Городские почвы и загрязнение почвенного покрова. Почвы городов Как можно определить плодородие почвы
Каждому региону нашей страны присущи свои типы почв. На их формирование повлиял не только климат, рельеф, но и растительный и животный мир. Сегодня мы поговорим о видах почв, о том, какие культуры на них можно выращивать.
Что такое почва?
Первым, кто начал заниматься вопросом изучения почвы, был советский ученый В. В. Докучаев. Он выяснил, что каждому региону присущи свои породы почв. После долгих исследований ученый сделал вывод о том, как рельеф местности, растительность, животные, подземные воды влияют на плодородие земли того или иного региона. И, исходя из этого, предложил свою классификацию. Им и была дана полная характеристика почв.
Конечно же, каждая страна руководствуется международной или же своей, местной таблицей дифференциации верхнего слоя земли. Но мы рассмотрим сегодня именно классификацию Докучаева.
Разновидности почв и подходящие для них растения
Характеристика супесчаных почв
Супесчаные почвы - это еще один из видов почв, которые являются благоприятными для выращивания культурных растений. В чем заключается характеристика земель такого типа?
Благодаря своей легкой структуре, такая земля отлично пропускает через себя воздух и воду. Стоит также отметить, что она хорошо удерживает влагу и некоторые минеральные вещества. Таким образом, супесчаные почвы могут обогатить этим все растущие в них растения.
Во время дождей или полива такая земля быстро поглощает воду и не образует на своей поверхности корку.
Супесчаные почвы быстро прогреваются. Таким образом, уже ранней весной их можно использовать как грунт для посадки семян или высадки черенков.
Для того чтобы ваша земля стала более плодородной, рекомендуется вносить в нее торф. Он поможет улучшить структуру данного грунта. Что касается питательных веществ, то для обогащения ими земли необходимо добавлять в нее компост или же навоз. Это нужно делать часто. Как правило, дачники подливают подготовленный и разбавленный с водой гумус на корни растений, что обеспечивает быстрый рост и обогащение минеральными и питательными веществами.
Как можно определить плодородие почвы?
Мы уже разобрались, что все типы почв отличаются друг от друга не только по составу, но и по пригодности для выращивания в них тех или иных растений. Но можно ли определить плодородие земли у себя на даче самостоятельно? Да, возможно.
В первую очередь вы должны понимать, что именно от кислотности зависит количество питательных минеральных веществ в земле. Поэтому для того, чтобы определиться, нужно ли улучшать ее состав или нет при помощи добавления удобрений, необходимо знать ее кислотность. Нормой для всех почв является показатель рН 7. Такая земля отлично впитывает необходимые питательные вещества и обогащает ими все растущие в ней растения.
Итак, для того чтобы определить рН почвы, необходимо воспользоваться специальным индикатором. Но, как показывает практика, иногда такой способ не является надежным, так как результат не всегда правдив. Поэтому специалисты рекомендуют собрать небольшое количество почвы в разных местах дачи и отнести на анализ в лабораторию.
Урбоэкология
Лекция №4
Городской ландшафт.
1. Почвы городских территорий.
2. Суммарный показатель загрязнения.
3. Городская флора и фауна.
4. Роль флоры и фауны в урбоэкосистеме
5. Пути формирования флоры и фауны городов.
6. Антропогенный и урбанизированный ландшафт.
7. Классификация антропогенного ландшафта.
Почвы городских территорий.
Разнообразие природных условий на Земле привело к формированию неоднородного почвенного покрова с определенной закономерностью смены типа почв по природным зонам. В любой точке местности почва неоднородна и характеризуется дифференциацией профиля на более или менее четко выраженные генетические горизонты. Пример дифференцированного почвенного профиля представлен на рис. 4.1.
На формирование определенного типа почвы и почвенного профиля влияют климат, материнские горные породы, которые ее подстилают, рельеф, характер водообменных процессов, тип природной растительности, характерной для данной климатической зоны, животные и микроорганизмы, обитающие в почве. Типичными для Украины являются черноземы, серые и бурые лесные, каштановые и дерново-подзолистые почвы.
В последние столетия важным фактором почвообразования стала деятельность человека. На урбанизированных территориях, по сравнению с природными, антропогенный фактор в почвообразовании можно считать ведущим.
Для городов характерны так называемые техноземы - почвы, создаваемые человеком в процессе рекультивации объектов или хозяйственного освоения участков земли. Для них характерно отсутствие четко выраженных горизонтов, зачастую мозаичный характер окраски, повышенная плотность и, соответственно, меньшая пористость.
Полнопрофильные почвы, близкие к естественным, могут сохраняться в городе в зоне лесопарков и старых парковых насаждений.
Вне зависимости от типа почв основным свойством, по которому проводится их оценка, является плодородие. Плодородие почв обусловлено наличием в их составе органических и минеральных питательных веществ, определенными параметрами структуры, поддерживающими нормальный газообмен и водообмен, физико-химическими характеристиками (концентрацией водородных ионов и солевым режимом), поддерживающими нормальное протекание физиологических процессов в растениях.
Использование почв в городах, как правило, имеет несельскохозяйственный характер. Важнейшее направление их использования - создание парков, скверов, газонов, покрытий для спортивных сооружений.
Дерновый слой почвенного профиля используют для крепления откосов при строительстве транспортных выемок, насыпей и т.п.
Неплодородные почвы наряду с суглинками и другими грунтовыми материалами применяют для оснований при строительстве зданий. Благодаря высокой поглотительной способности почва выполняет роль фильтра для очистки поверхностного стока.
Глины и суглинки используют для противофильтрационных экранов полигонов захоронения бытовых и производственных отходов.
Загрязнение почв . На территории городов почвы подвергаются загрязнению, которое можно подразделить на механическое, химическое и биологическое.
Механическое загрязнение заключается в засорении почв крупнообломочным материалом в виде строительного мусора, битого стекла, керамики и других относительно инертных отходов. Это оказывает неблагоприятное влияние на механические свойства почв.
Химическое загрязнение почв связано с проникновением в них веществ, изменяющих естественную концентрацию химических элементов до уровня, превышающего норму, следствием чего является изменение физико-химических свойств почв.
Биологическое загрязнение связано с привнесением в почвенную среду и размножением в ней опасных для человека организмов. Бактериологические, гельминтологические и энтомологические показатели состояния почв городских территорий определяют уровень их эпидемиологической опасности.
1 | | | | |
Развитие городских экосистем, в отличие от природных, определяется не столько естественными природными процессами, сколько деятельностью человека. Поэтому в городе происходит значительное преобразование всех факторов почвообразования (климата, рельефа, почвообразующих пород, растительности). Естественный почвенный покров в большей части современных городов уничтожен.
Отличия основных компонентов городских экосистем от их природных аналогов достаточно хорошо изучены. Приведем некоторые результаты исследований городских экологов, чтобы представить себе специфику городской среды. Большая часть данных относится к крупным городам, таким, как Москва.
Специфика климата. Человек, построивший большие города, оказал активное воздействие на ландшафт и тем самым на первоначальный климат. Некоторые исследователи настаивают на необходимости выделения такой разновидности климата, как городской.
Отличия в климате города и окрестностей иногда равнозначны широтному смещению на 200-300 км к югу. В атмосфере создаются острова тепла и пыли, которые существенно влияют на температуру воздуха и осадки. Центр города в среднем теплее, чем его окраины и окрестности. Суточный ход температуры в городе выражен не так резко, как в окрестностях. Так, температура воздуха в Париже выше, чем в окрестностях, в среднем за год на 2°С, в Нью-Йорке (временами) на 10-15°С. Увеличение плотности застройки и асфальтирование с 20 до 50% повышает разность максимальных летних температур в центре и окрестностях города с 5 до 14°С. Очаг тепла над городом отмечается и в суточных минимумах температур.
Ввиду «запечатанности» поверхности большая часть осадков минует почвенное тело, а интенсивное нагревание поверхностей асфальта и городских сооружений способствует перегреву почвы.
Повышенная конвекция в атмосфере города, а также техногенная запыленность приводят к увеличению числа гроз над городом, росту интенсивности ливней и общего количества осадков. Зимние осадки могут достигать 150%, летние - 115% от нормы. Годовые суммы осадков повышены в Москве на 25%, что соизмеримо с эффектом преднамеренного воздействия на облачность. Поверхностный сток урбанизированной территории вдвое выше. Все эти обстоятельства делают индустриальные города очагами плоскостной и овражной эрозии даже там, где она раньше не проявлялась.
Рис. 10.3.
В городах временами наблюдается отсутствие снежного покрова или резкое изменение сроков его образования. В городах снежный покров существенно изменяется в сравнении с естественным. В разных местах города снег убирается, утаптывается, насыпается сверх нормы самим человеком или ветрами. Этим создаются участки (микроландшафты) со специфическим микроклиматом, часто не имеющим аналогов во вмещающей почвенно-географической зоне. На участках, оголяемых от снега, возникают условия аридной холодной пустыни, которым в естественном состоянии соответствуют скелетные, примитивные, дефлируемые почвы и разреженная растительность в «накипной» и «подушечной» формах. На участках с избытком снега, особенно в затененных местах, создается микроклимат и сезонный режим (фенофазы), близкий к лесным и лесо-луговым ландшафтам, обуславливая характерные для них почвообразующие процессы.
В зависимости от литологических и топографических условий могут усиливаться процессы мерзлотного пучения почвы и грунта и солиф- люкционного оплывания.
Большее прогревание и увлажнение воздуха и почв городской территории по сравнению с окружающей местностью улучшает условия жизни наземной растительности и почвенной фауны и увеличивает период вегетации, хотя в ряде случаев в городе происходят обратные явления (рис. 10.3).
Все эти особенности климата имеются в любом большом городе, однако их действие возрастает с увеличением размеров агломерации.
Рельеф. Хозяйственная и строительная деятельность человека в течение многих веков значительно изменяет естественный рельеф. Происходит:
- выравнивание поверхности;
- исчезновение долинно-балочной сети;
- создание нового рельефа (например, террасирование или срезание поверхностной толщи);
- засыпка мелкой эрозионной сети.
Известно, что на территории древних городских поселений существует заметное поднятие уровня земной поверхности, называемое «тель». Тель возвышается над окрестностями на 8-10 м, он образовался в результате систематического привнесения различного рода субстратов на городскую поверхность земли. Как считают Н.С. Касимов и А.И. Перельман (1995), рельеф города влияет не только на водную, но и на воздушную миграцию поллютантов.
В городах часто наблюдаются карстово-суффозионныс просадки, оседание толщи грунта в результате увеличивающегося расхода подземных артезианских вод, уменьшения объема почвенно-грунтовой массы, вызванного выщелачиванием растворимых солей, извести. Просадки проявляются в послестроительных насыпных грунтах и при планировочных грунтовых работах, а также на поверхности в виде замкнутых понижений: блюдец, западин, воронок и трещин. В результате негативного воздействия карстово-суффозионных процессов часто происходит деградация почвенно-растительного комплекса.
Почвообразующие породы. Почвообразующими породами в городах могут быть:
- естественные субстраты, залегающие in situ;
- культурный слой;
- насыпные грунты;
- намывные грунты.
Рис. 10.4.
Культурный слой представляет собой исторически сложившуюся систему напластований, образовавшуюся в результате деятельности человека. Толщина или мощность культурного слоя может колебаться от нескольких сантиметров до десятков метров (в Саратове до 12 м, в Москве до 22 м) и характеризуется пестротой даже в пределах небольших участков.
Формирование культурного слоя происходит путем поверхностного накопления различного рода материала в результате хозяйственно-бытовой деятельности человека или путем преобразования верхнего природного слоя при строительстве и благоустройстве, с привносом в естественную почву посторонних материалов.
В состав культурного слоя в современных городах входят самые разнообразные примеси - битый кирпич, камень, строительный мусор, различные предметы домашнего обихода, заброшенные фундаменты зданий, погреба, колодцы, бревенчатые и дощатые настилы, булыжные и асфальтовые покрытия. Среди этих отложений обычно преобладает строительный мусор. Напластования культурного слоя в разное историческое время могли выполнять роль почвы, приобретали черты ее строения. Таким образом, культурный слой представляет собой разновозрастную систему погребенных городских почв (рис. 10.4).
Рис. 10.5.
Рост территории городов происходил постепенно. Сначала границей города служили крепостные стены, затем фрагментарная застройка пригородов превращалась в сплошную, городская черта расширялась, а город обрастал новыми предместьями (рис. 10.5).
Рисунок 10.6 иллюстрирует этапы прироста территории г. Москвы. На рисунке видно, что центральные районы столетиями пребывают под прессом урбогенеза. В XX в. темпы расширения городской территории возросли во много раз. Следовательно, территория древних крупных городов, какими являются Москва, Новгород, Киев и др., может быть разделена по характеру субстратов на две основные зоны: зону древнего поселения с мощным культурным слоем и зону молодой застройки со слаборазвитым культурным слоем, свежими и старыми грунтами, на которых сохраняются естественные почвы разной степени нарушенности и формируются маломощные слаборазвитые городские почвы.
Грунты. Весь спектр рыхлых осадочных отложений и горных пород, распространенных в окружающей территории, встречается и в городе. В городах происходит глубокое изменение грунтов. Так, глубина заложения фундаментов наземных сооружений простирается до 35 м, метрополитена до 60-100 м. Это не только приводит к перемешиванию грунтов, но и меняет направление стока подземных вод.
Таким образом, формирование городских почв может происходить:
- на культурном слое;
- на природных грунтах разного генезиса, состоящих из органо-минерального почвенного материала и остатков естественных почв («почва на почве»);
- на природных и техногенных насыпных или намывных грунтах («почва на грунте»).
Рис. 10.6.
1 - Кремль, 1156 г.; 2 - граница Белого города, 1593 г.; 3 - Камер- Коллежский вал в 1742 г.; 4 - граница 1917 г.; 5 - граница по Генплану 1935 г.; 6 - МКАД, 1960 г.; 7 - современные границы города. (Из кн. «Москва - Париж. Природа и градостроительство», 1997)
Растительный покров. Городская флора нс утрачивает полностью своих зональных черт, и процесс антропогенизации ландшафта в городах контролируется зонально-климатическими условиями. Однако в городах лесной зоны отмечается приобретение растительностью более южного облика в связи с более теплыми засушливыми условиями.
Городская флора формируется из местных аборигенных видов и интродуцированных, привнесенных, заносных видов. Особенностями городской флоры (Кавтарадзе, Игнатьева, 1986) являются:
- богатство флористического состава, изначально обусловленное экотонным эффектом;
- флористическая неоднородность города, обусловленная его экологической, географической и возрастной неоднородностью. От окраин города к его центру закономерно уменьшается число видов флористического состава.
Д.Н. Кавтарадзе и М.И. Игнатьева (1986), М.И. Игнатьева (1993) разработали классификацию городских растительных сообществ, используя термин «урбанофитоценоз» (УФЦ). В основу ее положены происхождение УФЦ и доминирующая жизненная форма растений. Данные табл. 10.2 дают представление о разнообразии УФЦ.
Таблица 10.2
Урбанофитоценозы и их комплексы (Игнатьева, 1993)
|
Сообщества с доминированием деревьев и кустарников |
Сообщества травянистых растений |
Садово-парковые комплексы, т.е. сочетание фрагментов древесной, кустарниковой и травянистой растительности |
|
А. Естественного происхождения |
|
|
|
1. Древесные массивы лесопарков и парков |
|
|
|
Б. Искусственно сфо |
рмированные |
|
|
|
|
|
В. Стихийно возникшие |
||
|
1. Пустыри |
||
Экологические различия городских природных комплексов очень значительны. Полнее всего свойства природных комплексов наблюдаются в городских лесах, лесопарках и старых парках, в которых сохраняется естественный биологический круговорот, хотя и регулируемый человеком. Остальные типы УФЦ характеризуются, как правило, искусственно сформированными растительными сообществами, и экологическое их функционирование в большей степени определяется вкладом человека: удаление опавшей листвы, внесение органических и минеральных удобрений и т.д. Наихудшими условиями произрастания характеризуются деревья в лунках, со всех сторон окруженные асфальтом. Краевой ожог листьев, снижение декоративности, изменение морфологического строения связываются с неблагоприятными воздушными и особенно с почвенными условиями.
Токсические вещества, находящиеся в самой почве, в большей степени влияют на растительность, чем газовые выбросы транспорта и промышленных предприятий в атмосферу. Повреждаемость деревьев и кустарников может быть ответной реакцией на токсичность среды обитания. В результате происходит:
- ускоренное отмирание ветвей основной части кроны;
- снижение линейного прироста оси ствола и ветвей;
- ослабление побегообразования за счет отмирания почек;
- изменение габитуса молодых деревьев и т.д.
Таким образом, повреждаемость деревьев и кустарников может быть ответной реакцией на токсичность среды обитания.
При сильной запыленности воздуха в городе большое значение имеет способность зеленых насаждений улавливать пыль и аэрозоли. В течение вегетационного периода деревья улавливают 42% пыли воздуха, а в безлиственный период - 37%. Наилучшими пылезащитными свойствами обладают сирень и вяз, менее поглощают пыли дуб (до 56 т/га) и ель (32 т/га).
Насаждения оказывают положительное влияние на тепловой режим как прилегающих к ним территорий, так и внутриквартальной застройки. Внутри застройки температура оказывается выше, чем в окружающих зеленых насаждениях, причем разница иногда достигает 2-3°С.
Озелененные территории способны увеличивать влажность воздуха. Испаряющая поверхность листьев деревьев и кустарников, стеблей грав и цветов в 20 раз и более превышает площадь почвы, занимаемой этой растительностью.
Зелеными насаждениями поглощаются из воздуха и тяжелые металлы, что несколько снижает их концентрацию. Так, больше свинца поглощается тополем и кленом остролистным, а серы - липой мелколистной и кленом остролистным. Крона хвойных деревьев адсорбирует свинец, цинк, кобальт, хром, медь, титан, молибден.
Землепользование как фактор урбопедогенеза. Структура и характер землепользования являются формирующим фактором развития почв в городе. Одним из важных факторов почвообразования является тип функционального использования земель: жилая застройка, промышленная зона, лесопарк и т.д.
Городская территория представляет собой многообразие типов земель, имеющих различное функциональное назначение. Каждый тип наряду с общими показателями имеет свои, свойственные только ему характеристики.
В любом крупном городе выделяются следующие категории земель:
- земли городской и сельской застройки - жилая часть (внутридво- ровые пространства, скверы, детские сады и школы, газоны вдоль транспортных магистралей);
- земли общего пользования - промышленные зоны (заводы и фабрики, автохозяйства, ТЭЦ, склады, АЗС, станции и поля аэрации, автомагистрали, аэропорты, железные дороги и др.);
- земли природно-рекреационной и природоохранной зон (городские леса, лесопарки, парки, бульвары, скверы, памятники природы и т.д.);
- земли сельскохозяйственного использования (пашни, фермы, питомники, опытные поля);
- земли резерва (пустыри, свалки, карьеры, неудоби).
Каждая из вышеперечисленных категорий городских земель состоит из:
- а) запечатанных территорий (непроницаемых) под жилыми зданиями, дорогами, тротуарами, складскими и производственными помещениями и другими строениями и коммуникациями. Эти земли лишены естественного водного и воздушного обмена;
- б) открытых незапечатанных (проницаемых) территорий, представляющих собой почвы, почвоподобные тела разной степени антропогенной нарушенности. Именно незапечатанные городские земли выполняют санитарно-гигиенические, экологические и биосферные функции, столь важные для полноценного качественного уровня жизни городского населения.
В свою очередь открытые незапечатанные территории можно разделить на:
- а) озелененные территории, покрытые растительностью, с покрывающими их почвами, которые сохраняют экологические функции (скверы, парки, лесопарки, газоны и т.д.);
- б) нсозслснснныс или слабоозсленснныс территории, растительность на которых распространена фрагментарно и представлена главным образом рудеральными видами или сорняками (пустыри, внутридворовые пространства и т.д.). Экологические функции развитых там почв трансформированы, деградированы или сильно нарушены. Такие территории встречаются во всех категориях земель.
Почвы несут на себе отпечаток качества и вида землепользования. Это позволяет предположить, что тип землепользования - формиру- Jlj юший фактор эволюции почв городских и промышленных районов. III Городской способ землепользования оказывает влияние на все фак- Ю> торы почвообразования. С другой стороны, функциональное использование территории непосредственно определяет интенсивность и характер воздействия на почвенный профиль.
Специфичными факторами почвообразования городских почв являются:
- структура и характер хозяйственного землепользования в городе;
- особый городской микроклимат, эквивалентный широтному сдвигу на 200-300 км;
- насыпные природные субстраты и культурный слой и наличие в них строительно-бытовых включений;
- изменения растительности, связанные с особенностями городского микроклимата;
- аэрозольное и внутрипочвенное загрязнение.
Городские почвы – это антропогенно измененные почвы, имеющие созданный в результате человеческой деятельности поверхностный слой мощностью более 50 см, полученный перемешиванием, насыпанием или погребением материала урбаногенного происхождения, в том числе строительно-бытового мусора.
Общие черты городских почв следующие:
- материнская порода – насыпные, намывные или перемешанные грунты или культурный слой;
- включения строительного и бытового мусора в верхних горизонтах;
- нейтральная или щелочная реакция (даже в лесной зоне);
- высокая загрязненность тяжелыми металлами (ТМ) и нефтепродуктами;
- особые физико-механические свойства почв (пониженная влагоемкость, повышенная объемная масса, уплотненность, каменистость);
- рост профиля вверх за счет постоянного привнесения различных материалов и интенсивного эолового напыления.
Специфика городских почв состоит в сочетании перечисленных свойств. Для городских почв характерен специфический диагностический горизонт "урбик" (от слова urbanus – город). Горизонт "урбик" – поверхностный органо-минеральный насыпной, перемешанный горизонт, с урбоантропогенными включениями (более 5% строительно-бытового мусора, промышленных отходов), мощностью более 5 см (Федорец, Медведева, 2009).
В результате антропогенного воздействия городские почвы имеют существенные отличия от природных почв, главными из которых являются следующие:
- формирование почв на насыпных, намывных, перемешанных грунтах и культурном слое;
- наличие включений строительного и бытового мусора в верхних горизонтах;
- изменение кислотно-щелочного баланса с тенденцией к подщелачиванию;
- высокая загрязненность тяжелыми металлами, нефтепродуктами, компонентами выбросов промышленных предприятий;
- изменение физико-механических свойств почв (пониженная влагоемкость, повышенная плотность, каменистость и т.д.);
- рост профиля за счет интенсивного напыления.
Можно выделить некоторые группы городских почв: естественные ненарушенные, сохраняющие нормальное залегание горизонтов естественных почв (почвы городских лесов и лесопарков); естественно-антропогенные поверхностно преобразованные, почвенный профиль которых изменен в слое мощностью менее 50 см; антропогенные глубокопреобразованные почвы, формирующиеся на культурном слое или насыпных, намывных и перемешанных грунтах мощностью более 50 см, в которых произошла физико-механическая перестройка профилей или химическое преобразование за счет химического загрязнения; урботехноземы – искусственные почвогрунты, созданные путем обогащения плодородным слоем, торфо-компостной смесью насыпных или других свежих грунтов. В городе Йошкар-Оле, в Заречной части города, целый микрорайон построен на искусственном грунте – песке, который намыт со дна р. Малая Кокшага, толщина грунта доходит до 6 м.
Почвы в городе существуют под воздействием тех же факторов почвообразования, что и природные ненарушенные почвы, но в городах антропогенные факторы почвообразования преобладают над естественными факторами. Особенности почвообразовательных процессов на городских территориях состоят в следующем: нарушение почв в результате перемещения горизонтов с природных мест залегания, деформация структуры почвы и порядка расположения почвенных горизонтов; низкое содержание органического вещества – основного структурообразующего компонента почвы; уменьшение численности популяций и активности почвенных микроорганизмов и беспозвоночных как следствие дефицита органического вещества.
Значительный вред городским биогеоценозам наносит вывоз и сжигание листвы, в результате чего нарушается биогеохимический цикл питательных элементов почвы; почвы постоянно беднеют, состояние произрастающей на них растительности ухудшается. Кроме того, сжигание листвы на территории города приводит к дополнительному загрязнению городской атмосферы, поскольку при этом в воздух поступают те самые вредные загрязнители, в том числе тяжелые металлы, которые были сорбированы листьями.
Основными источниками загрязнения почвы являются бытовые отходы, автомобильный и железнодорожный транспорт, выбросы теплоэлектростанций, промышленных предприятий, сточные воды, строительный мусор.
Городские почвы – это сложные и быстро развивающиеся природно-антропогенные образования. На экологическое состояние почвенного покрова оказывают негативное воздействие производственные объекты через выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух и вследствие накопления и хранения отходов производства, а также выбросы автотранспорта.
Результатом многолетнего воздействия загрязненного атмосферного воздуха является содержание металлов в поверхностном слое городских почв, связанные с изменением технологического процесса, эффективностью пылегазоулавливания, влиянием метрологических и других факторов.
Городские почвы - это антропогенно измененные почвы, имеющие созданный в результате человеческой деятельности поверхностный слой мощностью более 50 см, полученный перемешиванием, насыпанием или погребением материала урбаногенного происхождения, в том числе строительно-бытового мусора.
Общие черты городских почв следующие:
- материнская порода - насыпные, намывные или перемешанные грунты или культурный слой;
- включения строительного и бытового мусора в верхних горизонтах;
- нейтральная или щелочная реакция (даже в лесной зоне);
- высокая загрязненность тяжелыми металлами (ТМ) и нефтепродуктами;
- особые физико-механические свойства почв (пониженная влагоемкость, повышенная объемная масса, уплотненность, каменистость);
- рост профиля вверх за счет постоянного привнесения различных материалов и интенсивного эолового напыления.
Специфика городских почв состоит в сочетании перечисленных свойств. Для городских почв характерен специфический диагностический горизонт "урбик" (от слова urbanus - город). Горизонт "урбик" - поверхностный органо-минеральный насыпной, перемешанный горизонт, с урбоантропогенными включениями (более 5% строительно-бытового мусора, промышленных отходов), мощностью более 5 см (Федорец, Медведева, 2009).
В результате антропогенного воздействия городские почвы имеют существенные отличия от природных почв, главными из которых являются следующие:
- формирование почв на насыпных, намывных, перемешанных грунтах и культурном слое;
- наличие включений строительного и бытового мусора в верхних горизонтах;
- изменение кислотно-щелочного баланса с тенденцией к подщелачиванию;
- высокая загрязненность тяжелыми металлами, нефтепродуктами, компонентами выбросов промышленных предприятий;
- изменение физико-механических свойств почв (пониженная влагоемкость, повышенная плотность, каменистость и т.д.);
- рост профиля за счет интенсивного напыления.
Можно выделить некоторые группы городских почв: естественные ненарушенные, сохраняющие нормальное залегание горизонтов естественных почв (почвы городских лесов и лесопарков); естественно-антропогенные поверхностно преобразованные, почвенный профиль которых изменен в слое мощностью менее 50 см; антропогенные глубокопреобразованные почвы, формирующиеся на культурном слое или насыпных, намывных и перемешанных грунтах мощностью более 50 см, в которых произошла физико-механическая перестройка профилей или химическое преобразование за счет химического загрязнения; урботехноземы - искусственные почвогрунты, созданные путем обогащения плодородным слоем, торфо-компостной смесью насыпных или других свежих грунтов. В городе Йошкар-Оле, в Заречной части города, целый микрорайон построен на искусственном грунте - песке, который намыт со дна р. Малая Кокшага, толщина грунта доходит до 6 м.
Почвы в городе существуют под воздействием тех же факторов почвообразования, что и природные ненарушенные почвы, но в городах антропогенные факторы почвообразования преобладают над естественными факторами. Особенности почвообразовательных процессов на городских территориях состоят в следующем: нарушение почв в результате перемещения горизонтов с природных мест залегания, деформация структуры почвы и порядка расположения почвенных горизонтов; низкое содержание органического вещества - основного структурообразующего компонента почвы; уменьшение численности популяций и активности почвенных микроорганизмов и беспозвоночных как следствие дефицита органического вещества.
Значительный вред городским биогеоценозам наносит вывоз и сжигание листвы, в результате чего нарушается биогеохимический цикл питательных элементов почвы; почвы постоянно беднеют, состояние произрастающей на них растительности ухудшается. Кроме того, сжигание листвы на территории города приводит к дополнительному загрязнению городской атмосферы, поскольку при этом в воздух поступают те самые вредные загрязнители, в том числе тяжелые металлы, которые были сорбированы листьями.
Основными источниками загрязнения почвы являются бытовые отходы, автомобильный и железнодорожный транспорт, выбросы теплоэлектростанций, промышленных предприятий, сточные воды, строительный мусор.
Городские почвы - это сложные и быстро развивающиеся природно-антропогенные образования. На экологическое состояние почвенного покрова оказывают негативное воздействие производственные объекты через выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух и вследствие накопления и хранения отходов производства, а также выбросы автотранспорта.
Результатом многолетнего воздействия загрязненного атмосферного воздуха является содержание металлов в поверхностном слое городских почв, связанные с изменением технологического процесса, эффективностью пылегазоулавливания, влиянием метрологических и других факторов.
Как показали результаты ряда исследований (Воскресенская, 2009), содержание тяжелых металлов - свинца, кадмия, меди и цинка неравномерно распределено по территории города Йошкар-Олы (табл. 5-6). Анализируя данные исследования, следует отметить, что концентрация тяжелых металлов на территории города в целом не имеет четко выраженной направленности, скорее носит мозаичное распределение.
Таблица 5 - Содержание тяжелых металлов в почве города Йошкар-Олы
(Воскресенская, 2009)
| № | Район исследования, улицы | Содержание тяжелых металлов, мг/кг
|
|||
| свинец | кадмий | медь | цинк | ||
| Лесопарковая зона
|
|||||
| 1 | ООПТ «Сосновая роща» | 4,2±0,01 | 0,9±0,01 | 2,2±0,01 | 21,5±0,03 |
| Промышленная и селитебная зоны
|
|||||
| 2 | Красноармейская | 146,5±8,46 | 1,6±0,06 | 45,6±2,63 | 169,6±9,79 |
| 3 | Советская | 28,1±1,33 | 1,2±0,01 | 22,7±1,08 | 173,7±8,87 |
| 4 | Луначарского | 47,0±2,13 | 0 | 20,8±1,09 | 141,3±7,58 |
| 5 | Машиностроителей | 35,0±0.05 | 0,5±0,01 | 104,9±0,96 | 37,5±0,01 |
| 6 | Воинов интернационалистов | 22,5±0,02 | 0,7±0,01 | 37,5±0,31 | 96,7±0,02 |
| 7 | Водопроводная | 27,5±0,01 | 0,5±0,03 | 25,0±0,03 | 13,8±0,01 |
| 8 | Пушкина | 34,2±0,02 | 2,0±0,01 | 35,2±0,03 | 12,7±0,01 |
| 9 | Панфилова | 25,0±0,02 | 0 | 86,5±0,05 | 33,8±0,01 |
| 10 | Карла Маркса | 30,7±0,02 | 0 | 21,0±0,06 | 82,2±3,02 |
| 11 | Ленинский проспект | 51,7±0,01 | 0,5±0,01 | 82,7±0,02 | 112,5±8,42 |
| 12 | Кирова | 40,0±0,03 | 0 | 25,5±0,03 | 38,2±0,03 |
| 13 | Димитрова | 29,2±0,03 | 0,9±0,02 | 25,5±0,06 | 33,7±0,01 |
| 14 | Коммунистическая | 32,4±0,03 | 0 | 21,7±0,03 | 98,0±7,01 |
| 15 | Эшкинина | 36,7±0,03 | 0 | 35,2±0,03 | 94,2±0,51 |
| 16 | Эшпая | 34,2±0,04 | 0 | 38,0±0,06 | 92,3±3,01 |
| 17 | ЙванаКырли | 93,5±0,04 | 0 | 92,5±0,05 | 232,5±7,02 |
| 18 | Карла Либкнехта | 51,4±0,09 | 0,4±0,01 | 38,3±0,12 | 72,3±1,12 |
| Среднее содержание по городу, без ООПТ | 48,5 | 0,5 | 42,3 | 96,2 | |
| ПДК (валовое содержание) | 130,0 | 2,0 | 132,0 | 220,0 | |
Таблица 6 - Значения комплексного индекса загрязнения почвы, Zc
(Воскресенская, 2009)
| № | Район исследования | Zc | Оценка уровня загрязнения |
| 1 | Красноармейская | 24,97 | умеренно опасная |
| 2 | Советская | 13,62 | допустимая |
| 3 | Луначарского | 11,51 | допустимая |
| 4 | Машиностроителей | 34,94 | опасная |
| 5 | Воинов интернационалистов | 24,79 | умеренно опасная |
| 6 | Водопроводная | 7,03 | допустимая |
| 7 | Пушкина | 11,37 | допустимая |
| 8 | Панфилова | 28,08 | умеренно опасная |
| 9 | Карла Маркса | 8,54 | допустимая |
| 10 | Ленинский проспект | 31,34 | умеренно опасная |
| 11 | Кирова | 8,41 | допустимая |
| 12 | Димитрова | 8,36 | допустимая |
| 13 | Коммунистическая | 9,52 | допустимая |
| 14 | Эшкинина | 13,99 | допустимая |
| 15 | Эшпая | 4,75 | допустимая |
| 16 | Й. Кырли | 22,79 | умеренно опасная |
| 17 | К. Либнехта | 44,31 | опасная |
| 18 | Парк ХХХ-летия ВЛКСМ | 4,92 | допустимая |
| 19 | Завод НП «Искож» | 12,37 | допустимая |
| 20 | ОАО «Марбиофарм» | 22,47 | умеренно опасная |
| 21 | ЗАО «Мясокомбинат» | 5,47 | допустимая |
| 22 | ОКТБ «Кристалл» | 11,47 | допустимая |
| 23 | ОАО «ММЗ» | 21,13 | умеренно опасная |
Несмотря на неоднородность городских почв, полученные результаты дают возможность выявить степень антропогенного влияния на содержание металлов в почвах города Йошкар-Олы. Анализ показал, что в грунтах города содержание свинца в 11,5, меди в 19,2, а цинка в 4,5 раза больше, чем в лесопарке «Сосновая роща». В целом следует отметить, что в исследуемых почвах города Йошкар-Олы не выявлено существенных превышений ПДК по валовому содержанию тяжелых металлов, однако все же остается достаточно высокий уровень содержания ТМ вдоль автомагистралей и в промышленной части города.
При изучении загрязнения городских почв радионуклидами (Воскресенский, 2008) было установлено, что более высокое содержание 40K, 226Ra, 232Th и 90Sr наблюдалось на антрапогенно-загрязненных территориях, это объясняется тем, что в городе Йошкар-Оле до 30% территории занимают почвы с сильной степенью нарушенности профиля, в строении которого присутствуют насыпные гумусовые слои мощностью от 18 до 30 см, а также погребенные органо-минеральные (иногда торфяные) горизонты. Известно, что уровни содержания радионуклидов в почвах в значительной степени обусловлены их содержанием в почвообразующих породах. В целом, содержание радионуклидов в почвах города Йошкар-Олы можно классифицировать как не значительное, более высокий уровень загрязнения городских почв радиоактивными элементами связан с антропогенной деятельностью. В целом, загрязненность почв основными дозообразующими радионуклидами не вызывает опасений, среднее значение по городу Йошкар-Оле намного меньше, чем по России (Государственный доклад …, 2007, 2008, 2009).
Таким образом, почвы г. Йошкар-Олы имеют низкий уровень загрязнения, это свидетельствует о том, что несмотря на высокую антропогенную нагрузку, городские почвы сохранили способность самоочищаться. Кроме того, загрязнение почвы солями тяжелых металлов не является актуальной проблемой, так как на территории города отсутствуют химические, металлургические, нефтехимические и другие предприятия, являющиеся источниками загрязнения атмосферного воздуха и почвы.
Почва непосредственно влияет на среду обитания и качество жизни населения. Поэтому проблемы сбора, хранения, вывоза и утилизации отходов производства и потребления, благоустройства и санитарного содержания населённых мест продолжают оставаться одними из приоритетных направлений в обеспечении санитарно-эпидемиологического благополучия человека.
Утилизация отходов. Под отходами понимают остатки сырья материалов и полуфабрикатов, образовавшихся в процессе изготовления продукции и утратившие полностью или частично потребительские свойства исходного материала; продукты физико-химической переработки сырья, а также добычи и обогащения полезных ископаемых, получение которых не является целью рассматриваемого производственного процесса и, которые могут быть использованы в производстве в качестве сырья для переработки, топлива и др. Отходы относятся к материальным объектам, которые могут обладать высокой потенциальной опасностью для окружающей среды и здоровья населения.
Отходы делятся на бытовые (коммунальные) и промышленные (отходы производства). В свою очередь бытовые и промышленные отходы можно подразделить на две группы: твердые (отходы металлов, дерева, пластмасс, пыли, мусор и т.д.) и жидкие (осадки сточных вод, шламы и т.д.). Отходы по степени возможного вредного воздействия на окружающую среду подразделяются на чрезвычайно опасные (1 класс), высоко опасные (2 класс), умерено опасные (3 класс), мало опасные (4 класс) и практически неопасные (5 класс). Классы опасности отходов введены Федеральным законом от 30.12.2008 N 309-ФЗ.
Количество накопившегося мусора на планете растет, при этом на каждого городского жителя приходится от 150 до 600 кг мусора в год. На одного горожанина Российской Федерации приходится 300-400 кг/год бытового мусора (в г Москве - 300-320 кг).
Основными нерешенными вопросами в сфере санитарной очистки территорий населённых мест являются: наличие несанкционированных свалок, приводящих к загрязнению почвы, грунтовых вод, атмосферного воздуха и являющихся кормовой базой для мышевидных грызунов; увеличение накопления отходов, изменение их структуры, в том числе с большим сроком разложения; неудовлетворительная организация сбора, хранения и вывоза мусора. Такие проблемы наиболее характерны для г. Йошкар-Олы. Мусоросборные площадки, построенные преимущественно 30-40 лет назад под накопление до 1 м3 отходов на одного жителя, сейчас применяются при норме 1,25 м3. Фактически с учётом крупногабаритного мусора, в том числе сложного комбинированного состава в виде изделий, утративших свои потребительские свойства (старая мебель, бытовые приборы, бытовая техника, коляски, упаковка, отходы ремонта жилья и т.п.), эта норма превышает 1,45 м3, а в центральной части города составляет около 2 м3. Открытие значительного количества новых организаций мелкорозничной торговли, общепита, объектов бытового обслуживания населения, офисных помещений продолжает усугублять проблему (Ежегодный доклад..., 2010).
В настоящее время существует несколько способов утилизации отходов. По технологической сущности методы обезвреживания отходов могут быть разделены на: 1) биотермические (свалки, поля запахивания, полигоны складирования, компостные поля и завод биотермического компостирования); 2) термические (сжигание без использования, сжигание отходов как энергетического топлива, пиролиз с получением горючего газа и нефтеподобных масел); 3) химические (гидролиз); 4) механические (прессование отходов в строительные блоки). Но наибольшее распространение получили биотермический и термический методы. На территории России слабо организована система сортировки мусора на полигонах.
Анализ фракционного состава твердых бытовых отходов (ТБО), поступающих на полигон ТБО города Йошкар-Олы, показал, что на долю пищевых отходов приходится 40-42%, бумаги - 31-33, древесины - 4,6-5,0, полимерных материалов - 3,5-5,0, текстиля - 3,5-4,5, стеклобоя - 2,0-2,5, камней и керамики - 1,5-2,0, черных и цветных металлов - 0,5-0,6, костей - 0,3-0,5, кожи и резины - 0,5-1,0, угля и шлака - 0,8-1,5 и отсева - 11,0-20,0% (табл. 7).
Таблица 7 - Состав твердых бытовых отходов в Российской Федерации и г. Йошкар-Оле, %
(Экология города Йошкар-Олы, 2007)
Полигоны захоронения отходов. Полигон по захоронению отходов - это специальное инженерное сооружение, исключающее негативное воздействие на окружающую среду в процессе захоронения отходов. Проект организации и строительства полигона предусматривает создание противофильтрационных многослойных экранов, препятствующих поступлению фильтрата в почвогрунты и водоносные горизонты. Наряду с этим на полигоне образуется сбор и очистка фильтрата. Организация и строительство полигона осуществляются в соответствии с законодательством в области охраны окружающей среды и обращения с отходами, санитарно-эпидемиологического и градостроительного законодательств, а также при наличии положительного заключения государственной экспертизы на проект этого строительства.
Современный полигон ТБО - это комплекс природоохранных сооружений, предназначенный для централизованного сбора, обезвреживания и захоронения ТБО, предотвращения попадания вредных веществ в окружающую среду, загрязнения атмосферы, почвы, поверхностных и грунтовых вод, распространения грызунов, насекомых и болезнетворных микроорганизмов.
В городском округе «Город Йошкар-Ола» имеется два объекта захоронения отходов: один для захоронения твердых бытовых отходов, а второй для промышленных отходов. Свалка твердых бытовых отходов предназначена для складирования твердых отходов, предусматривает постоянную, хотя и очень долговременную переработку отходов при участии кислорода воздуха и микроорганизмов.
На полигон промышленных отходов г. Йошкар-Олы принимаются промышленные отходы 3-4 класса опасности (шламы, содержащие соли тяжелых металлов, кислоты, щелочи и т.д.), образующиеся в ходе производства на промышленных предприятиях города.
Согласно Федеральному закону от 08.08.2001 № 128-ФЗ деятельность по сбору, использованию, обезвреживанию, транспортировке, размещению отходов I - IV класса опасности подлежит лицензированию. Не подлежит лицензированию деятельность по накоплению отходов I - V класса опасности, а также деятельность по сбору, использованию, обезвреживанию, транспортированию, размещению отходов V класса опасности (в ред. Федерального закона от 30.12.2008 N 309-ФЗ).
