Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Городские почвы

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Текст научной работыДиссертация по биологии, доктора биологических наук, Строганова, Марина Николаевна, Москва

< ■ - \

На правах рукописи

СТРОГАНОВА МАРИНА НИКОЛАЕВНА

ГОРОДСКИЕ ПОЧВЫ: ГЕНЕЗИС СИСТЕМАТИКА И ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ (на примере г. Москвы)

Специ ал ьность 03.00.27.—почвоведение

-ГССЕРТАЩа.

на сойскание^ченой степени до/гора биологических наук ^ форме научного доклада

Москва 1998

Работа выполнена на кафедре географии почв факультета Почвоведения Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова

Научный консультант— академик РАН Добровольский Г В.

Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор И.С.Кауричев доктор географических наук, вед. науч. сотр. Н.А.Караваева доктор биологических наук, профессор Д.Н.Кавтарадзе

Ведущее учреждение: Почвенный институт им. В.В.Докучаева РАСХН

Защита состоится 27 ноября 1998 г в 15 час 30 мин. в ауд. М-2 на заседании диссертационного совета Д.053.05.31 при Московском государственном университете им. М.В.Ломоносова, 119899 Москва, Воробьевы горы, факультет Почвоведения.

С диг шого доклада можно ознакомиться в

библиотек !ГУ

Дисс ослаиа" <25, Ю " 1998г

С научного доклада в двух

экземпл присылать по адресу: 119899

Москва,, введения,

Ученому су ^ -

Ученый секретарь диссертационного совета доктор биологических наук профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Интенсивная и разносторонняя деятельность человека в пределах крупных городов приводит» к существенному и часто необратимому изменению окружающей природной среды. За счет увеличения застройки и площади искусственных покрытий уничтожается или сильно преобразуется не только почвенный покров, но и вся экосистема в целом; претерпевает изменения рельеф и гидрографическая сеть; естественная растительность сменяется искусственно-сформированными растительными ценозами; становится азональным ряд климатических характеристик. Решение проблемы охраны окружающей среды в городах привело к новому осмысливанию роли почв и почвенного покрова в поддержании устойчивости жизни человека в городе. В городах антропо-технологический фактор почвообразования становится преобладающим над естественными, что вызывает формирование в новых экологических условиях специфических типов почв и почвоподобных тел. В настоящее время в мировой и отечественной литературе отсутствуют теоретическое обоснование методов и подходов к изучению городских почв как специфической природно-антропогенной группы, их экологической роли в оздоровлении окружающей среды. В большинстве работ городская почва не рассматривается как биокосное почвенное тело, выполняющее важные экологические функции в городе. Дискуссионным является само определение поверхностного субстрата, формирующегося в городе. Почва ли это?

Почвы городских территорий до последнего времени в значительной мере игнорировались почвоведами, чьи исследования сосредоточивались главным образом на сельскохозяйственных и лесных почвах. Между тем почвы функционирующие в городе, как и в естественных ландшафтах, являются одним из четырех главных компонентов системы: Воздух—Вода—Почва—Растения. И из этой экологической системы изымалась важнейшая компонента—Почва.

Одна из насущных эколого-географических проблем в городе является проблема чрезмерной закрытости поверхности почвы зданиями и дорожными поьгпытиями. До сих пор не изучено взаимодействие заасфальтированных тел с дельными средами (воздухом, водой, грунтом, растительностью и т.д.). научно обоснованного оптимальное соотношения "запечатанной"-и ¡ плененный площадей в разных типах хозяйственного использования земель доровья жителей города. ? Своеобразие свойств городских почв и условий их формирования под •ействием главного фактора—городской среды и продуктов •исдеятельности человека, приводит, по нашему мнению, к возможному ^соблению нового направления в почвоведении — городского почвоведения, тющего генезис, свойства, функции и экологию почв, выявляющего

специфические закономерности пространственной организации почвенного покрова урбанизированных территорий.

Цель исследований. Разработка концепции городских почв и городского почвообразования, методологических и теоретических основ изучения оценки роли почв как базовой компоненте в городских экосистемах.

Основные задачи исследований

1 .Исследовать генезис, разнообразие и экологическое значение городских почв в целях их оценки, охраны и рационального использования.

2.Разработка классификации и систематики новых групп почв "городские почвы и почвоподобные тела" запечатанных и открытых поверхностей.

3.Выработка методологии исследований и подходов к оценки состояния городских почв на основе комплексных исследований физических, химических, биологических свойств почв и закономерностей их географического распространения.

4.Разработка теории и методов картографирования почв в городе с учетом типов землепользования.

5.Обоснование перечня информативных с экологической точки зрения почвенных показателей, с которыми связано возникновение экологической опасности для жителей городов разных природных зон.

6. Обоснование проблемы "запечатанность почвенного покрова" как специфического состояния дневной поверхности городов. Место запечатанных почв в структуре ПЛ.

Научная новизна исследований

1.Научная концепции городских почв и городского почвообразования состоит в том, что тысячелетнее существование городской цивилизации привело к обособлению особой группы почв, своим формированием обязанных наряду с естественными общеизвестными факторами почвообразования непосредственному воздействию городской среды.

2.Впервые поверхностные органо-минеральные образования, распространенные в городе, рассмотрены как особые природно-антропо-техногенные почвы, подчиняющиеся общим законам почвообразования и требующие специфических подходов к их изучению.

3.На основание многолетних исследований разработана научная концепция городских почв и теоретические основы экологической роли почв в городах.

4.Разработана оригинальная, первая в России, систематика почв и почвоподобных тел открытых и запечатанных поверхностей в пределах города. Выделены и подробно описаны 2 новые группы почв. Группа открытых территорий —"урбанозем" как генетически самостоятельные почвы, обладающие признаками зональных педогенных процессов и специфическими

урболедогенными свойствами. Группа запечатанных почв—"Экранозем".

5.Новым подходом к изучению городских почв является понимание, что почвы в городе формируются под воздействием тех же факторов почвообразования, что и зональные почвы. Однако одним из ведущих факторов почвообразования в городе является характер воздействия и свойства типа хозяйственного использования (жилая зона, промышленная зона, природно-рекреационная зона и т.д.).

Практические и научно-методическое значение работы

1.Впервые предложена система показателей и критериев для экологической оценки городских почв и составлена методика оценки городских почв как часть комплексной оценки состояния окружающей среды, применяемая градостроительными и природоохранными учреждениями при экологической экспертизе (39).

2.Разработаны принципы качественной оценки (бонитировки) городских почв разных типов землепользования, которая может быть использована при проведении контроля и экологической экспертизы территории, а также для стоимостной оценки городских земель.

3.Впервые составлена Почвенная карто-схема г. Москвы, разработаны подходы к методике картографирования почв городских территорий.

4. Впервые для Москвы, как для самого северного крупного мегаполиса Европы, произведен анализ состояния почвенного покрова открытых и закрытых поверхностей. Установлены и подробно рассматриваются негативные экологические процессы и даются рекомендации по их устранению.

Научная ценность работы

1.Применение географо-генетического подхода исследований почв к новому оригинальному объекту—почвам города.

2.Впервые почвы города, раннее описываемые как поверхностные почвоподобные образования, рассмотрены как особые природно-антропо-техногенные почвы, подчиняющееся законам почвообразования и требующее специальных подходов к их изучению. На основание многолетних исследований разработана научная концепция городских почв и теоретические основы изучения роли почвы в городе.

3.Разработана оригинальная систематика городских почв и почвоподобных тел открытых и запечатанных поверхностей, дана всесторонняя характеристика их свойств, аргументированы их основные отличия от природных естественных лесных почв. Предложен и описан новый диагностический почвенный горизонт "урбик".

Основные положения, вынесенные на защиту

1. Городские почвы являются особыми природно-антропо-техногенными биокосными образованиями, подчиняющимися общим законам почвообразования, но требующими специфических подходов к их изучению.

2. Городские почвы созданы постоянно протекающими процессами перемешивания, насыпания, погребения и (или) загрязнения урбаногенным материалом (строительно-бытовой мусор). Эти почвы образовались при совместном воздействии зонально-климатических факторов почвообразования и средообразующего антропогенного фактора.

3. Разработаны диагностические признаки и критерии оценки городских почв. Предложен новый диагностический почвенный горизонт "урбик".

4. Представлена систематика почв и почвоподобных тел в городе. Обосновывается выделение 2-х групп городских почв с дальнейшим их подразделением: «Урбанозем»—генетически самостоятельные почвы открытых незастроенных территорий; «Экранозем»— почвы застроенных территорий, запечатанных дорожным покрытием.

5. Обоснована необходимость выделения городского почвоведения в самостоятельное научное направление, изучающее городские почвы с позиций особого взаимодействия природно-антропо-техногенных факторов, специфичности процессов и свойств и закономерностей пространственного размещения их на территории города.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и опубликованы: в трудах IV, V, VI, VII, VIII съездах ВОП (Алма-Ата. 1971, Минск, 1977; Тбилиси, 1981; Ташкент, 1985; Новосибирск, 1989); II Съезда РОП (С.-Петербург, 1996), на всесоюзных конференциях по структуре почвенного покрова (Москва, 1976; Кишинев, 1980), в трудах Всероссийских конгрессов, съездов, конференций и семинаров: "Пространственно-функциональная организация биогеоценозов" (Днепропетровск, 1978)); на научной конференции "Комплексные биогеоценотические исследования в ЦЛГЗ за 50 лет" (ЦЛГЗ, 1982); " Роль подстилки в лесных биогеоценозах" (Красноярск, 1983); "История развития почв СССР в голоцене" (Пущино, 1984); "Общие проблемы биогеоценологии" (Москва, 1986); "Диагностика деградации и воспроизводства лесных почв" (Тарту, 1987); "Антропогенная и естественная эволюция почв и почвенного покрова" (Пущино, 1989); "Лесорастительные свойства и антропогенная динамика лесных почв" (Брянск, 1990); "Методология экологического нормирования" (Харьков, 1990); "Экологические проблемы охраны живой природы" (Москва, 1990); "Геоэкологические проблемы Москвы и ее лесопарковой зоны" (Москва, 1990); на Ломоносовских чтениях (1994); 5-я школа "Экология и почвы" (Пущино, 1995); "Рациональное природопользование России в переходный социально-экономический период

(современное состояние и перспективы развития), (Москва, 1995); "Экологические проблемы больших городов: инженерные решения" (Москва, 1996); "Научно-методические основы мониторинга биоразнообразия" (Москва, 1996), "Проблемы экологической безопасности Москвы: пути их решения" (Москва, 1997); "Новые подходы в решении проблем здравоохранения города" посвященный 850-летию Москвы, секция 2 "Городская среда как фактор здоровья населения Москвы" (Москва, 1997); Совещания "Природа Москвы" (1997); XI, XII, XIII, ХУ1 Международные конгрессы почвоведов (Канада, 1978; Индия, 1982; Германия, 1986; Франция, 1998); Международные и Российские конгрессы, съезды и конференция: У Национальный конгресс почвоведов Югославии (Белград, 1976); по биодиагностике (Москва, 1976); по классификации почв (Алма-Ата, 1988); "Новые подходы к решению экологических проблем в крупных городах", (Москва, 1995); по почвенной микроморфологии (Москва, 1997) "Экологические проблемы крупных административных единиц мегаполисов" (Москва, 1997); "Проблемы антропогенного почвообразования" (Москва, 1997); "Антропогенная деградация почвенного покрова и меры ее предупреждения" (Москва, 1998).

Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в более, чем в 80 печатных работах

За время многолетних полевых и лабораторных работ в разных регионах страны (Центральные районы РФ, Москва и Московская обл., Западная и Восточная Сибирь, Дальний Восток и Сахалин), во время проведения совместных научных исследований автору посчастливилось сотрудничать со многими учеными-почвоведами. Это—Н.Н.Розов, В.М.Фридланд, Б.Г.Розанов, В.О.Таргульян, Л.О.Карпачевский, Е.А.Дмитриев, С.А.Шоба, Т.А.Соколова, В.Д.Тонконогов, И.С.Урусевская, М.И.Герасимова, Т.В.Афанасьева.

На разных этапах работы постоянными помощниками в моей работе были Г.Л.Ремезова, В.И.Бондарь, Г.П.Тощева, С.Я.Трофимов, М.Г.Агаркова, А.Д.Мягкова, Т.В.Прокофьева, А.С.Яковлев, И.Н.Скворцова.

Автор выражает им всем глубокую признательность и благодарность, а также всему коллективу кафедры географии почв факультета Почвоведения МГУ.

Особую благодарность выражаю Глебу Всеволодовичу Добровольскому за его неоценимую помощь, которую он оказывал в течение почти 40 лет моей работы на кафедре географии почв ф-та Почвоведения МГУ, за его постоянное внимание и поддержку исследований по географии и экологии почв города.

1. Доурбанизационный этап развития почв и почвенного покрова в лесной зоне

Природный фон территорий до образования городов в лесной зоне развивался на взаимосменяющихся природных, сельскохозяйственных и лесохозяйственных землях, прошедших в разное время стадии вырубок, пашен и гарей.

Современный московский мегаполис занимает территорию, доурбанизационный природный фон которой 6-8 веков назад предположительно соответствовал южно-таежной подзоне с характерным для нее структурой почвенного покрова (ГШ) и определенными почвенными комбинациями дерново-подзолистых, подзолисто-болотных и болотных почв.

Репрезентативным сравнительным эталоном для этой территории в настоящее время может служить Центрально-Лесной Биосферный заповедник, в котором мы работали с 1971 по 1995 гг. (Тверская обл.), и заказник "Кологривский лес", 1985г, (Костромская обл.). Основным физико-географическим отличием является более расчлененный долинный рельеф р. Москвы и ее притоков, пересекающий город, и соответственно лучшая дренированность территории города. ПП южно-таежных ельников заповедника характеризуется большей площадью заболоченных и болотных почв.

Современные ■ представления о почвообразовании в лесной зопе претерпели существенные изменения. Возникло понимание влияния сложной антропогенной исхории территории на эколого-географические закономерности строения ПП южной тайги (1, 2, 61,63).

Работы в Центрально-Лесном Биосферном заповеднике, посвященные особенностям почвообразования в лесной зоне, морфологическому строению, диагностике и структурной организации подзолистых почв, отразили особенности структуры ПП южной тайги и связи структуры ПП с парцеллярной структурой и другими компонентами лесных биогеоценозов (3,4,5,6,7,8,9).

Как точку отсчета, можно рассматривать составленную нами крупномасштабную карту структуры ПП Центрально-Лесного Биосферного заповедника, отражающую состав ПП, факторно-функциональную зависимость и взаимообусловленность строения ПП ненарушенных ельников с факторами почвообразования. Данная карта позволяет оценить историю, развитие, а также характер антропогенного воздействия на почвы, их свойства и формы нарушенное™ ПП южной тайги (16, 35).

В коренных лесах отмечается чрезвычайная динамичность ПП, что в первую очередь связано с вывалами деревьев, ветровальными педотурбациями. Территория, затронутая вывалами, иногда занимает до 60-90% общей площади леса. Мы предполагаем, что каждые 500-1000 лет все участки леса проходят

стадии вывала. Поэтому мы считаем, что микрорельеф—есть функция лесного БГЦ (II). Неоднородность условий в связи со сложностью микрорельефа предопределяет парцеллярное строение фитоценоза, что в свою очередь, сказывается и на особенностях структуры ПЛ. Разнообразие микрорельефа, сохраняющегося 500-600 лет, приводит к формированию разных почвенных профилей, создающих характерную для лесных БГЦ пестроту строения ПП.

В результате детальных исследований в пределах одного типа леса (БГЦ) были вскрыты сложные структуры ПП. В лесном БГЦ для его структурной единицы—парцеллы характерны неск�