ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2013, № 2, с. 240-248
ДЕГРАДАЦИЯ, ВОССТАНОВЛЕНИЕ И ОХРАНА ПОЧВ
УДК 631.48:504.054(470.13-17)
СВОЙСТВА ПОЧВ И ПОЧВОПОДОБНЫХ ТЕЛ г. ВОРКУТА* © 2013 г. А. А. Дымов, Д. А. Каверин, Д. Н. Габов
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН, 167982, ул. Коммунистическая, 28, Сыктывкар, Россия e-mail: aadymov@gmail.com Поступила в редакцию 24.03.2011 г.
Рассмотрены особенности формирования почв и почвоподобных тел на техногенных грунтах в условиях заполярного города, специализирующегося на угледобыче. Основу городских почв и почвоподобных тел составляют урбаноземы и конструктоземы (рекреаземы и реплантоземы). Показано, что в почвах и почвоподобных телах города происходит существенное увеличение содержания тяжелых металлов, подщелачивание верхних горизонтов по сравнению с фоновыми почвами. Содержание бенз[а]пирена в большинстве проанализированных проб выше ПДК, максимальные превышения концентрации достигают 80 ПДК. По экологическому показателю суммарного загрязнения, рассчитанному относительно фоновых концентраций, все верхние горизонты исследуемых почв и почвоподобных тел характеризуются как опасные и чрезвычайно опасные.
Ключевые слова: техногенные грунты, урбаноземы, тяжелые металлы, бенз[а]пирен, г. Воркута.
Б01: 10.7868/80032180X13020032
ВВЕДЕНИЕ
Урбанизация является одним из наиболее значимых по масштабам и силе типом воздействия на окружающую среду. В наибольшей степени различные аспекты проявления антропогенной деятельности испытывают почвы и почвенный покров [13]. В пределах городов почвы сильно трансформированы, либо отсутствуют вовсе. Здесь формируются новые почвоподобные образования, часто не имеющие аналогов в естественной среде. Роль почв значительно усиливается в городах, испытывающих повышенную техногенную нагрузку, в связи с близким расположением крупных промышленных объектов. В таких условиях способность почв противостоять продолжающемуся негативному антропогенному воздействию снижается [32]. К настоящему времени остаются практически не изученными особенности почв и почвоподобных тел в промышленных городах, расположенных в высоких широтах.
Цель данной работы заключалась в оценке содержания некоторых приоритетных загрязнителей в почвах и почвоподобных телах г. Воркута и выявлении специфики антропогенного почвооб-
* Работа выполнена при поддержке проекта №12-4-020-КНЦ "Изучение эколого-генетических особенностей и биологических свойств почв городских экосистем Республики Коми (на примере г. Сыктывкар и Воркута)".
разования в одном из заполярных промышленных городов.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Исследования проводили в черте г. Воркута. Город является относительно молодым — возраст менее одного столетия, что позволяет с высокой степенью вероятности воссоздать историю градостроительства отдельных микрорайонов города, а с ними и особенности формирования почв.
История Воркуты отсчитывается с начала 1930-х годов — времени начала разработок угольных месторождений. В разное время в Воркуте функционировало разное количество шахт. В 1945 г. в Воркуте действовали 10, в 1953 г. — 17, в 1990 г. — 13 угольных шахт. В настоящее время в городе функционируют пять угольных шахт, один угольный разрез (добыча угля открытым способом), две ТЭЦ и цементный завод [7]. Максимальная численность населения наблюдалась в 1980-е годы (более 200 тыс. человек). На начало 2010 г. общее число жителей составило около 96 тыс. человек. При этом г. Воркута остается третьим по численности населения городом на территории России, расположенным за Полярным кругом.
Общая площадь города (без учета поселков и промышленных территорий) составляет около 76 км2. Он расположен на левобережной части
р. Воркута в ее среднем течении. Город находится в восточной части Большеземельской тундры, характеризующейся распространением массивно-островной многолетней мерзлоты. Прилегающая к городу территория представлена полого-увалистой равниной, покрытой чехлом покровных пы-леватых суглинков. Зональной растительностью являются мохово-лишайниково-ерниковые тундры. Среднегодовая температура воздуха по метеостанции Воркута (1947—2006 гг.) — минус 5.8°С, (средняя) сумма положительных среднесуточных температур воздуха — около 1000°С, среднегодовое количество осадков — 550 мм. В теплый период года преобладают ветры северного и северо-западного, в холодные месяцы (с сентября по апрель) — южного и юго-западного направлений [4].
Полевые исследования проводили летом 2009 г. Участки обследования расположены в центральной части города (рисунок) в свободных от асфальта местах, на территориях различного использования (сквер, парк, дворовые территории). На выбранных участках закладывали опорные разрезы. Мощность исследуемых почв и почвопо-добных тел ограничивалась глубиной подстила-ния переуплотненными грунтами или шлаками, препятствующими дальнейшему заложению разреза. Диагностику и идентификацию почв проводили в соответствии с таксономией городских почв [8, 22].
Пробоподготовку образцов почв проводили согласно [26]. Антропогенные включения отбирали отдельно и определяли их массовую долю взвешиванием. Количественный химический анализ почв выполняли в экоаналитической лаборатории "Экоаналит" Института биологии Коми НЦ УрО РАН, аккредитованной в Системе аккредитации аналитических лабораторий (центров) Росстандарта России (аттестат РОСС RU.0001.5m57 от 16 апреля 2009). Определение содержания валовых форм тяжелых металлов (ТМ) проводили в соответствии с аттестованными методиками. Содержание органического углерода — по методу Тюрина со спектрофотометри-ческим окончанием. рН водной вытяжки — по-тенциометрически со стеклянным электродом. Содержание подвижных форм калия, фосфора и азота согласно [3]. Гранулометрический состав грунтов определяли по методу Качинского, за исключением образцов с высоким содержанием углерода или карбонатов. Содержание бенз[а]пирена (БП) определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии со спектрофлюори-метрическим детектором "Флюорат-02-Панора-ма". Оценку загрязнения ТМ и БП проводили сравнением полученных данных с существующими гигиеническими нормативами [11] и фоновыми содержаниями [14].
Карта-схема города Воркута с местами заложения почвенных разрезов. 1 — добыча угля открытым способом; 2 — действующие шахты; 3 — цементный завод; 4 — ТЭЦ; 5 — железная дорога; 6 — почвенные разрезы.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Формирование почв в пределах г. Воркута имеет ряд особенностей по сравнению с большинством других поселений, исследованных с позиций городского почвообразования. Все почвы города являются относительно молодыми. Они формируются в суровых климатических условиях, обусловливающих практически полное отсутствие древесной растительности (за исключением ивы). Помимо свойственного для селитебных территорий антропогенного влияния для Воркуты характерен существенный вклад промышленного загрязнения. С одной стороны, субстратом для формирования почв и почвоподобных тел в г. Воркута являются техногенные грунты разного возраста и степени токсичности, а с другой, наблюдается высокий уровень современного техногенного загрязнения. Исследуемые почвы характеризуются незначительной мощностью гумусового горизонта, формирующегося непосредственно на насыпном субстрате. Для почв характерна высокая доля антропогенных включений, количество и состав которых зависят от особенностей грунтов и характера использования территории. Несмотря на располо-
жение города в условиях островной мерзлоты, в ходе проведения полевых работ присутствия льдистой мерзлоты в почвах не выявлено. Согласно литературным данным [27, 28], на территории города наблюдается отепляющее действие инфраструктуры на уровень мерзлоты. В процессе строительства и последующей "эволюции" города отмечается ответная реакция уровня многолетнемерз-лых пород. В зависимости от теплообменной способности зданий и сооружений, плотности и технологии застройки отдельных микрорайонов глубина кровли мерзлоты в центральной части города в 1960-е годы варьировала от 1 до 15 м [27]. В настоящее время наблюдений за уровнем мерзлоты не проводится, но, вероятно, ее уровень стабилизировался в зависимости от близости к определенным технологическим объектам городской инфраструктуры.
При строительстве и обустройстве города создавали достаточно мощные насыпи. В разные периоды для планировки территории использовали различные грунты: в 1930—1950 гг. преобладающим материалом служили песчано-суглини-сто-гравийные смеси из карьеров, с 1960-х годов при планировке территорий активно использовали углисто-аргиллитовые породы терриконов и их смеси с природными грунтами.
Можно предположить, что на начальных этапах развития города его почвенный покров был представлен почвоподобными телами. Они состояли из маломощного гумусового или органо-минерального слоя, нанесенного на поверхность рекультивируемой породы, представленной насыпными природными или техногенными грунтами, морфологически схожими с техноземами органо-аккумулятивными [2]. Основные отличия от почвоподобных тел техногенных ландшафтов Канско - Ачинский топливно-энергетического комплекса и Кузбасса заключались в природе органического материала используемого для рекультивации и формирования органогенных горизонтов. Если при рекультивации техногенных ландшафтов в лесостепных районах принято использовать плодородный слой почвы, то в случае формирования почвоподобных тел в Воркуте обычно применяли низинный торф, навоз, отходы очистной станции, наносимые непосредственно на техногенные грунты (устное сообщение А.В. Калмыкова).
Как нам представляется, дальнейшая эволюция рассматриваемых почвоподобных тел идет в нескольких направлениях. В местах с наиболее длительным периодом урбопедогенеза происходит формирование горизонта урбик (почвы эволюционируют в урбаноземы). В парковых зонах, испытывающих своеобразное рекреационное воздействие, неоднократное добавление органических плодородных субстратов, формируются
рекреаземы [22]. Наиболее "молодые" участки представлены реплантоземами. Но при этом,
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.