5 до 1000 мг/л, а в парках и лесопарках на 2 порядка ниже. Работами Обухова показано, что электропроводность талых вод достигает 11 мСs то время как величина 3 мСs уже может приводить к засолению почв. Именно за счет фильтрации таких талых вод через почву в ней кратковременно и происходит увеличение содержания легкорастворимых солей, в первую очередь, за счет ионов натрия и хлора..
Наиболее неблагоприятными в этом отношении считаются почвы газонов в 0-2 м зоне от автомагистралей, так как снег, а, следовательно, и содержащиеся в нем соли, убираются с проезжей части на обочину.
Как следует из литературных источников, вторичное засоление почв на урбанизированных территориях может быть эфемерным (кратковременным весной) или, о чем утверждается в последнее время, и постоянным, в течение всего года. По глубине обнаружения солей (0-30 см) почвы ряда примагистральных участков г. Москвы можно отнести к солончаковым. По величине плотного остатка (0,2-0,5%) и электропроводности (3-20 mSm/sm) - к разной степени засоления (Обухов, Лепнева, 1990; Состояние…2000; Доклад… 2002; Азовцева, 2004; Экологические…2004). Для нормального роста большинства видов деревьев, кустарников и трав, традиционно используемых в озеленении городов, пределом является величина солей по плотному остатку 0,5%, а электропроводности более 2 mSm/sm. При содержании хлоридов более 1% почвы относятся к солончакам (Почвоведение, 1988).
Анализ состава соляных смесей, применявшихся в Москве зимой 1997-1999гг. показал, что они на 97% состоят из NaCl. Снижение содержания легкорастворимого натрия в поверхностных горизонтах почв сопровождается, с одной стороны, его миграцией в более глубокие горизонты, а с другой – переходом воднорастворимого натрия в обменный.
По мнению ряда исследователей, вполне вероятно развитие на небольших площадях почв крупных городов таежной зоны процесса вторичного осолонцевания (Экогеохимия…1995; Состояние…2000; Экологические…2004).
Иная картина наблюдается в почвах городов, расположенных в природных зонах, для которых характерно проявление засоления в естественных почвах .В настоящее время нами получены результаты по почвам г. Якутска. И предварительно мы делаем вывод о том, что природные засоленные почвы в городских условиях подвергаются рассолению.
В настоящее время эти свойства менее всего изучены, вернее, одни из них достаточно отражены в литературе (твердость, плотность), а по другим – структурный, агрегатный состав, водопроницаемость- имеются лишь единичные данные.
Установлено, что в ряде случаев физические свойства городских почв резко отличаются от свойств естественных аналогов. В них увеличивается плотность, твердость, уменьшается поровое пространство, влагоёмкость и водопроницаемость, изменяется гранулометрический состав.
Гранулометрический состав.
1.Отмечена большая мозаичность гранулометрический состав, так как он определяется, прежде всего, приуроченностью к тем или иным ЭГЛ и степенью нарушенности почв.
2. В профиле ряда почв прослеживается высокая щебнистость (каменистость, включения строительного мусора).
3.В поверхностных горизонтах возрастает содержание тонкодисперсных фракций , вследствие поступления на поверхность почвы городской пыли.
4.При формировании урбаноземов отмечается слоистость грунтов и, соответственно, гранулометрического состава.
Литературные данные по гранулометрическому составу городских почв весьма скудны. Доказывается, что он определяется прежде всего принадлежностью их к ЭГЛ: в почвах лесопарков увеличивается содержание илистой фракции, а на ПМУ – существенна доля песчаных фракций.
Для городских экосистем характерно привнесение в почву песка и гравия, используемого в градостроительстве. Строительный материал, промышленные отходы и другие субстраты имеют форму гравия и камней. Поэтому содержание скелета ( каменистость) ряда городских почв повышается.
Наши исследования свидетельствуют, что в гранулометрическом составе почв лесопарков по сравнению с естественными выявлены следующие закономерности:
1) В гумусово-элювиальной толще (0-30 см) отмечено снижение содержания песчаной фракции (с 33 до 6-15%), обогащение илистыми (с 4 до 10-15%) и пылеватыми (с60 до 80%) частицами. Соотношение физического песка и физической глины сдвигается в сторону увеличения последней ( 76:24 на 63:37).
2.В гор. ЕВ изменения аналогичны, а в иллювиальной части несущественны
По мере приближения от окраин города к его центру прослеживается тенденция уменьшения степени дифференциации профиля почв по гранулометрическому составу.
Это позволяет предположить снижение интенсивности основного зонального процесса (подзолообразования) , о чем свидетельствуют и морфологические свойства профиля городских почв. Аналогичные факты отмечены и другими исследователями в Ярославле и С-Петербурге.
Вероятность этого, возможно, обусловлена несколькими причинами:
1.Ослаблением кислотного гидролиза минеральной части вследствие снижения кислотности почв и уменьшения агрессивности гумусовых кислот.
2.Заиливанием поверхностных горизонтов городской пылью.
3. Обогащением гумусом.
4.Развитием метаморфизации, что подтверждается покрытием включений илистым налетом, накоплением фракций мельче 0,001 мм в горизонте ЕВ.
Последнее вполне возможно в почвах, развивающихся в черте города, поскольку здесь создаются необходимые условия. Рохмистров и Иванова считают, что перестройка биогеохимических процессов в почвах, не подверженных прямому воздействию человека приводит к оглиниванию элювиального горизонта, изменению его гранулометрического состава и структуры. Скорость же метаморфизации зависит от продолжительности и степени антропогенного воздействия на городские ландшафты
Структурное состояние почв.
Может быть различным, а его показатели зависят от типа целевого использования территории (типа растительного покрова, почв) и степени рекреационной нагрузки.
Можно предположить, что в почвах, подвергающихся незначительному антропогенному «прессингу», структурное состояние, по крайней мере, не будет ухудшаться. Обусловлено это увеличением в них содержания гумуса, изменением его качественного состава, поступлением тонкодисперсной городской пыли, обогащенной карбонатами кальция и магния.
Структура корнеобитаемых горизонтов городских почв довольно благоприятная: Кстр. практически везде больше 1, что обусловлено обилием клеящих веществ.
Однако показатели структурного состояния существенно варьируют в зависимости от характера землепользования. Наилучшим качеством структуры обладают почвы лесопарков и парков. В них по мере усиления рекреационной нагрузки возрастает доля либо глыбистых, либо мелких отдельностей.
На разделительных газонах в зависимости от ухода показатели структурного состояния различны, но в целом они менее благоприятны, чем в почвах лесопарков.
На участках , испытывающих максимальную нагрузку человека (тропы, пустыри), качество структуры почв резко ухудшается, а верхние 0-2 см имеют слоеватую уплотненную почвенную массу.
Исследования водопрочности агрегатов свидетельствуют, что в лесопарках ее можно оценить как хорошую и отличную (более 50-80% агрегатов не разрушаются водой). Повышение степени антропогенной нагрузки (тропинки, ПМУ) способствует снижению в 2-3 раза устойчивости агрегатов, а их водопрочность определяется как удовлетворительная или недостаточно удовлетворительная (доля устойчивых агрегатов составляет 24-32%).
Данные гранулометрического и микроагрегатного анализов по содержанию илистой фракции позволяет рассчитать Кдисперсности, характеризующий степень устойчивости микроагрегатов. Чем он выше , тем менее прочны микроагрегаты .
В фоновых почвах К варьирует от 75 до 90%, характеризуя низкую степень их оструктуренности. В городских - отмечается значительное улучшение качества структуры верхних горизонтов: микрооструктуренность характеризуется как хорошая и высокая (Кдис. составляет 8-26%). Установлена четкая закономерность ее улучшения при движении от окраин города к центру.
Плотность сложения.
Очень важная физическая характеристика почвы, определяющая водный, воздушный, тепловой режимы почвы, рост и развитие корневой системы растений, интенсивность микробиологической деятельности. Это весьма динамичная величина как во времени, так и в пространстве. Зависит от гранулометрического состава, количества гумуса и других свойств.
В городских условиях эта величина варьирует в широких пределах: от 0,65 до 1,7 г/см3 в зависимости от типа ЭГЛ и степени антропогенного «прессинга». Но как правило, на больших территориях почвы города переуплотнены.
Самые рыхлые- верхние горизонты почв вновь созданных газонов и лесопарков (0,9-1,1). На участках подверженных рекреации плотность возрастает на 0,2-0,3 г/см 3 . Наиболее уплотнены ( до 1,7 г/см 3)поверхностные слои почв селитебных участков (дворов, бульваров и т.д.).
Работами Смагина показано, что в рекреационных зонах на 70% территории уплотнение почвы отсутствует, а вот на газонах лишь на 35%. В последнем случае вероятность переуплотнения снижается по мере удаления от автомагистрали (75% на расстоянии 0,4 м и 47% - 3 м.).
Оптимальной плотностью почвы для растений в верхних горизонтах является величина 0,9-1,15 г/см3. Границей переуплотнения почвы и прерывания развития корней растений считается величина 1,4 для суглинистых и 1,5 г/см 3 для песчаных.
Сильное уплотнение почвы ведет к созданию в корнеобитаемом слое условий, близких к анаэробным. В таких условиях сильно затрудняется рост корней растений. Зеликов установил, что от соотношения рыхлых и плотных участков зависит состояние зеленых насаждений. Если участки с плотностью более 1,1 г/см3 составляет более 30%, то многие деревья страдают суховершинностью.
В урбаноземах из-за присутствия разных количеств строительных и бытовых отходов плотность сложения с глубиной может меняться скачкообразно.
Твёрдость.
Уплотнение почвы сопряжено с возрастанием твердости верхнего горизонта. Максимум твёрдости приходится на почвы на селитебные участки (погружение плунжера на 10 - 30 мм) и минимум - в почвах парков и лесопарков (45 - 60 мм.) . Значительная рекреационная нагрузка (на тропинках) увеличивает твердость в 2-4 раза.
Уплотнение почвы отражается на величине порового пространства. В лесопарках, где почва подвергается незначительному уплотнению, порозность колеблется от 45 до 75%.Уплотнение почвы снижает порозность до 25-45%.
В результате переуплотнения верхнего горизонта в 1,5 раза уменьшается порозность, ухудшается структура, до 10 раз уменьшается фильтрация, на 30% уменьшается плодородный слой, в 2 - 3 раза сокращается "дыхание" почвы, увеличивается обсеменённость анаэробными микроорганизмами в 4 -10 раз. Водно-воздушный режим в таких почвах резко ухудшается, что ведёт к развитию процесса оглеения .
Водопроницаемость.
Исследований мало. Общие закономерности следующие:
1).В верхних горизонтах городских почв по сравнению с природными аналогами водопроницаемость снижается в 2-5 раз, а иногда в десятки раз.
2).Абсолютная величина зависит от целевого использования участка и степени рекреационной нагрузки: естественные почвы –18 мм/мин, в лесопарках – 10-12, в скверах –2-4, а на тропинках –0,63-0,98 мм/мин.
3).Для урбаноземов характерна провальная или мозаичная водопроницаемость, обусловленная наличием пустот и высокой каменистостью профиля за счет строительного и бытового мусора.
Загрязнение почв химическими веществами.
Одним из основных признаков урбогенеза, влияющих на почвообразование, является загрязнение почвы в результате накопления, перемещения загрязнителей. Эти материалы могут быть твердыми (бумага, стекло, пластик, твердые выпадения из атмосферы), жидкими (атмосферные загрязненные осадки, промышленные и канализационные стоки и пр.) и газообразными (инертными или токсичными). Данные по загрязнению почв различными веществами в литературе обширны, как по городам России, так и за ее пределами.
Источниками загрязнения являются выбросы промышленных предприятий, ТЭЦ, автотранспорта, коммунально-бытового сектора.
Как показывают исследования культурного слоя древней части Москвы, здесь заметно накопление свинца, мышьяка, меди и цинка, соединения которых широко использовались человеком при металлообработке, обработке кож и других видах деятельности человека в те времена.
Подвергаясь значительной техногенной нагрузке, почвы города содержат в 5 - 10 раз больше тяжелых металлов (ТМ), чем фоновые. Их содержание может варьировать в пределах 2-3 порядков, а локально превышать ПДК в 5-100 раз (вокруг промышленных предприятий, вдоль автодорог). На закономерности распределения ТМ влияют свойства ТМ, мощность и расположение источника загрязнения, погодных условий, особенности архитектуры, структура города, почвенно-геохимические условия.
Верхние горизонты почв всех УФЦ (кроме лесопарков) содержат Pb и Zn в 3-4 раза выше нормы, а Сd и и Сu в 2-5 раз
Но окарбоначивание городских ландшафтов приводит к связыванию многих ТМ в труднорастворимые карбонатные комплексы и к изменению класса водной миграции.
Наряду с почвами растительность также подвергается атмотехногенному воздействию и загрязнению рядом поллютантов. Содержание металлов в городских растениях достаточно сильно изменяется в зависимости от вида растений, его органа и условий произрастания. Содержание тех или иных ТМ может превышать фоновые в 2-17 раз, но не достигать максимального уровня.
Существенную проблему представляют органические загрязнители, воздействие которых ( например, бензопирена) весьма негативно сказывается на здоровье человека.
Биологические свойства почв
Важнейшей характеристикой биологических свойств почвы является оценка структуры, функций почвенной биоты, которая осуществляется разными методами.
Целлюлазная активность определялась по % разрушенной ткани.
В составе органического вещества целлюлозе принадлежит значительная доля. Наиболее интенсивно разлагают ее бактерии. Смена микробных сообществ почв в городах уменьшает долю грибов и увеличивает бактерий и актиномицентов.
В почвах городов ее показатели превышают те, которые характерны для естественных дерново-подзолистых. По мере увеличения антропогенного прессинга микробиологическая деятельность возрастает: в почвах лесопарков она составляет 23-33%, а скверов и разделительного газона – 34-38%.
Функциональное состояние почвенной биоты можно оценить набором интегральных показателей, например, «дыханием» почвы. Эти показатели указывают на интенсивность протекания процесса, однако не дают представления, в результате жизнедеятельности каких организмов эти процессы происходят. Ряд ученых определяют его по выделению СО2, другие же - О2. Биологическая активность (по выделению СО2) определялась методом субстрат индуцированного дыхания (СИД) в слое 0-10 см.