Величина pH почв рассматривается в качестве одной из важнейших интегральных почвенных характеристик, если учесть, что в условиях урбанизации и техногенеза она претерпевает существенную трансформацию. В условиях Сибири, где не наблюдаются «кислотные дожди», как правило, pH почв смещается в щелочную сторону. Выявлено, что показатели pH городских почв колеблются в сравнительно узких пределах - от 6,9 до 7,7 ед. На основании этих результатов и созданы изолинейные карты (рис.). На одной из них (см. рис., а) видно, что очень низких и очень высоких значений pH почв не зафиксировано. Иными словами, слабокислые и сильнощелочные почвы на настоящий момент времени отсутствуют.
Рис. 1 - Распределение значений pH (а) и уровней биохимической активности почв, ед., (б) г. Саяногорска
Расчеты показали, что площадь почвенного покрова с нейтральными значениями pH невысокая и составляет 3,8 % (здесь и далее по тексту процент от площади исследуемой территории города, представленной на карте). В абсолютном значении это небольшая территория - всего 0,72 км2. Еще меньшее распространение в городе получили почвы щелочные (7,5-7,7ед. pH), которые, как видно на карте, проявились локально. Они занимают 3,5 % от исследуемой площади города, или в абсолютном отношении - 0,66 км2. Массивы со слабощелочными почвами (7,2-7,5 ед.) преобладают и занимают 92,6 % от общей площади города, что составляет 17,62 км2. Они приурочены в основном к селитебной зоне. Несмотря на значительный перевес слабощелочных почв, общая пространственная характеристика щелочно-кислотных условий определяется как разнородная. На карте хорошо выражены ареалы почв с высокими значениями pH, которые мозаично встроились в общую систему почвенного покрова.
Результаты определения уровня БАЛ представлены на карте (см. рис., б). Характер пространственной изменчивости уровня активности почв, как и в случае со значениями pH, достаточно мозаичный. Первая группа почв с очень высокой активностью занимает от общей площади города всего 4,6 %, или 0,87 км2. Вторая группа - с высокой активностью - занимает в общей сложности 17,26 км2, что соответствует 90,8 %. Небольшая доля (4,6 %) приходится на третью группу со средней активностью, которая, так же как и с очень высокой, локально отмечается на территории города и занимает 0,87 км2. Наблюдается определенная локализация ареалов с низкой активностью почв, так же как и в случае щелочно-кислотных показателей.
Следует особо подчеркнуть, что и высокая, и низкая активность почв не может считаться с экологических позиций положительным моментом, поскольку свидетельствует о тенденции к нарушению механизмов регуляции, связанных с метаболизмом органических веществ. Данному явлению могут способствовать не только щелочно-кислотные условия, но и термический режим почв в условиях Койбальской степи Южно-Минусинской котловины.
На основе полученных результатов БАЛ и pH почв г. Саяногорска был проведен корреляционный анализ между этими показателями. Коэффициент корреляции Пирсона (Я) оказался статистически несущественным. Однако направленность гидролитических процессов органического вещества прослеживается. Почвы с высокой активностью преобладают по площади так же, как и оптимальные для этого условия в виде слабощелочной реакции среды.
Заключение
Техногенная нагрузка на окружающую среду усиливается, при этом трансформация компонентов биосферы в данной ситуации неизбежна. В этой связи оправданна необходимость проведения научных исследований почвенных режимов геосистем в условиях Сибири. Определение тяжелых металлов, относящихся к I и II классу опасности, как фона для протекания биохимических процессов выявило превышение нормативных показателей Высокий уровень загрязнения определяется элементами I класса опасности: Гп, РЬ, Сй.
Результаты экспериментального изучения интегральных показателей почвенного покрова (pH, биохимическая активность), проведенного в рамках комплексных исследований территории, позволили охарактеризовать его состояние и выполнить картографическое отображение. Опыт такой реализации является географическим аспектом исследований проблемных территорий.
В работе представлены изолинейные карты распределения неоднородных значений pH и уровней биохимической активности почв города. Метод геоинформационного картографирования органически дополнил, а главное - уточнил изучаемые качественные и количественные характеристики почв урбанизированной территории. Он позволил рассмотреть характер их пространственного распределения и количественно оценить площадь почв города с определенными значениями БАП и pH. Данные показатели считаются не только информативными в реальном времени, но и прогностическими, так как представляют тренды процессов. Интерпретация полученных результатов дала возможность выявить спектр степени биохимической активности изучаемых почв, который колеблется от низкого до очень высокого, что связано, на наш взгляд, с воздействием различных природных и антропогенных факторов.
Итак, получены новые экологические знания, выявлены тенденции направленности почвенно-биохимических процессов под действием урбанизации и техногенеза, что считается важным вопросом при изучении территорий Сибири. Кроме научной новизны, исследования имеют и практическую направленность, ориентированную на информационное обеспечение. Они будут полезны для проведения обустройства города (в том числе озеленения) или его отдельных районов в целях улучшения качества среды обитания человека. Сказанное выше согласуется с новой концепцией экологической реконструкции и оздоровления урбанизированной среды в рамках устойчивого развития [13].
Список литературы
1. Аристоеская Т. В. Экспресс-метод определения биологической активности почв / Т. В. Аристовская, М. В. Чугунова // Почвоведение. - 1989. - № 11. - С. 142-147.
2. Баранов Ю. Б. Толковый словарь по геоинформатике: ГИС-обозрение / Ю. А. Баранов, А. М. Берлянт, А. В. Кошкарев. - 1998. - СИ-КОМ.
3. Бигиенические нормативы / под.ред. Г. Г. Онищенко. - СПб.: Профессионал, 2011. - С. 118.
4. Давыдова Н. Д. Техногенные потоки и дифференциация вещества в геосистемах / Н. Д. Давыдова // Географические исследования в Сибири. - Новосибирск: Наука, 2007. - Т. 2, С. 261-276.
5. Добровольский Б. В. Функции почв в биосфере и экосистема / Г. В. Добровольский, Е. Д. Никитин. - М.: Изд-во Моек.ун-та, 1990. - 261 с.
6. Лавренко Е. М. Растительный покров ССС / Е. М. Лавренко. - М. ; Л. :
7. Наука, 1956. - Т. 2. - С. 595-730.
8. Методические указания. Охрана природы. Почвы. Общие требования к отбору почв. ГОСТ 17.02-84. - М.: Изд-во стандартов, 1984. - С. 4.
9. Напрасникоеа Е. В. Щелочно-кислотные условия и биохимическая активность как показатель антропогенной изменчивости почв Прибайкалья / Е. В. Напрасникова, В. А. Снытко // География и природ.ресурсы. - 2001. - № 4. - С. 139-- 141.
10. Напрасникоеа Е. В. Уреазная активность и pH как показатели экологического состояния почв городов Восточной Сибири / Е. В. Напрасникова // Почвоведение. - 2005. - № 11. - С. 1345-1352.
11. Напрасникоеа Е. В. Почвенный покров на территории города Ангарска: эколого-биохимический и картографический аспект / Е. В. Напрасникова, Е. А. Истомина // География и природ.ресурсы. - 2012. - № 4. - С. 53-57.
12. Соколов И. А. Взаимодействие почвы и среды / И. А. Соколов, В. О. Тар- гульян. - М.: Изд-во АН СССР, 1976. - 187 с.
13. Строганова М. И. Роль почв в городских экосистемах / М. И. Строганова, А. Д. Мягкова, Т. В. Прокофьева // Почвоведение. - 1997. - № 1. - С. 96-101.
14. Фоков Р. И. Экологическая реконструкция и оздоровление урбанизированной среды / Р. И. Фоков. - М.: Изд-во Ассоциации строит. вузов, 2012. - 304 с.
15. Aristovskaya T.V., Chugunova M.V. The proximate method for determining the biological activity of soils. Pochvovedenie, 1989, no 11, pp.142-147.
16. Baranov Yu.B. Berlyant A.M., Koshkarev A.V. Glosary of Geoinformatics: GIS Review. 1998, CD-ROM.
17. Hygienic Normatives, G.G. Onishchenko (ed.). St. Petersburg, Professional, 2011. 118 p.
18. Davydova N.D. Technogenic flows and differentiation of matter in geosystems.Geographical Research in Siberia. Novosibirsk, Nauka, 2007, vol. 2, pp. 261-276.
19. Dobrovol'skii G.V., Nikitin E.D. The Functions of Soils in Biosphere, and the Ecosystem.Moscow, Moscow Univ., 1990.261 p.
20. Lavrenko E.M. Vegetation Cover of the USSR. Moscow, Leningrad, Nauka, 1956, vol. 2, pp. 595-730.
21. Procedural Instructions. Nature Conservation.Soils. Generation Requirements for Soil Sampling. GOST 17.02-84. Moscow, Izd-vo Standartov, 1984. 4 p.
22. Naprasnikova E.V., Snytko V.A. Acid-alkaline conditions and biochemical activity as the indicator of anthropogenic variability in soils of Cisbaikalia. Geogr.Prir.Resur.,2001, no 4, pp. 139-141.
23. Naprasnikova E.V. Urease activity and pH as indicators of the soil status in the cities of East Siberia. Pochvovedenie, 2005, no 11, pp. 1345-1352.
24. Naprasnikova E.V., Istomina E.A. nSoil cover on the territory of the city of Angarsk: The ecologo-biochemical and cartographic aspects. Geogr. Prir.Resur., 2012, no 4, pp. 53-57.
25. Sokolov I.A., Targulyan V.O. BThe Soil-Environment Interaction. Moscow, Izd-vo AN SSSR, 1976. 187 p.
26. Stroganova M.I., Myagkova A.D. and Prokofyeva T.V.The role of soils in urban ecosystems. Pochvovedenie, 1997, no. 1, pp. 96-101.
27. Fokov R.I. Ecological Reconstruction and Rehabilitation of the Urbanized Environment. Moscow, Izd-vo Assotsiatsii Stroitel'nykh Vuziv, 2012.304 p.
Abstract
Investigation and Mapping of the Ecologo-Biochemical Properties of Soils in the City of Sayanogorsk
E. V. Naprasnikova, E. A. Istomina, V. B. Sochava Institute of Geography SB RAS
This paper outlines the ecologo-biochemical principle and experience of its implementation in the study of soils of urbanized territories in conditions of the Koibalskaya steppe of Krasnoyarsk krai. The degree of biochemical activity of soils and the alkaline/acid situation that refer to the integral indictors are used as the information criteria for the present state of urban soils. T. V. Aristovskaya's - M. V. Chugunova's proximate method was the basic technique of carrying out routine laboratory analyses of soil biochemical activity characterizing a large territory.
It was found that the degree of activity of the soils studied in the industrial city of Sayanogorsk varies from low to very high. Soils with high activity are dominant in the area, as also do the optimal soils for this condition in the form of a weakly alkaline reaction of medium. In other words, experimental results were used to make a quantitative-qualitative assessment of the functioning of soils in conditions of urbanization and technogenesis.
On the basis of data obtained and point-to-point measurements in the geoinformation environment, the IDW Nearest Neighbors method was employed in constructing the isolines maps, which is the geographical aspect of research into problem territories. In view of the specific character of the urban industry, proper attention was paid to the content levels of some heavy metals of hazard class I and II in the soil having regard to stringent tentative allowable concentrations (TAC) as the background where complex soil-biochemical processes are taking place.
The study revealed a relatively high level of soil pollution by heavy metals. Pollution of the urban soil cover by these chemical elements shows a highly random pattern, in agreement with its heterogeneity and variation in alkaline/acid conditions.
Keywords: Sayanogorsk, soil cover, biochemical activity, acid-alkaline conditions, heavy metals, mapping.