В условиях города наблюдается наиболее наглядное сочетание естественных факторов почвообразования с вновь возникшими, более мощными и, несомненно, доминирующими антропогенными факторами, что ведет к формированию здесь специфических почв и почвоподобных тел. И на сегодняшний день стало очевидным, что почва не всегда является объектом потенцииального плодородия, дарующим жизнь; в условиях современного техногенеза она в большей мере выступает как природное тело, сохраняю щее, за счет высокого потенциала своих протекторных функций, экологиче ское равновесие того или иного ландшафта. И городские почвы наглядный тому пример.

Основным результатом развития процесса урбанизации является значительное отчуждение продуктивных земель под застройки и промышленные объекты, при этом площади таких земель повсеместно увеличиваются. Основная причина трансформации почвенного покрова городов лежит во все прогрессирующей строительной деятельности человечества. С этим связаны изменения почв, включающие снятие, уничтожение или перемещение плодородного слоя, а также накопление, возможно, здесь же вредных промышленных и строительных отходов. Особенно много таких земель в Европе. По данным М.Н. Строгановой (1997), в Бельгии они занимают 28%, Великобритании - 12%, Германии - 11% площади. В Российской Федерации в городах и населенных пунктах, на территории, равной 0,65% от общей площади, проживает около 3/4 населения, т. е. более 100 млн. человек.

Нужно отметить, что возросшая за последние десятилетия интенсив ность антропогенной трансформации почв, привела к существенному изменению компонентного состава и структуры почвенного покрова больших территорий. Все почвы города разделяются на группы: естественные ненарушенные почвы, естественно-антропогенные поверхностно преобразованные, антропогенные глубоко преобразованные урбаноземы и почвы техногенных поверхностных почвоподобных образований - урботехноземы .

Основным отличием городских почв от природных является наличие диагностического горизонта «урбик«. Это поверхностный насыпной, перемешанный горизонт, часть культурного слоя мощностью более 50 см, с примесью - более 5% - антропогенных включений (строительно-бытового мусора, промышленных отходов). Его верхняя часть гумусирована. Наблюдается нарастание горизонта вверх за счет пылевых атмосферных выпадений, эоловых перемещений, антропогенной деятельности. Естественные ненарушенные почвы сохраняют нормальное залегание горизонтов естественных почв и приурочены к городским лесам и лесопарковым территориям, расположенным в черте города.

Естественно-антропогенные поверхностно преобразованные почвы в городе подвергаются поверхностному изменению почвенного профиля менее 50 см мощности. Они сочетают в себе горизонт «урбик» мощностью менее 50 см и ненарушенную нижнюю часть профиля. Почвы сохраняют типовое название с указанием характера нарушенности (например, урбо-подзолистая скальпированная, погребенная и т. д.).

Антропогенные глубоко преобразованные почвы образуют группу соб ственно городских почв урбаноземов , в которых горизонт урбик имеет мощ ность более 50 см. Они формируются за счет процессов урбанизации на культурном слое или на насыпных, намывных и перемешанных грунтах мощностью более 50 см, и подразделяются на 2 группы: физически преобразованные почвы, в которых произошла физико-механическая перестройка профиля (урбанозем, культурозем, некрозем, экранозем); химически преобразованные почвы, в которых произошли значительные хемогенные изменения свойств и строения профиля за счет интенсивного химического загрязнения как воздушным, так и жидкостным путем, что и отражается на их разделении (индустризем, интрузем).

Кроме этого, на территории городов формируются почвоподобные техногенные поверхностные образования - урботехноземы. Они представляют собой искусственно созданные путем обогащения плодородным слоем или торфокомпостной смесью насыпных или других свежих грунтов. Среди них выделяют реплантоземы, конструктоземы.

Несомненно, что естественный почвенный покров на большей части современных городов уничтожен и (или) претерпевает кардинальные изменения, поэтому, наряду с изучением влияния загрязнения городских почв на экологию города, усиливается интерес к особенностям их морфологии и физико-химического строения. Отмечены значительные отличия этих почв от естественных (таблица 1).

Таблица 1 - Признаки вновь возникших городских почв

Почвенный покров городской территории представлен естественными почвами разной степени нарушенности и почвами антропогенного происхождения (почвогрунтами или, как их сейчас принято называть, урбаноземами). Основная масса почв в городе находится под слоем асфальта, под домами и под газонами. Естественные почвы можно встретить лишь на участках естественных лесов, находящихся в черте города.

Система горизонтов в городских почвах, их мощность, морфологическая выраженность на разных участках городской территории сильно изменяются. Наблюдается полное исчезновение некоторых горизонтов (А 1, А 1 А 2 , А 2 В) или нарушение их последовательности, появление отбеливания и оглеения на контакте слоев разного гранулометрического состава. В степной зоне в городских почвах отсутствуют горизонты А, АВ, часто и горизонт В 1 , встречаются включения мусора, обломков кирпича и т. п.

Почвы разной степени нарушенности, как правило, приурочены к периферийным участкам, селитебным зонам. Эти почвы сочетают в себе ненарушенную нижнюю часть профиля и антропогенно нарушенные верхние слои. По способу образования верхний слой может быть насыпным, перемешанным или перемешанно-насыпным. Нарушение может затрагивать гумусово-аккумулятивный горизонт, а может достигать иллювиальных горизонтов. Так, профиль дерново-подзолистой слабонарушенной почвы имеет следующее строение: U↓ (0...25 см) - урбанизированный слой, образованный в результате перемешивания почвенных слоев, темно-серый, с включениями кирпичей, бытового мусора; далее следуют горизонты: А 2 В, В 1, В 2 и С.

Профиль дерново-подзолистой сильнонарушенной почвы включает горизонты: U 1h (0...15см) - урбанизированный гумусированный слой темно-серого или серого цвета с включениями; U 2h ↓ (15...50 см) - урбанизированный слой с потечным гумусом по ходам корней, серого или светло-серого цвета, содержит обилие включений бытового или промышленного характера; постепенно переходит в горизонт В 1 далее в горизонты В 2 и С.

Для большинства почвогрунтов городов характерно отсутствие генетических почвенных горизонтов А и В. Почвенный профиль представляет собой сочетание различных по окраске и мощности антропогенных слоев с включениями бытового, строительного, промышленного мусора (U 1, U 2 ,U 3 и т.д.). Такие почвогрунты, или урбаноземы, характерны для центральной части городов и территорий новостроек.

Своеобразный почвенный профиль имеют почвы газонов и скверов. Он отличается большой мощностью гумусового горизонта и перегнойно-торфокомпостного слоя (70...80 см и более), который развивается в нижней иллювиальной части почвенного профиля.

По сравнению с природными условиями в городе происходит изменение всех факторов почвообразования, главным из которых является деятельность человека.

Сильно изменяется тепловой режим почвогрунтов. Температура почвы на поверхности в среднем на 1...3 °С (10 °С) выше, чем окружающей местности. В большей степени это наблюдается на автомагистралях и в районах с высокой плотностью застройки. Изнутри почвы подогреваются городской теплосетью. В связи с этим происходит ранний сход снега, увеличивается вегетационный период растений.

Наличие в городе значительных водонепроницаемых участков с пониженной инфильтрационной способностью обусловливает существенное изменение дренажного процесса. Это проявляется в уменьшении времени, увеличении объема и интенсивности стока, что приводит к усилению процессов эрозии, а также к смыву почв. Вследствие таких неблагоприятных явлений происходит уменьшение запасов влаги в корнеобитаемом слое.

В городах наблюдается нивелирование форм рельефа: засыпание оврагов, срезание холмов и склонов.

Характерной особенностью почв городов является отсутствие подстилки, а там, где она имеется, ее мощность очень мала (не более 2 см). Гранулометрический состав почв и почвогрунтов преимущественно легкосуглинистый, реже супесчаный и среднесуглинистый. Примесь скелетного материала в антропогенно нарушенных почвах достигает 40...50 % и более. В почвогрунтах присутствуют включения бытового характера. Вследствие высокой рекреационной нагрузки наблюдается сильное уплотнение поверхности почвогрунтов. Плотность сложения в основном составляет 1,4...1,6 г/см 3 , а на селитебных участках - до 1,7 г/см 3 .

Отличительная особенность городских почв - высокое значение рН. Обменная кислотность в среднем составляет 4,7...7,6, что значительно выше, чем в почвах близлежащих территорий (3,5...4,5).

Следует отметить, что формирование почвенного покрова происходит при активной смене почвообразующих пород, дроблении структуры за счет частичного запечатывания искусственными покрытиями, амортизации или деградации вплоть до полной замены почв на отдельных участках.

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. Этот вид их загрязнения является наиболее распространенным, долговременным и опасным.

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. Эти виды загрязнения подлежат контролю прежде всего на территории селитебных и рекреационных зон.

Основные загрязнители почвы:

1) пестициды (ядохимикаты);

2) минеральные удобрения;

3) отходы и отбросы производства;

4) газодымовые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу;

5) нефть и нефтепродукты.

В настоящее время влияние пестицидов на здоровье населения приравнивают к воздействию на человека радиоактивных веществ. По данным ВОЗ, отравлению пестицидами в мире каждый год подвергаются до 2 млн. человек, из них 40 тыс. - с летальным исходом. Подавляющая часть применяемых пестицидов попадает в окружающую среду (воду, воздух).

Они вызывают глубокие изменения всей экосистемы, действуя на все живые организмы, в то время как используются для уничтожения весьма ограниченного числа видов. В итоге наблюдается интоксикация огромного числа других биологических видов (полезных насекомых, птиц) вплоть до их исчезновения.

Среди пестицидов наибольшую опасность представляют стойкие хлорорганические соединения, которые могут сохраняться в почвах в течение многих лет, и даже малые их концентрации в результате биологического накопления могут стать опасными для жизни организмов, так как обладают мутагенными и канцерогенными свойствами. Попадая в организм человека, они могут вызвать быстрый рост злокачественных новообразований, а также поразить организм генетически, что опасно для здоровья будущих поколений. Вот почему применение наиболее опасного из них - ДДТ в нашей стране и в большинстве развитых стран запрещено. Пестициды способны проникать в растения из загрязненной почвы через корневую систему, накапливаться в биомассе и впоследствии заражать пищевую цепь. При распылении пестицидов наблюдается значительная интоксикация птиц (орнитофауны). Особенно страдают популяции певчих и перелетных дроздов, жаворонков и других воробьиных.

С длительным применением пестицидов связывают также развитие резистентных (устойчивых) рас вредителей и появление новых вредных организмов, естественные враги которых были уничтожены.

Таким образом, можно с уверенностью констатировать, что общий экологический вред от использования загрязняющих почву пестицидов многократно превышает пользу от их применения.

Оказалось так же, что нитраты, находясь в избытке, снижают содержание кислорода в почве, а это способствует повышенному выделению в атмосферу двух «парниковых» газов - закиси азота и метана. Нитраты опасны и для человека: при концентрации свыше 50 мг/л отмечается их прямое общетоксическое воздействие, в частности, возникновение метгемоглобинемии, вследствие биологических превращений нитратов в токсичные соединения азота.

К интенсивному загрязнению почв приводят отходы и отбросы производства. В стране ежегодно образуется свыше миллиарда тонн промышленных отходов, из них более 50 млн. т особо токсичных. Огромные площади земель заняты свалками, золоотвалами, хвостохранилищами и др., которые интенсивно загрязняют почвы, способность которых к самоочищению, как известно, ограничена.

Огромный вред для функционирования почв представляют газодымовые выбросы промпредприятий. Почва способна накапливать весьма опасные для здоровья человека загрязняющие вещества, например, тяжелые металлы. В 1997г. почти 0,4 млн. га в нашей стране оказались загрязненными медью, свинцом, кадмием и др. Еще больше земель были загрязнены радионуклидами и радиоизотопами в результате Чернобыльской катастрофы.

Одной из серьезных экологических проблем становится загрязнение земель нефтью и нефтепродуктами

К числу основных антропогенных воздействий на горные породы относят: статические и динамические нагрузки, тепловые, электрические и другие воздействия.

Статические нагрузки. Это наиболее распространенный вид антропогенного воздействия на горные породы. Под действием статических нагрузок от зданий и сооружений, достигающих 2 МПа и более, образуется зона активного изменения горных пород примерно на глубине 70-100 м. При этом наибольшие изменения наблюдаются: 1) в вечномерзлых льдистых породах, на участках залегания которых часто наблюдаются оттаивание, пучение и другие неблагоприятные процессы; 2) в сильносжимаемых породах, например, заторфованных, илистых и др.

Динамические нагрузки. Вибрации, удары, толчки и другие динамические нагрузки типичны при работе транспорта, ударных и вибрационных строительных машин, заводских механизмов и т.д. Наиболее чувствительны к сотрясению рыхлые недоуплотненные породы (пески, водонасыщенные лессы, торф и др.)- Прочность этих пород заметно снижается, они уплотняются (равномерно или неравномерно), структурные связи нарушаются, возможно внезапное разжижение и образование оползней, отвалов, плывунов и других ущербообразующих процессов.

Другим видом динамических нагрузок являются взрывы, действие которых сходно с сейсмическими. Горные породы разрушают взрывным способом при строительстве дорог, гидротехнических плотин, добыче полезных ископаемых и т.д. Очень часто взрывы сопровождаются нарушением природного равновесия - возникают оползни, обвалы, осовы и т.п. Так, по данным А. А. Махорина (1985), в результате взрыва многотонного заряда в одном из районов Кыргызстана, при строительстве каменно-набросной плотины, на склонах образовалась зона нарушенных пород с трещинами от 0,2 до 1 м в ширину и до 200 м в длину. По ним произошли смещения горных пород объемом до 30 тыс. м 3 .

Тепловое воздействие. Повышение температуры горных пород наблюдается при подземной газификации углей, в основании доменных и мартеновских печей и др. В ряде случаев температура пород повышается до 40-50°С, а иногда и до 100°Си более (в основании доменных печей). В зоне подземной газификации углей при температуре 1000-1600 ° С породы спекаются, «каменеют», теряют свои первоначальные свойства. Как и другие виды воздействия, тепловой антропогенный поток влияет не только на состояние горных пород, но и на другие компоненты окружающей природной среды: почвы, подземные воды, растительность.

Электрическое воздействие. Создаваемое в горных породах искусственное электрическое поле (электрифицированный транспорт, ЛЭП и др.) порождает блуждающие токи и поля. Наиболее заметно они проявляются на городских территориях, где имеется наибольшая плотность источников электроэнергии. При этом изменяются электропроводность, электросопротивляемость и другие электрические свойства пород.

Динамическое, тепловое и электрическое воздействие на горные породы создает физическое «загрязнение» окружающей природной среды.

Массивы горных пород в ходе инженерно-хозяйственного освоения подвергаются мощному антропогенному воздействию. При этом развиваются такие опасные геологические процессы, как оползни, карст, подтопление, просадки и др. Все эти процессы, если они вызваны деятельностью человека и нарушают природное равновесие, называют ущербообразующими и наносящими экологический (а, как правило, еще и экономический) ущерб окружающей природной среде.

Оползни. Оползни представляют собой скольжение горных пород вниз по склону под действием собственного веса грунта и нагрузки: фильтрационной, сейсмической или вибрационной. Оползни - явление частое на склонах долин рек, оврагов, берегов морей, искусственных выемок. Основными антропогенными факторами, часто накладывающимися на природные, являются: дополнительная нагрузка на склон от сооружений, вибрационная нагрузка от движущегося транспорта и сейсмическая от взрывов, обводнение склона, изменение его формы и др. Большой ущерб природной среде ежегодно наносят оползневые процессы на берегах Черноморского побережья Кавказа, Крыма, в долинах Волги, Днепра, Дона и многих других рек и горных районов.

Оползни нарушают устойчивость массивов горных пород, негативно влияют на многие другие компоненты окружающей природной среды (нарушение поверхностного стока, истощение ресурсов подземных вод при их вскрытии, образование заболоченностей, нарушение почвенного покрова, гибель деревьев и т.д.). Известно немало примеров оползневых явлений катастрофического характера, приводящих к значительным человеческим жертвам.

Карст. Геологическое явление, связанное с растворением водой горных пород (известняков, доломита, гипса или каменной соли), образованием при этом подземных пустот (пещер, каверн и др.) и сопровождаемое провалами земной поверхности, получило название карста. Их образование связывают с интенсификацией отбора подземных вод. Активизация карста отмечается во многих районах России. Подтопление - пример ответной реакции геологической среды на антропогенное воздействие. Под подтоплением понимают любое повышение уровня грунтовых вод до критических величин (менее 1-2 м до УГВ).

Подтопление территорий негативно влияет на экологическое состояние природной среды. Массивы горных пород переувлажняются и заболачиваются. Активизируются оползни, карст и другие процессы. В лессовых грунтах возникают просадки, в глинах - набухание. Просадка приводит к резкой неравномерной осадке, а набухание - к неравномерному подъему зданий и сооружений. В результате сооружения испытывают деформации и становятся малопригодными для эксплуатации, что значительно ухудшает санитарно-экологическую обстановку в жилых и производственных помещениях. На подтопленной территории, в результате вторичного засоления почв угнетается растительность, возможно химическое и бактериальное загрязнение грунтовых вод, ухудшается санитарно-эпидемиологическая обстановка.

Причины подтопления разнообразны, но практически всегда связаны с деятельностью человека. Это - утечки воды из подземных водонесущих коммуникаций, засыпка естественных дрен - оврагов, асфальтирование и застройка территории, нерациональный полив садов, скверов, подпор подземных вод глубокими фундаментами, фильтрация из водохранилищ, прудов - охладителей АЭС и др.

Иловые осадки станций биологической очистки сточных вод и компост из городских бытовых отходов содержат большое количество органических и питательных для растений минеральных веществ, поэтому их используют как удобрение. Однако они, как правило, содержат многие металлы в концентрациях, которые являются токсичными. При внесении в почвы иловых осадков и компоста в дозах, определяемых по их удобрительной ценности, можно прогнозировать увеличение содержания токсичных элементов в почвах в несколько раз. Химические элементы, условно называемые тяжелыми металлами свинец, цинк, медь, кадмий, ванадий и др., не только сами являются опасными для здоровья человека, но и служат индикаторами присутствия более широкого спектра загрязняющих веществ (газов, органических соединений). Величину суммарного показателя загрязнения почв используют для оценки уровня опасности загрязнения территории города. Значения суммарного показателя загрязнения почв используют для оценки уровня опасности загрязнения территории города. Значения загрязнения до 16 соответствуют допустимому уровню опасности для здоровья населения; от 16 до 32 - умеренно опасному; от 32 до 128 - опасному, более 128 - чрезвычайно опасному Геохимическое изучение почв в городе на регулярной основе позволяет получить пространственную структуру загрязнения селитебных территорий и выявить участки, проживание на которых сопряжено с наибольшим риском для здоровья населения.

Отрицательное влияние на состояние почвы в городе оказывает использование поваренной и других солей для борьбы с гололедом в зимний период и утечки высокоминерализованных технологических растворов. Это приводит к возрастанию количества фитотоксичных соединений в составе почв. Известно, что хлориды натрия и кальция разрушительно действуют на почвенные коллоиды и вызывают при определенных концентрациях гибель растений. В талой снеговой воде крупного промышленного города может содержаться хлор-иона в 150 раз больше, чем в природной речной воде

Некоторые экологические проблемы крупного города (загрязнение городских почв)

Мегаполисы, крупнейшие города, городские агломерации и урбанизированные районы - это территории глубоко измененной антропогенной деятельностью природы. Выбросы крупных городов изменяют окружающие природные территории. Инженерно-геологические изменения недр, загрязнение почв, воздуха, водных объектов проявляется на расстоянии в 50 раз большем, чем радиус агломерации. Так, атмосферное загрязнение Москвы распространяется на восток (благодаря западному макропереносу) на 70-100 км, тепловое загрязнение и нарушение режима выпадения атмосферных осадков прослеживается на расстоянии 90-100 км, а угнетение лесных массивов - на 30-40 км.

Отдельные ореолы загрязнения вокруг Москвы и других городов и поселков Центрального экономического района слились в единое гигантское пятно площадью 177900 кв.км - от Твери на северо-западе до Нижнего Новгорода на северо-востоке, от южных границ Калужской области на юго-западе до границ Мордовии на юго-востоке. Пятно загрязнения вокруг Екатеринбурга превышает 32,5 тыс.кв.км; вокруг Иркутска - 31 тыс. кв.км.

Чем выше уровень научно-технического прогресса, тем сильнее нагрузка на окружающую среду. Один житель США в среднем потребляет ресурсов в 20-30 раз больше, чем средний гражданин Индии.

Во многих странах площадь урбанизированных земель превышает 10% общей территории. Так, в США она составляет 10,8%, в Германии - 13,5%; в Голландии 15,9%. Использование земель под различные сооружения существенно влияет на биосферные процессы. С урбанизированных территорий поступает в 1,5 раза больше органических веществ, в 2 раза больше соединений азота, в 250 раз больше диоксида серы и в 410 раз больше окиси углерода, чем с сельскохозяйственных районов.

Экологически неблагоприятная обстановка наблюдается во всех городах с населением свыше 1 млн. чел., в 60% городов с населением от 500 тыс. до 1 млн. и в 25% городов с населением от 250 тыс. до 500 тыс. чел. По существующим оценкам, около 1,2 млн. человек в городах России живут в условиях резко выраженного экологического дискомфорта и около 50% городского населения России - в условиях шумового загрязнения.

Одной из актуальнейших проблем урбоэкологии является проблема загрязнения городских почв - урбоземов. На ней я и решил остановиться.

Городские почвы (урбоземы).

Городские почвы отличны от естественных по химизму и водно-физическим свойствам. Они переуплотнены, почвенные горизонты перемешаны и обогащены строительным мусором, бытовыми отходами, из-за чего имеют более высокую щелочность, чем природные их аналоги. Почвенный покров крупных городов отличается также и высокой контрастностью, неоднородностью из-за сложной истории развития города, перемешанности погребенных разновозрастных исторических почв и культурных слоев. Так, в центре Казани почвы формируются на мощном культурном слое - наследии прошлых эпох, а на окраинах, в районах нового строительства, почвообразование развивается на свежих насыпных или перемешанных грунтах.

Естественный почвенный покров на большей части городских территорий уничтожен. Он сохранился лишь островками в городских лесопарках. Городские почвы (урбоземы) различаются по характеру формирования (насыпные, перемешанные), по гумусированности, по степени нарушенности профиля, по количеству и составу включений (бетон, стекло, токсичные отходы) и т.д. Для большинства же городских почв характерно отсутствие генетических горизонтов и наличие различных по окраске и мощности слоев искусственного происхождения. До 30-40% площади жилых застроенных зон занимают запечатанные почвы (экраноземы), в промышленных зонах преобладают химически загрязненные индустриземы на насыпных и привозных грунтах, вокруг АЗС формируются интруземы (перемешанные почвы), а в районах новостроек - почвоподобные тела (реплантоземы).

Особый вклад в ухудшение химических свойств почв вносят "снегоносы" - применение зимой солей в целях быстрого освобождения дорожных покрытий от снега. Для этого обычно используют хлористый натрий (поваренную соль), что ведет не только к коррозии подземных коммуникаций, но и к искусственному засолению почвенного слоя. В результате в городах и вдоль автомагистралей появились такие же засоленные почвы, как где-нибудь в сухих степях или на морских побережьях (как оказалось, существенный вклад в засоление придорожных почв в последние годы вносят мощные машины типа джипов, которые, идя на большой скорости, разбрызгивают лужи на дорогах далеко в стороны). Предлагаемые безвредные для растений заменители соли (например, фосфорсодержащая зола) не нашли в России широкого применения. Благодаря повышенному поступлению из атмосферы карбонатов кальция и магния почвы имеют повышенную щелочность (их pH достигает 8-9), они обогащены также сажей (до 5% вместо нормальных 2-3%).

Основная часть загрязняющих веществ поступает в городские почвы с атмосферными осадками, с мест складирования промышленных и бытовых отходов. Особую опасность представляет загрязнение почв тяжелыми металлами.

Городские почвы имеют повышенное содержание тяжелых металлов, особенно в верхних (до 5 см), искусственно созданных слоях, которые в 4-6 раз превышает фоновое. За последние 15 лет площадь земель, сильно загрязненных тяжелыми металлами, возросла в городах на треть и уже охватывает места новостроек. Например, сильно загрязнен тяжелыми металлами, особенно веществами 1-го и 2-го класса опасности, исторический центр Москвы. Здесь обнаружено высокое загрязнение цинком, кадмием, свинцом, хромом, никелем и медью, а также бензапиреном, обладающим сильнейшими канцерогенными свойствами. Они найдены в почве, листьях деревьев, траве газонов, детских песочницах (дети, играющие на детских площадках в центре города, получают свинца в 6 раз больше, чем взрослые). Значительное содержание тяжелых металлов обнаружено в Центральном парке культуры и отдыха. Это объясняется тем, что парк был разбит в начале 1920-х годов на месте мусорных свалок за Москвой-рекой (в 1923 г. здесь проводилась Всероссийская сельскохозяйственная выставка).

Большую роль в этом загрязнении имеют не только стационарные (промышленные (в первую очередь, металлургические) предприятия, но и мобильные источники, особенно автотранспорт, количество которого с увеличением размеров города постоянно повышается. Если 15-20 лет назад атмосферу городов загрязняли в основном промышленность и энергетика, то сегодня "пальма первенства" перешла к "химическим фабрикам на колесах" - автотранспорту, на долю которого приходится до 90% всех выбросов в атмосферу. Так, например, каждая третья московская семья имеет автомобиль (в Москве более 3 млн. автомобилей), причем около 15% из них - устаревшие "иномарки". Значительная их часть ввозится в страну с демонтированными антитоксическими системами. 46% всех эксплуатируемых в Москве автотранспортных средств имеют возраст свыше 9 лет, т.е. превысили срок амортизации. К числу приоритетных загрязнителей атмосферы, а, следовательно, и почвы, поступающих с отработанными газами автомобилей, относятся свинец и бензапирен. Содержание их в почвах многих городов значительно превышает предельно допустимые нормы. В почвах 120 городов России в 80% обнаружено превышение ПДК свинца, около 10 млн. городских жителей постоянно контактируют с загрязненной свинцом почвой.

Показатели химического загрязнения почвенного покрова некоторых бульваров, входящих в Бульварное кольцо Москвы, представлены в следующей таблице.

Воздействие свинца нарушает функции женской и мужской репродуктивной системы, приводит к росту числа выкидышей и врожденных заболеваний, оказывает влияние на нервную систему, снижает интеллект, вызывает заболевания сердца, нарушения двигательной активности, координации движений, слуха. Ртуть нарушает функции нервной системы и почек, а в больших концентрациях может вызвать паралич, болезнь Миномата. Большие дозы кадмия снижают адсорбцию кальция костной ткани, приводя к самопроизвольным переломам костей. Систематическое поступление цинка приводит к воспалительным явлениям в легких и бронхах, циррозу поджелудочной железы, анемии. Медь вызывает функциональные нарушения нервной системы, печени, почек, снижение иммунитета.

Многолетние наблюдения за содержанием тяжелых металлов в почвах 200 городов России показало, что к чрезвычайно опасной категории загрязнения относятся почвы 0,5% из них (Норильск), к опасной - 3,5 (Кировоград, Мончегорск, Санкт-Петербург и др.), к умеренно опасной - 8,5% (Асбест, Екатеринбург, Комсомольск-на-Амуре, Москва, Нижний Тагил, Череповец и др.).

22,2% территории Москвы относится к территории среднего загрязнения, 19,6% - сильного загрязнения и 5,8% - максимального загрязнения почв.

Исследования почв Бульварного кольца, проведенные весной 1999 г., показали низкое содержание биологически активных веществ (гумуса, азота, фосфора, калия), необходимых для питания растений. Активность почвенных ферментов ниже оптимальных показателей. Все это вызывает угнетение зеленых насаждений в этом районе.

Городские почвы принимают на себя весь удар и от радиоактивного загрязнения. Только в Москве насчитывается более полутора тысяч предприятий, использующих для своих нужд радиоактивные вещества. Ежегодно на территории города образуются несколько десятков новых участков радиоактивного загрязнения, ликвидацией которых занимается НПО "Радон".

Снижение плодородия городских почв происходит также из-за регулярной уборки растительных остатков, что обрекает городские растения на голодный паек. Ухудшает качество почв и регулярное скашивание газонов. Снижает плодородие городских земель и бедная почвенная микрофлора, малое количество микробного населения. Почти нет в почвах городов таких полезных и непременных членов почвенного населения, как дождевые черви. Нередко городские почвы стерильны почти до метровой глубины. А ведь именно почвенные бактерии переводят мертвые органические остатки в форму, удобную для усвоения корнями растений. Экологические функции городских почв ослаблены не только из-за сильного загрязнения (почвенный покров перестает быть фильтрационным барьером), но и из-за уплотнения, затрудняющего газообмен в системе почва-атмосфера и приводящего к появлению микропарникового эффекта под плотной (утоптанной) поверхностной коркой почвы. В жаркие летние дни асфальтовые покрытия, нагреваясь, отдают тепло не только приземному слою воздуха, но и в глубь почвы. При температуре воздуха 26-27°С температура почвы на глубине 20 см достигает 37 °С, а на глубине 40 см - 32°С. Это самые настоящие горячие горизонты - как раз те, в которых сосредоточены живые окончания корней растений. Таким образом, для уличных растений создается необычная тепловая ситуация: температура подземных органов у них выше, чем надземных.

Из-за уборки опавших листьев осенью и снега зимой городские почвы сильно выхолаживаются и глубоко промерзают - нередко до -10… -15°С. Выявлено, что годовой перепад температур в корнеобитаемом слое городских почв достигает 40-50°С, в то время как в естественных условиях (для средних широт) он не превышает 20-25°С.

Изучение состояния здоровья населения в зависимости от уровня загрязнения почв поступившими из атмосферы тяжелыми металлами позволило разработать оценочную шкалу санитарной опасности загрязнения - суммарный показатель загрязнения (СПЗ).

Никакие достижения науки и техники не предотвратят экологическую катастрофу, если реальный сдвиг в отношении человека к природе не станет доминантой формирования новой экологической культуры и этики. Под экологической культурой понимается изменение мировоззрения каждого человека от современного антропоцентрического на более прогрессивное - биоцентрическое.

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)

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.