Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Почвенный покров урбосистем: состояние, основные процессы и источники деградации

ВАК РФ 25.00.26, Землеустройство, кадастр и мониторинг земель

Автореферат диссертации по теме "Почвенный покров урбосистем: состояние, основные процессы и источники деградации"

На правах рукописи

СИНЦОВ АЛЕКСАНДР ВЛАДИМИРОВИЧ

ПОЧВЕННЫЙ ПОКРОВ УРБОСИСТЕМ: СОСТОЯНИЕ, ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ И ИСТОЧНИКИ ДЕГРАДАЦИИ (НА ПРИМЕРЕ Г. АСТРАХАНИ)

25.00.26 - землеустройство, кадастр и мониторинг земель

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

■| I 4 Л .-, ор^л

Астрахань 2012

005016916

005016916

Работа выполнена на кафедре экологии, природопользования, землеустройства и безопасности жизнедеятельности Астраханского государственного

университета

Научный руководитель:

Научный консультант:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор географических наук, профессор Бармин Александр Николаевич

доктор географических наук Замотаев Игорь Викторович

Левыкин Сергей Вячеславович,

доктор географических наук, Институт степи Уральского отделения РАН, заведующий лабораторией агроэкологии и землеустройства

Шмидт Ирина Владимировна,

кандидат географических наук, Саратовский государственный аграрный университет, доцент кафедры земельного кадастра

Воронежский государственный педагогический университет

Защита диссертации состоится «30» мая 2012 года в 16.00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.009.04 при Астраханском государственном университете по адресу: 414000, г. Астрахань, пл. Шаумяна, 1, ауд. 101.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Астраханского государственного университета.

Автореферат разослан «28» апреля 2012 г.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью просим направлять по адресу: 414000, г. Астрахань, пл. Шаумяна, 1, АГУ, ученому секретарю диссертационного совета ДМ 212.009.04.

Факс (8512) 52-49-92, Е-таП: miolin76@mail.ru

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат географических наук, доцент / У М.М. Иолин

2 V-/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Современный процесс развития и функционирования городских комплексов промышленно-энергетического, коммунально-хозяйственного, транспортного и аграрного значения отрицательно сказывается на состоянии почвенного покрова урбоэкосистем, что выражается в процессах загрязнения и деградации почвы, трансформации и разрушении естественного почвенного покрова, в смене зональных почв.

В связи со сложившейся ситуацией, деградация и загрязнение почвенной толщи урбоэкосистем продуктами жизнедеятельности «города» представляют собой одну из основных проблем современной урбоэкологии.

Город Астрахань представляет собой один из промышленных центров на юге страны с развитой инфраструктурой, в котором четко выражены экологические проблемы, затрагивающие все сферы окружающей природной среды и в частности почвенного покрова.

Актуальность, недостаточная научная разработанность и практическая значимость исследуемой проблемы определили выбор цели исследования.

Целью диссертационной работы является оценка современного состояния городских почв, почвоподобных образований и анализ особенностей основных процессов и источников деградации урбозёмов г.Астрахани.

В связи с поставленной целью решались следующие задачи:

1) изучить морфогенетические характеристики урбозёмов;

2) определить основные группы урбозёмов на территории г. Астрахани;

3) оценить влияние основных источников загрязнения и деградации почвенного покрова г. Астрахани;

4) провести геохимическую и санитарно-гигиеническую оценку загрязнения и деградации урбозёмов г. Астрахани;

5) выявить закономерности формирования полей загрязнения почв на территории г. Астрахани.

Объектом исследования являются урбозёмы города Астрахани.

Предмет исследования — состояние урбозёмов в условиях современного развития города Астрахани.

Научная новизна работы. В ходе работы получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной и составляющие предмет защиты (защищаемые положения):

1. закономерности пространственного размещения урбозёмов и почвоподобных тел на примере г. Астрахани;

2. определяющая роль антропогенного фактора в формировании полей загрязнения урбозёмов г. Астрахани;

3. уточненные фактические концентрации тяжелых металлов в урбоземах г. Астрахани.

Теоретической и методологической базой исследования послужили труды ведущих отечественных ученых в области почвоведения и геохимии почв: В.Д. Муха, Н.И. Картамышева, Д.В. Муха, Э.Г. Коломыц, Г.С. Глебовой, М.Н. Строгановой, Т.В. Прокофьевой, В.П. Белоброва, И.В. Замотаева, Т.М. Беляковой, Т.М. Диановой, Н.Д. Орловой и др., а так же собственные разработки автора. Помимо этого, методическая база исследования дополнена традиционными методами географических исследований: описательным, геохимическим; математико-статистическим, картографическим,

экспедиционным. Проведение вспомогательных операций с графическими материалами осуществлялось с использованием графического редактора CorelDraw 9.0, Adobe® Photoshop® 6.0, Macromedia® Flash™ MX.

Исходные материалы. Основой работы послужил фактографический материал, полученный автором в ходе полевых исследований 2007-2011гг., материалы ведомств природно-ресурсного блока Астраханской области, г. Астрахани, тематические разделы государственной статистики. Достоверность полученных результатов обоснована использованием большого объема инструментальных данных, полученных с помощью атомно-абсорбционного анализа.

Практическая значимость работы. Полученные данные использовались

Комитетом природопользования г. Астрахани при разработке программы по перспективному развитию г. Астрахани на 2009-2015гг. При подготовке ежегодных докладов о состоянии окружающей среды Астраханской области. Также они могут быть использованы при архитектурно-планировочном развитии г. Астрахани. Кроме того, материалы исследования использованы при разработке рабочих программ и лекционных курсов по следующим дисциплинам: «Экология почв», «Урбоэкология», «Урбоэкологическое планирование и проектирование», «Экология Астраханской области».

Апробация работы и публикации. Основные положения, научные и экспериментальные результаты докладывались и обсуждались на Международных, Межрегиональных и Всероссийских научно-практических конференциях: «Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов ЕЬРГГ - 2007» (Тольятти, 2007, 2009), «Современные проблемы экологии и безопасности» (Тула, 2007), «Наука. Образование. Молодёжь» (Майкоп, 2008), «Экологические проблемы природных и урбанизированных территорий» (Астрахань, 2010), «Современное состояние и стратегии сохранения природных и антропогенных экосистем» (Ахтубинск, 2010).

По теме диссертации опубликовано 11 работ, из них две - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, одна монография и одна электронная база данных.

Личный вклад автора заключается в сборе и статистической обработке самостоятельно полученных данных, в проведении полевых исследований, анализе результатов, определение основных групп урбозёмов г. Астрахани, формулировании выводов и разработки практических рекомендаций по теме диссертационной работы, создании картографических материалов.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, 3 глав, заключения, списка литературы (105 наименований) и приложения. Объем работы 150 страниц машинописного текста Работа включает 12 рисунков, 16 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы исследования, сформулированы цель и задачи, установлен объект и предмет исследования,

5

показана научная новизна, сформулированы защищаемые положения и практическое значение работы.

В первой главе «Особенности и морфо-генетическая характеристика урбоземов» рассматриваются основные морфо-генетические особенности городского почвенного покрова, факторы его образования и основные экологические функции урбоземов.

Почва играет большую роль в формировании здоровой городской среды, обеспечивая оптимальные условия для роста и развития растений. Представляя собой естественный фильтр, почвенный слой поглощает и удерживает загрязняющие вещества, при этом препятствуя их проникновению в грунтовые воды.

На сегодняшний день в результате интенсивного развития городской инфраструктуры естественный почвенный покров большей части крупных городов фактически уничтожен или сильно деградирован, а основной массив представляют трансформированные урбозёмы - специфический тип покрытия, в котором строительный и бытовой мусор смешан с зональными почвами и привозными грунтами.

Урбозёмы - являются составной частью городской природной среды и представляют собой тот экологический ресурс, который поддерживает жизнеспособность всего природного комплекса городской территории.

Урбозёмы отличны от естественных почв по химическим и водно-физическим свойствам. Для них характерно высокая степень переуплотнения, почвенные горизонты перемешаны и обогащены строительным мусором, бытовыми отходами, из-за чего имеют более высокую щелочность (рН достигает 8-9), чем их природные аналоги. Структура антропогено-измененной почвы города также отлична от структуры почвы, которая имеет природное происхождение (рис. 1).

В городской среде, формирование почвенного покрова происходит под воздействием основных природных факторов почвообразования, но уже с участием антропогенных факторов воздействия (рис. 2).

Рис. 1. Фото почвогрунтовой толщи по ул. Татищева (слева) и ул. Ленина (справа)

г. Астрахани

В условиях городской среды почвенный покров обладает разнообразными экофункциями и представляет собой полифункциональную почвогрунтовую урбоэкосистему. Но в результате интенсивной градостроительной, промышленной и хозяйственной деятельности городские почвы ограничены в своём экологическом функционировании.

Рис. 2. Факторы почвообразования урбозёмов

К наиболее важным экологическим функциям почвы урбанизированных территорий относятся: функция основы биологической продуктивности; функция территориального базиса; сорбционная функция городских почв/функция сорбции вещества и микроорганизмов/ функция аккумуляции и трансформации вещества и энергии; санитарно-гигиеническая функция; хранилище вещества и энергии.

Процесс урбанизации подразумевает возможную трансформацию и деградацию экологических функций городских почв (табл. 1).

Таблица 1

Возможная трансформация и деградация экологических функций городских почв _(по Герасимовой, Строгановой...2003, с дополнением автора)_

Природная почва Городская почва

Почва-грунт

1. При вертикальном перемещении химических веществ образует биогеохимический барьер. 2. Осуществляет биогеохимическое преобразование небольших поступлений инородных материалов. 1. Загрязнение почвы приводит к утрате функции биогеохимического барьера. 2. Грунт как источник загрязнения. 3. Снижение свойств как биогеохимического барьера.

Почва-вода

1. Переводит поверхностные стоковые воды в грунтовые и очищает их. 2. Образует сорбционный барьер защищающий от загрязнения речных вод. 3. Изменяет химический состав воды. 1. Загрязненная вода по запечатанной почве или по переуплотненной почвенной поверхности, попадает в речную сеть. 2. Функция сорбционного барьера утрачивается и вода, просачиваясь через почву, становится загрязненной. 3. Дополнительное насыщение водой от городских коммунальных сетей (подтопление, заболачивание).

Почва - воздух

1. Служит газопоглотительным барьером для антропогенных газовых примесей. 2. Является регулятором газового состава атмосферы. 1. Адсорбирует газовые примеси. 2. Служит источником пылевых взвесей, загрязнённых тяжелыми металлами. 3. При переуплотнении почвы затрудняется газообмен с атмосферой. 4. Под экранирующим покрытием или плотной коркой почвы образуется «парниковый эффект».

Почва - биота

1. Является средой обитания биоты. 2. Служит основой биопродуктивности. 3. Образует санитарный барьер. 1. Ослабление состава, структуры, функций биоты. 2. Снижение биопродуктивности почвы. 3. Появляются интродуцированные виды. 4. Увеличение патогенных микроорганизмов. 5. Происходит ослабление санитарных функций почвы. 6. Изменяется соотношение аэробных микроорганизмов.

Почва-человек

1. Рекреационное воздействие.

2. Составляющая часть пищевой цепи.

1. Поддержка рекреационных функций искусственно.

2. Исчезновение составляющей пищевой цепи.

Значительное снижение и ухудшение экологического функционирования городского почвенного покрова отмечается в крупных городах, которые имеют промышленное значение и мегаполисах - экономических, производственных и научных центрах.

Ухудшение экофункционирования почвенного покрова также характерно для г. Астрахани, что свидетельствует о неблагоприятных внутригородских условиях развития почвы.

Во второй главе «Классификация урбозёмов» дается характеристика основных групп урбозёмов и их распространение на территории г. Астрахани.

Современные урбанизированные территории являются сложными многофункциональными природно-антропогенными системами (урбоэко-системами), в которых почвенный покров является одним из природно-антропогенных комплексов города, испытывающий наибольшее антропогенное воздействие.

В городах выделяют следующие группы почв (рис. 3): 1) естественные почвы; 2) естественно - антропогенные поверхностно преобразованные почвы; 3) антропогенные глубоко-преобразованные почвы (антропоземы); 4) почвоподобные образования антропогенного и техногенного происхождения.

Естественный почвенный покров г. Астрахани представлен зональными бурыми полупустынными и аллювиальными почвами, которые приурочены к пойменному комплексу р. Волги и ее многочисленным рукавам. Почвы незатронутые антропогенной деятельностью, сосредоточены на окраинах города и примыкают к сельскохозяйственным районам.

Современное развитие почвенного покрова г. Астрахани происходит в условиях мощного антропогенного воздействия, которое возрастает по ходу развития городской инфраструктуры.

Рис. 3. Классификация урбозёмов (по В.Д. Муха, Н.И. Картамышева, Д.В. Муха, М.И.; Герасимовой М.Н. Строгановой с добавлением автора)

В настоящее время в городе отмечается увеличение площадей земель (или почвоподобных образований) .занятых городскими строениями, а также территориями, отведёнными под промышленно-производственное назначение.

На территории города выявляются 3 основные группы почв, которые представлены: 1) почвами естественного происхождения; 2) почвами антропогенного происхождения - урбанозёмами, культурозёмы, некрозёмами, индустриозёмами; 3) почвоподобными образованиями. При анализе функциональных зон города было установлено процентное соотношение почв по всей административной территории г. Астрахани (табл. 2).

Таблица 2

Процентное соотношение урбозёмов г. Астрахани _

№ п/п Почвы Площадь, %

1 Естественные 25

2 Урбанозёмы 9

3 Культурозёмы 20

4 Некрозсмы 2,5

5 Индустриозёмы 13,5

6 Почвоподобкые образования 30

Самые большие массивы естественных почв не подверженные антропогенной трансформации сосредоточены в Ленинском районе г. Астрахани, наименьшее количество почв естественного происхождения расположены в Кировском районе. В целом естественные почвы составляют 25% от общей административной площади города (рис. 4).

Урбанозёмы распространены во всех районах г. Астрахани. Как правило, они приурочены к административному центру, жилым массивам и промышленным районам города, но в настоящее время открытых урбанозёмов практически не осталось.

В ходе современного строительства и благоустройства города идёт запечатывание почвенного покрова дорожными покрытиями, особенно это прослеживается вдоль фасадов жилых домов и административных зданий города.

Условные ооозиачения:

в_ урблкчены кульпракмы кл.и.пра «мы с ч.л'шч 2 — «краж» »¿*ш ■ — нндустртпемы Я— нскро 1С мы

сстсстпсмнмс тчвы

Границы:

«вновшш» — адмнннс I рашвнмх районок I ирода

Административные районы города: 11 Кировский; 2) С овс1скнн'. 3» Ленниский: 4) Трусонский

Рис. 4. Карта-схема урбозёмов г. Астрахани

Значительную часть урбанозёмов можно встретить во дворах многоквартирных жилых массивов. Проследить формирование урбанозёма можно на территориях, где идут современные строительные работы. С применением строительных машин, происходит изъятие и подъём на дневную поверхность большого количества грунтового материала и последующее его перемешивание с остатками почвенного и почвогрунтового материала, с привозными грунтами, а также со значительным количеством строительного мусора при засыпке и разравнивании поверхности на завершающем этапе возведения объектов инженерного строительства. Площадь урбанозёмов г. Астрахани в процентном соотношение составляет около 9% (табл. 2, рис. 4).

Наибольшие массивы культурозёмов приурочены к окраинам города Астрахани, где расположены дачные участки и городские сады. В промышленных, жилых районах и административно-деловом центре культурозёмы встречаются в городских парках и скверах, вдоль автомобильных дорог, и выполняют рекреационно-защитное назначение. Культурозёмы встречаются во всех административных районах г. Астрахани и в процентном соотношении составляет 20% (табл. 2, рис. 4).

Некрозёмы в городе Астрахани встречаются в 3 районах: Кировском; Советском; Трусовском. Наибольшая площадь распространения отмечается в Советском районе. Они формируются на окраинах города и общая их площадь в процентном соотношение составляет около 2,5%.

Индустриозёмы г. Астрахани распространены во всех 4 административных районах и приурочены к промышленным территориям города. Данная группа урбозёмов имеет наибольшую площадь распространения в Трусовском районе, так как именно в этом районе сосредоточено большое количество судоремонтных заводов, причалов, промышленных зон и промышленно-складских помещений. В Кировском районе, индустриозёмы и интрузёмы встречаются реже и составляют около 0,5 %. Общая площадь индустриозёмов в процентном соотношение относительно общей площади города Астрахани составляет около 13,5% (табл. 2, рис. 4).

Почвоподобные образования (почвогрунты) встречаются во всех административных районах города, но при этом их распространение происходит не равномерно, что объясняется градостроительной политикой и развитием городской инфраструктуры. По общей площади городской территории почвогрунты занимают первое место (30% от общей площади городской территории) и это обусловлено тем, что они приурочены к зонам городских застроек (здания и сооружения различного функционального значения) и элементам городской инфраструктуры (коммуникации и дороги).

Наибольшую площадь почвоподобные образования занимают в Кировском районе г. Астрахани, что связано с наибольшей концентрацией городских строений по отношению к территориям не занятые объектами городской инфраструктуры.

Во всех городах, в настоящее время, в том числе и г. Астрахани большое влияние на почвообразование оказывает запечатанность (формирование экраноземов). Было определено процентное соотношение площадей экранозёмов города Астрахани. Максимальное количество запечатанных почв и почвоподобных образований под инженерными конструкциями и дорожными покрытиями располагаются в Кировском районе. Площадь запечатанной территории района в процентном соотношении составляет 67,6%. Меньше всех запечатан экранирующими покрытиями Трусовский район, в котором площадь экранозёмов составляет 16,5%. Площадь экранозёмов в целом по г. Астрахани составляет около 35%, но современное развитие городской инфраструктуры (возведение новых жилых массивов, облагораживание территорий зданий декоративной плиткой, асфальтирование) приведут к увеличению площадей запечатанных непроницаемым асфальтобетонным и каменным покрытиями.

Таким образом, современное развитие инфраструктуры г. Астрахани ведёт к увеличению площадей почв антропогенного происхождения.

В третьей главе « Современная деградация и загрязнение почвенного покрова в условиях городской среды (на примере г. Астрахани)» дается описание основных процессов деградации урбоземов на примере г. Астрахани. 14

Экологические функции почвы весьма динамичны и подвержены сильному изменению в результате антропогенного влияния. Высокий уровень антропогенной и техногенной нагрузки на почвы в крупных городах и мегаполисах приводит к их деградации и загрязнению.

На территории города Астрахани остро ощущаются проблемы связанные с деградацией и загрязнением почвенного покрова, источниками, которых являются процессы антропогенного происхождения связанные с развитием городской территории. Антропогенные процессы, агрессивно воздействующие на почвенную поверхность, привели к изменению естественного функционирования почв, что в результате привело к ухудшению их свойств и соответственно снижению их природно-хозяйственной значимости земель.

На территории г. Астрахани выявлены деградационные процессы, происходящие в почвенном покрове и имеющие разную интенсивность протекания. Среди основных процессов деградации урбоземов города Астрахани являются: 1) загрязнение почвенного покрова химическими веществами антропогенного происхождения (автотранспорт); 2) подтопление почвенной толщи в результате неконтролируемых утечек из коммунальных сетей города и в связи с аварийными ситуациями; 3) процесс засоления и осолонцевание почв в городе Астрахани происходит не только в результате природных особенностей территории, но и в результате искусственного поступления соли и различных антигололедных реагентов на поверхность дорожных покрытий в зимнее время и дальнейшее их перемещение с водными потоками на обочины в почвенную толщу; 4) процесс оглеения, который был вызван чрезмерным и длительным переувлажнением почвы; 5) эрозионные процессы выраженные дефляцией и водной эрозией, усиленные антропогенной деятельностью (инженерно-строительные работы); 6) захламление почвенной поверхности абиотическими наносами, возникающие, при строительной деятельности; 7) вытаптывание, возникающее в результате интенсивного перемещения транспорта и людских потоков по открытой почвенной поверхности.

Для урбоэкологии актуальной проблемой является загрязнение почвенного покрова радиоактивными элементами, химическими и органическими веществами, а также промышленно-бытовыми отходами.

К одной из основных проблем окружающей среды города Астрахани относится загрязнение почв тяжелыми металлами.

Проблема эколого-геохимической оценки загрязнения почв Астраханской агломерации ранее были рассмотрены в работах Беляковой Т.М., Диановой Т.М., Орловой Н.Д (1998); Асановой Г.З. и др. (2009); в которых было указано то, что основными загрязнителями по количественным показателям концентрации вещества в почве являются цинк (Zn), свинец (РЬ) и хром (Сг).

С целью продолжения изучения современного состояния почвенного покрова г. Астрахани и степени загрязнения урбоземов основными веществами загрязнителями относящиеся к группе тяжелых металлов, в 2010 году были проведены полевые и лабораторные исследования, на основании которых были составлены карто-схемы геохимических аномалий тяжелых металлов в почве. С помощью атомно-абсорбционного анализа и метода пламенной атомно-абсорбционной спектрометрии были установлены показатели содержания цинка (Zn), свинца (РЬ) и хрома (Сг) в 104 образцах почв, которые были взяты в разных районах города (рис. 5, 6, 7). В таблице 3 показаны усредненные данные по концентрации и превышению гигиенических нормативов ПДК по цинку (Zn), свинцу (РЬ), хрому (Сг) в верхнем слое почвы (0-15 см) г. Астрахани.

К пробам с наиболее высокими показателями по всем трём химическим элементам (цинк, свинец, хром) относительно установленных гигиенических нормативов ПДК относятся пробы, взятые по: ул. Адмиралтейская (Zn - 195 мг/кг; РЬ - 89,1 мг/кг; Сг - 23,4 мг/кг); ул. Яблочкова (Zn - 194 мг/кг; РЬ - 67,9 мг/кг; Сг- 21,4 мг/кг); ул.Староверова (Zn - 175,4 мг/кг; РЬ - 57,6 мг/кг; Сг-19,6 мг/кг); ул. Савушкина (Zn-218 мг/кг; РЬ-50,1 мг/кг; Сг-21,2 мг/кг).

Наибольшее превышение цинка (Zn) относительно норм ПДК в пробах почв, отмечается по улице Савушкина и превышает показатели предельно допустимой концентрации в 2 раза. 16

По улице Адмиралтейская, отмечается наибольшая концентрация свинца (РЬ) 89,1 мг/кг, что превышает норматив ПДК в 2,8 раза. Наименьшая концентрация цинка, свинца и хрома отмечается в пробах почв, которые были взяты по улицам: ул.С.Перовская; ул. Магистральная; ул. Вильямса. Превышение нормативов ПДК в пробах, взятых по вышеперечисленным улицам, имеют незначительный показатель, а концентрация исследуемых химических элементов в пробе почвы имеют минимальные показатели.

Также было проведено определение суммарного показателя загрязнения (2с) почв г. Астрахани, результатом чего стало выявление основных ореолов концентрации загрязняющих веществ (рис. 8).

В Кировском районе города был выявлен ореол концентрации загрязняющих веществ с наибольшими средними суммарными показателями расположенный в районах улиц Савушкина и Яблочкова, которые соответствуют 7л=92.

В центральной части города при среднем суммарном показателе загрязнения 73 выявляется зона с максимальным суммарным показателем загрязнения по городу 2с=100.

Наименьшие средние суммарные показатели отмечаются в Советском (7.с = 66) и Трусовском районе (2с=56) города. В этих ореолах загрязнения имеются зоны концентрации суммарного загрязнения с показателями в Советском районе 7л=12, а в Трусовском районе Ъс-1А.

Таблица 3

Показатели концентрации и превышения гигиенических нормативов ПДК ГН 2.1.7.2041-

Среднее Среднее Среднее /

валовое валовое валовое

содержание / содержание / содержание

Я /п, мг/кг Превышение РЬ, мг/кг / Превышение Сг, мг/ кг / Превышение

ПДК валового ПДК валового ПДК валового

содержания /л, кратность У содержания РЬ, кратность содержания Сг, кратность

1 ул. Савушкина

209,0/2,0 48,7/1,5 20,0/3,3

ул. Яблочкова

2 189,0/1,9 66,5/2,0 21,0/3,5

ул. С.Перовская

3 94,0/0,9 29,2/0,9 13,8/2,3

ул. Адмиралтейская

4 190,0/1,9 87,9/2,7 23,0/3,9

ул. Н.Островского

5 159,0/1,6 48,3/1,5 20,4/3,4

ул. Боевая

6 152,0/1,5 47,9/1,5 20,5/3,4

ул. Магистральная

7 99,5/1,0 26,8/0,8 15,5/2,6

ул. Пушкина

8 152,3/1,5 54,8/1,7 16,3/2,7

9 ул. Вильямса

100,2/1,0 24,5/0,7 14,4/2,4

10 ул. Адмирала Нахимова

100,0/1,0 18,7/0,6 19,2/3,2

11 ул. Кубанская

150,3/1,5 48,6/1,5 25,9/4,3

12 ул. Староверова

175,0/1,7 57,2/1,8 19,3/3,2

13 ул. Автозаправочная

162,8/1,6 53,4/1,7 17,7/3,0

Анализ суммарных показателей загрязнения почвенного покрова г. Астрахани позволил выявить 5 основных ореолов загрязнения и установить то, что степень загрязнения почв в целом по городу отнесена к категории чрезвычайной экологической ситуации. При этом было определенно то, что наиболее крупные объекты, расположенные на территории города, деятельность которых приводит к загрязнению окружающей среды, а также ведет к поступлению тяжелых металлов в урбоземы сосредоточены в 3 административных районах, а именно в: Ленинском, Кировском, Советском.

Рис. 5. Карта-схема ореолов загрязнения почв г. Астрахани цинком (Хп)

Рис. 6. Карта-схема ореолов загрязнения почв г. Астрахани свинцом (РЬ)

Рис. 7. Карта-схема ореолов загрязнения почв г. Астрахани хромом (СТ)

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

■ - прснышсннг устаповлсиного I Ш НСНИЧССКОГО ШфМаМШа ^^ ПДК нал опою солсржаиии хрома п пробе в 4 ра 1а

ВВ - |||№11М111С111Н'уг1аН0в.№НН0Г01 шншичгскшо ипрчашва ^^ НДК валовою солсржании хрома в прпог в 3 рам

^^ НДК валовою содержании хрома в пропс в 2 ра 1а

Административные районы города:

1) Кировский: 2) Советский: 3) Ленинский: 4) Трусивекин

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

^ 1агря111НЮ1||нх вепкчмв

| |-ореол сролисю показателя кои поп границ ряшяншшх

Административные районы города: I) Кировский:.2) Советский: 3) Ленинский; 4) Трусовский

Рис. 8. Карта-схема суммарного загрязнения почв г. Астрахани тяжелыми металлами

Также было установлено то, что расположение ореолов концентрации тяжелых металлов соответствует расположению дорог с наибольшей напряженностью автомобильного потока и соответствует территориально сгруппированным предприятиям города.

Заключение

1. Проведено зонирование и определена площадь антропогенноизмененных почв г. Астрахани, которая составляет около 16,5 т. га, что составляет 79 % от общей площади города.

2. Установлен масштаб запечатывания городской территории г. Астрахани асфальтобетонным покрытием, который составляет свыше 40% (8,5 т. га) общей площади городской земли.

3. Определены основные деградационные процессы почвенного покрова г. Астрахани, вызванные масштабным процессом урбанизации территории, которые включают в себя: 1) загрязнение почвенного покрова химическими веществами антропогенного происхождения (автотранспорт); 2) подтопление почвенной толщи в результате неконтролируемых утечек из коммунальных сетей города и в связи с аварийными ситуациями; 3) процесс засоления и осолонцевание почв в городе Астрахани происходит не только в результате природных особенностей территории, но и в результате искусственного поступления соли и различных антигололедных реагентов на поверхность дорожных покрытий в зимнее время и дальнейшее их перемещение с водными потоками на обочины в почвенную толщу; 4) процесс оглеения, который был вызван чрезмерным и длительным переувлажнением почвы; 5) эрозионные процессы выраженные дефляцией и водной эрозией, усиленные антропогенной деятельностью (инженерно-строительные работы); 6) захламление почвенной поверхности абиотическими наносами, возникающие, при строительной деятельности; 7) вытаптывание, возникающее в результате интенсивного перемещения транспорта и людских потоков по открытой почвенной поверхности.

4. На территории города Астрахани выявлены 5 зон техногенных

21

геохимических аномалий тяжелых металлов в почве, которые превышают показатели нормы ПДК в 2-4 раза.

5. С учетом проведенных исследований разработаны карты загрязнения почв г. Астрахани тяжелыми металлами и суммарного загрязнения почв.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Работы, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Синцов, A.B. Современная классификация почвенного покрова городских территорий [Текст] / A.B. Синцов, А.Н. Бармин // Геология, география и глобальная энергия. -2011. -№3.- С. 149 — 155.

2. Синцов, A.B. Загрязнение почвенного покрова г. Астрахани тяжелыми металлами [Текст] / A.B. Синцов, А.Н. Бармин II Естественные и технические науки. 2011. №5 (55). - С. 218-223.

3. Бармин, А.Н. Электронная база данных: Почвенный покров урбанизированных территорий. / А.Н. Бармин, М.Ж. Неталиев, Е.А. Бармина, Е.А. Колчин, И.С. Шарова, М.М. Иолин, JI. Хунас, М.Ю. Мамедов, A.B. Синцов. Свидетельство о государственной регистрации базы данных №2011620388 от 25.05.2011.

Монография

4. Синцов, A.B. Почвенный покров урбанизированных территорий [Текст] / A.B. Синцов, А.Н. Бармин, Г.У. Адямова// - Астрахань: Изд-во «АЦТ», 2010.-164 с.

Работы, опубликованные в научных сборниках, журналах и материалах

конференций

5. Бармин, А.Н. Современные проблемы городских почв [Текст] / А.Н. Бармин, A.B. Синцов II Южно-Российкий вестник геологии, географии и глобальной энергии. - 2007, №2. - С. 26-29.

6. Никулина Е.М. Проблемы современного ведения мониторинга земель [Текст] / Е.М. Никулина, A.B. Синцов, Г.У. Адямова, А.Н. Бармин, М.М. Иолин // «Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов ELPIT - 2007», Тольятти: ТГУ, 2007. - Т.2 - С. 151-154.

7. Синцов, A.B. Загрязнение городских почв на примере г. Астрахани [Текст] / A.B.

Синцов, А.Н. Бармин // Наука. Образование. Молодёжь.: Материалы V 22

Всероссийской научной конф. молодых учёных. - Майкоп: изд-во АТУ, 2008 -С. 229-232.

8. Синцов, A.B. Проблемы городских почв на примере г. Астрахани [Текст] / A.B. Синцов, А.Н. Бармин // Современные проблемы экологии и безопасности: III Всероссийская научно - техническая Интернет-конференция: Сб. матер, конф. / - Тула: Изд-во ТулГУ, 2007. - С. 22-23.

9. Синцов, A.B. Антропогенное и техногенное изменение почвенного покрова г.Астрахани [Текст] / A.B. Синцов, А.Н. Бармин // Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов: ELPIT 2009 -Тольятти: ТГУ, 2009. - Т.2. - С. 58-63.

10. Синцов, A.B. Современная динамика почвенного покрова урбанизированных территорий [Текст] / A.B. Синцов, А.Н. Бармин // Экологические проблемы природных и урбанизированных территорий: Материалы III Международной научно-практической конференции - Астрахань: Издательский дом «Астраханский университет» , 2010. - [3] - С. 208-211.

11. Синцов, A.B. Современное изменение почвенного покрова г. Астрахани под воздействием антропогенно-техногенных источников городской инфраструктуры [Текст] / A.B. Синцов, И.С. Шарова, А.Н. Бармин // Современное состояние и стратегии сохранения природных и антропогенных экосистем / Мин-во природных ресурсов и экологии РФ, ГПЗ «Богдинско-Баскунчакский» и др. - Волгоград: 2010. - С.72.

12. Синцов, A.B. Изменение почвенного покрова города Астрахани под воздействием антропогенных источников [Текст] / A.B. Синцов, И.С. Шарова, И.Г. Яковлев // Вопросы степневедения. Оренбург: ИС УрО РАН, 2011. -. С. 147-149.

13. Синцов, A.B. Современное содержание свинца (РЬ) в урбоземах города Астрахани [Текст] / A.B. Синцов, А.Н. Бармин, О.И. Арнаут // Экология России: на пути к инновациям: - Астрахань: Издатель: Сорокин Роман Васильевич, 2011. - Вып. 5. -С. 78 - 81.

Подписано в печать 20.04.12 г. Бумага офсетная. Гарнитура Times New Roman. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100. Заказ № 52. 414000, г. Астрахань, ул. Шаумяна, 71

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Синцов, Александр Владимирович, Астрахань

61 12-11/152

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Астраханский государственный университет»

На правах рукрциси ^ //у ^^

Синцов Александр Владимирович

ПОЧВЕННЫЙ ПОКРОВ УРБОСИСТЕМ: СОСТОЯНИЕ, ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ И ИСТОЧНИКИ ДЕГРАДАЦИИ (НА ПРИМЕРЕ Г.АСТРАХАНИ)

Специальность 25.00.26 - Землеустройство, кадастр

и мониторинг земель

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук

Научный руководитель -д.г.н., профессор Бармин А.Н.

АСТРАХАНЬ - 2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.................................................................................4

ГЛАВА 1. Урбозёмы: особенности и структура......................................9

1.1. Генезис городской почвы....................................................12

1.2. Почвообразующие факторы урбанизированной территории.........22

1.2.1. Рельеф............................................................................23

1.2.2. Почвообразующие породы...................................................25

1.2.3. Климат..........................................................................27

1.2.4. Растительность..................................................................30

1.2.5. Почвенная фауна................................................................33

1.2.5.1. Роль животных организмов в почвообразовании.......................34

1.2.5.2. Роль микроорганизмов в почвообразовании............................35

1.2.6. Урбанизация и антропогенное воздействие на почвенный покров......38

1.3. Экологические функции городских почв.................................42

1.4. Физико-химическая характеристика городских почв.................48

1.4.1. Основные показатели и особенности химических и физико-химических свойств городской почвы...................................48

1.4.2. Основные показатели и особенности физических свойств городской почвы..............................................................52

1.4.3. Водно - физические свойства и особенности городских почв......57

1.4.4. Воздушно - физические свойства и особенности городских почв.....58

1.4.5. Теплофизические свойства и особенности городских почв.........60

ГЛАВА 2. Урбозёмы: морфология и классификация...............................64

2.1. Естественные почвы...........................................................65

2.2. Естественно-антропогенные поверхностно-преобразованные почвы.............................................................................68

2.3. Антропогенные глубоко-преобразованные почвы.....................68

2.3.1. Физически преобразованные почвы.......................................69

2.3.2. Химически преобразованные почвы.....................................72

2.4. Почвоподобные образования - почвогрунты...........................73

2.4.1. Антропогенные почвоподобные образования..........................74

74

2.4.1.1. Рекреационные почвы.......................................................

2.4.1.2. Почвогрунты плоскостных технических сооружений................77

79

2.4.1.3. Тепличные почвы.............................................................

83

2.4.1.4. Огородные почвы............................................................

84

2.4.1.5. Рекультивируемые почвы...................................................

ос

2.4.1.6. Польдерные или кольматационные почвы..............................

2.4.2. Техногенные почвоподобные образования..............................86

2.5. Развитие урбозёмов в г. Астрахани........................................90

ГЛАВА 3. Современная деградация и загрязнение почвенного покрова

в условиях городской среды (на примере г. Астрахани)..............98

по

3.1. Современная деградация почвенного покрова..........................

3.2. Основные процессы деградации почвенного покрова

А ..............103

г. Астрахани..........................................................

3.3. Загрязнение почвенного покрова урбанизированных

..............104

территории.......................................................

3.4. Загрязнение почвенного покрова тяжёлыми металлами............108

11 ?

3.5. Загрязнение почвенного покрова пестицидами........................* ^

3.6. Засоление почвы в условиях урбанизации.............................113

3.7. Микробиологическое загрязнение почвенного покрова города.... 114

3.8. Деградация и загрязнение почвенного покрова г. Астрахани.......116

3.8.1. Химическое загрязнение почвенного покрова г. Астрахани.......119

3.8.2. Исследование почвенного покрова основных линейных объектов автотранспортного движения г. Астрахани на содержание цинка,

свинца, хрома....................................................................^

3.8.3. Мероприятия по восстановлению почвенного покрова

1

г. Астрахани....................................................................

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...........................................................................139

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК...............................................141

ВВЕДЕНИЕ

Развитие человеческого общества сопряжено с увеличением антропогенного воздействия на все природные сферы планеты Земля. В отдельных случаях отмечается не только изменение природных экосистем, но и их полное разрушение.

Современная человеческая деятельность на данный момент представляет собой один из самых основных средообразующих факторов в урбоэкосистемах. Градостроительная и промышленно-производственная деятельность человека формирует особый природно-антропогенный территориальный комплекс, которому свойственно наличие нарушенных естественных природных связей имеющие место между различными их компонентами, а также замена естественного режима функционирования на искусственно обусловленный режим.

Воздействие городской инфраструктуры и интенсивной деятельности человека приводит к существенному и часто необратимому изменению природного комплекса городской системы, в результате чего происходит: изменение гидрографической сети и рельефа, формируется специфический тип городского микроклимата, естественная растительность заменяется искусственно созданными фитоценозами, за счёт увеличения площадей застройки и искусственных покрытий уничтожается или сильно изменяется почвенный покров.

Современные урбанизированные территории являются сложными многофункциональными природно-антропогенными системами

(урбоэкосистемами), в которых почвенный покров является одним из природно-антропогенных комплексов города, испытывающий наибольшее антропогенное воздействие. Именно он обеспечивает продуктивность урбоэкосистемы, возможность её самовосстановления и самоочищения.

Осуществляя важные средообразующие функции, городской

почвенный покров выступает универсальным физико-химическим и

4

биологическим адсорбентом, поставщиком и регулятором содержания углекислого газа, кислорода и азота в воздухе, оказывает влияние на химический состав подземных вод, атмосферных осадков и воздуха.

Городские почвы также выполняют функцию естественного природного аккумулятора, накапливая в себе вещества и элементы как природного, так и техногенного происхождения.

Городской почвенный покров - это сложный объект, располагающийся на стыке природных и антропогенных систем урбанизированных территорий, в которых происходит наложение антропогенных процессов на естественные процессы почвообразования.

В пределах городов почвенный покров неоднороден, и во многом зависит не только от природных особенностей региона, но и от его градостроительной политики, в первую очередь, от социально-исторических аспектов формирования городской среды, перепрофилирования территории, традиций создания, реконструкции газонов и др.

Урбанизация и производственная деятельность человека в новых экологических условиях становятся ведущими факторами почвообразования, формируя специфические типы почв и усложняя структуру почвенного покрова.

Актуальность исследования. Современный процесс развития и функционирования городских комплексов промышленно-энергетического, коммунально-хозяйственного, транспортного и аграрного значения отрицательно сказывается на состоянии почвенного покрова урбоэкосистем, что выражается в процессах загрязнения и деградации почвы, трансформации и разрушении естественного почвенного покрова, в смене зональных почв.

В связи со сложившейся ситуацией, деградация и загрязнение почвенной толщи урбоэкосистем продуктами жизнедеятельности «города» представляют собой одну из основных проблем современной урбоэкологии.

Город Астрахань представляет собой один из промышленных центров

на юге страны с развитой инфраструктурой, в котором четко выражены

5

экологические проблемы, затрагивающие все сферы окружающей природной среды и в частности почвенного покрова.

Актуальность, недостаточная научная разработанность и практическая значимость исследуемой проблемы определили выбор цели исследования.

Объектом исследования являются урбозёмы г. Астрахани.

Предмет исследования - состояние урбозёмов в условиях современного развития г. Астрахани.

Целью диссертационной работы является оценка современного состояния городских почв, почвоподобных образований и анализ особенностей основных процессов и источников деградации урбозёмов г.Астрахани.

В связи с поставленной целью решались следующие задачи:

1) изучить морфогенетические характеристики урбозёмов;

2) определить основные группы урбозёмов на территории г. Астрахани;

3) оценить влияние основных источников загрязнения и деградации почвенного покрова г. Астрахани;

4) провести геохимическую и санитарно-гигиеническую оценку загрязнения и деградации урбозёмов г. Астрахани;

5) выявить закономерности формирования полей загрязнения почв на территории г. Астрахани.

Теоретической и методологической основой диссертации послужили труды В.Д. Муха, Н.И. Картамышева, Д.В. Муха, Э.Г. Коломыц, Г.С. Глебовой, М.Н. Строгановой, Т.В. Прокофьевой, В.П. Белоброва, И.В. Замотаева, Т.М. Беляковой, Т.М. Диановой, Н.Д. Орловой и др.

Методы исследования: Для решения поставленных задач использовались следующие методы: описательный, геохимический; математико-статистический, картографический, экспедиционный.

Проведение вспомогательных операций с графическими материалами осуществлялось с использованием графического редактора CorelDraw 9.0, Adobe® Photoshop® 6.0, Macromedia® Flash™ MX.

Исходная информация. Основой работы послужил фактографический материал, полученный автором в ходе полевых исследований 2007-2011гг., материалы ведомств природно-ресурсного блока Астраханской области, г. Астрахани, тематические разделы государственной статистики. Достоверность полученных результатов обоснована использованием большого объема инструментальных данных, полученных с помощью атомно-абсорбционного анализа.

Научная новизна работы. В ходе работы получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной и составляющие предмет защиты (защищаемые положения):

1. закономерности пространственного размещения урбоземов и почвоподобных тел на примере г. Астрахани;

2. определяющая роль антропогенного фактора в формировании полей загрязнения урбоземов г. Астрахани;

3. уточненные фактические концентрации тяжелых металлов в урбоземах г. Астрахани.

Практическое значение работы заключается в использовании полученных материалов для создания электронной базы урбоземов города Астрахани и последующим слиянием с электронной базой почв Астраханской области по средствам использования информационных технологий и непосредственно ГИС-технологий. Результаты исследований и выводы могут быть использованы в комитете экологии и природных ресурсов Астраханской области для экологической оценки природной среды города и обоснования проведения природоохранных мероприятий в исследуемом районе. Результаты исследований могут быть использованы при проведении практических занятий по дисциплинам «Экология почв»,

«Урбоэкология» студентам географических специальностей ВУЗов Астраханской области.

Апробация работы и публикации. Полученные сведения докладывались на Международных, Межрегиональных и Всероссийских научно-практических конференциях: «Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов ELPIT - 2007» (Тольятти, 2007, 2009), «Современные проблемы экологии и безопасности» (Тула, 2007), «Наука. Образование. Молодёжь.» (Майкоп, 2008), «Экологические проблемы природных и урбанизированных территорий» (Астрахань, 2010), «Современное состояние и стратегии сохранения природных и антропогенных экосистем» (Ахтубинск, 2010).

По теме диссертации опубликовано 11 работ, из них две - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, одна монография и одна электронная база данных.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, 3 глав, заключения, списка литературы (105 наименований) и приложения. Объем работы 150 страниц машинопечатного текста. Работа включает 12 рисунков, 16 таблиц.

ГЛАВА 1. УРБОЗЁМЫ: ОСОБЕННОСТИ И СТРУКТУРА

Почвы играют большую роль в формировании здоровой городской среды, обеспечивают оптимальные условия для роста и развития растений. Почвенный слой представляет собой естественный фильтр, который поглощает и удерживает загрязняющие вещества, препятствует их проникновению в грунтовые воды.

На сегодняшний день естественный почвенный покров большей части крупных городов фактически уничтожен. Вместо него сложился специфический тип покрытия, в котором строительный бытовой мусор -кирпичная крошка, битое стекло, куски асфальта - смешан с зональными почвами.

В городской среде почвенный покров образуется под воздействием тех же факторов почвообразования, что и естественные (природные) почвы, но при ведущем факторе воздействия антропогенного происхождения.

Урбозёмы - являются составной частью городской природной среды и представляют собой тот экологический ресурс, который обеспечивает жизнеспособность всего природного комплекса.

Урбозёмы отличны от естественных почв по химическим и водно-физическим свойствам. Для них характерно высокая степень переуплотнения, почвенные горизонты перемешаны и обогащены строительным мусором, бытовыми отходами (см. Приложение: Фото 2), из-за чего имеют более высокую щелочность (рН достигает 8-9), чем природные их аналоги.

Также на территории города, щёлочность почв увеличивается за счёт повышенного поступления из атмосферы карбонатов кальция и магния.

Городские почвы (урбозёмы) 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

9

генетических горизонтов и наличие различных по окраске и мощности слоев антропогенного происхождения.

Структура почвы - это взаимное расположение в почвенном теле структурных отдельностей определённой формы и размеров. Она как любая сложная иерархическая организованная система состоит из компонентов, способности их к функционированию, а также обладает новыми, возникшими свойствами.

Специфика структуры почвенного покрова городских территорий заключается в его мозаичности и неоднородности (горизонтальной, вертикальной, исторической (временной)).

Наиболее характерными особенностями структуры почвенного покрова крупных городов, в отличие от структуры почвенного покрова естественных территорий, являются:

- разнообразие городских почв определяется разными видами антропогенных воздействий: arpo-, урбо- и техногенных и формирования вследствие этого агропочв, урбопочв и технопочв.

- в условиях крупных городов наблюдается пространственная смена почв, почвоподобных тел и грунтов фундаментами зданий, коммуникациями, карьерами и почвами запечатанными под дорогами и асфальто-бетонными покрытиями. Это приводит к увеличению сложности почвенного покрова, происходящее за счёт фрагментарности распространения почвенного покрова, его дискретности (прерывности) и увеличению мелкоконтурности почвенных выделов.

- увеличение контрастности структуры почвенного покрова городских территорий происходит за счёт формирования техногенных отложений.

- урбанизация территорий приводит к изменению морфо-метрических показателей структуры почвенного покрова. Форма почвенных контуров зачастую близка к простым геометрическим фигурам, а их границы искусственны и в большей степени определяется расположением дорог и зданий.

- основную часть города занимают почвенные мозаики и сочетания-мозаики слаборазвитых и глубоко-преобразованных почв и почвоподобных тел. В составе почвенных комбинаций ненарушенных и слабонарушенных территорий преобладают сочетания и вариации естественных и слабонарушенных почв.

Структура почвенного покрова города обусловлена характером антропогенного воздействия на земли поселений.

Выделяют зоны: жилые, общественно-деловые, производственные, инженерные и транспортные инфраструктуры, рекреационные, сельскохозяйственного использования, специального назначения, военных объектов, иные зоны. Поэтому почвенный покров отражает особенности застройки, использования и последующей эксплуатации зданий, строений, т. е. градостроительный регламент зоны.

В жилой зоне распространены почвы слабо - и среднегумусированные, сформированные на насыпных, привозных и перемешанных грунтах.

В общественно-деловой зоне доминируют почвы, покрытые асфальтом, бетоном, покоящиеся на мощном культурном слое.

В производственной зоне распростра�