Условия и факторы формирования городских почв

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 °C, 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 °C. 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.

го.

Рис. 10.3. Экологический профиль Москва — пригород.

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 солифлюкционного 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 г. Москвы

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. Развитие городской застройки Москвы и Парижа в ретроспективе (Из кн. «Москва — Париж. Природа и градостроительство», 1997).

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. Исторические границы Москвы

1 — Кремль, 1156 г.; 2 — граница Белого города, 1593 г.; 3 — КамерКоллежский 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 (внутридворовые 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.