Органическое вещество городских почв

Органическое вещество почв города состоит из остатков гумуса исходных естественных почв, привнесенное и вновь образованное органическое вещество. Доля последнего выше в более зрелых глубоко трансформированных почвах (Прокофьева, 2013). Источниками органического вещества городских почв могут выступать:

• 1. растительный опад;
• 2. экскременты животных и птиц;
• 3. органические удобрения (навоз, торфокомпостные смеси и др.);
• 4. мусор, в котором присутствуют остатки древесины, пищевые отходы и др.
• 5. продукты разложения углеводородных веществ техногенного происхождения;
• 6. аэральный привнос различных органических веществ: углистых частиц, сажи, углеводородов, резины, асфальта и др.

На накопление углерода в почвах город влияет неоднозначно (Водяницкий, 2015). Содержание органического углерода и его запасы могут повышаться или понижаться в сравнении с фоном. В городе София в Болгарии выявлены потери органического углерода в почвах (Doichinova и др., 2006). Повышенное содержание органического углерода в почвах городов диагностировалось гораздо чаще и отмечается в таких городах, как Москва (Герасимова и др., 2003, Савич и др. 2007), Штутгард и Росток, Германия (Lorenz и др., 2006), Балтимор, США (Pickett и др., 2008).

В разных городах и даже в пределах одного города процессы гумусообразования и гумусонакопления происходят по-разному. Это зависит от других свойств почв, например плотности. Многие почвы в городе подвержены переуплотнению, здесь отмечается недостаток доступной влаги, элементов питания и др. (Pickett и др., 2008). В результате процессы гумусообразования и гумусонакопления тормозятся, происходит дегумификация.

Плодородие почв существенно снижается за счет потерь гумусового слоя при скальпировании поверхности при строительстве, а также за счет погребения гумусового горизонта.

Также уменьшение содержания органического углерода происходит при уборке листьев с газонов (Pouyat и др., 2002) и при сильном химическом загрязнении.

На сильнозагрязненной территории ухудшается качество листового опада как источника доступного органического вещества. Скорость деструкции подстилки уменьшается, а запасы листового опада увеличиваются (McDonnell и др., 1997; Pouyat и др., 2002). В городских лесах уменьшаются популяции грибов и микроскопических артропод по сравнению с нативным лесом (Pouyat и др., 1994).

Исследования, проведенные в Свердловской области в городах Ревда и Красноуральск, где более 70 лет работают крупные медеплавильные заводы, показали, что влияние тяжелых металлов и серы привело к резкому сокращению численности дождевых червей (Воробейчик, 1998, 2003, 2010). Вокруг завода червей не осталось совсем, хотя в фоновых лесах их численность равна 550 шт./м². Снизилась скорость разложения целлюлозы и возросла мощность опада. Ухудшилось биологическое состояние и в самом городе (Красноуральск).

Накопление органического вещества в городских почвах происходит по следующим причинам. Во-первых, содержание углерода органических соединений увеличивается за счет поступления органических поллютантов, которые попадают в почву в виде тонких аэральных частиц и в составе мусора (Водяницкий, 2015).

Большую долю их составляет элементарный углерод, попадающий в городскую почву в составе обуглероженных отходов, графита, сажи, частиц угля и др. (Schmidt и др., 2000; Schmidt и др., 2001).

При исследовании городской пыли (г. Вулвергемпон, Великобритания) и ее магнитной восприимчивости было установлено, что пыль содержит значительное количество органического вещества. Пыль на улице с большим автомобильным движением содержала 26% органического углерода, в спальном районе — 14% (Schilton и др., 2005).

В Штутгарте (Германия) изучали содержание углерода в почвах городских садов и на участках сильного загрязнения. В почвах городских садов содержание органического углерода варьировало от 2,8% до 5,4%, в среднем 3,4%, тогда как на загрязненных участках оно составляло 1,1 — 11,3%, в среднем 7,9% (Lorenz K и др., 2006).

Влияние техногенного углерода заметно в почвах Москвы (Васенев и др., 2013). Для большинства районов города величина содержания органического углерода наиболее высока в почвах промышленных зон (2,8 ± 0,8%), и наименьшее значение отмечается в почвах рекреационных зон (1,9 ± 0,6%).

Напротив, в европейских городах в верхних горизонтах почв содержание органического углерода убывает в ряду: лесопарковые и парковые территории — территории с частной застройкой — городские селитебные территории — индустриальные территории.

В некоторых городах угольная пыль представляет серьезную проблему (Schmidt и др., 1996). В Европе, где долгие годы добывали уголь для целей энергетики, в почву попадала не только угольная зола, но и угольная пыль. В городе Галь и его окрестностях, Восточная Германия, почвы, загрязненные угольной пылью, значительно обогащены техногенным органическим углеродом. В фоновой почве содержалось 2,1 — 2,3% углерода органических соединений, в загрязненной это значение выросло до 13,0 — 14,1%.

На процессы гумусообразования и гумусонакопления влияет также состояние городской атмосферы. Например, в городах пустынь возникает «эффект оазиса» (Водяницкий, 2015), когда температура днем ниже, а ночью выше, чем в окружающей пустыне (Brazel и др., 2000). Это способствует росту растительности в городе, что непосредственно сказывается на увеличении запасов органического вещества.

Вегетацию в городах, а, следовательно, изменение интенсивности процессов гумусообразования и гумусонакопления увеличивает и повышенное содержание CO2.

Повышение плодородия почв в парках и скверах ведет, как правило, к увеличению запасов углерода (De Kimpe и др., 2000). В городские почвы вносят пестициды, минеральные удобрения, компосты и торфосмеси. Часто зола торфяного топлива, которую вносят в почвы в качестве удобрения, неблагоприятно влияет на плодородие почвы, поскольку в этой золе высокое содержание извести. Грунты с торфяной золой имеют густой черный цвет и маслянистую консистенцию — по морфологическим характеристикам похожи на плодородный грунт, но имеют рН более 8, что крайне вредно для растений (Доклад об экологической ситуации…, 2013).

Состав гумуса и характер его распределения в городских почвах изменяется относительно фоновых почв за счет изменения свойств почв, происходящих при озеленении не характерными для данной местности растениями.

Например, в черноземах парков г. Ростов-на-Дону отмечено изменение типа распределения гумуса и состава гумуса по профилю. Гумусовый профиль приобретает черты лесного: отмечается резкое по сравнению с верхними горизонтами уменьшение содержания гумуса с глубиной (Безуглова и др., 2000; Горбов, Безуглова, 2014), что не свойственно почвам степи. Такое распределение гумуса характерно для ближайшего северного «соседа» чернозема — темно-серой почвы.

Изменения в распределении гумуса по профилю вызываются тем, что опад древесной растительности, в отличие от корневого опада степной растительности, поступает на поверхность почвы. Распределение гумуса перестает быть постепенно-убывающим. Также меняется водный режим: затемнение поверхности почвы в жаркое время позволяет влаге накапливаться в больших количествах. А вектор распределения воды становится нисходящим. Это сказывается на карбонатах, которые вымываются в срединные горизонты. В парках центральной части города листовой опад сгребают и выбрасывают, поэтому там распределение гумуса остается типичным для зональных почв.

Фракционно-групповой состав этих почв приобретает следующие особенности:

• 1. Возрастает доля фульвокислот и снижается количество гуминовых кислот.
• 2. Снижается доля гуматов, связанных с кальцием.

Это определяет гуматно-фульватный тип гумуса, который не характерен для почв степной зоны.

В погребенных и тем более в запечатанных почвах по данным Горбова и Безугловой (Горбов, Безуглова; 2014) содержание углерода уменьшается за счет нарушения связи почва-растение и круговорота веществ. Снижается количество подвижных фракций ГК1 и ФК1 и доля негидрализуемого остатка.

Исследования элементного состава органического вещества, содержания функциональных групп и оптических плотностей почв г. Ростов-на-Дону (Горбов, Безуглова, 2013) подтверждает снижение конденсированности ядра гумусовых кислот и возрастание алифатической части. Такие особенности органическое вещество приобретает при влиянии не характерного (по составу) растительного опада и миграции гумусовых веществ вниз по профилю.

Групповой состав гумуса городских почв был изучен в парках и прилежащих территориях г. Москвы (Прокофьева и др., 2013). Несмотря на повышенное значение pH, вызванное карбонатами, здесь не обнаружено возрастание содержания фракции гуминовых кислот и в том числе фракции ГК, связанных с кальцием. Для почв характерно преобладание фульвокислот. Отношение Сгк/Сфк уменьшается вниз по профилю.

Исследование оптической плотности почв показало, что высокими коэффициентами экстинции обладают те почвы, которые активно окультуриваются (или окультуривались в прошлом), где происходило сжигание растительности, внесение минеральных или органических удобрений и рекультивационных грунтов, увеличение содержания карбонатов при известковании или поступлении карбонатного материала со строительным мусором, а также происходило загрязнение бытовым мусором и экскрементами животных.

Таким образом, в различных условиях город может влиять на органическое вещество почв почвы неоднозначно. Содержание органического вещества в почвах городов может возрастать или сокращаться по сравнению с фоном. В городах происходят процессы накопления почвами городов органического углерода. Структура и состав гуминовых кислот антропогенно-преобразованных почв характеризуются особенностями, обусловленными типом антропогенной нагрузки.