ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2015, № 8, с. 921-931
= ХИМИЯ ПОЧВ
УДК 631.48:546.6:574.4
ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО В ГОРОДСКИХ ПОЧВАХ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)
© 2015 г. Ю. Н. Водяницкий
Факультет почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова, 119991, Москва, Ленинские горы, 1
e-mail: yu.vodyan@mail.ru Поступила в редакцию 20.04.2014 г.
Влияние города на запасы органического вещества в почве неоднозначно, в одних частях города они могут сокращаться, в других — возрастают по сравнению с фоном. Накоплению органического вещества способствуют поступление аэральных органических поллютантов, замедление минерализации растительных остатков под влиянием загрязнения, увеличение продуктивности растительности за счет повышенной температуры, высокого содержания в воздухе углекислого газа и ухода за зелеными зонами: покрытие дерном значительных площадей в городах, внесение торфа, устройство орошения и осушения почв.
Ключевые слова: урбанизация, поллютанты, запасы органического вещества.
Б01: 10.7868/80032180X15080110
ВВЕДЕНИЕ
Изучение городских почв в связи с ростом урбанизации в мире приобретает все большую актуальность. Уже в 1996 г. большая часть населения жила в городах [56]. Площадь городов в США (исключая Аляску и Гавайи) с 1969 по 1994 гг. увеличилась вдвое. В мире городские площади ежегодно расширяются на 476 тыс. га [56]. Экологическая ситуация в городе резко отличается от фоновой. Воздушные выпадения распространяются далеко за городскую черту. Поэтому не только городские, но и пригородные почвы отличны от фоновых [54]. В результате город сильно влияет на региональные и, возможно, глобальные системы [2, 22, 53].
В городских почвах выше значения рН, часто легче гранулометрический состав, больше плотность, меняется и минералогический состав почв, увеличивается содержание карбонатов и оксидов железа [7, 13]. В городских почвах, особенно, индустриальных за счет органических поллютантов увеличивается содержание углерода [44]. В городских условиях изменяются биогеохимические циклы С и N [2, 11, 18, 69].
В пределах одного города свойства почв варьируют, но есть общая тенденция. В тех местах, где плотность почвы повышена, отмечается недостаточное содержание доступной влаги, элементов питания, органического углерода [53]. В других частях города содержание Са, К, М§ и Р достигает оптимума, принятого для садовых почв, а количество органического вещества превосходит фоновый уровень [53]. Даже увеличение
значений рН и уплотнение почвы проявляются не во всех городах мира [39].
Важным является изменение содержания и состава органического вещества в городских почвах. Оно во многом зависит от истории конкретного города и ведения ландшафтного хозяйства в его черте [36]. Варьирование свойств определяется не только степенью загрязнения почв, но и результатом озеленения, когда улицы и парки засаживаются экзотическими растениями и деревьями, изменяющими цикл питания элементов и состав почвенных микроорганизмов [19, 20, 53]. Например, территория Москвы относится к подзоне южной тайги, но естественная растительность сохранилась фрагментарно, а доминируют привнесенные виды: клен, липа [2].
Влияние города на запасы почвенного углерода неоднозначно, они могут увеличиваться или уменьшаться по сравнению с фоном в разных городах. Выявлены потери органического углерода в почвах г. София, Болгария [25]. Гораздо больше примеров обогащенности городских почв углеродом: Москва [7, 13], Штутгарт и Росток, Германия [43], Балтимор, США [53] и др.
Факторов, препятствующих накоплению углерода в почвах, несколько. Во-первых, содержание углерода (за счет запасов углерода микробной биомассы) сокращается из-за уплотнения почв тяжелой техникой при строительстве городских объектов. В парках почва уплотняется из-за большого числа отдыхающих людей. Во-вторых, с газонов убирают листья, что сокращает возврат угле-
рода в почву [56]. В-третьих, в условиях сильного химического загрязнения снижается плодородие городских почв, что не благоприятно для растительности на газонах.
Накопление органического вещества в городе зависит от других факторов. Во-первых, содержание органического вещества увеличивается за счет поступления органических поллютантов. Они попадают в городскую почву как в виде тонких аэральных частиц, так и в составе мусора. Среди аэральных выпадений наибольшее значение имеют углистые частицы, сажа и другие продукты неполного сгорания твердого и жидкого топлива [16, 43, 70]. В состав органического мусора попадают пищевые отбросы, осадки сточных вод, пластик. Во-вторых, городские почвы обогащаются углеродом за счет замедления минерализации растительных остатков под влиянием загрязнения тяжелыми металлами [4—6]. В-третьих, в городе увеличивается продуктивность растительности за счет повышенной температуры, высокого содержания в воздухе углекислого газа и ухода за зелеными зонами. Все это способствует накоплению органического вещества в городских почвах по сравнению с близлежащими нативны-ми землями. Поэтому городские почвы справедливо рассматривают как территорию накопления запасов углерода [42].
Традиционно экологи расценивают деятельность человека как деструктивную, разрушающую природные системы [53]. Но забота о городских парках, лесах и газонах ведет к улучшению экологического состояния почв, к росту запасов органического вещества, зачастую, превышающих, запасы в пахотных и целинных почвах [53].
Исследованию органического вещества городских почв посвящено много работ, которые требуют анализа и систематизации.
Цель работы — обобщить сведения о содержании органического вещества в городских почвах.
ОБЕДНЕНИЕ ГОРОДСКИХ ПОЧВ ОРГАНИЧЕСКИМ ВЕЩЕСТВОМ
Изменение содержания органического вещества во многом зависит от истории города. Одна из причин обеднения органическим веществом — переуплотнение городских почв.
В США предложено простое деление городских почв по стадиям эволюции [51], хотя оно недостаточно для характеристики развития почв во всех городах, особенно в промышленных странах Европы и Азии. В данной классификации почвы разделяют на две группы, в зависимости от этапа городского строительства [51]. Объекты первой группы испытывают мощное деструктивное действие на начальном этапе строительства, когда почвы перемешиваются настолько, что изменяет-
ся почвенный профиль, удаляется гумусовый слой: почвы этой группы органическое вещество теряют. Почвы второй группы эволюционируют на последующим этапе развития города под воздействием длительных процессов: аэральных городских выпадений, внесения удобрений, пестицидов, регулирования водного режима и других мер.
Процессы эволюции почв в старых, промышленных городах систематизировать гораздо сложнее, отчасти из-за разнообразия поллютантов, которые могут быть как органического, так и неорганического происхождения и действовать раз-нонаправлено.
Для строительства зданий и дорог используют тяжелую технику, которая разрушает почвенные агрегаты, уплотняет упаковку частиц и снижает пористость. У 2/3 образцов почв в новых городах США плотность превышает 1.6 г/см3 [36, 67], значение, считающееся предельным для роста корней [62]. Уплотнение почвы подавляет активность микроорганизмов, снижается содержание микробной биомассы. Например, в индустриальном районе г. Балтимор, США в почвах с плотностью 1.41 г/см3 содержится в среднем всего 27.4 г/кг органического вещества, тогда как в жилом районе с низкой плотностью застройки с плотностью 1.22 г/см3 содержание органического вещества достигает 39.9 г/кг [56]. Обобщенные данные для Балтимора приведены на рис. 1. Видно, что в городе при увеличении плотности уменьшается содержание почвенного органического вещества.
Эволюция почв в местах новостроек детально изучена в городах США: Москва, шт. Айдахо и Пульман, шт. Вашингтон [62]. Почвы в старых микрорайонах (со средним возрастом 64 года) благополучнее почв в молодых микрорайонах (средний возраст 9 лет). Средняя плотность молодых городских почв в новых микрорайонах достигает 1.73 г/см3, тогда как в старых она в среднем составляет 1.41 г/см3 [62]. Таким образом, со временем структура городской почвы восстанавливается, и ее плотность приближается к нативной, существовавшей до начала техногенного уплотнения. Улучшаются и другие показатели. Содержание микробного азота меняется по годам, но в почвах старых районов оно достоверно больше (Р < 0.0001), чем в почвах молодых районов: 51.1—54.0 против 14—
16.5 мг М/кг. Одновременно на старых участках в почвах газонов возрастает доля микробного углерода по сравнению с почвой на новых участках. За счет длительного внесения удобрений заметно увеличивается содержание доступного фосфора: с
27.6 до 74.3 мг/кг. В метровой толще содержание углерода в почве на старых участках достигает в среднем 14.7 против 9.6 кг С/м2 — на новых. Следовательно, со временем увеличение содержания органического углерода ведет к восстановлению почвенной структуры.
140
о~ 100
о о
! 80
<ч
о
§ 60 о
о ¡^
§ 40
св
1-е
Л О20
0.5 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 Плотность почвы, г/см3
1.7
1.9
Рис. 1. Зависимость содержания органического вещества в слое 0—15 см от плотности почвы, г. Балтимор, США (по [56]).
0
Плодородие городских почв значительно снижается из-за потерь гумусового слоя при строительстве и планировке территории. За счет скальпирования поверхности гумус может быть погребен на глубину до 3 м. Наибольшие потери гумуса обнаружены в почвах на крутых склонах [58].
Еще один важный фактор — уборка листвы в городских парках [59]. Это мероприятие может быть причиной сокращения содержания органического вещества в городских почвах [25, 37]. Наконец, плодородие городских почв уменьшается из-за сильного химического загрязнения [56].
ОБОГАЩЕНИЕ ГОРОДСКИХ ПОЧВ ОРГАНИЧЕСКИМ ВЕЩЕСТВОМ
Поступление аэрального антропогенного углерода. Большую долю среди аэрогенных поллютантов составляет элементарный углерод, попадающий в городскую почву в составе обуглероженных отходов, графита, сажи, частиц угля [65, 66]. Элементарный углерод представляет собой высокоустойчивое вещество [22], источник которого — продукты неполного окисления и пиролиза
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.