«Монография Владивосток 2012 Министерство образования и науки Российской Федерации Дальневосточный федеральный университет Биолого-почвенный институт ДВО РАН Тихоокеанский государственный университет Общество почвоведов ...»

ПОЧВЫ И ТЕХНОГЕННЫЕ

ПОВЕРХНОСТНЫЕ ОБРАЗОВАНИЯ

В ГОРОДСКИХ ЛАНДШАФТАХ

Монография

Владивосток

2012

Министерство образования и науки Российской Федерации

Дальневосточный федеральный университет

Биолого-почвенный институт ДВО РАН

Тихоокеанский государственный университет

Общество почвоведов им. В.В. Докучаева Ковалева Г.В., Старожилов В.Т., Дербенцева А.М., Назаркина А.В., Майорова Л.П., Матвеенко Т.И., Семаль В.А., Морозова Г.Ю.

ПОЧВЫ И ТЕХНОГЕННЫЕ

ПОВЕРХНОСТНЫЕ ОБРАЗОВАНИЯ

В ГОРОДСКИХ ЛАНДШАФТАХ

Монография Владивосток Издательство Дальнаука УДК 631.4 (075.8) ББК 40.3я Рецензент:

профессор Н.М. Костенков – заведующий отделом почвоведения Биолого-почвенного института ДВО РАН, д.б.н., профессор Почвы и техногенные поверхностные образования в городских ландшафтах: монография / Г.В. Ковалева, В.Т. Старожилов, А.М.

Дербенцева, А.В. Назаркина и др. – Владивосток: Изд-во Дальнаука, 2012.с.

Показано место земли и почвы в городской среде, влияние антропогенного воздействия на почвенный покров города. Дана оценка состояния городских почв, как части мультицикличной системы, состоящей из блоков: обследование почвенного покрова и выявление деградированных и загрязнённых почв; проведение рекультивации и санации почвенного покрова; экологический мониторинг состояния почвенного покрова. На примере территорий городов Хабаровска (Хабаровский край) и Уссурийска (Приморский край) показаны источники химических элементовзагрязнителей, оценено влияние их на степень загрязнения почв.

Монография адресована широкому кругу специалистов, занимающихся вопросами охраны природной среды, осуществляющих подготовку проектов рекультивации и озеленения городских территорий, а также может быть применена в сфере образования при подготовке специалистов почвоведов, экологов и проч.

ББК 40.3я © Ковалева Г.В., Старожилов В.Т., Дербенцева А.М., Назаркина А.В., Майорова Л.П., Матвеенко Т.И., Семаль В.А., Морозова Г.Ю., © Биолого-почвенный институт ДВО РАН, © Тихоокеанский государственный университет, ISBN 978-5-8044-1212-

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время городские почвы чаще всего не рассматриваются, как самостоятельное природное тело, а принимаются как грунт, субстрат для озеленения, для посадки новых зелёных насаждений. Как отмечают А.С.

Яковлев, Т.В. Решетина, А.П. Сизов и др. (2010), особенно заметно эта проблема проявляется в новых строящихся районах, в условиях освоения территорий после строительства, в результате которого происходят значительные изменения горизонтальной и вертикальной структуры исходного почвенного покрова, нарушение морфологического строения, физических и химических свойств почв. Формируются, так называемые, антропогенно-преобразованные почвы и техногенные поверхностные образования (Классификация и диагностика почв России, 2004).

В связи с этим и экологические функции городских почв отличны от природных. Главные из них следующие:

- способность почв обеспечивать произрастание травянистой и древеснокустарниковой растительности, а также жизнедеятельность почвенных организмов;

- способность поглощать загрязняющие вещества и предотвращать их проникновение в сопредельные природные среды;

- способность поддерживать биоразнообразие на территории города.

В результате интенсивного антропогенного и техногенного воздействия в городских почвах развиваются негативные процессы, ухудшающие их качество вследствие нарушения и разрушения почвенного профиля, дегумификации, переуплотнения, нарушения водно-воздушного, теплового, пищевого и газового режимов, химического и биологического загрязнения, сокращения биоразнообразия. Немаловажную роль в возникновении негативных явлений играет захламление поверхности почв строительным мусором и извлеченными на дневную поверхность горных пород и минералов, отчего на месте почв возникают техногенные поверхностные образования.

Одним из распространенных видов загрязнения является поступление в различные среды городов химических элементов-загрязнителей (тяжелых металлов). Это оказывает значительное отрицательное влияние на химический состав почв, пищевые свойства растительности, качество питьевой воды. Попадая в почву тяжелые металлы, вступают во все процессы, происходящие в ней. Затрагиваются все главные функции, которые выполняет почва, а также попадают во все основные циклы миграции, происходящие в биосфере. Важность понимания проблемы загрязнения почв тяжелыми металлами определяется также в том, что почвы являются природным накопителем тяжелых металлов в окружающей среде и основным источником загрязнения сопредельных сред, включая растения (Соколов, Черников, 1999). Поскольку почвенный покров представляет собой систему менее динамичную и более буферную, чем атмосферный воздух и водоёмы, а также обладает свойством аккумулировать вещество, то его загрязнение можно использовать как индикатор загрязнения приземных слоёв воздуха, которым мы дышим. Для определения размеров загрязнения необходимо заранее знать количество и состав загрязнителей. Увеличение техногенной нагрузки на окружающую среду приводит к появлению в черте города зон с критической экологической ситуацией. Эти проблемы требуют осуществления комплексного контроля состояния окружающей природной среды, проведения исследований, позволяющих не только выявить и оценить опасность загрязнения, но и установить тенденции и скорость происходящих изменений.

В монографии использована «Классификация и диагностика почв России»» (2004), а также рабочая классификация «Почвы ландшафтов Приморья» (2011).

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ Интенсивная и разнообразная деятельность человека в крупных городах и их окрестностях приводит к значительному изменению окружающей среды: изменяется рельеф, гидрографическая сеть, естественная растительность уничтожается или заменяется на урбофитоценозы, сильно трансформируется почвенный покров, изменяются климатические характеристики, т.е. формируется специфический тип городского микроклимата. В крупных городах антропогенное воздействие становится преобладающим над естественными природными факторами почвообразования, что приводит к формированию специфических почв и почвоподобных тел (образований). В таком случае тип землепользования является формирующим фактором почвенного покрова. Неблагоприятные воздействия окружающей среды ведут к деградации почвы, следствием чего является уничтожение растительности. Все это в совокупности приводит к ухудшению химического состава воздуха и общей экологической обстановки, влияющей на здоровье людей. Неблагоприятные экологические процессы существенно затрудняют (препятствуют) выполнение почвами заданных им экологических функций. Значительная часть территорий крупных городов находится в зоне действия негативных процессов, влияющих на экологическое состояние почвенного покрова и функции почв.

По прогнозам экологов эти воздействия будут усиливаться (Почва, город…1997).

1.1. Историческая справка Считается, что изучение почв городских территорий – это молодое направление в науке. Но известно, что еще В.В. Докучаев обратил внимание на необходимость исследований почвенного покрова Санкт-Петербурга и других городов России. В 1890 году им была разработана комплексная, экологически обоснованная, всесторонняя программа исследований «Детальное сельскохозяйственное исследование Санкт-Петербурга и его окрестностей», для исполнения которой были привлечены лучшие ученые своего времени, но, к сожалению, эта работа не была закончена (цит. по: Докучаев, 1953).

Экологические концепции начали привлекать особое внимание ученых с начала 1920-х годов. В 1922 году Х. Берроуз обратился к Американской ассоциации географов с президентским адресом: «География как экология человека». В нем выдвигалась задача: изучать взаимоотношения между людьми и территорией (Barrows, 1923). В.Б. Сочава (1970) в своей работе «География и экология» отмечает, что проблема «человек и среда» одна из наиболее древних в науке, но она никогда не стояла так остро, как в последнее время. В прошлом изменение образа жизни человека и трансформация природной среды происходили медленно, и адаптация осуществлялась без особых эксцессов. В настоящее время окружающая человека природная среда меняется с исключительной быстротой. Это происходит под воздействиями, которые она испытывает со стороны человеческого сообщества. Для сохранения биологического равновесия необходима информация, касающаяся природной среды и закономерностей взаимоотношения с ней человека, а также прямое участие ученых в разработке мероприятий по предупреждению нежелательных природных трансформаций окружающих человека природных условий. В.И. Вернадский (1965) первым обратил внимание на химическую и биогеохимическую сторону антропогенного изменения окружающей среды и его глобальный характер. Он в качестве нового для биосферы вида геохимической миграции выделил биогенную миграцию атомов 3-го рода, вызываемую человеческим разумом и трудом.

В настоящее время интенсивно разрабатываются теоретические основы учения о городских экосистемах и о роли почв в них. Одна из первых работ – это монография голландского ученого А. Винка «Ландшафтная экология и землепользование», в которой значительное внимание уделено урбанизированным экосистемам (Vink, 1983). В 1991 году опубликован сборник, посвященный городским почвам «Soils in the Urban Envernments»

(Soils…, 1991), а в 1992 году вышла монография Ф. Кроула «Городские почвы в городском ландшафте» (Craul, 1992).

Российские ученые в настоящее время уделяют значительное внимание изучению городских территорий – это монографические работы преподавателей МГУ им. М.В. Ломоносова: «Экогеохимия городских ландшафтов», вышедшая в 1995 году; «Почва, город, экология» (1997);

"Окружающая среда крупного города и жизнь растений в нем" (Фролов, 1998); "Эколого-экспериментальные основы зеленого строительства в крупных городах Центральной части России" (Кочарян, 2000) и другие. В этих работах отмечается, что городская среда, постоянно развиваясь, подвергается воздействиям внутренних и внешних факторов. Значительная часть территорий городов подвержена действию негативных процессов, влияющих на экологические функции почв. Экологи прогнозируют, что эти воздействия будут только усиливаться (Экогеохимия городских … 1995;

Почва, город, …1997; Фролов, 1998; Кочарян, 2000). Будет уменьшаться площадь озеленения, а увеличиваться запечатанность территорий (уменьшение поверхности почвенного покрова), ухудшаться почвенногидрологические условия, расти загрязнение воздуха и превышение норм рекреационного использования. Что касается экологической нарушенности почв, так это – переуплотнение корнеобитаемого почвенного горизонта, истощение и нарушение органопрофиля, сокращение биоразнообразия почвенных микробных сообществ, заражение патогенными микроорганизмами, загрязнение тяжелыми металлами и другими токсикантами, изменение кислотности почв.

Ю.С. Осипов (2001) в своем приветствии III съезду Докучаевского общества почвоведов (г. Суздаль) отметил, что «перед почвоведами встали новые задачи по разработке научных основ сохранения почвенного покрова, как важнейшей среды обитания и генетического разнообразия растений, животных и микроорганизмов, как незаменимого природного ресурса для ведения сельского, лесного и водного хозяйства, а также для обеспечения экологически благоприятных условий жизни человека».

В своем выступлении он также подчеркнул, что в последнее время все большее внимание специалистов привлекает анализ обратного воздействия почв и почвенного покрова на компоненты географической среды – на состав и свойства атмосферного воздуха и природных вод, на параметры поверхностного слоя литосферы, на жизнь наземных экосистем и биосферу в целом. Это направление в почвоведении получило название функциональноэкологического, поскольку оно изучает экологические функции почв:

плодородие (или шире – биопродуктивность), среду обитания (жизнеобеспечене), биогеохимическую связь и т.д., что позволяет разработать теоретические основы управления экологическим качеством почв и связанных с ними биосферных процессов. Принцип экологизации приобретает важнейшее значение и для прикладных отраслей почвоведения (Осипов, 2001).

Городские почвы до недавнего времени мало исследовались почвоведами. Их усилия главным образом были сосредоточены на изучении естественных и сельскохозяйственных почв. Между тем, почвы, функционирующие в окружающей среде городов, являются важным фактором их экологического и санитарного состояния. Это обусловливает необходимость систематической инвентаризации таких почв, а также изучения особенностей их экологических функций.

В широком понимании городская почва – это любая почва или почвоподобное тело, функционирующее в окружающей среде города. В узком смысле этот термин подразумевает почвы и почвоподобные тела, сформированные деятельностью человека, который одновременно является и пусковым механизмом, и постоянным регулятором городского почвообразования (Строганова, Агаркова, 1992).

1.2. Загрязнение почвы Одним из основных признаков урбогенеза, влияющим на почвообразование, является загрязнение почвы в результате накопления, перемешивания и заполнения почв загрязнителями непочвенного генезиса.

Эти материалы могут быть твердыми, жидкими и газообразными (Sukopp et al., 1979). Загрязнение городских почв – это избыточное содержание химических веществ в почве, при котором нарушается нормальное функционирование растительности, животных и микроорганизмов, изменяются почвенные процессы (Емельянов, 1982).

Воздействие атмосферного загрязнения на почвы проявляется в целом ряде процессов. При непосредственном поступлении с осадками и пылью идет аккумуляция загрязнителей в почве. Гумусово-аккумулятивный горизонт является важным сорбентом и накопителем поступающих с выбросами соединений, причем в подстилке их содержание может увеличиться на 1-2 порядка. Накопление загрязнителей заметно изменяет природное количественное соотношение отдельных элементов, их органических, органоминеральных и минеральных форм соединений в почве.

Поллютанты действуют как на минеральную часть, так и на органическое вещество почвы (Zang et al., 2006; Chen et al., 2006). В результате снижения биологической активности почв и скорости трансформации растительного опада уменьшается содержание водорастворимых органических соединений, в том числе углеводных и фенольных компонентов. Скорость распада органического вещества и биологическая активность почв зависят не только от интенсивности загрязнения, но и от состава токсикантов (Li et al., 2006a).

Загрязнение почв тяжелыми металлами и токсичными окислами вызывает замедление деструкционных процессов, падение интенсивности выделения СО2, уменьшение полифенолоксидазной, дегидрогеназной и липазной активностей почв (Безуглова и др., 1999; Yang et al., 2006).

До недавнего времени важнейшими загрязнителями считались главным образом пыль, угарный и углекислый газы, окислы серы, азота, углеводороды, соединения фосфора, калия, синтетические органические вещества, радиоактивные изотопы. Тяжелые металлы и их соединения рассматривались обычно в меньшей степени, но начиная с 1960-х годов интерес к ним, как загрязнителям окружающей среды резко повысился.

Прежде всего, это связано с фактами проявления острых токсических эффектов, вызванных загрязнением ртутью, кадмием и свинцом. Кроме того, именно для тяжелых металлов характерно воздействие с отдаленными последствиями. Токсические свойства малых концентраций многих элементов усугубляется их способностью к накоплению в живых организмах.

Это явление выявлено для свинца, ртути, кадмия, хрома и некоторых других.

Токсические и химические свойства тяжелых металлов - точнее их суммирование - представляет очень серьезную опасность, что привело к принципиальной переоценке их значимости относительно других видов загрязнителей (Методические рекомендации…, 1982).

Выявлено, что большинство выбросов токсических веществ в городскую среду сосредоточиваются на поверхности почвы, где происходит их постепенное внедрение в среду, что ведет к изменению химических и физико-химических свойств субстрата. Почва является хорошим геохимическим барьером, благодаря которому происходит резкое снижение миграции элементов. Распределение тяжелых металлов в почвах города не подчиняется закону нормального распределения, содержание тяжелых металлов может варьировать на 2-3 порядка, локально превышая предельнодопустимые концентрации (ПДК) в 5-100 раз (Новиков, 1975; Обухов и др., 1990; Обухов, Кутукова, 1990; Singh, Kumar, 2006; Bretzel, Calderisi, 2006).

В.С. Артамонова в своей монографии (2002) отмечает, что одним из основных источников загрязнения признан автотранспорт. Специалисты насчитывают в выхлопных газах около 40 химических веществ. Особую опасность представляют высокотоксичные соединения: оксид углерода, формальдегид, смесь углеводородов, в том числе бензапирен. Большинство используемых видов топлива содержит широкий спектр металлов: кадмий, никель, цинк, мышьяк, олово, свинец, ртуть, которые добавляются для повышения октанового числа, а также медь, фосфор, серу, предупреждающих биоповреждение топлива и технических смазок. При попадании в окружающую среду такого набора нежелательных компонентов наблюдается ухудшение ее качества, а при высокой концентрации серы – сильная задымленность. Углеводородные компоненты топлива и его добавки условно можно разделить на две группы: легкие фракции (бензины различных марок, керосин) и тяжелые (горючесмазочные материалы, технические смазки и др.) (Gamst et al, 2007). В большинстве ситуаций использование транспорта различного назначения сопровождается смешиванием фракций и комбинированным воздействием на окружающую среду, в том числе почву.

Особенно много токсичного свинца, его следы находят на расстоянии более 100 метров от автомагистрали.

По данным геохимического обследования г. Москвы (О состоянии…, 1993) отмечен слабый уровень загрязнения почв на 22% территории, который приурочен к периферическим участкам на западе, севере и несколько меньше на юге. Около 40% городских почв имеют сильный уровень загрязнения. Они расположены в основном в центральной и восточной частях города. Спектр загрязнения очень широк и максимально накапливаются элементы 1 и класса опасности. При достаточной обеспеченности городских почв основными питательными элементами к числу лимитирующих факторов почвенного плодородия следует отнести высокие значения рН, переуплотненность и загрязнение ТМ и токсическими веществами (Строганова и др., 1997; Hu at al, 2006; Meers et al, 2005).

Городские почвы, кроме почв крупных лесопарков, имеют повышенные количества таких тяжелых металлов, как медь (Cu), цинк (Zn), свинец (Pb), кадмий (Cd), кобальт (Co) в верхних горизонтах. Для ненарушенных дерново-подзолистых почв лесопарков содержание определяемых тяжелых металлов соответствует фоновому значению в верхних горизонтах и уменьшается вниз по профилю. Особую опасность представляет наличие больших количеств не только валовых, но и подвижных форм соединений тяжелых металлов. Содержание в почвах свинца (Pb) и цинка (Zn), кроме лесопарков, в 3-4 раза превышают ПДК (Обухов, Лепнева, 1989; Обухов и др., 1990; Обухов, Кутукова, 1990; Guan, Peart, 2006; Wang et al, 2006).

Растительность вблизи автомагистралей и промышленных предприятий часто находится в угнетенном состоянии, что выражается в изреженности травяного покрова. Это приводит к пылению почвы, что в свою очередь становится источником загрязнения воздуха. Тяжелые металлы вовлекаются в биологический круговорот, передаются по цепям питания и вызывают целый ряд негативных последствий. При максимальном проявлении процесса химического загрязнения почва теряет способность к продуктивности и биологическому самоочищению, происходит потеря экологических функций и гибель урбосистемы. Изменяется состав, структура и численность микроорганизмов и мезофауны. «Перегрузка» почвы тяжелыми металлами может частично или полностью блокировать течение многих биохимических реакций. Тяжелые металлы уменьшают скорость разложения органического вещества почв (Гришина и др., 1990; Gao et al, 2006; Li et al, 2006b).

Рельеф городских ландшафтов, подвергающийся воздействию промышленно-газовых выбросов в атмосферу, сбросу жидких и твердых отходов промышленных предприятий на участки, примыкающие к промплощадкам, слабо нарушается, но кардинально изменяется растительный и животный мир, почвенный покров, продуктивность экосистемы (Sun et al, 2005).

О.А. Смирнова (1978) в своей работе отмечает, что, прежде всего, следует обратить внимание на состояние среды в городах, так как человек более всего именно в городах ощущает недостаток чистого воздуха, шум и загрязненность. Хотя в несколько меньшей степени, это свойственно городам Дальнего Востока. Ландшафтные особенности иногда смягчают, а иногда наоборот, усугубляют неблагоприятные характеристики городских условий.

Прибрежное расположение, рельеф, климатические факторы, планировка – все это, так или иначе, может влиять на чистоту воздушного бассейна и температурный режим городов. Однако гористый рельеф способствует возникновению температурной инверсии, а близость океана приносит этим городам туманы, повышенную влажность воздуха и относительно низкие температуры – атрибуты муссонного климата, которые можно отнести уже к дискомфортным особенностям среды.

В городе Владивостоке широко развита эрозия склонов и почв, даже на сравнительно равнинных участках. Начало процессу положило сведение лесов в прошлом и возделывание огородов, что послужило оголению склонов. Во время тайфунов происходит смыв почв водными потоками, а в зимний период - выдувание органического вещества при сильных постоянных ветрах и отсутствии снежного покрова. Огромные масштабы жилищного строительства дали импульс и новое развитие эрозионным процессам (Смирнова, 1990).

Состав, скорость и свойства геохимических процессов, происходящих в почвах антропогенных ландшафтов, отличаются от процессов в естественных условиях. В природных ландшафтах эволюция протекает медленно, и экосистема постепенно успевает к ним приспособиться. Городские системы принципиально отличаются от природных тем, что они подвергаются аварийным катастрофическим воздействиям, а это часто приводит к гибели самой системы (Осипов, 1994). Влияние неблагоприятных процессов, происходящих в почвенной толще на разных категориях земель крупных городов, сказывается не только на данной территории, но и на окружающих почвенно-геохимических ландшафтах. Все категории земель в городе необходимо рассматривать как целостную экологическую систему, в которой взаимодействуют все природные и антропогенные среды (вода, почва, грунты, растительность, горные породы, воздух и человек). Все негативные экологические процессы взаимосвязаны, но на каждой категории городских земель выделяется главный преобладающий негативный процесс. Вследствие того, что в городе распространены как специфические городские почвы и почвоподобные тела (образования) (урбаноземы и урботехноземы), так и островки естественных почв разной степени нарушенности в парках и лесопарках, то при экологической оценке почв территорий, возникает необходимость учета категорий городских земель (Строганова и др., 1997).

В настоящее время для многих крупных городов мира составлены картосхемы и кадастры загрязнения тяжелыми металлами. Установлено, что тяжелые металлы поступают в почву в основном из воздуха, при этом наиболее распространенными является загрязнение такими элементами, как свинец (Pb), мышьяк (As), медь (Cu), цинк (Zn), кадмий (Cd), никель (Ni), ртуть (Hg) (Геохимия…, 1990; Сает, Сорокина, 1985; Обухов, Лепнева, 1988;

Обухов, Лепнева, 1989; Обухов и др., 1990; Lux, Hintze, 1983).

В последние годы на первый план вышла проблема загрязнения почв антропогенными материалами, включения которых чрезвычайно сильно влияют на все почвенные свойства, ограничивая площадь возможного проникновения корней и распространения микроорганизмов и уменьшая водоудерживающую способность почв. Кальцийсодержащий строительный мусор, пыль, цементная крошка и подобные материалы способствуют подщелачиванию почвы, а разложение других субстратов (пластика и др.) ведет к высвобождению токсичных веществ и газов, которые замещают кислород в почвенном воздухе (Craul, 1992). К другим загрязнителям, типичным для городских условий относят (Brady, 1990):

- различные формы пестицидов, унаследованные от агроландшафтов и характерные в основном для новых городских территорий;

- органические отходы (жидкие стоки животноводческих комплексов, промышленные органические отходы, сточные воды);

- соли (в первую очередь хлориды натрия и кальция, попадающие в почву из материалов, которыми посыпают дороги и тротуары);

- радионуклиды;

- вещества, попадающие на почву с загрязненными атмосферными осадками.

Благодаря определенным биогеохимическим свойствам и огромной активной поверхности тонкодисперсной части, почва превращается в «депо»

токсических соединений и одновременно становится одним из важнейших биогеохимических барьеров для большинства соединений (тяжелые металлы, минеральные удобрения, пестициды, нефтепродукты и т.д.) на пути их миграции из атмосферы города в грунтовые воды и речную сеть. Почва переводит поверхностные сточные воды в грунтовые и их очищает, а также выполняет функцию защитного сорбционного барьера от загрязнения пресных вод водоемов (Прокофьева, 1997).

1.3. Растительность В городской среде почва необходима для произрастания зеленых насаждений. Экологически неорганизованные не озелененные городские территории являются дополнительным источником поступления в атмосферу твердых веществ, усиливающих эффект запыленности воздуха (в том числе и токсичными веществами). Одно из основных требований к почвам – обеспечение оптимальных условий произрастания зеленых растений в системах урбанофитоценозов. При достаточной обеспеченности городских почв основными питательными элементами к числу лимитирующих факторов почвенного плодородия следует отнести высокие значения рН (7, и более), переуплотнение и загрязнение тяжелыми металлами, углеводородами и другими токсическими веществами (Soils…, 1991; Strampf, Pestemer, 2003).

Благодаря своим специфическим свойствам почва во многом определяет условия жизни человека в городе через выполнение ею санитарных и рекреационных функций. Санитарно-гигиенические функции почвы очень важны, поскольку она является хорошим антисептиком, уничтожая патогенные микроорганизмы и разлагая органические остатки и продукты обмена живых организмов. Антропогенные нарушения почвенного покрова приводят к серьезным нарушениям и деградации всего природного комплекса, что создает угрозу здоровью и жизни человека в городе (Hilbing, Opp, 2005). Роль почвы в городской среде существенна и разнообразна.

Выполняя важные средообразующие функции, почвы изменяют химический состав атмосферных осадков и подземных вод, она является универсальным биологическим сорбентом, поставщиком и регулятором содержания СО2, О2, N2 в воздухе. Почва в городе является хорошим поглотителем газовых примесей, в том числе от автотранспорта, ТЭЦ, заводов и т.д., она также регулирует газовый состав атмосферы путем выделения и поглощения почвой газов (метан, аммиак, углекислый газ и др.). Почва преобразует состав воздуха при участии живущих в ней микроорганизмов, видовой состав и численность которых сильно изменяется по сравнению с природными условиями. От почвы зависит динамика тепла и влаги в приземных слоях воздуха города (Строганова и др., 1997).

В почвах урбанизированных ландшафтов проблема сохранения и поддержания биологической активности почвы и ее высокой продуктивности не менее важна, чем в землях сельскохозяйственного использования. В городе относительная территория, занятая зелеными насаждениями, на много меньше, чем за его пределами, а плотность населения в 2-3 раза выше, чем в пригородной зоне. В больших современных городах насаждения должны обладать высокой степенью устойчивости и продуктивности, чтобы полноценно выполнять свои экологические функции по оптимизации экологической среды. Развитие, жизнеспособность зеленых насаждений и их устойчивость к высокой рекреационной нагрузке и городским загрязнениям в значительной степени определяется качеством и состоянием почвы, которое, в свою очередь, зависит от активности обитающих в ней живых организмов (Скворцова, 1997).

Флорогенез и фитоценогенез в условиях урбанизированной антропогенной среды высоко специфичны (Чибрик, 1990; Протопопова, 1991; Владимиров, 1996). В природных экосистемах оба эти процесса в немалой степени обусловлены занятостью экологических ниш другими живыми организмами. Биотические отношения занимают в таких случаях центральное место. В городской среде, напротив, на первый план выдвигаются абиотические экологические факторы и стрессы. На территории городов достаточно свободных экологических ниш, но их занятие требует от растений особых свойств – способности произрастать в неблагоприятных условиях (рис. 1).

В условиях городской среды во флору и растительность вносится много изменений: а) идет уничтожение естественной растительности и селективное подавление отдельных видов; б) осуществляется интродукция новых видов деревьев, кустарников и трав; в) производится выборочная заготовка отдельных видов с отчуждением их биомассы; г) идет стихийный процесс заноса на урбанизированные территории до того не свойственных данной местности видов растений.

Рис. 1. Североамериканский вид ячмень гривастый (Hordeum jubatum L.) активно внедряется на территории дальневосточных городов.

В связи с выраженной специфичностью флора отдельного города рассматривается как конкретная урбанофлора, формирующаяся в определенной степени спонтанно (Ильминских, Шмидт, 1994; Hard, 1997;

Хмелев, Березуцкий, 2001). Гетерогенность экологической среды городов оказывает влияние на повышение видового богатства растений. Этот процесс усиливается также интродукцией декоративных и других форм, используемых для озеленения территории городов. Одновременно выражен процесс элиминации из флоры апофитов – видов, не приспособленных к обитанию в городской среде. В итоге видовое богатство урбанофлоры отражает соотношение этих двух тенденций. В целом, урбанофлорогенез определяется рядом общих закономерностей, связанных с историей и структурой конкретного города. Флористическое богатство повышается при наличии в городах большего количества категорий экотопов и падает в случае преобладания однообразно промышленно трансформированной среды. По этой причине новые города, состоящие из промышленной зоны и селитебной спальной, имеют низкое флористическое богатство. Повышает количество видов флоры наличие на территории города рек или других водоемов и сохранность естественных фрагментов почв. Аналогичным образом сказывается и уровень развития транспортных сетей.

В формировании городской флоры принимают участие в первую очередь виды растений и их биотипы, преадаптированные к урбанизированным экотопам. Важными свойствами таких растений являются: продуцирование большого количества семян, их дальний разнос, наличие вегетативного размножения, широкая экологическая амплитуда, устойчивость к тем видам стресса, которые характерны для городских условий.

Важную роль в флорогенезе городов играет отбор видов по их устойчивости к тяжелым металлам в почвах. Некоторые виды имеют эффективные механизмы защиты от этого вида стресса: сниженную проницаемость мембран для тяжелых металлов и повышенную устойчивость к их токсическому действию. Растения быстро перемещают тяжелые металлы в вакуоли и межклетники, переводят в нерастворимые формы, или имеют ферменты, ингибирующие их действие. Устойчивость одного и того же вида растения к разным тяжелым металлам неодинакова. Так, Festuca ovina устойчива к свинцу, Agrostis tenuis и Anthoxanthum odoratum – к цинку и меди (Woolhouse, 1980). Но есть виды растений, устойчивые сразу к большой группе тяжелых металлов. Хотя, как у сравнительно устойчивых, так и у мало устойчивых видов растений, тяжелые металлы снижают продукционный процесс. Происходит это, в основном, из-за нарушений структуры и функционирования ассимиляционного аппарата (Гетко, 1989;

Жарко, 1995). Аккумуляция тяжелых металлов в растениях делает последние токсичными для человека и животных.

Отбор видов растений идет в соответствии с их устойчивостью к урбанизированной природной среде. Экспериментально показано, что особенно важна устойчивость к вытаптыванию. Всходы Poa pratensis и Polygonum aviculare приурочены к наиболее утоптанным и оголенным от другой растительности площадкам. Напротив, Elytrigia repens, выпадает из травостоя даже при умеренном уплотнении почвы (Bates, 1935). В сообществах городских экотопов возрастает число нитрофильных видов, так как при низкой плотности популяций фонды азота почвы не используются полностью (Rambouskov, 1984).

Классификационные схемы подразделения синантропной флоры на категории исходят из классических разработок М. Рикли (Rikli, 1904) и Ф.

Шредера (Schreder, 1969). Это дикорастущие аборигенные виды, интродуцированные и одичавшие интродуцированные, адвентивные.

Большой удельный вес имеют рудеральные виды, их число в городах может достигать 130-250 и более. Виды можно подразделять по степени натурализации и устойчивости. Введено понятие видов унификаторов. Это такие виды, которые характерны для флоры разных городов, независимо от их географического положения (Васильева-Немерцалова, 1996). Имеется и ряд современных предложений по детальной категоризации флоры на группы в соответствии с происхождением.

Р. Виттигом с соавторами (Wittig et al., 1985) предложена классификация видов городской флоры по их происхождению и экологии, согласно которой выделяется пять групп:

1. Экстремальные урбанофобы – растения, избегающие произрастания в городах и встречающиеся там только случайно.

2. Умеренные урбанофобы – произрастающие в городах только в местах, сохранивших естественную растительность и почвы, или в местах, почти не затронутых антропогенной трансформацией.

3. Урбанонейтральные виды – убиквисты, которые распространены по всем городским экотопам и отличаются широкими экологическими амплитудами по всем основным факторам. Это такие растения, как Galinsoga parviflora, Polygonum aviculare, Plantago major.

4. Умеренные урбанофилы – тяготеют к типично урбанизированным экотопам, т.е. промышленным зонам, местам многоэтажной застройки, но встречающиеся также и в других городских экотопах. К ним относят Solidago canadensis, Oenothera biennis.

5. Экстремальные урбанофилы – это растения, приуроченные исключительно к типично городским экотопам. Некоторые из них имеют узкие амплитуды, например: индустриофилы, произрастающие в местах промышленной застройки, орбитофилы, произрастающие у вокзалов и т.п.

В основу оригинальной классификации видов урбанофлоры положен способ иммиграции и степень их натурализации (Пузырев, 1988). По способу иммиграции выделяют: а) ксенофиты – виды, случайно заносимые в города за счет деятельности человека; б) эргазиофигофиты – одичавшие культурные виды растений; в) ксеноэргазиофиты – виды, как заносимые случайно, так и способные к одичанию. По степени натурализации выделяли: а) агриофиты – натурализировавшиеся в естественных фитоценозах, б) эпекофиты – виды, натурализовавшиеся в рудеральных и сегетальных сообществах и в) эфемерофиты – поселяющиеся в городах временно и не способные к натурализации.

Все эти классификационные системы не противоречивы, а просто делают акцент на разных феноменах формирования растительного покрова населенных пунктов. Виды разных групп по происхождению и по способам расселения отчетливо тяготеют к разным городским экотопам (Ильминских, 1988).

Если исходить из современного определения фитоценоза как сложной стохастической самоорганизующей системы, подсистемы которой (виды растений и популяции) связаны между собой нелинейными взаимодействиями, то собрания растений на урбанизированных территориях лишь частично удовлетворяют этому определению. Для фитоценотических систем городов, прежде всего, характерна частичная или полная утрата функции автономного саморегулирования (Моторина и др., 1978;

Kostrowicki, 1979). Урбанофитоценозы регулируются главным образом абиогенными экологическими факторами. Происходит это в связи с тем, что в них нарушены системы прямых и обратных связей между видами растений и их блоками, отсутствуют консументы и редуценты, необходимые для замыкания материальных потоков. Надземные и подземные ярусы почти отсутствуют. В лесах и парках городов увеличена горизонтальная мозаичность растительного покрова (Godron, Forman, 1983). В условиях городов экосистемы и входящие в их структуру сообщества растений становятся более однообразными, гомогенными, утрачивают способность к саморегуляции и частично к самоподдержанию.

Формирование растительности в городе базируется в основном на трех блоках: а) природные фитоценозы, которые по мере развития города трансформируются в полунатуральные; б) рудеральные сообщества, складывающиеся на полностью оголенных грунтах и почвах; в) искусственно создаваемые древесно-кустарниковые насаждения, газоны и клумбы. В этом ряду для жизни города важны все компоненты. В частности, рудеральные сообщества выполняют противоэрозионную функцию, формируют первичную фитоценотическую среду и являются хорошими индикаторами качеств экотопа. Одновременно они являются резерватами для сохранения многих видов насекомых и птиц (Ишбирдин и др., 1986; Костин, 1996).

Классификации урбанофитоценозов посвящено довольно много работа (Кавтарадзе, Игнатьева, 1986; Анищенко, Ишбирдина, 1989; Соломаха и др., 1992; Ишбирдина, Ишбирдин, 1995; Яблоков и др., 1996; Ишбирдин, 1999, 2001). Особенно значительный вклад в разработку этого направления внесла уфимская геоботаническая школа, возглавляемая Б.М. Миркиным.

Установлено, что в связи с невыраженностью доминирования и неустойчивостью флористического состава городских фитоценозов доминантные системы классификации для них мало пригодны. Поэтому городские фитоценозы пытаются классифицировать на основе подходов Браун-Бланке.

По флористической классификации растительности городов в последние два десятилетия появилось много работ (Соломаха, 1989; Бурда, 1991; Горышина, 1991; Васильева и др., 2000). Так, в г. Нежине по методу Браун-Бланке выявлено 13 ассоциаций, 8 союзов, 7 порядков и 5 классов растительности (Папуча, 1989). В г. Камертау по методу Браун-Бланке описаны 14 ассоциаций (Сахапов, 1989). По сведениям Л.Г. Наумовой и А.Ф.

Хусаинова (1997), в городах России представлены синтаксоны из 17-ти классов системы Браун-Бланке. Наиболее типичны для городов союзы Polygonion avicularis, Aegopodion podagrariae, Sisymbrion officinalis. Многие ассоциации характерные для городов: Poa-Plantaginetum, Chenopodietum и Matricario-Polygonetum (Сахапов и др., 1990). Растительность газонов по системе Браун-Бланке в основном относится к 5-ти классам: Chenopodietea, Artemisietea, Plantaginetea, Agropyretea, Molinio-Arrhenatheretea (Анищенко, 1990).

К сожалению, исследования в области синтаксономии городской растительности пока имеют случайный характер и не дают достаточно материала для обобщений. Оказалось, что синтаксономическая структура растительности городов Западной Европы и государств СНГ в значительной степени сходна. Для городов характерны сообщества, в которых верхние ярусы сформированы из нативных видов древесных пород, а нижние – из адвентивных видов трав. Такие сообщества предложено называть синтетическими (Bridgewater, 1988).

Таким образом, в городских условиях происходит повышение видового разнообразия растений, осуществляется специальный отбор видов с заменой стенотопных на эвритопные. Растительные сообщества приобретают упрощенную структуру и даже в разных экотопах однотипны за счет процесса дивергенции, характерного для сукцессий, вызываемых стрессами.

Устойчивость и способность к самовосстановлению в урбанофитоценозах очень низки.

Экосистемы в городах также отличаются общим упрощением структуры и функционирования, снижением продуктивности автотрофных компонентов, упрощением консортивных связей, ослаблением процессов минерализации органических веществ в почве. Так, на Урале на промышленных отвалах вокруг растений одного вида складываются консорции, состоящие из 10-20 видов насекомых с преобладанием фитофагов (Шилова и др., 1978). В естественных сообществах такие консорции гораздо богаче и включают большее разнообразие видов по типам питания.

В антропогенной почве создаются неблагоприятные условия обитания для представителей всех группировок живых организмов, чем можно объяснить сокращение обилия и разнообразия животного населения. В городах каждую осень собирают и сжигают листовую подстилку, лишая животных естественных укрытий и пищевых ресурсов. Удаление подстилки связано с высоким уровнем ее загрязнения тяжелыми металлами, аккумулирующимися в опаде, которые могут переходить в почву. Сжигая подстилку, почву частично предохраняют от поступления токсикантов, но обнажение поверхности почвы лишает ее защитного слоя опада, сглаживающего колебания температуры и влажности. Кроме того, сильное вытаптывание почвы ведет к ее уплотнению и снижению обеспеченности кислородом, что неблагоприятно для обитателей почвенных горизонтов (Яковлев, 1997).

Самой характерной и наиболее неблагоприятной для растительности чертой городских почв является их повышенная плотность, которая с одной стороны связана с рекреационными нагрузками (Кочарян, 1979; Паю и др., 1980; Хараишвили, 1980; Амиров и др., 1982), а с другой стороны - с ослабленной их способностью к минерализации органических веществ (рис.

2). В монографии А.К. Фролова (1998) рассматривается комплекс причин, приводящих к обеднению почвы органикой:

1) отсутствие лесной подстилки и напочвенного покрова (Машинский, 1973) в основном в результате вытаптывания. Так, по данным А.И. Тарасова (1979), хождение по напочвенному покрову вызывает 95% всех отрицательных экологических последствий;

2) ежегодная уборка лиственного опада с территорий садов и парков;

3) нарушение водного режима, характерное для городских почв иссушение и подтопление, приводящее к угнетению процесса нитрификации (Кочарян, 1979);

4) накопление ингредиентов промышленных выбросов в почвах, вызывающее подавление роста и деятельности почвенных микроорганизмов (Шестакова, Казанцева, 1970; Бабьева и др., 1980).

Рис. 2. Растительный опад в парках не убирают в последние годы, он участвует в формировании лесной подстилки (Хабаровск, парк «Динамо»).

От уплотнения почвы также зависит распределение микроорганизмов в почвенном профиле и их видовой набор. При естественном уплотнении максимальная обсемененность микроорганизмами отмечается в верхних частях почвенного профиля, а при антропогенном – в нижележащем слое.

Под влиянием уплотнения возрастает количество спорообразующих бактерий (Ros et al., 2004), при загрязнении и уплотнении почвы увеличивается процент аспорогенных форм актиномицетов. С повышением уплотнения почв соотношение спорообразующих бактерий под насаждениями снижается в несколько раз (Мосина, 1993; Busse et al., 2006).

По мере расширения границ города почвы, сложившиеся тысячелетиями, полностью видоизменились. При подготовке территории для застройки нередко производится выравнивание, при котором на одних участках земельный покров снимается, на других же понижениях заполняются излишками грунта, а естественная почва оказывается погребенной. В городе довольно широко распространены смешанные и насыпные почвы. Наиболее часто можно увидеть земли с бытовым и строительным мусором, механический состав которых весьма неоднороден.

Такие субстраты обычно имеют повышенную щелочность. В условиях города формируются природно-антропогенные и антропогенно-окультуренные неблагоприятным почвенным условиям добавляются все недостатки открытых пространств - сильное нагревание и иссушение, ветер, а зимой и промерзание. Значительную роль в загрязнении почвы играют также эмиссии соединений цинка, азота, хлора, углеводородов и меди. Сера, как и ее соединения, так и хлористый водород, вызывают закисление почвы, а аммиак, сода и соединения магния обусловливают щелочную реакцию.

Избыточное накопление в грунте различных элементов в токсических концентрациях непосредственно и косвенно отрицательно влияет на растения, снижает продуктивность лесных насаждений. В ФРГ годовой материальный ущерб из-за снижения прироста леса оценивается в 20 млн.

марок (Бауер, Ваничке, 1971).

1.4. Физические и физико-химические свойства почв Почвы крупных городов отличаются от естественных почв по строению морфологического профиля и физико-механическим свойствам.

Если в процессе образования естественных отложений происходит сортировка частиц по форме и крупности, то городской почвенный покров часто образуется путем произвольного смешивания различных материалов.

Гранулометрический состав городских почв определяется, прежде всего, приуроченностью к тем или иным элементам ландшафта и степенью нарушенности почвенного профиля. Низкие значения плотности сложения, как правило, отмечены на газонах с хорошо выраженным дерновым горизонтом, тогда как на сильно утоптанных и выбитых участках эти величины приближаются к 1,47 г/см3. Наибольшая величина плотности сложения наблюдалась на детских площадках во дворах жилых домов – 1, г/см3. В почвах лесопарков в слое 0-5 см наблюдается самый рыхлый горизонт (0,9 - 1,1 г/см3), но с глубиной характерно постепенное увеличение плотности сложения до 1,5 – 1,7 г/см3 в иллювиальных горизонтах. В нарушенных почвах из-за присутствия разных количеств строительных и бытовых отходов плотность сложения с глубиной изменяется скачкообразно (Строганова и др., 1997).

Величина кислотности корнеобитаемого слоя городских почв колеблется в широких пределах, но преобладают почвы с нейтральной и слабощелочной средой (Гантимуров, 1966; Никодемус, Раманн, 1984;

Лепнева, Обухов, 1987). В большинстве случаев реакция среды антропогенных почв выше, чем у природных (Обухов, Лепнева, 1989; Blume, 1989; Hollis, 1991). Высокую щелочность почв большинство авторов связывают с попаданием в почву через поверхностный сток и дренажные воды хлоридов кальция и натрия, а также других солей, которыми посыпают тротуары и дороги зимой. Другой причиной является высвобождение кальция под действием кислотных осадков из различных обломков, строительного мусора, цемента, кирпича и пр., имеющих щелочную реакцию (Гантимуров, 1966; Ахтырцев и др., 1980; Бериня и др., 1985; Обухов, Лепнева, 1989). Практически повсеместно наблюдается постепенное уменьшение величины рН с глубиной.

Урбаноземы и сильнонарушенные естественные почвы более щелочные, чем почвы лесопарков, имеющие кислую или слабокислую реакцию среды. В парках и лесопарках верхние горизонты почв характеризуются широким диапазоном значений рН: от слабокислой до близко к нейтральной реакции (рН водн. 5,8 – 7,5). В нижней части профиля в большинстве случаев эта величина уменьшается до 4,8 – 6,5. В поверхностных слоях почв газонов, скверов, бульваров, полисадников и селитебных участков рН водн. лежит в пределах 7,3 – 8,3. Высокую щелочность городских почв (Обухов, Лепнева, 1989) связывают с поступлением большого количества пыли, содержащей карбонаты кальция (Ca) и магния (Mg), с автомагистралей и с использованием извести в строительном растворе, который хорошо выветривается, высвобождая кальций (Ca) в почву. Под действием осадков, обогащенных растворенной углекислотой, в почвах образуются бикарбонаты, которые (как гидролитически щелочные соли) способны изменять реакцию среды в щелочную сторону (Строганова, Агаркова, 1992; Никифорова, Лазукова, 1995; Diatta, Grzebisz et al., 2004).

Многими авторами отмечается, что очень важным критерием химического преобразования почв города является степень насыщенности основаниями. Во многих случаях она превышает 80%, доходя до 100% (Баширова, 1975; Blume, Runge, 1978). Для почв большинства парков и городских лесов она обычно составляет 60% и меньше (Konecka-Betley et al., 1985). В составе обменных катионов преобладает кальций (Са до 70%) и магний (Mg до 30%) (Bridges, 1989; Лепнева, Обухов, 1987).

Элементы питания растений (N, P, K) в городских почвах распределяются неравномерно. Большинство исследователей отмечают высокую обогащенность насыпных слоев и слабо нарушенных почв общим азотом, фосфором и калием, по сравнению с природными почвами пригородов (Земляницкий и др., 1962; Баширова, 1966; Никодемус, Раманн, 1984; Лепнева, Обухов, 1987). Полученные результаты определения некоторых показателей агрохимического состояния почв свидетельствуют о богатстве их элементами питания растений. Подвижные формы Р и К в большинстве образцов городских почв представлены в количествах, превышающих потребности растений в этих элементах. Обеспеченность этих почв оценивается как повышенная, высокая и очень высокая. Содержание подвижного фосфора изменяется в пределах 5-150 мг/100 г почвы, подвижного калия – 2-100 мг/100 г почвы. Для насыпных почв г. Москвы Л.Т. Земляницкий с соавторами (1962) отмечали высокую обеспеченность подвижным фосфором (до 100-200 мг/100 г почвы и больше); обеспеченность подвижным калием иногда достигает 40 мг/ 100 г почвы. Обогащенность элементами минерального питания связывается с наличием в городских почвах мусора и строительных обломков.

Как отмечают А.И. Обухов и О.М. Лепнева (1989) - химическое состояние почв – это интегральный показатель для оценки эффективности проводимых в городе природоохранных мероприятий. Оно имеет большое значение для роста и развития древесных и травянистых растений.

Благоприятными свойствами являются достаточное содержание основных элементов питания в доступных формах, нейтральная реакция среды и отсутствие в почве токсичных веществ. Большинство выбросов токсических веществ сосредоточивается на поверхности почвы, где происходит их постепенное депонирование, которое ведет к изменению химических и физико-химических свойств субстрата.

Городские почвы по сравнению с естественными имеют другое соотношение обменных катионов в почвенном поглощающем комплексе.

Если для дерново-подзолистых почв характерно присутствие в основном ионов водорода и алюминия, в малых количествах катионов кальция и магния (в сумме 10-15 мэкв на 100 г почвы), то в урбаноземах до 70% принадлежит кальцию и емкость поглощения составляет более 30 мэкв на 100 г почвы (Почва,…1997).

Почвы всех исследуемых типов местообитаний содержат большие количества обменного кальция: от 5 до 50 мэкв/100 г почвы. Наиболее богаты обменным Ca поверхностные горизонты почв скверов, бульваров, газонов, палисадников и селитебных участков – 20-50 мэкв/100 г и более. В парках и лесопарках его количество составляет 15-20 мэкв в верхних горизонтах (подобно содержанию его в дерново-подзолистых почвах) и 5- мг-экв в нижних, обнаруживая постепенное снижение с глубиной. В урбаноземах содержание кальция (Ca) находится в прямой зависимости от количества Ca–содержащих включений (Строганова, Агаркова, 1992).

Содержание обменного Mg намного меньше – 0,5-5,0 мэкв/100 г почвы, но закономерности его распространения по типам урбофитоценоза те же, что и для Ca: наименьшие количества в лесопарках и парках и максимальное – в урбаноземах. Такие количества обменных Ca и Mg обусловливают высокую степень насыщенности основаниями городских почв. Дерново-подзолистые ненарушенные почвы в условиях городского лесопарка насыщены основаниями по всему профилю на 60-80%. Дерново-подзолистые слабо- и сильно нарушенные почвы, а также урбаноземы и культуроземы от 75 до 100%. В почвах газонов вдоль магистралей иногда обнаруживается до 2-3% обменного натрия от суммы обменных катионов (Строганова, Агаркова, 1992).

1.5. Органическое вещество почв Содержание органического вещества в почвах города зависит от богатства перегноем того субстрата, из которых они образовались, а также от способа ухода. Сорг обнаруживается в больших количествах в верхних слоях почв, с глубиной оно падает как равномерно, так и скачкообразно. Интервал колебаний велик: 1-8% и более. Наибольшие его количества приходятся на нарушенные и вновь образованные слои почв газонов, скверов, бульваров (5и селитебных участков (3-7%); в парках и лесопарках естественные гумусово-аккумулятивные горизонты содержат его в количестве - 1-2%, а искусственно созданные - 2-5%. Для последних типов местообитания характерно обычно резкое падение содержания гумуса вниз по профилю до десятых и сотых долей %. Как правило, количество Сорг в городских почвах выше, чем в фоновых почвах. В сравнении с природными почвами все городские почвы здесь характеризуются низким содержанием фульвокислотной фракции, липидная гидрофобная фракция гумусового вещества городских почв очень мала. Очевидно, микроорганизмы способны разрушать эти органические вещества (входящие в состав вышеупомянутых фракций), которыми так богаты природные почвы. Возможно, это зависит от высокого уровня рН в городских почвах. В молодых почвах города в составе органического вещества доминируют компостные компоненты и низко гумифицированная фульвокислотная фракция (Строганова и др., 1997).

Однако только гумусовые кислоты и компоненты гумуса способны в большой степени связывать токсичные вещества. Растворимость тяжелых металлов в почвах с молодым органическим веществом может быть управляема благодаря регуляции уровня величин рН известкованием. Но повышение фиксируемости органических загрязнителей должен стимулировать именно старый, более гумифицированный материал.

Подстилочный материал не должен убираться с поверхности почвы или в почву необходимо вносить компост. Кроме этого, высокое количество гумусовых кислот могло бы улучшить формирование и стабилизировать структуру почвы. Это уменьшило бы эффект вытаптывания и улучшило аэрацию для большего комфорта корней растений и почвенных микроорганизмов (Beyer et al., 1995).

Основные показатели гумусного состояния почв относятся к числу консервативных свойств почвы, количественные характеристики которых формируются в течение длительного времени и столь же долго сохраняются.

Л.А. Гришина и Д.С. Орлов (1978) подчеркивают, что воздействие человека на почвы становится настолько интенсивным и длительным, что происходят изменения наиболее устойчивых их свойств. В урбаноземах и культуроземах отмечается более растянутый гумусово-аккумулятивный профиль, содержание гумуса может оставаться значительным и на глубине 50-70 см и более. (Строганова и др., 1997).

Органическое вещество имеет важное значение в охране почв от загрязнения промышленными токсикантами. В то же время его возможности не беспредельны, под влиянием загрязнения оно само претерпевает изменения. В связи с этим актуальным является изучение гумусного состояния почв для оценки его устойчивости и выяснения индикаторных признаков изменения в условиях различного уровня и качества аэрозагрязнения. Изменение интенсивности трансформации органического вещества в почвах при их загрязнении зависит от состава токсикантов. При загрязнении почв органическими соединениями в верхних горизонтах возрастает скорость распада органического вещества и накопление аминокислот, увеличиваются количество микроорганизмов, учитываемых на фенольной среде, и полифенолоксидазная активность почв, что связано с активным развитием групп микроорганизмов, использующих в качестве субстрата органические загрязнители (Гришина и др., 1990).

1.6. Лесные зоны города как основа ландшафта Естественные лесные массивы, или городские леса, сохранившиеся на территории города, испытывают высокие техногенные и рекреационные нагрузки, что приводит в условиях урбанизированной среды к снижению их долговечности, устойчивости, эстетических и средоулучшающих свойств.

Город продолжает терять ценнейшие природные лесные ресурсы, а вместе с ними - экологически полноценную среду обитания человека. В связи с этим отмечается большой положительный и уникальный опыт сохранения лесной зоны на территории Новосибирского научного центра СО РАН, которое было проведено на высоком профессиональном уровне, во многом сохранена естественная природная среда, а объекты застройки гармонично вписаны в природное окружение.

В Академгородке в процессе его строительства была сохранена значительная часть естественных лесных массивов, размещенных в границах застройки. Естественные насаждения стали основой при формировании системы озеленения ННЦ, которая создавалась по принципу максимально приближенной по форме и содержанию к природному окружению (Пивкин, Чиндяева, 2002).

С целью регулирования мезомикроклимата города рекомендуется создавать крупные зеленые массивы, равномерно распределенные по территории, и устраивать зеленые "диаметры" или "стержни", проходящие через весь город. Интересен в этом отношении зарубежный опыт. Так, в Канаде при каждом проекте следует предусматривать открытые пространства общественного пользования, составляющие не менее 10% территории района; вблизи каждого дома должны быть детские игровые площадки размером не менее 0,1 га, а в квартале, прилегающем к школе, - открытые пространства 0,8 га с радиусом пешеходной доступности не более 800 м; в микрорайоне открытые пространства определяются из расчета 0,5 га на тыс. жителей, площадь садов и парков - не менее 8 га, радиус пешеходной доступности - 0,8-1,6 км. В европейских городах площадь парков предусматривается от 0,5 до 0,88 га и более, а площадь цветочного партера не более 100 м2, причем считалось (в ГДР) нижним пределом площади зеленых насаждений территория не менее 5 га; площади меньших размеров практически не имеют экологического значения. При расстоянии от жилых кварталов до парков более 300-400 м (Дания) посещаемость парков резко падает (Машинский, 1973; Пивкин, Чиндяева, 2002).

Загрязненные воздушные массы, проходя над лесопарками и крупными парками (площадью 600-1000 га), существенно очищаются: фактор мутности снижается на 10-30%, аэрозольное помутнение, характеризующее долю взвешенных примесей, снижается на 10-40%, что обусловливает повышение интенсивности видимой и ультрафиолетовой радиации на 15-25%. Все типы зеленых насаждений оказывают благоприятное воздействие на состояние атмосферного воздуха, снижая загрязненность на 10-35%, запыленность на 20-65%. Очищающая способность древесных насаждений увеличивается в ясную сухую погоду и снижается при неблагоприятных погодных условиях.

Большие плотные массивы не продуваемой конструкции способны накапливать вредные газы при сохранении достаточно высокой пылезадерживающей функции. Также отмечено, что древесная растительность может выполнять свои санитарно-гигиенические функции только тогда, когда концентрация аэрозолей не достигает пределов, губительно действующих на их живые клетки (Пивкин, Чиндяева, 2002).

Зоны "поражения" вредными газами на открытой территории достигают расстояния 200-500 м от автомобильной трассы; в зеленых массивах уменьшение концентраций вредных примесей до предельно допустимых достигается на расстоянии 50-60 м. Зона распространения вредных автомобильных выбросов внутрь зеленых массивов зависит от ширины и плотности насаждений, наличия кустарника, видового состава насаждений и т.п. (Пивкин, Чиндяева, 2002; Артамонова, 2002).

Максимальный эффект дает определенная взаимоувязанная система зеленых насаждений, равномерно размещаемых на территории, в которой каждый ее составляющий элемент выполняет определенную функцию.

Оптимальным является такое количество зеленых насаждений и акваторий в городе, когда площадь составляет не менее 50-60%, причем на объектах озеленения более половины территории должно быть занято древесными насаждениями. Основные ландшафтные комплексы структурного значения должны быть связаны с парками и садами планировочных и жилых районов, микрорайонов с развитой сетью скверов, бульваров, аллей и магистралей защитных полос зелеными насаждениями ограниченного пользования и специального назначения. По ветро- и снегозащитным соображениям зеленая "сетка" города должна делить всю ее территорию на относительно равные квадраты со стороной порядка 200-300 м (длина разгона метели) и создавать "не раздуваемые емкости". Система озеленения города логически завершится ее увязкой с лесопарковой зоной. Лесопарковый пояс должен создаваться в местах, имеющих рекреационное значение, а его ширина должна быть максимальной (Машинский, 1973; Пивкин, Чиндяева, 2002).

1.7. Почвенные микроорганизмы Почвенный покров является наиболее консервативным компонентом экосистем, определяет их состояние и устойчивость, играет важнейшую роль в формировании, поддержании и сохранении биологического разнообразия.

Климатические условия, разнообразие растительного покрова, неоднородность подстилающих пород определяют формирование различных почв с характерными микробными ассоциациями. Почвенные микроорганизмы являются основными деструкторами органических веществ.

При благоприятных условиях процессы минерализации проходят достаточно интенсивно. Богатство почвообразующих пород элементами минерального питания и обилие поступающих в почву органических остатков обусловливает интенсивное развитие микроорганизмов в почве. "Почвы содержат огромное количество и разнообразие микроорганизмов.

Существование почвы без микробов невозможно. Микробы обусловливают протекание в почве ряда наиболее важных процессов. Они являются необходимым звеном в круговороте всех биогенных элементов, участвуют в почвообразовании и поддержании почвенного плодородия" (Звягинцев, 1987).

Растительность быстро реагирует на изменения в почвах, но как отмечал выдающийся микробиолог В.Л. Омелянский (1924) микроорганизмы наиболее чуткие реагенты на изменение окружающих условий. Е.Н.

Мишустин (1984) указывает, что изменение почвенных условий существенно сказывается на родовом и видовом составе микроорганизмов (Griffiths et al., 2004). Отдельные группы микроорганизмов способны адаптироваться в определенных условиях среды обитания и противостоять токсичному воздействию загрязнителей. При загрязнении почв фенольными соединениями происходит активное развитие бактерий, использующих фенол в качестве субстрата жизнедеятельности (Долгова, 1973).

Для городских территорий установлено, что почва как среда обитания микроорганизмов столь же неоднородна, как и почвенный покров городов.

Под влиянием процессов урбогенеза происходит перестройка в комплексе микроорганизмов в направлении доминирования в них отдельных микробных популяций, более приспособленных к условиям техногенеза.

1.7.1. Бактерии Микробные сообщества в городской среде способны сохранять некоторые экологические ниши, близкие по своим свойствам природным. В то же время микроорганизмы осваивают новые микрозоны антропогенного характера, несвойственные данным природным условиям. Недостаточно исследованными являются микробиологические свойства городских почв.

Важность изучения биологических свойств почв заключается в том, что городская почва служит местом концентрации урбаногенных веществ.

(Скворцова и др., 1989; Дубинин, Дубинина, 1996) Особенностью микробных сообществ урбаноземов является наличие черт, не свойственных данной природной зоне, что может служить целям индикации городской среды.

Общей закономерностью процесса урбанизации является поступление в почвы нефтепродуктов. Признаком такого влияния служит доминирование в бактериальном комплексе родококков (Нестеренко и др., 1988). К общим закономерностям антропогенного влияния относится также подщелачивание почв в результате оседания известковой пыли и, соответственно, увеличение или доминирование численности щелочелюбивых и щелочеустойчивых бактерий (Куличева и др., 1996; Li Ning et al., 2006).

Загрязнение почв ведет к ухудшению их свойств, вызывает снижение биологической активности, однако, отдельные группы микроорганизмов способны противостоять токсичному воздействию и благодаря своим адаптационным возможностям способствовать очищению почв от продуктов техногенного загрязнения (Гришина и др., 1990; Satchanska et al., 2005).

В результате промышленного загрязнения запас органических остатков подвергающихся трансформации в почве может, как увеличиваться – при подавлении микробиологической активности (Killham, Wainwright, 1981), так и уменьшаться – за счет резкого падения продуктивности фитоценозов (Kowalkowski et al., 1977).

Достаточно хорошо изучено влияние токсичных газовых выхлопов промышленных предприятий на активность микробиологических процессов.

Установлено, что двуокись азота подавляет рост аэробных и анаэробных не симбиотических азотфиксирующих бактерий в почве (Smith, Mayfield, 1978).

Очень высокие концентрации тяжелых металлов, мышьяка и сурьмы (в одних случаях превышающие 1 мг*л-1, в других - 10 или 100 мг*л-1) часто вредны для микробов (Работнова, Позмогова, 1979; Smejkalova et al., 2003). В меньших концентрациях эти элементы, если они не токсичны, могут быть химически модифицированы некоторыми микроорганизмами и, таким образом, удалены из среды. Определенные группы микроорганизмов способны использовать некоторые соединения тяжелых металлов, мышьяка и сурьмы в нетоксичных концентрациях в качестве источников энергии или конечных акцепторов электронов. Низкие концентрации некоторых тяжелых металлов могут стимулировать рост микробов. Действительно, в ряде случаев тяжелые металлы необходимы для питания микроорганизмов (Загуральская, 1992, 1998; Andreesen, Ljungdahl, 1973; Andreesen et al., 1974).

Мнение И.Н. Скворцовой с соавторами (1989) таково, что микробные сообщества почв города сохраняют некоторые природные экологические ниши и в то же время начинают осваивать возникшие новые микрозоны антропогенного характера, не свойственные данной почвенно-растительной зоне. Это дает основание изучать микробные сообщества городских почв как особые, специфические – урботехногенные. Выделение микроорганизмов, качественно и количественно не свойственных исходной природной зоне, и микробиологического мониторинга городской среды. Город представляет собой гигантскую экосистему из разнородных компонентов, каждый из которых должен подвергаться самостоятельному мониторингу. Однако отдельные ее компоненты исследованы в неодинаковой степени, в наибольшей степени изучены воздушная и водная среды, растительность, почвенный покров. Недостаточно исследованными остаются микробиологические свойства городских почв – урбаноземов. В то же время важность изучения биологических свойств почв в городской среде определяется тем, что почва служит основным местом стока урбаногенных веществ, в частности и мутагенных (Скворцова и др., 1989; Дубинин, Дубинина, 1996). Преобразование и обезвреживание этих веществ зависит от состояния микробных сообществ почв. Особенности микробных сообществ городских почв, возникшие под влиянием урбогенеза, могут служить целям индикации городской среды. Главной особенностью микробных сообществ урбаноземов является приобретение ими черт, не свойственных почвам окрестностей города (Свистова и др., 2003).

К числу общих закономерностей урбаногенеза, которые могут быть положены в основу мониторинга, относится изменение среды под влиянием автотранспорта. Признаком поступления в почвы нефтепродуктов служит доминирование в бактериальном комплексе определенной группы бактерий – родственных актиномицетам, называемых родококками. Связь родококков с углеводородами как субстратами для развития отмечали О.А. Нестеренко с соавторами (Нестеренко и др., 1988). Повышенное содержание родококков является не только признаком обогащенности почвы углеводородами, но и показателем происходящего под их влиянием процесса очищения почвы от нефтепродуктов (Ившина и др., 1995).

Следствием подщелачивания почв служит увеличение численности щелочелюбивых микроорганизмов, например, таких как азотобактер, актиномицеты, некоторые бациллы и др. Накопление щелочелюбивых или щелочеустойчивых бактерий характерно как для крупных городов России - г.

Москва, так и для малых - г. Пущино-на-Оке (Куличева и др., 1996).

И.Н. Скворцова (1997) указывает, что в качестве индикатора на урбаногенез может быть выбрана определенная видовая популяция бацилл, например, подверженная доминированию в урбаноземах за счет соответствия ее потребностей некоторым урбаногенным свойствам почв или благодаря уменьшению конкуренции со стороны более чувствительных к урбаногенезу микроорганизмов. К числу таких доминантов в урбаноземах г. Москвы относится спорообразующая бактерия Bacillus megaterium. Увеличение численности бацилл соответствует возрастанию в почве содержанию тяжелых металлов, в частности, свинца, кадмия и меди, что свидетельствует о высоких адаптационных возможностях этих бактерий и способности существовать в условиях урботехногенеза, в частности, за счет изменения своей внутривидовой структуры.

С подщелачиванием почв и насыпных грунтов может быть связано возрастание обилия популяций артробактера в урбаноземах (Куличева и др., 1996), что легло в основу способа дифференцирования городских нарушенных и ненарушенных местообитаний по таксономической структуре бактериального комплекса на уровне родов бактерий. Несбалансированное развитие микробных популяций в сообществе почвенных микроорганизмов (доминирование) и возрастание биологической активности - показателя одного из первых этапов нарушений экологических свойств почв. На начальных стадиях нарушений экосистемы микробное сообщество часто сохраняет способность сопротивляться отрицательному экологическому влиянию, что выражается в увеличении биохимической активности, дыхания и других показателей. Такая реакция почвенного микронаселения выражается в усилении микробной активности в минерализации целлюлозосодержащих материалов и в накоплении свободных аминокислот и других нингидринположительных веществ в загрязненных почвах (Загуральская, 1992).

Однако, как показывают исследования, при дальнейшем усилении антропогенного пресса на микробное сообщество может наступать следующий этап реакции на урбанизацию, что выражается в падении уровня биологической активности почвы ниже контрольного. Существенным показателем неблагополучного экологического состояния городской среды и соответственно здоровья человека является наличие патогенных микроорганизмов в пылевых частицах, поднимающихся в воздух с поверхности почвы (Скворцова, 1997).

В почве, загрязненной химическими веществами, на фоне уменьшения содержания сапротрофных представителей почвенных микроорганизмов, часто выступающих антогонистами патогенных кишечных микроорганизмов, и снижения ее биологической активности, отмечается увеличение случаев локализации патогенных энтеробактерий, которые нередко более устойчивы к химическому загрязнению почвы, чем представители естественных почвенных микробоценозов. Имеющиеся в научной литературе данные позволяют заключить, что даже при очень сильном бактериальном загрязнении процесс самоочищения почв может происходить в течение нескольких месяцев (Скворцова, 1997; Su et al., 2006; Zang et al., 2006).

В условиях сложной экологической обстановки в городе, в том числе в связи с нарушением свойств почв, сапротрофные микробные сообщества продолжают функционировать за счет своей высокой биологической и экологической пластичности (Tobor-Kaplon et al., 2006). Почвенные микроорганизмы успешно осваивают новые экологические ниши в городе.

Однако устойчивость урбаногенных микробных сообществ будет зависеть от сохранения природных микробных экониш и естественного типа взаимодействий между микроорганизмами в горизонтах городских почв или в торфо-компостном материале, вносимом на газоны и скверы. Это способствовало бы сохранению или восстановлению природной структурированности микробных сообществ. Очевидно, сохранение природных экониш микроорганизмов в условиях города благоприятствует их выживанию, функционированию и делает их малочувствительными к техногенному загрязнению городских территорий. Активизация сапротрофных микроорганизмов в различных экологических нишах способствует угнетению или гибели патогенных микроорганизмов, накапливающихся в городских почвах и почвах-грунтах (Скворцова, 1997).

В почвах городских территорий обнаружены те же типы ответных реакций микроорганизмов, которые характерны и для почв, испытывающих другого рода антропогенные воздействия:

• доминирование (преимущественное развитие) отдельных видовых популяций, например среди бактерий – Bacillus megaterium, среди микроскопических грибов – р. Aspergillus и др.

• появление индикаторных на урбаногенез родов и видов микроорганизмов, таких как Azotobacter chroococcum, Bacillus megaterium, представителей р. Aspergillus, энтеробактерий.

• резкое снижение, либо резкое возрастание в ряде случаев численности определенной группы микроорганизмов, например актиномицетов.

• увеличение некоторых показателей биологической активности целлюлозолитическая активность, образование нингидринположительных веществ, а также возможное увеличение разнообразия метаболитов актиномицетов, в том числе и антибиотической природы, за счет возрастания таксономического разнообразия этих микроорганизмов в некоторых загрязненных почвах.

Наряду с общими имеются и специфические особенности реакции городских экосистем на процесс урбаногенеза, а именно, возникновение микробных комплексов, не свойственных исходной почвенно-растительной зоне (Скворцова, 1997; Lipson et al., 2006).

А.К. Фролов (1998) указывает, что наличие повышенных концентраций соединений металлов (Cu, Pb, Zn и др.) в почве угнетает почвенную микрофлору и фауну, нарушает процессы аммонификации и нитрификации и, тем самым, обедняет почву элементами питания растений, делает ее фитотоксичной (также Напрасникова, 2001), что вызывает угнетение и повреждение растений, замедление их роста и гибель, обеднение флористического состава и упрощение структуры фитоценозов, снижение продуктивности, нарушение экологического равновесия в природных сообществах вследствие аккумулятивного эффекта. Особенностью техногенного загрязнения является приуроченность накопления тяжелых металлов к верхнему слою почвы, т.е. техногенная аккумуляция накладывается на биогенную. Это выражено достаточно ярко, поскольку перемещение вниз по профилю у тяжелых металлов слабое. Большую роль в депонировании ТМ и их подвижных соединений выполняют тонкодисперсные минеральные частицы и гумусовое вещество. В отличие от биогенного накопления, это депонирование приводит к дестабилизации достигнутых благоприятных соотношений химических элементов в почве.

1.7.2. Микромицеты Загрязнение тяжелыми металлами также влияет на численность, содержание мицелия и распределение почвенных микромицетов. Высокий уровень загрязнения упрощает видовую структуру комплексов за счет уменьшения числа видов, формирует новые нетипичные для зональных почв комплексы грибов, в которых обычно доминируют виды с выраженными фитотоксичными свойствами (Марфенина и др. 1996; Марфенина, Кожевин, 1998).

Т.В. Аристовская (1980) указывает, что почва является компонентом биогеоценоза и почвенные грибы также можно рассматривать как его неотъемлемый компонент, где они составляют определенное звено трофической цепи, входят в его гетеротрофный блок и осуществляют в нем элементарные почвенно-биологические процессы, а именно разложение растительного опада.

Надежным показателем конкретных экологических условий может служить специфический набор видов микромицетов, выделяемый на основании анализа структуры комплекса, для характеристики которой необходимо применение строгих количественных критериев, характеризующих соотношение видов в комплексе. Одним из таких критериев может служить частота встречаемости вида, используемая в общей экологии. Под частотой встречаемости вида микромицетов понимают отношение числа образцов, в которых вид обнаружен, к общему числу исследованных образцов (Tresner et al., 1954). С помощью такого показателя, который можно обозначить как пространственную частоту встречаемости, можно расчленить комплекс микромицетов на типичные и случайные виды.

Вид можно считать типичным, если частота его встречаемости выше 30% (из всех выделенных), и случайным, если она ниже 10%. Формирование комплекса типичных видов микромицетов подчиняются определенным закономерностям, согласующимся с общими закономерностями происхождения и свойств почв биогеоценозов. Это говорит о возможности использования комплекса микромицетов для характеристики почв и биогеоценозов.

Снижение видового разнообразия микроскопических грибов выявляется как последствие стрессовых антропогенных воздействий на почвы (Марфенина, 1999). В городских же почвах общее разнообразие микроскопических грибов может быть даже выше, чем в фоновых аналогах.

В основном возрастание разнообразия микроскопических грибов на урбанизированных территориях происходит за счет увеличения присутствия малочисленных, редких, случайных, часто заносимых видов и большей мозаичности их распределения (Марфенина и др., 2005).

Почвенные грибы в биогеоценозе можно рассматривать как единую экологическую группу редуцентов органического вещества, но различающуюся по способности разлагать и усваивать разные субстраты.

Часто они находятся в почве в ассоциациях с другими микроорганизмами (Мирчинк, 1984; Donelly et al., 2005).

Наряду с бактериями, видовой состав грибов на урбанизированных территориях малого города также отличается от природных участков (Марфенина, 1991; Марфенина и др., 1996). Из всех исследованных субстратов (почвы, приземный слой воздуха, растения) периодически выделялись нетипичные для почв дерново-подзолистой зоны представители родов Aspergillus и Fusarium. На урбанизированных территориях мало грибов рода Gliocladium и меньше встречается типичных доминантов для дерновоподзолистой зоны – пенициллов. Те же закономерности отмечаются и для урбаноземов г. Москвы. В антропогенных почвах в разных климатических зонах наблюдается увеличение содержания темноокрашенных грибов, которые отличаются своей резистентностью к разнообразным антропогенным воздействиям на почвы: уплотнению, ряду загрязнителей, высушиванию, пирогенному воздействию (Марфенина, 1999; Kacprzak, Malina, 2005).

Таким образом, в городской среде формируются специфические, отличные от природных, как бактериальные (Лысак и др., 2000), так и грибные комплексы, в составе которых существенную долю занимают виды, характерные для местообитаний более южных регионов (Скворцова, 1997).

1.8. Мониторинг По мнению ряда исследователей санитарно-гигиенический мониторинг имеет непосредственное отношение к микробиологическим свойствам почвы, поскольку с почвенной пылью воздушным путем переносятся споры грибов, актиномицетов, бактерий, а также другие устойчивые к инсоляции жизненные формы микроорганизмов. Поэтому, в объекты исследования включают пригородные зоны, как источник микроорганизмов, поступающих с воздушными массами, оседающих в городах, где происходит отбор и накопление токсигенных форм этих микроорганизмов (Федоров, Чалая, 1979;

Осипов, 1987; Костюкевич, Скворцов,1991; Кондратьев и др., 1994; Куличева и др., 1996).

При санитарно-гигиеническом мониторинге изучение антропогенных почв представляется особенно важным, поскольку на распространение и выживаемость в городской среде санитарно-опасных и потенциальноопасных сапротрофных микроорганизмов оказывают влияние тип почвы, величина рН, механический состав и другие факторы (Куличева и др., 1996).

Химическое и биологическое загрязнение приводит к снижению биологической активности и процессов самоочищения почв, что с гигиенических позиций является неблагоприятным фактором. Загрязненная (особенно органическим субстратом) почва, характерная для городских территорий, представляет благоприятную среду для сохранения жизнеспособных патогенных микроорганизмов. При загрязнении почвы создается возможность одновременного комплексного и комбинированного воздействия на организм человека, что повышает риск возникновения хронических инфекций и эпидемиологических заболеваний (Скворцова, 1997; Напрасникова, Макарова, 1999).

Основной задачей экологического мониторинга является непрерывное слежение за состоянием экосистем (природных, антропогенных) и других составляющих биосферы (таких как внешняя атмосфера, подземные воды и др.), определение направлений и темпов естественных изменений (сукцессионных, эволюционных и т.п.) и выявление ответных реакций на многообразные формы внешних возмущений, порождаемых деятельностью человека. Поэтому научной основой экологического мониторинга выступает современная экология (биогеоценология) как наука, изучающая внешние взаимосвязи экосистем, их внутреннюю структуру, функционирование и эволюцию (Теоретические основы …, 1983; Никитина, 1997).

В программу биосферного мониторинга предлагается включить три основных компонента, характеризующих деятельность микроорганизмов (Теоретические основы …, 1983).

Учет индикаторных микроорганизмов, значимых с санитарной точки зрения, характеризующих процессы загрязнения и самоочищения.

Определение скорости разложения органического вещества по убыли в весе растительных остатков, выделению СО2 и поглощению кислорода.

Определение потоков газообразных микрокомпонентов атмосферы, образуемых почвенными микроорганизмами.

ПОЧВЫ И ТЕХНОГЕННЫЕ ПОВЕРХНОСТНЫЕ

ОБРАЗОВАНИЯ КАК ВАЖНЕЙШИЙ КОМПОНЕНТ ГОРОДСКИХ

ЛАНДШАФТОВ

2.1. Ландшафты городских территорий 2.1.1. Ландшафты городов Ландшафт – это часть земной территории с относительно однообразными и однотипными природными условиями: геологическим строением, формами рельефа, климатом, водами, почвами, растительность. Перечисленные природные условия в городских ландшафтах имеют различное значение.

Любые виды строительства начинаются с изучения инженерно-геологических условий территории. Геологическое строение характеризует массив горных пород, находящихся в сфере инженерного воздействия. Они определяют условия строительства, надёжность основания зданий и сооружений. Горные породы являются вмещающей средой для подземных сооружений, основаниями трубопроводов и транспортных ёмкостей, и использования для производства строительных материалов, для отсыпки насыпей и дамб, для декоративных и облицовочных целей.

Рельеф имеет большое практическое значение при выборе площадки строительства, при прокладке трасс автомобильных дорог и железнодорожных путей, при размещении водоёмов, водохранилищ и других объектов. Крутизна склонов влияет на скорости стока поверхностных вод, скорости размыва земной поверхности ливневыми осадками, а также определяет характер строительного освоения склонов. Расчленённость рельефа зависит от состава прочности горных пород, их устойчивости к физическому выветриванию и размыву поверхностными водами.

Климат города определяется его географическим положением. Он формируется в результате взаимодействия солнечной радиации и атмосферных явлений с поверхностью земли. В условиях города в зависимости от характера этой поверхности (высоты и плотности застройки, размещения крупных промышленных предприятий, количества и видов зелёных насаждений), как правило, создаётся и собственный микроклимат.

Изменения, внесённые в общий климатический фон, могут быть положительными или отрицательными. С одной стороны, высота, типология и геоморфологический рисунок застройки способны существенно снизить дискомфортное воздействие сильных холодных ветров, учесть благоприятные и неблагоприятные ориентации склонов, освоить сложные участки рельефа. С другой стороны, неудачные планировочные решения могут усугубить воздействие таких климатических показателей, как скорость ветра, создать в застройке аэродинамические потоки. Например, наветренное размещение промпредприятий в результате сноса вредных выбросов на селетьбу серьёзно ухудшает экологическую и санитарно- эпидемиологическую обстановку в городе; концентрация промышленных объектов и транспортных потоков изменяет количество поступающей солнечной радиации, увеличивает число пасмурных дней и осадков, способствует образованию тёплых пятен и температурных инверсий. В целом совокупность климатических характеристик и особенностей, вносимых застройкой, создают микроклимат отдельных районов города.

Подземные воды и гидрологические условия в значительной степени влияют на характер освоения территории. Они определяются составом и фильтрационными свойствами горных пород, условиями залегания и распространения водовмещающих слоёв, климатическими факторами, наличием поверхностных водоёмов и рек, техногенными характеристиками.

Подземные воды способны изменить физико-механические свойства пород(оснований зданий и сооружений), оказывать неблагоприятное влияние на фундаменты, подземные конструкции, трубопроводы, вызывать опасные геологические процессы (подтопление, заболачивание, оползни, морозные пучения грунтов). Подземные воды служат источником водоснабжения населения и промышленных предприятий, поэтому качество и количество воды может повлиять на экономическую и экологическую ситуацию в городах. Кроме того, подземные воды играют важную роль в сохранении естественного ландшафта и растительности на освоенной территории, в обустройстве рекреационных зон, при создании искусственных водоёмов и проч.

В результате интенсивной инженерно-хозяйственной деятельности природный ландшафт может нарушаться настолько, что нарушается связь природных компонентов и формируется антропогенный (техногенный) ландшафт. В современном городе признаки деградации ландшафта возникают уже через 2-3 года, а через 15-20 лет их экономический потенциал оказывается полностью утраченным. Формируются их сложные структуры, главным качеством которых является изменчивость, способность накапливать и положительный потенциал, и негативные последствия человеческой деятельности, что приводит к качественному преобразованию всех компонентов городских ландшафтов.

Городские ландшафты развиваются и функционируют на одном типе поверхностных отложений со сходными условиями дренажа. В их пределах почвенный покров претерпел морфологические нарушения сходной направленности, под определенной растительной группировкой сходного состава. Принципиальное значение при характеристике городских ландшафтов имеет фактор, который определяет внутреннюю структуру ландшафта и определяется соотношением открытых почвогрунтов, занятых и незанятых растительностью, промышленными и жилыми сооружениями, искусственными покрытиями.

Если в естественных ландшафтах потоки вещества и энергии в большинстве случаев сбалансированы, то в городских ландшафтах широко представлены потоки однонаправленные, например, аномальная концентрация рассеянных элементов в почвенногрунтовой толще или накопление органического вещества в почвах не сбалансированное процессами разложения, выноса и т.п.

Современный геохимический пресс (локальный, региональный, глобальный) города усиливает пестроту дифференциации территории.

Необходимо отметить, поскольку в ландшафтах города ведущим фактором ландшафтогенеза выступает техногенез, то внутренняя структура ландшафта города обусловливается его внутрифоновыми вариациями и неоднородностью исходного природного ландшафта.

Классификация городских ландшафтов представляет сложную картину (Кулинич, Подгорная, 1997). В целом городские ландшафты могут быть разделены на несколько основных типов: селитебные (рис.3), Рис.3. Селитебный тип ландшафта г. Уссурийска промышленные, транспортные, ландшафты водно-зеленого диаметра, коммунально-складские, аграрные и др. Внутри данных типов могут быть выделены подтипы например, ландшафты водно-зеленого диаметра могут быть поделены на ландшафты пригородных рекреационных лесов, зеленой зоны речных долин, бульварно-парковой зоны (рис.4), зоны дачных участков и т.п.

Таким образом, современная структура антропогенных ландшафтов городов весьма сложная. Обладая при этом различной устойчивостью, эти ландшафты постоянно подвержены изменениям. И важной задачей в таких условиях является мониторинг за динамикой развития городских территорий, с целью более целесообразного планирования и развития хозяйства, разработке и проведению природоохранных мероприятий.

Рис. 4. Парковая зона в г. Хабаровске 2.1.2. Геохимия ландшафтов и их биосферная роль (по А.И.

Перельману, 1979) Принципиальное отличие ландшафтов от почв, илов, кор выветривания, водоносных горизонтов состоит в том, что в ландшафтах ведущее значение имеет фотосинтез, в то время как в других биокосных системах он отсутствует, и их сущность определяется процессами разложения органических веществ. В ландшафтах разложение также играет важную роль, однако оно не определяет их главные особенности. Именно поэтому самые крупные единицы ландшафтов выделяются по характеру фотосинтеза – особенностями растительного покрова, биомассой и годичной продукцией.

По особенностям биологического круговорота ландшафты разделяются на несколько больших групп: лесных, степных и луговых, тундровых, пустынных и т.д. (пример на рис.5) Каждая группа характеризуется определенной величиной биомассы и отношением биомассы к ежегодной продукции живого вещества. Типы и семейства различаются в основном по величине годичной продукции живого вещества.

В пределах семейства главная роль в дифференциации ландшафтов принадлежит геохимическим классам вод, поэтому следующая единица геохимической классификации ландшафтов – класс – выделяется по особенностям вод. Различаются ландшафты кислого, сернокислого, содового, кислого глеевого и других классов. Химизм вод в разных подсистемах ландшафтов неодинаков: в почвах – один, коре выветривания – другой и т.д.

При выделении классов исходят из геохимических особенностей гумусоаккумулятивного горизонта водораздельных почв (почвы центра ландшафта).

Геохимические особенности ландшафтов оказывают большое влияние на живые организмы. По мнению В.И. Вернадского, Б.Б. Полынова, А.П.

Виноградова и др. возможно, они служили важным фактором эволюции и видообразования.

Важную роль в качестве центров видообразования играли сернокислые ландшафты рудных месторождений, почвы и воды которых обогащены тяжелыми металлами. Растения здесь часто содержат много Fe, Zn, Ag, Pb и других металлов, своеобразен химический состав животных.

Ландшафты кислого класса, напротив, обеднены многими подвижными элементами, которые дефицитны для растений и животных. Особенно характерен дефицит кальция. Дикие и домашние животные здесь имеют малые размеры, хрупкий скелет, птицы несут мало яиц. Наблюдается дефицит и других элементов, на который реагируют флора, фауна и человек. Так, недостаток фтора в водах объясняет широкое распространение кариеса зубов, недостаток кобальта – малокровие, недостаток азота, фосфора и калия – низкие урожаи и болезни растений.

В ландшафтах кислого глеевого класса особое внимание привлекает роль растворенного органического вещества, так многие поколения животных этих ландшафтов пили «коричневую воду», содержащую сотни различных органических соединений.

В ландшафтах содового класса (солонцы, содовые озера) организмы поставлены в исключительно своеобразные условия сильнощелочной среды, дефицита многих важнейших элементов (особенно Fe, Ca, Mg), повышенного Рис. 5. Схема типов связей в лесном ландшафте (по Б.Б. Полынову):

биокосные тела: П – почва, КВ – кора выветривания, И – ил, ВГводоносный горизонт, КО – континентальные отложения, ПВ – поверхностные воды, А - приземная атмосфера, Ф – наземный биоценоз, Ц – структурный центр ландшафта. типы связей:1 – прямые – водные, 2 – воздушные, 3 – обратные – биотические, 4 – биокосные, 5 – водные и воздушные.

содержания редких элементов.

Наиболее благополучны с точки зрения потребностей организмов ландшафты кальциевого класса. Они не только хорошо обеспечены кальцием, но и многими другими элементами. Эти ландшафты были центрами формирования кальциефильных видов и родов растений.

2.1.3. Культурные ландшафты Изменения в биосфере привели к возникновению новых типов ландшафтов, не присущих биосфере, а характерных для ее нового состояния – ноосфере.

Вновь образующиеся ландшафты получили название "нооландшафтов".

Все их большое разнообразие объединяется в 4 группы:

- культурные нооландшафты или нооландшафты урбанизации, возникшие при строительстве городов и вообще различных поселений, - нооландшафты территориально-промышленных комплексов (ТПК), созданные вокруг крупных промышленных объектов, - техногенные нооландшафты, возникшие в местах деятельности горнорудных предприятий и на прилегающих к ним территориях.

- агроландшафты или нооландшафты, возникшие в районах сельскохозяйственной деятельности человечества.

Каждая из указанных групп нооландшафтов имеет свое происхождение, по-своему оказало влияние на природные (биосферные) экосистемы, и поэтому они отличаются своей формой, своими размерами и своими последствиями воздействия на окружающую среду. Особый интерес для городской среды представляют нооландшафты урбанизации, нооландшафты территориально-промышленных комплексов.