Эколого-геохимическое состояние почв рекреационных

Вестник ДВО РАН. 2014. № 5
УДК 631.41
Е.А. Жарикова
Эколого-геохимическое состояние почв
рекреационных территорий
Уссурийска
Исследован состав почвенного покрова городских парков. Дана оценка основных физико-химических свойств
почв, рассмотрено содержание и профильное распределение тяжелых металлов в почвах парков. Степень химического загрязнения почв оценивается как допустимая.
Ключевые слова: почвенный покров, свойства почв, тяжелые металлы.
Ecology-geochemical condition of soils of recreational areas of Ussuriysk. E.A. Zharikova (Institute of Biology and Soil Science, FEB RAS, Vladivostok).
The soil cover of city parks was investigated. The main physicо-chemical properties of soils were assessed. The
content and profile distribution of heavy metals in soil of parks has been studied. The degree of chemical contamination
of soils is estimated as allowable.
Key words: soil cover, soil properties, heavy metals.
Уссурийск входит в число городов России, в которых в течение длительного
времени наблюдается низкое качество атмосферного воздуха и поверхностных вод. Здесь
много промышленных предприятий и ведомственных котельных с устаревшим оборудованием, домов с печным отоплением в частном секторе и автотранспорта, загрязняющих
окружающую среду, что негативно воздействует на здоровье населения города, провоцируя заболевания органов дыхания, пищеварения, кровообращения [8, 20, 22]. Между
тем состав атмосферного воздуха и поверхностных вод во многом зависит от экологогеохимического состояния почв города.
Уровень комфортности проживания наряду с показателями здоровья городского населения непосредственным образом связан с наличием рекреационных зон. Установлено,
что 1 га леса за день поглощает из атмосферного воздуха более 220 кг углекислого газа и
выделяет столько же кислорода [25]. В атмосферном воздухе парков на 40–60 % меньше
пыли и на 20–25% – токсичных газов, чем в районе городских улиц, за вегетационный
период зеленые насаждения задерживают 21–86 % пыли [16].
В Уссурийске 56 скверов и 4 парка. К сожалению, в настоящее время происходит сокращение и без того дефицитных площадей городских озелененных участков вследствие интенсивной застройки, захламления насаждений, самовольной их вырубки. Если в 1966 г.
на каждого жителя приходилось 37,5 м2 зеленых насаждений, то в наши дни этот показатель снизился до 3 м2 [13]. Наблюдается ухудшение жизненного состояния городской
растительности (развитие фаутности древостоев, их заражение насекомыми-вредителями)
[18]. Сохранение и улучшение защитных и санитарных функций зеленых насаждений, повышение их эстетических показателей непосредственно связаны с состоянием почвенного
покрова как базового компонента любых рекреационных экосистем.
ЖАРИКОВА Елена Анатольевна – кандидат биологических наук, старший научный сотрудник (Биологопочвенный институт ДВО РАН, Владивосток). E-mail: ejarikova@mail.ru
78
Цель настоящей работы – выявление разнообразия почвенного покрова рекреационных экосистем Уссурийска и оценка их эколого-геохимического состояния. Для уточнения диагностики почв на исследуемых объектах закладывали полнопрофильные разрезы, образцы отбирали по генетическим горизонтам. Названия естественных почв даны
по работам [9, 15], антропогенных почв – по работам [2, 17, 23]. Анализы проводили по
стандартным методикам [1].
Уссурийск расположен в юго-восточной части Раздольно-Ханкайской низменности,
в месте слияния рек Раздольная, Раковка и Комаровка, в 112 км к северу от Владивостока.
Рельеф представлен долиной р. Раздольная, верхними террасами оз. Ханка, мелкосопочником (отроги Сихотэ-Алиня) и увалами. Территория сложена осадочными, вулканогенными и интрузивными породами, нижнечетвертичная терраса р. Раздольная – глинами
и суглинками с прослойками песка. Летом преобладают южные и юго-восточные влажные ветры, зимой – сухие континентальные ветры северных направлений. Максимальная среднемесячная температура отмечается в августе (+20,8 °С), минимальная – в январе
(–19,5 °С), среднегодовое количество осадков – 700–800 мм.
В составе естественных ненарушенных почв Уссурийска широко представлены буроземы типичные, оподзоленные и глееватые, подбелы темногумусовые глееватые, текстурнометаморфические глееватые, аллювиальные серогумусовые почвы. К природным факторам почвообразования в городских условиях добавляется активное воздействие человека,
поэтому в почвенном покрове сочетаются естественные почвы и почвы разной степени
трансформации [2, 7, 12, 19]. Среди поверхностно-антропогенно-преобразованных почв
рекреационных территорий (с мощностью преобразованной толщи до 50 см) выявлены
урбостратифицированные подтипы подбелов темногумусовых глееватых, буроземов типичных и глееватых. Среди глубоко преобразованных почв парков (мощность преобразования превышает 50 см) выделяют (табл. 1) специфические городские почвы – урбаноземы,
формирующиеся под влиянием процессов перемешивания, погребения, насыпания, привнесения неприродных материалов (строительного и бытового мусора), рекреаземы – поч­
вы клумб, газонов, скверов с характерной многоразовой подсыпкой органо-минеральных
субстратов и запечатанные почвы – экраноземы (под асфальтовым и бетонным покрытием) [6, 23, 24].
Самый старый парк города, «Зеленый остров», заложенный в 1906 г. на берегу р. Раковка, занимает около 10 га. Наибольшей популярностью пользовался в 50–80-е годы
прошлого столетия. В настоящее время его территория слабо окультурена, насаждения
не имеют грамотного ухода, нуждаются в реконструкции. На значительной части парка
сохранена естественная древесная растительность (черемуха обыкновенная, ильм долинный, орех маньчжурский, ива козья, береза плосколистная и др.). В почвенном покрове
доминируют буроземы типичные и глееватые (естественные и урбостратифицированные),
на клумбах и газонах – рекреаземы, на тропиночной сети – экраноземы.
Парк Дома офицеров Российской армии (ДОРА) – центральный парк города, заложен в
середине 1950-х годов на месте бывшей городской ярмарки. Занимает площадь более 3 га,
активно используется как зона отдыха и проведения культурно-массовых мероприятий.
Древесная растительность довольно однообразна (вяз мелколистный, сирень амурская,
сирень обыкновенная, сосна обыкновенная и др.), слабо ухожена, травянистый покров
изреженный. Преобладающая часть почвенного покрова представлена урбаноземами, рекреаземами, экраноземами.
В Суворовском парке площадью около 4 га древесно-кустарниковые насаждения (вяз
мелколистный, черемуха обыкновенная, груша уссурийская, яблоня маньчжурская, чубушник тонколистный и др.) слабо ухожены, травянистая растительность весьма обильна.
Почвенный покров состоит из буроземов (типичных и урбостратифицированных) и урбаноземов.
Парк им. Чумака площадью около 3 га в настоящее время представляет собой слабо
окультуренную территорию из отдельно стоящих деревьев (береза плосколистная, ясень
79
Таблица 1
Систематический список основных типов почв парков г. Уссурийск
Мощность
Антроверхнего
Почва
погенные
Гранулометрический состав
горизонта и
включения
профиля, см
Естественные ненарушенные
Бурозем типичный
AY, Bm, BC
7–18,
Нет
Верхние горизонты
85–100
среднесуглинистые, нижние –
от супесчаных до среднесуглинистых,
среднекаменистые
Бурозем глееватый
AY, Bm, BCg
10–19,
–»–
Верхние горизонты
85–100
среднесуглинистые, нижние –
от средне- до тяжелосуглинистых
Поверхностно антропогенно-преобразованные
Бурозем
АYur, Bm, BC
15–21,
Мало
Верхние горизонты
урбостратифицированный
45–95
легкосуглинистые нижние –
от супесчаных до тяжелосуглинистых,
среднекаменистые
Бурозем глееватый
АYur, Bm, BCg
15–21,
–»–
Верхние горизонты легкоурбостратифицированный
60–90
и среднесуглинистые, нижние –
от супесчаных до тяжелосуглинистых
Темногумусовый подбел АYur, BEL,
18–30,
–»–
Верхние горизонты легкоглееватый
BT, C
65–120
и среднесуглинистые, нижние –
урбостратифицированный
от тяжелосуглинистых до
легкоглинистых
Глубоко антропогенно-преобразованные
Урбанозем
U1, U2
3–30,
Обильно
Верхние горизонты супесчаные и
(UEL, U2g),
45–90
легкосуглинистые, нижние –
U3, C(R)
от супесчаных до
тяжелосуглинистых
Рекреазем
RAT, RAT2,
5–35
Мало
Верхние горизонты от супесчаных
BC(g)
50–75
до легкосуглинистых с примесью
торфа, нижние –
до тяжелосуглинистых
Закрытые (запечатанные)
Экранозем
U, U h↑↓, U2,
5–15,
Обильно
Верхние горизонты
U3, C (R)
100–135
от супесчаных до легкосуглинистых,
сильнокаменистые, нижние –
от среднесуглинистых
до легкоглинистых,
сильнокаменистые
Схема
профиля
маньчжурский, трескун амурский и др.) с хорошо выраженным травянистым ярусом.
В почвенном покрове преобладают темногумусовые подбелы глееватые урбостратифицированные, урбаноземы и экраноземы.
Мощность поверхностных гумусово-аккумулятивных горизонтов парковых почв варьирует в пределах 6–30 см, в урбаноземах часто не превышает 12 см, что при преимущественно легкосуглинистом гранулометрическом составе является нижним пределом
для нормальной жизнедеятельности растений. Повсеместно зафиксированы захламленность поверхности почв и обилие внутри профиля включений антропогенного происхождения (бытового, строительного мусора и печной золы). В слабонарушенных почвах
обильны следы мезофауны. В парке ДОРА наблюдается практически полное отсутствие
растительных остатков на поверхности почв и переуплотнение верхнего почвенного
слоя.
Урбаноземы имеют более легкий гранулометрический состав по сравнению с естественными и слабонарушенными почвами (табл. 1), в их профиле происходит значительное накопление крупнопылеватых и песчаных частиц (до 78 %) за счет антропоген80
ного привноса. Улучшение фильтрационных свойств при этом обычно сопровождается
снижением буферной функции почв вследствие низкого содержания основных сорбирующих фракций (тонкой пыли и ила – не более 20 %) и приводит к таким негативным явлениям, как быстрое иссушение верхних горизонтов, способствующее угнетению роста
растений, развитие ветровой эрозии в сухой весенний период, миграция загрязняющих
веществ в сопредельные среды.
Наибольшее содержание гумуса выявлено в верхних горизонтах естественных и слабонарушенных почв парков «Суворовский» и «Зеленый остров» (табл. 2), наименьшее –
в почвах парка ДОРА. Возможные причины этого – сильно изреженный напочвенный растительный покров и отсутствие слоя подстилки в почвах парка ДОРА. Если в природных
почвах количество гумуса резко убывает с глубиной, то в урбаноземах его распределение
крайне неравномерно, максимум (до 4 %) может находиться в середине профиля. На всех
объектах исследования минимальное содержание гумуса отмечается в рекреаземах газонов и клумб (<3,4 %).
Величина актуальной кислотности в почвах парков варьирует от слабокислой (5,17) до
щелочной (8,06), относительно высокие значения рН присущи почвам парков им. Чумака
и ДОРА, наименьшие – почвам Суворовского парка, наибольшее варьирование кислотных
условий выявлено в почвах парка «Зеленый остров» (табл. 2). Если в природных почвах
кислотность несколько увеличивается с глубиной, то в антропогенных какие-либо закономерности в профильном распределении отсутствуют. Наличие нейтральной и слабощелочной сред объясняется попаданием в почвы противогололедных реагентов (хлоридов
кальция, магния и натрия), а также освобождением щелочноземельных металлов из обломков строительного и бытового мусора, щебня и печной золы, обильно присутствующих в урбослоях. Щелочная реакция среды отмечается в профиле экраноземов. Поскольку
антропогенное подщелачивание вызывает снижение подвижности химических элементов,
в том числе загрязнителей, данные горизонты способны служить геохимическими барьерами для различных поллютантов.
Показатели гидролитической кислотности преимущественно низкие и очень низкие.
Сумма поглощенных оснований в большинстве почв лежит в пределах от повышенной
до высокой, в почвах парка им. Чумака оценивается как очень высокая. Соответственно высока и степень насыщенности почвенного поглощающего комплекса парковых почв
основаниями.
Таблица 2
Основные свойства верхних горизонтов почв парков г. Уссурийск
Показатель
Гумус, %
рН водный
Гидролитическая кислотность,
мг–экв/100 г почвы
Сумма поглощенных оснований,
мг–экв/100 г почвы
Степень насыщенности, %
Валовой фосфор, %
Подвижный фосфор,
мг/100 г почвы
Подвижный калий,
мг/100 г почвы
«Зеленый остров»
ДОРА
Суворовский
Им. Чумака
2,18–5,60
4,54
5,17–7,19
5,66
1,30–5,55
3,48
14,62–26,32
19,38
78–92
88
0,26–0,40
0,28
3,89–18,28
5,90
9,5–31,7
14,8
2,10–6,08
3,62
6,32–7,34
7,05
1,42–4,36
3,09
21,21–25,26
23,08
84–94
91
0,34–0,49
0,42
6,30–29,97
18,32
3,0–31,1
18,2
4,00–6,23
5,24
5,59–6,21
5,83
1,92–4,27
2,83
18,10–26,04
22,05
81–93
89
0,33–0,92
0,49
16,9–72,28
27,3
7,0–28,4
20,8
3,32–6,00
4,12
6,96–8,06
7,58
0,50–2,78
1,26
31,36–71,81
43,45
92–99
91
0,17–0,40
0,20
0,87–11,76
5,23
0,9–26,1
11,8
Примечание. Над чертой – минимальные и максимальные значения, под чертой – среднее арифметическое.
81
Содержание подвижного калия варьирует от низкого до очень высокого. Калий является биофильным элементом, активно вовлекается в биологический круговорот и накапливается в корнеобитаемом слое, поэтому распределение его по профилю естественных
почв носит явно выраженный аккумулятивный характер. В урбаноземах распределение
калия по слоям более равномерное, несколько повышенное его содержание выявлено в
поверхностном горизонте.
Содержание подвижного фосфора колеблется в широких пределах – от очень низкого
(<2,5 мг/100 г почвы) до очень высокого (>25 мг/100 г), особенно в почвах Суворовского
парка и парка ДОРА, при этом средние значения повсеместно высоки. Валовое содержание
фосфора свидетельствует о сильной зафосфаченности почв парков им. Чумака и «Зеленый
остров» и сверхсильной – почв парков ДОРА и Суворовского. Очень высокое содержание
фосфора указывает на интенсивное биогенное загрязнение почв [14, 24] и может являться
одной из причин эвтрофирования городских водоемов, в частности рекреационной зоны
«Солдатское озеро» [5].
Рис. 1. Среднее содержание валовых форм тяжелых металлов и фтора (мг/кг) в поверхностном слое почв парков
Уссурийска. 1– фоновое содержание в Приморском крае (для F, V, Zr, Sr – в мире), 2 – парк «Зеленый остров»,
3 – парк ДОРА, 4 – Суворовский парк, 5 – парк им. Чумака
82
Необходимо отметить также, что минимальное содержание подвижных форм питательных элементов обнаружено в щелочных почвах парка им. Чумака.
Сравнение содержания валовых форм тяжелых металлов и фтора с кларковым содержанием в почвах мира (F, V, Zr, Sr) [10] и фоновым уровнем в почвах Приморского края
(Co, Ni, Cr, Pb, Cu, Zn, Ba, Mn) [4] выявило, что в городских условиях наблюдается аккумуляция отдельных тяжелых металлов. В почвах парков уссурийска в 1,5–2 раза повышено количество меди, цинка, хрома, циркония, ванадия (кроме Суворовского парка),
в почвах парков ДОРА и Суворовского отмечается повышенное содержание свинца
(рис. 1). На всех объектах исследования cодержание кобальта, никеля, стронция, бария,
марганца и фтора ниже фонового уровня. Какой-либо закономерности в профильном распределении тяжелых металлов не выявлено, максимумы концентраций приходятся на различные слои почв (рис. 2), что, вероятно, связано с различными условиями формирования
конкретных горизонтов.
Оценка опасности загрязнения почв комплексом тяжелых металлов по показателю
химического загрязнения (Zc) проведена по оценочной шкале, разработанной на основе изучения состояния здоровья населения, проживающего на территориях с различным
уровнем загрязнения почв [21]. В почвах городских парков значения Zc варьируют от 1,3
до 11,7, т.е. степень загрязнения почв валовыми формами тяжелых металлов не превышает допустимый уровень (Zc < 16).
Максимальное содержание тяжелых металлов выявлено в почвах наиболее посещаемого центрального городского парка ДОРА, но и здесь оно не превышает ориентировочно допустимых концентраций (ОДК) повсеместно присутствующих в почвах химических
веществ природного происхождения (ОДК разработаны для
трех литогеохимических групп
почв). В основу группировки
положены основные свойства
почв, определяющие их буферность, в том числе устойчивость
к химическому загрязнению
(гранулометрический состав,
кислотно-щелочные свойства),
при этом принято во внимание
распределение основных геохимических ассоциаций почв
на территории России [3].
Для уменьшения негативного воздействия от поступления
поллютантов, депонированных
в почвах парков, в сопредельные среды и организм человека
необходимо проведение мероприятий, препятствующих их
накоплению, а именно: уход
за территорией парков, вывоз
загрязненного снега, отвод поверхностного стока с запечатанных территорий в ливневую
канализацию, посев газонных
трав для снижения площади
Рис. 2. Распределение тяжелых металлов по профилю типичных парпылящих участков, улучшение
ковых почв. А – парк «Зеленый остров», Б – парк ДОРА, В – Суворовский парк, Г – парк им. Чумака
общего состояния древесных и
83
кустарниковых насаждений. Рекомендуется также специальный подбор растений с учетом
требований пород ко всему спектру экологических условий конкретной территории и замена грунта в объемах посадочных ям при посадке саженцев [11]. Снижению механических нарушений почвенного и растительного покрова может способствовать продуманная
организация сети парковых дорожек и установление ограждения, постоянный контроль за
санитарным состоянием территории.
Таким образом, в парках Уссурийска выявлены природные и антропогенные почвы
различной степени нарушенности. Физико-химические и физико-механические свойства
парковых почв различаются в зависимости от сложности строения профиля. Для большинства почв характерны близкая к нейтральной и нейтральная реакция среды, высокая
степень насыщенности основаниями, достаточный уровень плодородия по содержанию
гумуса и питательных элементов. Повсеместно выявлены зафосфаченность почв и повышенное содержание отдельных тяжелых металлов. Степень химического загрязнения парковых почв оценивается как допустимая. Рекомендуется проведение мероприятий, способствующих снижению доступности тяжелых металлов для растений.
ЛИТЕРАТУРА
1. Агрохимические методы исследования почв. М.: Наука, 1975. 656 с.
2. Герасимова М.И., Строганова М.Н., Можарова Н.В., Прокофьева Т.В. Антропогенные почвы: генезис,
география, рекультивация: учеб. пособие. Смоленск: Ойкумена, 2003. 268 с.
3. ГН 2.1.7.2511-09. Ориентировочно-допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве (утв.
постановлением Главного государственного санитарного врача РФ от 18 мая 2009 г. № 32).
4. Голов В.И. Содержание микроэлементов в почвах Приморья // Характеристика агроземов Приморья. Уссурийск, 2002. С. 145–155.
5. Жариков В.В., Преображенский Б.В., Вшивкова Т.С., Лебедев А.М., Медведева Л.А. Обоснование мер по
восстановлению рекреационного потенциала озера Солдатского (г. Уссурийск, Приморский край): результаты
комплексного исследования компонентов геосистемы // Исследования в области естественных наук. 2012. № 6.
6. Жарикова Е.А. Оценка основных свойств почв лесных и парковых территорий города Владивостока
// Вестн. Бурят. гос. с/х акад. им. В.Р. Филиппова. 2012. Вып. 26, №. 1. С. 40–46.
7. Жарикова Е.А., Пуртова Л.Н. Эколого-биологические свойства почв урбанизированных территорий юга
Дальнего Востока // Регионы нового освоения: экологическая политика в стратегии развития. Хабаровск, 2013.
С. 353–357.
8. Жигаев Д.С., Кислицина Л.В., Столбун О.А., Савлукова О.И., Котляр Е.В. Влияние загрязнения атмосферного воздуха на здоровье населения Уссурийска // Здоровье. Медицинская экология. Наука. 2013. Т. 52, № 2/3.
С. 41–47.
9. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. М.: Мир, 1989. 439 с.
10. Калманова В.Б. Выбор и обоснование показателей состояния городских почв для целей экологического
планирования // Природные ресурсы и экология Дальневосточного региона: материалы Междунар. науч.-практ.
форума. Хабаровск, 2013. С. 466–470.
11. Калманова В.Б., Матюшкина Л.А. Систематика, диагностика и картографирование городских почв юга
Дальнего Востока (на примере г. Биробиджан, Еврейская автономная область) // Вестн. ДВО РАН. 2013. № 5.
С. 97–104.
12. Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.
13. Коляда Н.А. Адвентивные виды в древесной урбанофлоре г. Уссурийска (Приморский край) // Вестн.
СВНЦ ДВО РАН. 2011. № 4. С. 78–83.
14. Матинян Н.Н., Галкина А.Б., Бахматова К.А. Почвы и почвенный покров долины р. Славянка Павловского парка (Санкт-Петербург) // Научные основы экологии, мелиорации и эстетики ландшафтов: материалы конф.
М., 2010. С. 244–250
15. Полевой определитель почв. М.: Почв. ин-т им. В.В. Докучаева, 2008. 182 с.
16. Приваленко В.В., Безуглова О.С. Экологические проблемы антропогенных ландшафтов Ростовской области. Т. 1. Экология города Ростова-на-Дону. Ростов н/Д.: Изд-во СКНЦ ВШ, 2003. С. 53.
17. Прокофьева Т.В., Мартыненко И.А., Иванников Ф.А. Систематика почв и почвообразующих пород Мос­
квы и возможность их включения в общую классификацию // Почвоведение. 2011. № 5. С. 611–623.
18. Розломий Н.Г., Гуков Г.В. Оценка рекреационного потенциала зеленой зоны города Уссурийска (южное
Приморье) // Вестн. Иркут. гос. с/х академии. 2011. № 44–2. С. 133–140.
19. Росликова В.И. Техногенный морфолитогенез и систематика преобразованных почв урбанизированных
ландшафтов г. Хабаровска // Современные почвенные классификации и проблемы их региональной адаптации:
материалы Всерос. науч. конф. Владивосток: МГУ им. Г.И. Невельского, 2010. С. 116–119.
84
20. Савченко О.В., Тюпелев П.А. Особенности микроэлементного статуса у детей, проживающих в районах
города с разной степенью загрязнения окружающей среды // Экология человека. 2009. № 1. С. 47–50.
21. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы «2.1.7. Почва, очистка населенных мест, бытовые
и промышленные отходы, санитарная охрана почвы. Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы. СанПиН 2.1.7.1287-03» (ред. от 25.04.2007).
22. Сенотрусова С.В. О новых возможностях прогноза заболеваемости населения промышленных городов
// Экология человека. 2005. № 9. С. 15–18.
23. Строганова М.Н., Мягкова А.Д., Прокофьева Т.В. Городские почвы: генезис, классификация, функции
// Почва, город, экология. М., 1997. С. 18–85
24. Строганова М.Н., Мартыненко И.А., Прокофьева Т.В., Рахлеева А.А. Физико-химические и физикомеханические свойства урбанизированных лесных почв // Лесные экосистемы и урбанизация. М.: Т-во науч. изд.
КМК, 2008. С. 90–125.
25. Федина Л.А. Виды природной флоры в зеленом строительстве г. Уссурийска // Вестн. Иркут. гос. с/х
акад. 2011. № 44–7. С. 140–146.
85