ЗАКОНОМЕРНОСТИ ТРАНСФОРМАЦИИ ВАЖНЕЙШИХ БАЗОВЫХ СВОЙСТВ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА ПОД ВЛИЯНИЕМ УРБАНИЗАЦИИ

LAWS OF TRANSFORMATION OF THE MAJOR BASE PROPERTIES OF THE SOIL COVER UNDER THE INFLUENCE OF THE URBANIZATION

С.А.Дубровская

S.A.Dubrovskayа

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт степи Уральского отделения Российской академии наук (ИС УрО РАН)
(460000, Россия, г. Оренбург, ул. Пионерская, 11)
Institute of Steppe of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences (IS UB RAS)
(11, Pionerskaya st, 460000, Orenburg)
е-mail: oresteppe@mail.ru

Рассматривается урбаногенная трансформация почвенного покрова, формирование которого проходило в ходе активной деятельности человека в пределах городской территории, дается оценка современного состояния городских почв Орско-Новотроицкого промузла. Указаны основные эколого-геохимические особенности и уровни загрязнения почв городского ландшафта.

Transformation of the soil cover which formation passed in a course of the vigorous activity of the person within city territory is considered, the estimation of a current state of city soils of Orsko-Novotroitsk industrial knot is given. The basic ekologo-geochemical features and levels of pollution of soils of a city landscape are specified.

В условиях урбанизированной техногеоситемы в результате прямых механических воздействий на почвенный покров неизбежно приводит к количественному и качественному преобразованию его вещественного состава, а следственно, трансформируется весь комплекс физико-химических параметров, определяющий экологические свойства почв. Территория Орско-Новотроицкого промузла претерпела значительные изменения в составе и структуре естественного почвенного покрова, в результате чего сформировались многочисленные антропогенные модификации почв. Длительное и непрерывное техногенное воздействие привело к значительным перестройкам в морфологической и эколого-геохимической структурах почвенных профилей. Исходный почвенный покров коренных ландшафтов представлен закономерным сочетанием почв, характерных для степной зоны Зауралья. В пределах водораздельных пространств и их склонов выделяются черноземы южные маломощные (7,6%), южные карбонатные (10,8%) и солонцеватые (5%), реже темно-каштановые карбонатные почвы (12%), в комплексе с солонцами каштановыми солончаковатыми натриевыми (7%). В пределах речных долин Урала, Ори, Елшанки развиты: на террасах – черноземы южные остаточно-луговатые (3%) и лугово-каштановые солонцеватые маломощные средне- и легкосуглинистые (3%); на пойме – аллювиальные дерновые насыщенные слоистые (15,9%) и солонцы лугово-каштановые солончаковатые слабозасоленные остаточно-натриевые (2,4%) [1]. Природно-техногенные почвы (поверхностно-преобразованные или урбопочвы) занимают 31% площади городской территории. В структуре почвенного покрова преобладают пахотные почвы (33%). Менее распространены окультуренные почвы индивидуальных садово-дачных массивов. Значительные территории (26%) занимают слабонарушенные почвы, к которым относят санаторно-оздоровительные зоны, лесополосы, лесопосадки и другие искусственные насаждения. Кроме сельскохозяйственного использования данной группы урбопочв необходимо учитывать влияние на нее негативных факторов, воздействующих на биологическую продуктивность. К ним относят развитие водной и ветровой эрозии, химическое загрязнение, захламление поверхности почв, переутомление корнеобитаемого слоя, вторичное засоление на орошаемых участках, механическое нарушение и срезание почвенного покрова. Антропогенно-переобразованные и почвоподобные тела, включая собственно урбано- и техноземы, характеризуются отсутствием естественных генетических горизонтов и представляют собой искусственные конструкции слоев (горизонтов «урбик»), состоящих из гумусированного пылеватого субстрата разной мощности и качества с включениями бытового и промышленного мусора. В результате постоянного изменения планировочной структуры промышленных городов происходит не только коренная перестройка почв (срезание и захоронение гумусированного слоя), но увеличение доли запечатанности (уменьшения поверхности почвенного покрова) территории. Неблагоприятная для здоровья населения почвенно-экологическая обстановка складывается в жилых районах, смежных с промышленными зонами и транспортными коммуникациями. Преобладающие фоновые компоненты почвенного покрова – урбаноземы жилой застройки сельского типа (агроселитебные), а также мало- и среднеэтажной застройки, занимающие соответственно 34 и 33%. Доля всех других подтипов урбаноземов (исторического центра г. Орска, многоэтажной и коттеджной застройки, нежилых комплексов, некроземов, культуроземов) колеблется от 1 до 17%. Максимальным уровнем техногенной трансформации характеризуются индустриземы – группы почвоподобных тел, приуроченных к промышленным зонам и транспортным коммуникациям. Крупные ареалы таких почв концентрируются вблизи железнодорожных магистралей, в основном по левому берегу р. Елшанки, в восточном и центральных частях г. Орска (правобережье р. Урал) и крупный блок – в южном и восточном направлениях от г. Новотроицка. В целом интруземы занимают 22% территории (рисунок 1) [1].

Наиболее характерным и экологически значимым процессом антропогенного преобразования почв Орско-Новотроицкого промузла является их химическое загрязнение, прежде всего тяжелыми металлами (ТМ), которое проявляется уже на стадии морфологического описания разрезов и охватывает в той или иной степени практически всю территорию в пределах городской черты. В настоящее время возможно использование двух вариантов оценки загрязнения городских почв ТМ - по отношению к существующим сегодня экологическим нормативам (ПДК) или по отношению к природной норме – региональному геохимическому фону.Методологической основой почвенно-геохимических исследований и формирования сети эколого-геохимического мониторинга является определение местного (регионального) геохимического фона по основным типам почв. Для определения фоновых показателей почв степной зоны Южного Урала используются величины минимального лимита среднеарифметического значения концентрации химических элементов. Исходными данными для вычисления фонов послужили результаты эколого-геохимических исследований почв-эталонов[2, 4].

Установлено, что вся территория, независимо от функционально использования отдельных участков, представляет собой обширную геохимическую полиметаллическую аномалию, с повышенным, высоким и очень высоким уровнем концентрации ТМ в почве (превышение над фоновыми показателями и ПДК в отдельных пробах достигает 2-3-х математических порядков). Характерная особенность загрязнения почвенного покрова исследуемой территории ТМ заключается в том, что наиболее насыщенные предприятиями районы, не являются самыми загрязненными, так как основная масса выбросов переносится под влиянием преобладающих ветров западных направлений и выпадает на смежных территориях (прежде всего, на водоразделе между Новотроицком и Орском, и на восточной окраине Орска). При этом формируются поверхностно-ометалливающиеся разновидности урбо-почв, с наличием поверхностного горизонта А₀х (мощностью до 10-15 см), позволяющего уже на стадии морфологического описания разреза диагностировать их загрязнение ТМ. Подобные почвы занимают обширные ареалы (десятки км²) захватывая территории сельскохозяйственного (в том числе садово-огородные участки), рекреационного и селитебного назначения. Высокий уровень накопления ТМ наблюдается в верхних горизонтах городских почв. Так, среди естественных почв встречаются разрезы, в которых концентрация того или иного металла значительно превосходит средние значения. Например, чернозем южный маломощный (северная окраина г. Орска) - высокое содержание по цинку (40,0 мг/кг) и никелю (126,1 мг/кг), чернозем южный маломощный поверхностно-ометалливающийся (водораздельный склон между Орском и Новотроицком)– по свинцу (10,23 мг/кг), цинку (36,45 мг/кг) и кадмию (0,88 мг/кг). В урбаноземах пространственная структура распределения ТМ характеризуется крайней неравномерностью. Максимальное накопление подвижных форм ТМ не всегда приурочено к верхним горизонтам почв. Из-за нарушения генетической связи между отдельными горизонтами и почвообразующими породами наблюдается разброс концентраций металлов по почвенному профилю, что является главным диагностическим признаком при техногенном загрязнении почвенного покров.

В антропогенно-глубокопреобразованных почвах наблюдается картина радиального распределения ТМ. При этом накопление поллютантов в более глубоких горизонтах почвы не снижает экологического риска негативных последствий загрязнения. Металлы поступают в грунтовые воды, остаются доступными для растений и микроорганизмов. Основным показателем уровня загрязнения почв ТМ является коэффициент техногенной концентрации или аномальности (Ка), который равен отношению содержания металла в исследуемой пробе (С) к среднему фоновому содержанию (Сф): Ка=С/Сф [3]. Расчет коэффициента аномальности позволил определить последовательность техногенного накопления изученных металлов в почвах данного региона. Для изучения особенностей распределения подвижных форм ТМ по вертикальному профилю в основных типах городских почв и количественной оценки степени их загрязнения использовалась шкала (табл. 1), базирующаяся на сравнении с местным геохимическим фоном.

Таблица 1

Шкала оценки степени загрязнения почв тяжелыми металлами

Нами выполнены расчеты коэффициента техногенной концентрации (табл. 2) и выявлено, что в отдельных пробах наиболее загрязненных почвах значения Ка достигают: Ni – 41,07 (149,9 мг/кг), Zn – 6,4 (40,0 мг/кг), Cu - 8,9 (84,0 мг/кг), Cd – 5,66 (1,19 мг/кг), Co – 9,2 (4,71 мг/кг), Pb - 4,3 (10,23 мг/кг), Mn - 3,1 (325,6 мг/кг),Cr - 3,1 (1,13 мг/кг).

Таблица 2

Расчет коэффициента аномальности (Ка) подвижных форм тяжелых металлов в городских почвах

Расчет коэффициентов аномальности с использованием всего массива аналитических данных по сравниваемым выборкам характеризует урбаноземы Орско-Новотроицкого промузла в целом в виде следующей геохимической формулы (в порядке убывания Ка: Mn (85,6) > Cu (17,79) > Co(10,2) > Ni (6,54) > Zn (5,66) > Pb(0,9) > Cd(1,0) > Cr(0,5).

Спектр загрязнения почв Орско-Новотроицкого промузла продуктами техногенеза достаточно разнообразен, отражая разнопрофильный состав промышленного производства, с преобладанием предприятий металлургического цикла. Отмечаются высокие концентрации меди, никеля, хрома, кобальта и цинка, который имеет высокую степень вариабельности абсолютных показателей. Для более объективной оценки экологических последствий загрязнения почвенного покрова ТМ необходимо проанализировать в комплексе функциональное назначение почв, которое определяется характером землепользования. Нормирование загрязняющих веществ в городских почвах следует осуществлять, учитывая меру потенциальной опасности промышленных концентраций, оценку их риска для здоровья населения и окружающей среды. Необходима разработка специальных нормативов для городских почв, которые будут отличаться от установленных ПДК загрязняющих веществ для сельскохозяйственных угодий. Разработать и ввести диапазоны приемлемых концентраций ТМ для городских почв, количественные показатели отдельных металлов увеличить при переходе от территорий повышенного экологического риска воздействия загрязненной почвы на здоровье человека (детские дошкольные и школьные учреждения, индивидуальные садово-дачные массивы, санитарно-оздоровительные зоны и др.) к территориям промышленного производства с учетом времени (длительности) воздействия техногенных веществ. Характерным признаком антропогенной трансформации почв района является резкое увеличение, по сравнению с естественными зональными почвами, степени пространственной неоднородности почвенного покрова и вариабельности почвенных свойств, возникающие в результате сложного сочетания процессов природной самоорганизации и разнохарактерных урбаногенных воздействий.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Дубровская С.А., Мячина К.В. Оценка антропогенной трансформации почв на основе ГИС-технологий (на примере Орско-Новотроицкого промышленного узла) // География и природные ресурсы. 2010. № 1. С. 48-53.

2. Красная книга почв Оренбургской области / А.И.Климентьев, А.А.Чибилев, Е.В.Блохин, И.В.Грошев. Екатеринбург: УрО РАН, 2001. 296 с.

3. Ладонин Д.В. Соединения тяжелых металлов в почвах – проблемы и методы изучения // Почвоведение. 2002. №6. С. 682-692.

4. Почвенный локальный мониторинг земель // Отчет по разработке и обоснованию шкал, фонов, критериев, градаций, обобщающих коэффициентов для систематизации данных, подлежащих мониторингу почв на содержание ТМ по Оренбургской области. Ч.2 и 3. Оренбург, 1996. 118 с.