Базальное дыхание в почвах существенно колеблется: от 1,26 до 3,58 мкг СО2-С/г почвы*час, то есть по отношению к реальной биологической активности зональных дерново-подзолистых почв (2-5 мкг СО2-С/г почвы*час) или уменьшается, или соответствует ей . В материалах исследователей городских почв приводятся значения базального дыхания, варьирующие от 0,1 до 3,2 мкг СО2-С/г почвы*час в зависимости уровня антропогенной преобразованности почв. Однако в искусственно созданных почвах изменение функционирования почвенной микробиоты в городских условиях может быть разнонаправленным .
Показаны различия в реальной биологической активности почв разных элементарных городских ландшафтов. Наибольшая величина базального дыхания почв (3,5 мкг СО2-С/г почвы*час) характерна для территории Битцевского лесопарка.
Усиление прямой антропогенной нагрузки, выражающейся, в основном, в виде рекреации, которая приводит к уплотнению верхних горизонтов почвы и угнетению жизнедеятельности микроорганизмов, определяет снижение базального дыхания до 2,85 мкг СО2-С/г почвы*час на тропиночной сети в лесопарке и 1,3 в почвах селитебного ландшафта.
В почвах селитебно-транспортного ландшафта биологическая активность зависит от времени создания разделительного газона. На вновь созданных газонах она высока и достигает 3,5 мкг СО2-С/г почвы*час, что показывает сопротивление микробных популяций на первых этапах нарушения экосистемных функций почв. На старосозданных газонах усиление антропогенного пресса (накопление атмотехногенных загрязнителей) привело к падению микробиологической активности и величины БД до 1,5 мкг СО2-С/г почвы*час.
Потенциальная биологическая активность исследуемых почв варьирует от 3 до 12 мкг СО2-С/ г почвы/час, что соответствует или ниже значений в почвах естественных лесных биоценозов, где она составляет 8-23 мкг СО2-С/ г почвы/час. Лишь в работе О.В.Семенюк с соавторами (2013) имеются сведения о колебаниях величины потенциальной биологической активности до от 0,01 до 11,8 мкг СО2-С/ г почвы/час в зависимости от функционального использования территории усадьбы «Архангельское».
Закономерности изменения показателя СИД аналогичны базальному дыханию. Наибольшей потенциальной биологической активностью (12 мкг СО2-С/г почвы/час) характеризуются почвы основной территории парково-рекреационного ландшафта. Микробиологическая активность почв дворовых территорий значительно ниже (в среднем 3 мкг СО2-С/ г почвы/час), а на примагистральных участках сильно варьирует.
Известно, что уровень биологической активности (оцененный по СИД), как правило, находится в прямой зависимости от содержания органического углерода в почвах. Материалы по обеспеченности городских почв органическим веществом частично опровергают ее. Наиболее высокое содержание Сорг не соответствует более высокому уровню потенциальной биологической активности. Очевидно, это обусловлено тем, что питательный субстрат здесь представлен углеродом, не всегда доступным микроорганизмам. Этот углерод находится в соединениях, являющихся загрязнителями (продукты неполного сгорания бензина, сажа при трении покрышек автомобилей и т.д.).
Почвенная мезофауна. Обилие почвенных беспозвоночных определяется условиями среды их обитания, которые детерминируются почвенными свойствами. Их численность в почвах отдельных участков колеблется от 24 до 950 экз/м2 , а в ЭГЛ различается в 6 раз свидетельствуя об увеличении вариабельности вдвое по сравнению с почвами Подмосковья.
Особенно негативно на антропогенное воздействие реагирует мезофауна почв СЕЛ и СТ ландшафтов, где вследствие комплекса разных факторов фиксируется минимальная ее плотность (100 экз/м2). В селитебно-транспортном ЭГЛ - это уплотнение, загрязнение продуктами неполного сгорания бензина и последствия применения антигололедных соединений. Во дворовых территориях велико влияние рекреационной нагрузки, приводящей к сплошной вытоптанности и исчезновению травяного покрова. Дефицит питательного субстрата и снижение обеспеченности почв кислородом при высокой плотности угнетают жизнеспособность мезопедобионтов. Наибольшая численность обитающих в почве беспозвоночных (600 экз/м2) наблюдалось в Ботаническом саду МГУ, немногим меньшая - в скверах и парках. Преобладают мезопедобионты (80-100%) в минеральных горизонтах, а максимально сосредоточены в слое 0-10 см. Развитие подстилочного комплекса лимитируется в почвах СЕЛ и СТ ЭГЛ различными факторами: отсутствием подстилки, переуплотнением и т.д.
Величина их биомассы в среднем составляет 30 г/м2, варьируя в почвах отдельных объектов от 5 до 72 г/м2, то есть снижается по сравнению с почвами Подмосковья и практически идентична сведениям по городским. Закономерности изменения биомассы почвенных беспозвоночных в разных ЭГЛ коррелируют с их численностью: наименьшая (18-19 г/м2) характерна для почв селитебно-транспортного и селитебного, а её максимум (60 г/м2) отмечен в постагротехногенном.
В почвах города по сравнению с зональными наблюдается обеднение состава сообществ почвенных животных: обнаружено только 5 из 6 систематических классов: малощетинковые черви, пауки, многоножки, насекомые и брюхоногие .
Подстилочный комплекс мезопедобионтов менее разнообразен и высоко неоднороден: они или отсутствуют, или представлены 1-4 классами. Вследствие высокой мобильности доминируют представители насекомых (44-56%). В минеральных горизонтах почв фиксируются особи 3-5 классов беспозвоночных; наиболее многочисленны люмбрициды и многоножки (от 19 до 67%). Преобладание дождевых червей является свидетельством высокой устойчивости их популяции к меняющимся условиям среды Сохранение многоножек связано с различной специализацией типа питания и активным перемещением.
Для оценочного учета разнообразия и долевого участия классов мезопедобонтов использовался индекс Шеннона (Н), который снижается в исследуемых почвах по сравнению с зональными с 3-4,5 до 0,20-1,96. Аналогичный результат негативных последствий антропогенной деятельности получен и другими исследователями .
Наименьшие изменения в популяциях мезопедобионтов свойственны ПР ландшафту, где присутствуют все исследуемые классы, а индекс (Н) наибольший (1,68). В почвах Ботанического сада отсутствует лишь класс брюхоногих, а индекс несколько ниже. Преобладают (более 50%) многоножки, а доля люмбрицидов составляет около 20%.
На наиболее преобразованных человеком территориях (в СЕЛ и СТ ЭГЛ) почвенные беспозвоночные представлены 3-4 классами, а средний индекс разнообразия снижается до 0,94-0,96 при высоком варьировании по отдельным участкам. Отсутствие особей брюхоногих и пауков обусловлено ухудшением условий их обитания. Низкое проективное покрытие травяного яруса (5-10%) и высокая плотность почв (1,45-1,66 г/см3) угнетают брюхоногих, а открытые поверхности и высокая солнечная радиация определяют высокую миграцию паукообразных. Доминирующими выступают дождевые черви и многоножки.
Формирование, трансформация и эволюция почв в городских условиях обусловлены:
1. Функциональными особенностями использования территории (ЭГЛ).
2.Возрастом. Почвенный покров древних городов имеет широкий спектр возрастов в разных частях города, от древних центров с многометровым культурным слоем и серией погребенных древних естественных и городских почв (возраст от n 100 до 1000 лет) до современных территорий новых микрорайонов, создающихся на месте недавних пахотных или лесных земель, а иногда на полях орошения или свалках ( возраст n1-10 лет).
3.Положением в природной зоне.
Для собственно городских почв (урбаноземов) Строганова выделяет несколько фаз-стадий в формирования почв:
1. Урботехногенная . При современной технологии строительства жилых микрорайонов на больших территориях уничтожается почвенно-растительный покров, почвенно-грунтовая толща нарушается до 3-6 метров.
2.Постурботехногенная. Оставшиеся после строительства неровности рельефа, выемки вместе со строительным мусором засыпаются и выравниваются привозным или местными грунтами.
3. Фаза физической и структурной стабилизации и усадки грунта. Начинается формирование гидрологического режима и первичных растительных сукцессий с начальной стадией почвообразования (единицы лет).
4. Фаза геохимической и биологической стабилизации, биогеохимического круговорота веществ, приводящая к формированию городских почв.
В последнее время все чаще высказывается мысль о том, что эволюция почв неразрывно связана с эволюцией ландшафта, с изменением экологических условий, в равновесии с которыми находится почва на определенном этапе своего развития.
В условиях усиливающегося антропогенного воздействия вполне оправданно ожидать качественного и количественного изменения в естественном ходе эволюции. При чем ряд авторов утверждает, что «антропогенная» эволюция накладывается на природную. К сожалению, теория антропогенного почвообразования сегодня не разработана. В литературе имеются лишь единичные предположения. Можно предположить, что это довольно сложный, разнонаправленный процесс, который находится в зависимости от типа городских почв, положения в природной зоне и многих других, пока не установленных факторов.
Развитие разных групп городских почв идет по-разному.
Наиболее полно это направление отражено в докладе Немецкого общества почвоведов (1983). Введена новая таксономическая группа «Урбиковые антросоли» (субстраты, образующиеся в результате деятельности человека). Эти субстраты могут развиваться как сироземы, затем идет аккумуляция гумуса и эволюция их в слаборазвитые почвы (регосоли), а в последствии – в дерновые (ранкеры, рендзины, парорендзины).Более развитые городские почвы могут классифицироваться аналогично природным почвам.
М.Н.Строганова утверждает в своей докторской диссертации, что при определенных условиях урбаноземы развивающиеся на культурном слое эволюционируют в зональные почвы.
Совсем иначе развиваются почвы городских территорий, не испытывающих сильного антропогенного «прессинга»., т.е. почвы лесопарков и парков, где обычно сохраняются естественные почвы.
Имеющиеся в литературе единичные данные по почвам городов, расположенных в лесной зоне (Ярославль, Москва, Нижний Новгород), а также результаты работ студентов нашей кафедры свидетельствуют об «аридизации» лесных экосистем и развитии почв по более южному варианту. Эти города расположены в зоне распространения дерново-подзолистых почв, следовательно можно предположить, что почвы эволюционируют в строну серых лесных. В зависимости от гранулометрического состава возможно проявление двух форм эволюции: трансформирующей (частичное изменение профиля с сохранением ряда признаков и добавлением новых) на тяжелых породах и стирающей (новый почвообразовательный процесс изменяет почву, стирая предшествующий) – на легких. В первом случае развитие почвы, вероятно, направлено по типу серых лесных почв, а во втором – слабонасыщенных бурых лесных.
Подтверждением этому процессу является свидетельство отсутствия классических дерновво0подзолистых почв. Почвы городских лесопарков отличаются слабой дифференциацией по элювиально-иллювиальному типу, большей мощностью гумусового горизонта, более гуматным составом гумуса, снижением доли агрессивных ГК и увеличением ГК, связанных с кальцием, увеличением плотности ГК. Одной из причин является изменение характера БК веществ. Студентами нашей кафедры отмечено увеличение в сотаве травяного яруса лесных городских ЭС доли злаков, обогащение их биомассы зольными элементами и как следствие увеличение в составе ППК обменных кальция и магния, закрепление гумусовых кислот в верхнем горизонте и снижение кислотности. Это ведет к снижению процесса подзолообразования и усиление лессиважа и гумусонакопления, что и характерно для серых лесных почв.
Результаты исследования почв в парках городов степной зоны (Ростова-на Дону и Ставрополя) позволяют сделать заключение, что эволюция этих почв идет по пути более гумидных, северных вариантов почв ( черноземов лесостепи). О.Безугловой отмечено уменьшения содержания органического вещества в почвах лесопарковой зоны, приобретения почвами черт лесного типа распределения, уменьшение гуматности, снижение доли ГК, связанных с кальцием и увеличением доли свободных ГК. Прослежена миграция карбонатов в нижнюю чпсть почвенного профиля. Причина – изменение водного режима и характера биологического круговорота веществ под лесными городскими ЭС по сравнению с естественными.
Таким образом, можно сделать заключение, что эволюция городских почв разных природных зон направлена к определенному оптимуму и устойчивости.