Обзор литературы. 
Особенности строения и свойств гумусовых горизонтов почв Санкт-Петербурга

Почва и ее роль на территории города

Термин «городская почва» может пониматься с разных точек зрения. В широком смысле городская почва — это любая почва, функционирующая в среде города. В узком смысле, это те почвы, которые находятся под антропогенным прессом и (или) сформированы деятельностью человека в городе, что является и пусковым механизмом и постоянным регулятором городского почвообразования (Почва, город, экология, 1997).

В городе присутствуют как антропогенно-трансформированные естественные почвы, так и антропогенные почвы, сконструированные человеком (Почва, город, экология, 1997). Ученые подходят к исследованию городских почв, профиль которых сконструирован человеком, по-разному:

• 1. Городская почва, не является почвой с точки зрения классического почвоведения, ее называют почвоподобным телом или же грунтом.
• 2. Городская почва — это почва, но которая не всегда подходит под определение почвы как естественноисторического тела. Городская почва — биокосная система, состоящая из твердой, жидкой, газообразной, а также живой фаз и выполняющая определенные экологические функции. Почвы в черте города образуются так же, как и естественные (природные) почвы, под воздействием тех же факторов почвообразования, но с ведущим вкладом антропогенного фактора

Впервые этот термин ввел Бокгейм (Bockheim, 1974), который определял городскую почву как почвенный материал, содержащий антропогенный слой несельскохозяйственного происхождения толщиной более 50 см, образованный путем перемешивания, заполнения или загрязнения поверхности земли на городских и пригородных территориях Наиболее общепринятой точкой зрения на городские почвы в последнее время стало определение М. Н. Строгановой (Строганова, 1998), которое гласит, что городские почвы — это почвы, имеющие созданный человеком поверхностный органоминеральный слой, полученный перемешиванием, насыпанием, погребением грунта и (или) загрязнением материалами урбаногенного происхождения (строительный мусор и т. д.).

С точки зрения ряда авторов (Почва, город, экология, 1997) отличительные особенности городских почв, их генезиса и свойств состоят в следующем:

• 1. такие почвы формируются на насыпных, намывных или перемешанных грунтах и культурном слое;
• 2. в почвах в виде включений присутствует строительный и бытовой мусор в верхних горизонтах;
• 3. изменяется кислотно-щелочной баланс с общим трендом в сторону подщелачивания;
• 4. городские почвы часто загрязнены в высокой степени тяжелыми металлами и нефтепродуктами;
• 5. изменяются физико-механические свойства почв (пониженная влагоемкость, повышенная уплотненность, каменистость и другие особенности)
• 6. профиль городской почвы может расти вверх за счет аэрального поступления материала.

Точка зрения на городское почвообразование Б. Ф. Апарина и Е. Ю. Сухачевой (Апарин, Сухачева; 2014) дополняет эти положения. Представления этих авторов заключаются в том, что человек целенаправленно создает физическую модель корнеобитаемого слоя. Для этого он привносит в городскую среду органоминеральный или органогенный материал, являющийся продуктом длительного естественного почвообразования и сформировавшийся при другом наборе и соотношении факторов. Как правило, этот материал берется с почв территорий, прилегающих к городу. Происходит перенесение биологически активной части почвы из ее природного ареала на урбанизированную территорию. В новой среде (в сконструированном человеком почвенном профиле) морфологические признаки и другие свойства почв могут сохраняться, в то же время, другие свойства, целенаправленно или случайно модифицированные человеком, могут сильно измениться и приобретать значительные отличия от исходных свойств этих горизонтов в естественных почвах.

Увеличение площади городов ведет к преобразованию естественных экосистем в урбоэкосистемы (Почва, город, экология, 1997). Урбоэкосистема — это природно-городская система, состоящая из фрагментов природных экосистем, окруженных домами, промышленными зонами, автомобильными дорогами и др. Она характеризуется искусственным созданием новых типов систем в результате деградации, уничтожения и (или) замещения природных экосистем.

Урбоэкосистемы отличаются от естественных экосистем рядом негативных особенностей (Почва, город, экология, 1997), таких как:

• 1. меньшая рекреационная ценность;
• 2. нарушенность биокруговорота;
• 3. сокращение биоразнообразия по составу и структуре;
• 4. увеличение числа патогенных микроорганизмов;
• 5. большая подверженность негативным процессам и др.

В таких условиях наиважнейшую роль в поддержании функционирования урбоэкосистем приобретают городские почвы.

Рассматривая экологические функции, городские почвы можно рассматривать как особые биогеомембраны (Апарин, Сухачева, 2013). Под биогеомембраной понимается почвенный слой, обладающий свойствами и функциями мембраны. Биогеомембрана регулирует обмен веществом и энергией между всеми компонентами природной среды. Все биогеомембраны имеют пористое строение и твердо-жидко-газовое состояние. Как и любая мембрана, биогеомембрана характеризуется проницаемостью, структурной устойчивостью и относительной стабильностью параметров функционирования.

Потоки вещества, проходящие сквозь почву, формируются за счет поступления твердых, жидких и газообразных веществ из атмосферы и грунтовых вод, а также веществ, образующихся в результате метаболизма живых организмов и почвенных процессов (Апарин, Сухачева, 2013). Проходя через биогеомембрану, вещества полностью или частично теряют свои первоначальный состав и строение и могут трансформироваться в другие вещества, приобретая новые свойства. Такие изменения обусловлены различными процессами, в том числе комплексообразование, сорбцию, растворение, выпадение в осадок, избирательное поглощение корнями растений, обмен с почвенно-поглощающим комплексом. Способность к поглощению, трансформации, обмену, перераспределению новых веществ определяется строением, мощностью, составом почвы.

Одной из наиболее важных функций биогеомембраны урбоэкосистем является способность к адсорбции продуктов метаболизма мегаполиса, их преобразование, а также транспорт за пределы почвенного профиля (Апарин, Сухачева, 2013). Поглотительная способность зависит от удельной поверхности и структуры порового пространства почвы, в том числе гумусового горизонта, который вносит наибольший вклад в выполнение этой и других функций. Эффективность выполнения биогеомембраной очистки урбоэкосистемы от загрязнителей обусловлена рядом физических, химических, физико-химических и биологических свойств почвы. Это наличие в профиле геохимических и геофизических барьеров, характеристики почвенно-поглощающего комплекса, степень проточности почвенной влаги, глубина уровня грунтовых вод, фракционно-групповой состава гумуса, кислотно-основные свойства почвы, окислительно-восстановительные условия, биологическая активность.

Следующая функция биогеомембраны — санитарная (Апарин, Сухачева, 2013). Благодаря почвенному микробоценозу происходит минерализация поступающих в почву органических веществ растительного и животного происхождения, разрушение нефтепродуктов и других органических загрязнителей. Качество выполнения этой функции зависит от состава, разнообразия функциональных групп микроорганизмов, их соотношения и биологической активности. Также почва способна адсорбировать патогенные микроорганизмы, постоянно попадающие в нее в городской среде.

Почва участвует в регулировании относительной влажности воздуха, отвода избытка влаги с поверхности почвы в грунтовые воды, в формировании продуктивных влагозапасов. Эффективность выполнения данной функции связана с водно-физическими свойствами почвы.

Почва, находясь в постоянном газообмене с приземным слоем воздуха, регулирует состав атмосферного воздуха в городе. Эту функцию определяют биологическая активность почвы, разнообразие микрофлоры, воднои воздушно-физические свойства почвы.

На качество жизни населения оказывает влияние температурный режим. Летом в городе почвы выполняют важную функцию терморегуляции. Эффективность выполнения этой функции зависит от тепловых свойств почвы: теплоемкости, теплои температуропроводности.

Важной компонентой городской экосистемы являются зеленые насаждения, которые обуславливают качество жизни людей, и влияют на другие компоненты урбоэкосистемы. Состояние растительности в городе и площадь, занятая под ней, определяется воспроизводством почвенного плодородия. Также почва является депо семян и семязачатков растений, что позволяет весной им возобновляться.

Среди всех функций почв в условиях города наиболее важными являются те, которые направлены на поддержание качества жизни населения.

В крупных городах происходит значительная трансформация экологических функций почв (табл. 1). Особенно сильно она проявляется в промышленных городах и в районах Севера (Почва, город, экология, 1997).

Таблица 1. Трансформация и деградация экологических функций городских почв (Почва, город, экология, 1997)