авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

«Федеральное государственное автономное образовательное учреж- дение высшего профессионального образования «Северный (Арктический) федеральный университет ...»

-- [ Страница 2 ] --

Оценка, Суммарный показатель Степень загрязнения балл загрязнения Слабая 1 Средняя 2 3- Сильная 3 С целью оценки буферных свойств почвы, то есть способности ее аккумулировать ТМ в виде соединений, недоступных растениям, были использованы коэффициенты подвижности и защитных свойств:

С п.ф. С п.ф.

Кп = ;

Кз = 100 *100%, где Сп.ф. – концентрация подвиж С в.ф. С в.ф.

ных форм химического элемента, С в.ф. – валовое содержание химиче ского элемента в почве (Мажайский и др., 2003;

Бушуев, 2006).

В качестве критерия степени загрязненности почв и возможной транслокации ТМ в растения использовался коэффициент подвижно НС сти КП =, представляющий собой соотношение содержания груп ПС пы непрочно связанных соединений (НС) к содержанию группы прочно связанных соединений ТМ (ПС) (Минкина и др., 2009).

Для характеристики депонирующих свойств корня у растений применяли коэффициент задержки как отношение содержания эле мента в корне к его содержанию в наземной части:

Ск КЗ =, где Ск – содержание химического элемента в корне;

Сс – со Сс держание химического элемента в наземной части растений.

Интенсивность биологического накопления элементов, их потен циальная доступность, оценивалась с помощью коэффициента биологи ческого накопления:

Ср КБН =, где Сп – валовое содержание элемента в почве, Ср – кон Сп центрация элемента в растении. Величина биологического накопления определялась по градации (табл. 2.4), предложенной А.И. Перельма ном.

Таблица 2.4. Шкала оценки интенсивности накопления элементов по величине КБН (Перельман, Касимов, 1999) Величина биологического накопления Значение КБН Энергично накопляемые 10– Сильно накопляемые 1– Слабого накопления или среднего захвата 0,1–1, Слабого захвата 0,01–0, Очень слабого захвата 0,001–0, Для установления видовой специфики растений и влияния условий их произрастания (тип почвы и е свойства) на степень потребления хи мических элементов, то есть их актуальную доступность растениям, оп ределяли с помощью коэффициента биогеохимической подвижности Cв растении Кбхгп =, где СПФ в почве – содержание подвижных форм элемен C ПФ в почве та в почве, Св растении – концентрация элемента в растении (Уфимцева, Терехина, 2005).

Для оценки экологического состояния почвы через содержание химических элементов в разнотравье (по превышению МДУ) использо вали биогеохимический показатель загрязнения территории:

Ci ГС =, где Сi – концентрация химического элемента в разно МДУ i травье, МДУi максимально-допустимый уровень химического элемен та в растении, мг/кг (Протасов, Молчанов, 1995).

Для оценки буферности почв по отношению к ТМ (табл.2.5) через их физико-химические параметры (содержание гумуса и физической глины, %, рНводн.) использовали шкалу буферности (табл. 2.6), разрабо танную В.Б. Ильиным (1995).

Таблица 2.5. Градация почв по отношению к тяжелым металлам Степень буферности Суммарный балл Очень низкая Низкая 11- Средняя 21- Повышенная 31- Высокая 41- Очень высокая Таблица 2.6. Шкала буферности почв по отношению к тяжелым металлам (Ильин, 1995;

Трифонова и др., 2010) Показатели Балл Балл с учетом по правочного коэф Название Ранги фициента 1,0 1,0 1, Содержание гуму- 1,1-2,0 2,0 2, са, % 2,1-4,0 3,5 3, 4,1-6,0 5,0 5, 6,1-8,0 6,5 6, 10 1,0 2, Содержание физи- 11-20 2,0 5, ческой глины, % 21-45 4,0 10, 46-60 6,0 15, 60 8,0 20, 5,1-5,5 1,0 2, Величина рН вод- 5,6-6,0 2,0 5, ной почвенной вы- 6,1-6,5 3,0 7, тяжки 6,6-7,0 4,0 10, 7,1-7,5 5,0 12, 7,6-8,0 6,0 15, 1,0 1,0 1, Содержание полу- 1,1-2,0 2,5 2, торных оксидов, % 2,1-3,0 4,0 4, 3,1-4,0 5,5 5, 4,1-5,0 7,0 7, 0,5 1,0 1, Содержание кар- 0,6-1,5 2,5 3, бонатов, % 1,6-2,5 4,5 6, 2,6-3,5 6,5 9, 3,6-4,5 8,5 12, 4,6 10,5 15, Для оценки экологического состояния почв по биологическим по казателям использовали градации, представленные в табл. 2.7.

Таблица 2.7. Биологические критерии оценки экологического состояния почв (Кри терии оценки…, 1992;

Тарасова и др., 2002;

Опекунов, 2006) Содержание хи- Характеристика состояния почв мических эле- Экологиче- Чрезвычай- Критическая Относительно ментов в разно- ское бедствие ная экологи- ситуация удовлетворитель травье ческая си- ная ситуация туация По превышению максимально допустимого уровня (МДУ) Ртуть, кадмий, 10,0 5,0-10,0 1,5-5,0 1,1-1, свинец, мышьяк, сурьма, никель, хром В мг/кг воздушно-сухого вещества Медь 3 3-5 5-10 10- 100 80-100 20- Цинк 10 10-30 60-100 30- 500 100- Железо 20 20-50 100-200 50- 500 200- Кобальт 0,1 0,1-0,3 1,0-5,0 0,3-1, 50,0 5,0-50, По превышению фона Марганец 50,0 10,0-50,0 2,0-10,0 1,5-2, Биогеохимический показатель (ГС) 10,0 5,0-10,0 1,5-5,0 1,1-1, В основу эколого-геохимического зонирования территории сели тебной зоны были положены особенности физико-химических парамет ров почв, накопления БЭ и ТМ. Оно проводится с целью выявления пространственной структуры распределения химических элементов, обеспечивающих плодородие почв или участвующих в их загрязнении, и оценки экологической опасности сложившегося уровня загрязнения.

Определяющие значения при этом имеют уровень концентрации и ток сичность элементов, а также пространственная структура распределения загрязняющих веществ в отдельном природном компоненте (почве), ко торые отражают результат взаимодействия техногенных потоков веще ства и природных миграционных процессов, происходящих в почве (Ба рабошкина, Зилинг, 2000;

Главатских, 2000).

Особенности обеспеченности городских почв биофильными эле ментами и распределения отдельных элементов-индикаторов загрязне ния на изучаемой территории отражены на электронных тематических картах: степени обеспеченности почв БЭ и загрязненности их ТМ, веро ятностей повышенного содержания БЭ, превышения ПДК (ОДК) или фона ТМ, экологического зонирования по суммарному показателю тех ногенного загрязнения (ZC).

При районировании территории по физико-химическим парамет рам (табл. 2.8-2.10) и уровню обеспеченности почв подвижными фор мами БЭ (табл. 2.11) были использованы общепринятые в почвоведении шкалы (Химический анализ …, 1995;

Пискунов, 2004;

Практикум…, 2005).

Таблица 2.8. Интервалы рН и реакция почв и почвенных растворов (Пискунов, 2004;

Практикум…, 2005) № п/п Реакция Значения Реакция Значения рНсол. рНвод.

Очень сильнокислая 1 4, Сильнокислые 4,0 – 4,5 Сильнокислая 3,0 – 4, Среднекислые 4,5 – 5,0 Кислая 4,0 – 5, Слабокислые 5,0 – 5,5 Слабокислая 5,0 – 6, Близкие к нейтраль- 5,5 – 6,0 Нейтральная 5 7, ным Нейтральные 6,0 – 7,0 Слабощелочная 7,0 – 8, Слабощелочная 7,0 – 7,5 Щелочная 8,0 – 9, Щелочные 7,5 – 8,5 Сильнощелочная 9,0 – 10, Сильнощелочные 9 8, Таблица 2.9. Градации почв по агрохимическим показателям (Пискунов, 2004) Сумма по- СПО, Степень на- СНО, % Емкость ЕКО, глощенных ммоль/100 сыщенности катионного ммоль/ оснований г почвы основаниями обмена г почвы Очень низкая Очень низкая 5,0 30, Низкая 5,1 – 10,0 Низкая 30,1 – Низкая 15, 50, Средняя 10,1 – 15,0 Средняя 50,1 – Средняя 15,0 – 30, 70, Повышенная 15,1 – 20,0 Повышенная 70,1 – 90, Высокая 20,1 – 30,0 Высокая Высокая 90,0 30, Очень высо- 30, кая Таблица 2.10. Степень обеспеченности почв гумусом (Пискунов, 2004) Обеспеченность Гумус, % Обеспеченность Гумус, % почв гумусом почв гумусом Очень низкая 0,0 – 2,0 Повышенная 6,1 – 8, Низкая 2,1 – 4,0 Высокая 8,1 – 10, Средняя 4,1 – 6,0 Очень высокая 10, Таблица 2.11. Степень обеспеченности растений биофильными элементами (Пис кунов, 2004) Обеспеченность Содержание БЭ в почвах, мг/кг растений био- Са2+ Mg2+ N– N– К2О Р2О5 S фильными эле- - + (SO42-) NO3 NH ментами Очень низкая 10 10 40 25 50 Низкая 11-15 11-20 41-80 26-50 51-100 11-20 6, Средняя 16-20 21-40 81-120 51-100 101-200 21-40 6,1-12, Повышенная 121-170 101-150 201-300 41- Высокая 20 40 171-250 151-250 301-400 61-80 12, Очень высокая 250 250 400 Для оценки степени загрязненности почв Архангельска ТМ ис пользовали ПДК, ОДК (МУ 2.1.7.730-99) и общепринятые шкалы (табл.

2.12-2.13).

Таблица 2.12. Классификация почв по содержанию и степени загрязнения подвиж ными формами ТМ, мг/кг (Обухов, Ефремова, 1988;

Байбеков и др., 2007) Градации Pb Cd Zn Cu Ni Co Содержание Очень низкое 0,2 0,02 1 0,2 0,2 0, Низкое 0,2-0,5 0,02-0,05 1-2 0,2-0,5 0,2-0,5 0,1-0, Среднее 0,5-1,5 0,05-0,10 2-5 0,5-2,0 0,5-1,5 0,2-0, Высокое 1,5-5,0 0,10-0,50 5-20 2,0-5,0 1,5-5,0 0,5-3, Загрязнение Слабое 5-10 0,5-1,0 20-50 5-10 5-10 3- Среднее 10-50 1,0-3,0 50-100 10-50 10-50 5- Сильное 50-100 3,0-5,0 100-200 50-100 50-100 25- Очень силь- 100 5,0 200 100 100 ное Таблица 2.13. Степень загрязнения почв и грунтов тяжелыми металлами (по валовому содержанию, мг/кг) (Оценка почв и грун тов…, 2001) Высокий уро- Очень высокий Низкий уровень, Уровни содер- Менее ПДК (ОДК), Средний уровень, вень, уровень, слабо загрязнен жания чистые среднезагрязненные сильно загряз- очень сильно за ные ненные грязненные * Cd 0,5-2,0 2-3 3-5 5-10 Pb* 65-130 130-150 150-250 250-600 Hg 2,1 2,1-3,0 3-5 5-10 As* 2-10 10-20 20-30 30-50 Zn* 55-220 220-450 450-900 900-1800 * Cu 33-132 132-200 200-300 300-500 Ni* 20-80 80-160 160-240 240-500 V 150 150-225 225-300 300-450 Mn 1500 1500-2000 2000-3000 3000-4000 Примечание * интервал ОДК для почв и грунтов с различными физико-химическими свойствами согласно ГН 2.1.7.020-94 (Допол нение № 1 к перечню ПДК и ОДК № 6229-91).

Для прогнозирования интенсивностей накопления и вероятностей загрязнения тяжелыми металлами компонентов почвенно-растительного покрова (почва, подземная и наземная части растения) применено моде лирование процессов в системах почва-растение на основе детермини стско-вероятностного подхода (Ефремов, 2008). При этом были исполь зованы:

интенсивности переходов химических элементов 1 интенсив ность перехода вещества из почвы в подземную часть растений (корне CК вую систему) 1 ;

2 интенсивность перехода вещества из под СП земной части растения (корневой системы) в надземную его часть CН ;

3 – интенсивность перехода вещества из надземной части СК CП растения в почву ;

СН вероятности (риски) загрязнения ТМ компонентов почвенно растительного покрова: надземной части разнотравья (Рн) подземной части разнотравья (Рк) РН 1 ;

1 2 2 3 3 ;

почвы (Рп) РП РК 1 3 2 ;

1 2 2 3 3 1 1 2 2 3 3 интегральный показатель (I):, характери I 1 2 2 3 3 зующий миграционные свойства ТМ в почвенно-растительной системе;

(I i ) 2.

комплексный интегральный показатель (К): K Для почвенных разрезов рассчитывали среднее (средневзвешен ное) содержание химических элементов по следующей формуле:

n Ci H i, где n – число исследуемых почвенных горизонтов;

Х i n Hi i Сi – содержание химического элемента в данном почвенном горизонте, мг/кг;

Нi – мощность исследуемого почвенного горизонта, см.

С целью обобщения данных по природным и антропогенным поч вам, при анализе миграционных свойств химических элементов для уп рощения восприятия материала, было использовано обезличенное поня тие «слой», а не почвенный горизонт, без указания его мощности. Это обусловлено тем, что цель данных исследований показать характер миграционных свойств элементов, их связь с типами почв, а не концен трацию в определенных горизонтах почвы, как правило, не связанных между собой генетически в условиях городской среды.

Полученные данные обрабатывали статистически общепринятыми методами (Дмитриев, 1995) при помощи пакета программ Microsoft Ex cel 7,0. Были использованы: дисперсионный, корреляционный и регрес сионный анализы. Достоверность различий средних сравниваемых ве личин определялась по t критерию Стьюдента. За достоверное прини мали различие на уровне значимости 95% (p0,05).

Глава 3. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ГОРОДСКОЙ ЭКОСИСТЕМЫ К ЗАГРЯЗНЕНИЮ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ Химическое состояние почв – это интегральный показатель, кото рый лежит в основе биогеохимических измерений и широко использу ется для оценки эффективности проводимых в городе природоохранных мероприятий. Химические свойства почв зависят как от их минерально го состава, так и степени загрязнения. В условиях городской среды вто рой фактор занимает ведущее положение. Депонирование выбросов токсических веществ аэротехногенного происхождения, сосредоточен ных, как правило, на поверхности почв, и реакции преобразования строительного и бытового мусора, захламляющего их толщу, ведут к изменению химических и физико-химических свойств субстрата.

3.1. Физико-химические параметры почвенного покрова При биогеохимической оценке урбоэкосистем немаловажную роль играют не только определение содержания основных форм поллютан тов, но и анализ физико-химических свойств городских почв. От грану лометрического состава почв, количества в них органического вещест ва, кислотно-основных и окислительно-восстановительных условий за висят формы нахождения ТМ в почвах, их подвижность, миграционная способность, доступность живым организмам и токсичность (Ковда, 1985;

Алексеев, 1987;

Прохорова, Матвеев, 1996;

Переломов, Пинский, 2003;

Черных, Сидоренко, 2003;

Кабата-Пендиас, 2005;

Летувнинкас, 2005;

Sparks, 1995;

Selim, Kingery, 2003).

Из всей совокупности показателей физических свойств почв осно вополагающим является гранулометрический состав, который опреде ляет продуктивность, степень фильтрационной и водоудерживающей способности. Поведение ТМ в почвах зависит от содержания в них гли нистых минералов, которые наряду с оксидами железа, марганца и алю миния, способны удерживать металлы в результате ионного обмена, хе мосорбции, осаждения и окклюзии (Черных, Сидоренко, 2003). От гра нулометрического состава почв зависят емкость катионного обмена (ЕКО), сумма поглощенных оснований (СПО) и степень насыщенности почв основаниями (СНО), широко используемые для оценки миграци онных свойств металлов и степени их закрепления в почве.

Одним из важнейших показателей состояния почвенного покрова городской территории является его кислотность. По данным А.И. Пе рельмана и Н.С. Касимова (1999) именно значение рН определяет ми грационную активность загрязнителей и величину сорбции ионов ТМ.

Влияние кислотно-основных условий на степень подвижности металлов в почве значительно, что обусловлено их участием в нахождении опре деленных форм соединений элементов, знака и величины заряда их час тиц в растворе. При уменьшении рН увеличивается растворимость со единений большинства химических элементов, а, следовательно, и их мобильность в системе твердая фаза-раствор (Covallaro, Mc. Bride, 1980;

Pelzer, 1987). И наоборот, повышение кислотности почв до значений, близких к нейтральным, благоприятствует росту большинства растений, активизации деятельности микроорганизмов, связыванию некоторых растворимых соединений ТМ. рН влияет и на устойчивость соединений ТМ с органическим веществом (Орлов, Безуглова, 2000).

Более 60% ТМ находится в почвенном растворе в виде различных соединений с водорастворимым органическим веществом. Поскольку водная миграция ТМ и трансформация их миграционных форм тесно связаны с органическим веществом, то и закрепление металлов в поч венном профиле в значительной степени контролируется процессами преобразования органического вещества и процессами, определяющими подвижность органических и органоминеральных соединений. Количе ство и соотношение гумусовых кислот, находящихся в почве, определя ет степень подвижности ТМ, так как с фульвокислотами они образуют менее устойчивые, более растворимые комплексные соединения, чем с гуминовыми кислотами (Орлов и др., 2005).

3.1.1. Агрохимическая характеристика почв Нами исследованы гранулометрический состав и агрохимические показатели разных типов почв основных функциональных зон г. Архан гельска (табл. 3.1-3.2) с целью выявления их буферности в отношении высокотоксичных поллютантов, в первую очередь ТМ.

Установлено, что почвы Архангельска очень неоднородны по гра нулометрическому составу, содержание физической глины в них колеб лется от 0,2% до 76,0% при среднем фоновом содержании 34,9-36,1%. В дерновых почвах городских лугов, расположенных в пойме р. С. Двины, содержание физической глины колеблется от 8,0% до 76%, что связано с поступлением наилка различного состава. Суглинистый и глинистый гранулометрический состав характерен для урбаноземов и культурозе мов селитебной зоны, расположенных на правом, глинистом берегу Се верной Двины. Тогда как в городе на заболоченной территории, освоен ной и застроенной позже, почвы легкие (песчаные, супесчаные) по гра нулометрическому составу или органогенные (торфяные). Низкое со держание физической глины (частиц размером 0,01 мм) наблюдается в реплантоземах техногенно-антропогенных зон (2,0-42%) Архангельска и торфяных почвах городских лесов (14%) (см. табл. 3.2).

Опесчаненность является характерной чертой почв г. Архангель ска как из-за отсыпки песчаной подушки толщиной от 0,7 м до 5-6 м, которая необходима при строительстве зданий на торфах, так и из-за традиционной практики создания газонов, путем смешивания торфа с песком и строительным мусором, или, что нередко, послойной отсып кой этих компонентов.

Часть песка и пыли ежегодно поступает на поверхность почв газо нов вдоль автодорог и пешеходных дорожек в результате истирания шин и дорожного покрытия, уборочных работ и, особенно, при борьбе с гололедом зимой. Опесчаненность почв Архангельска, несомненно, усиливает их пористость, водопроницаемость и миграционные свойства.

В таких почвах ослаблена функция «геохимического барьера»: загряз нители с водными потоками свободно проникают в ливневые стоки, мигрируя в реки;

песчаные почвы, без напочвенного покрова и дерни ны, обеспечивают обратный возврат пыли, механических загрязнителей от транспорта в атмосферу.

Таблица 3.1. Основные агрохимические показатели почв основных функциональных зон г. Архангельска Зоны города рНводн., рНсолев., Окисли- Индекс Содержа- Емкость Степень Сумма по- Общая ми тель-но- аэробно- ние час- катионного насыщен- глощенных нерали восста- сти, тиц раз- обмена, ности почв оснований, зация поч новитель- мером мг-экв./100 основания- мг-экв./100 вы, мг/кг rH ный потен- 0,01 мм, г почвы ми, г почвы почвы в циал, пересчете % % Еh, мВ на NaCl Техногенно-антропогенные зоны Селитебная 4,0-7,9* 3,4-7,4 78,3-180,3 9,0-19,8 3,0-42,0 0,8-180,3 1,2-99,2 0,3-68,3 33,7-642, 6,4±0,2 6,1±0,1 124,3±11,2 13,4±1,0 17,6±2,9 34,1±4,1 83,6±24,9 25,8±4,7 142,2±39, (n =136) Промышленная 5,8-8,0 4,6-7,8 74,3-197,5 15,6-20,6 2,0-39,0 8,0-44,0 90,9-98,6 4,8-43,1 20,0-116, 7,2±0,2 6,9±0,3 113,6±11,1 18,2±0,8 13,6±4,8 96,2±0,9 16,4±4,0 44,3±1, (n =50) 17,9±4, Природно-антропогенные зоны Городские леса 5,5-7,6 4,3-6,3 62,7-337,6 15,7-23,3 0,2-14,0 6,0-71,0 71,7-95,6 5,1-57,9 5,1-558, 6,5±0,4 5,2±0,4 182,0±44,9 19,2±0,9 4,0±0,9 34,3±11,6 85,8±3,6 116,6±15, (n =15) 29,5±10, Городские луга 5,7-7,6 4,8-6,4 195,3-278,9 20,2-22,2 8,0-76,0 16,0-42,0 79,5-98,6 12,7-38,4 13,0-56, 6,5±0,2 5,8±0,3 226,9±11,7 21,5±0,4 30,0±12,3 31,3±4,4 93,6±2,5 29,4±4,3 38,2±4, (n =25) Природные зоны Дерново- 4,3-5,3 4,2-4,6 106,2-123,6 12,3-13,9 29,3-42,3 20,0-36, 31,1-69,6 2,2-8,5 16,3-28, подзолистые 4,8±0,4 4,4±0,2 116,1±2,6 13,6±2,1 36,1±12,0 22,1±1, 52,0±5,8 4,9±0,4 21,6±1, агроземы** Зональные под- 3,8-8,5 н/д н/д н/д н/д 3,2-7,5 1,5-92,6 3,6-96,7 0,2-28, золистые поч- 5,3±0,5 4,4±0,5 34,9±13,7 43,1±1,5 5,4±0, вы*** Примечание * в числителе минимальное и максимальное, в знаменателе – среднее значение;

** средние значения агрохимиче ских показателей в почвах Архангельской области по данным станции агрохимической службы «Архангельская»;

н/д – нет дан ных;

*** Скляров, Шарова, 1970.

Таблица 3.2. Основные агрохимические показатели основных типов почв г. Архангельска Почвы города рНводн., рНсолев., Окислитель- Индекс Содержа- Емкость ка- Степень на- Сумма по- Общая ми но-восста- аэробно- ние час- тионного сыщен- глощенных нерализа новительный сти, тиц разме- обмена, ности почв оснований, ция почвы, потенциал, ром мг-экв./ основани- мг-экв./ 100г мг/кг почвы rH Еh, мВ 0,01 мм, % 100г почвы ями, почвы в пересчете на NaCl % Техногенно-антропогенные зоны Культуроземы 5,8-7,8* 5,6-6,3 108,6-133,3 15,4-19,4 11,0-41,5 24,5-30,0 94,2-96,9 23,3-28,3 51,7-85, 6,8±0,2 5,9±0,1 118,1±2,7 17,6±0,7 20,1±2,9 27,4±6,1 95,2±0,3 26,1±4,5 64,0±2, (n = 10) Урбаноземы 4,0-7,7 3,4-7,6 76,7-168,0 15,8-19,4 6,0-31,0 12,8-180,3 20,5-99,2 12,1-68,3 30,3-330, 6,5±0,3 6,1±0,2 119,3±2,9 17,8±0,9 17,3±1,9 30,1±11,7 87,8±33,8 28,7±4,7 184,8±48, (n = 101) Реплантоземы 5,7-7,5 4,8-7,1 112,3-155,6 16,6-19,0 2,0-11,0 0,8-34,5 1,2-95,8 0,3-18,6 38,5-147, 6,7±0,2 6,4±0,3 128,7±2,1 17,4±0,8 8,4±2,7 20,2±9,9 77,3±24,1 10,5±2,1 88,4±36, (n = 75) Природно-антропогенные зоны Дерновые почвы 5,9-7,4 5,4-6,2 95,8-245,5 17,4-21,8 6,8-54,3 9,5-36,8 84,0-98,0 8,0-34,4 18,3-83, 6,7±0,3 5,8±0,1 198,9±5,7 20,6±1,2 24,7±9,8 27,5±6,3 92,0±0,9 25,7±4,3 40,6±15, (n = 25) Торфяные поч- 5,8-6,2 4,4-4,7 131,6-328,3 16,9-22,9 0,2-0,6 40,3-56,5 80,8-86,1 33,1-47,8 114,6-281, вы (n = 15) 6,0±0,2 4,6±0,1 212,9±2,6 19,3±0,9 0,3±0,1 48,8±11,5 84,1±1,1 41,2±7,8 198,1±21, Природные зоны Дерново- 4,3-5,3 4,2-4,6 106,2-123,6 12,3-13,9 29,3-42,3 20,0-36,2 31,1-69,6 2,2-8,5 16,3-28, подзолистые 4,8±0,4 4,4±0,2 116,1±2,6 13,6±2,1 36,1±12,0 22,1±1,2 52,0±5,8 4,9±0,4 21,6±1, агроземы** Зональные под- н/д н/д н/д н/д 3,8-8,5 3,2-7,5 1,5-92,6 3,6-96,7 0,2-28, золистые поч- 5,3±0,5 4,4±0,5 34,9±13,7 43,1±1,5 5,4±0, вы*** Примечание * в числителе минимальное и максимальное, в знаменателе – среднее значение;

** средние значения агрохимиче ских показателей в почвах Архангельской области по данным станции агрохимической службы «Архангельская»;

н/д – нет дан ных;

*** Скляров, Шарова, Еще одной отличительной чертой городских почв Архангельска являются высокие значения суммы поглощенных оснований (СПО) и степени насыщенности их основаниями (СНО), значительные колеба ния величин емкости катионного обмена (ЕКО), не характерные для природных почв области (см. табл. 3.1-3.2). Высокие значения СНО и СПО обусловлены значительным уровнем захламленности почв, по ступлением на поверхность почв пыли и подщелачивающих соедине ний. Высокие значения ЕКО в почвах селитебной зоны связаны с увели чением содержания кальция и магния в почвах из-за попадания строи тельного мусора. В торфяных почвах городских лесов это связано еще и с высоким содержанием органического углерода, так как почвы пред ставлены в основном торфом, а для дерновых почв городских лугов – с высоким содержанием илистой минеральной фракции в почвах и прово дившимся ранее известкованием. Низкие значения ЕКО в урбаноземах и реплантоземах промышленной зоны обусловлены их опесчаненностью.

рН водной суспензии почв Архангельска находится в пределах от 4,0 до 8,0, а pH солевой почвенной вытяжки колеблется от 3,4 до 7, (см. табл. 3.1-3.2), при средних фоновых значениях 5,0 и 4,4, соответст венно. Следовательно, реакция среды почв Архангельска, по сравнению с зональными подзолистыми почвами и дерново-подзолистыми агрозема ми, смещена в щелочную сторону. Более интенсивно этот сдвиг выра жен в урбаноземах и реплантоземах техногенно-антропогенных зон, что является общей тенденцией, отмеченной для городских почв (Экогео химия…, 1995;

Природный комплекс…, 2000;

Герасимова и др., 2003;

Климентьев и др., 2006). В целом, в отношении кислотности почвы г.

Архангельска являются достаточно благоприятными для произрастания рас тений, однако по сравнению с почвами озелененных территорий Моск вы и Санкт-Петербурга (Почва…., 1997;

Фролов, 1998), они более кис лые. Это связано с особенностями условий почвообразования на Севере.

В связи с тем, что почвы имеют сдвиг рН в щелочную сторону, особен но в техногенно-антропогенных зонах города, данный параметр являет ся одним из ключевых в снижении миграции химических элементов и увеличении их аккумуляции по сравнению с природными почвами.

Окислительно-восстановительное состояние городских почв ха рактеризуется преобладанием восстановительных процессов, так как величина окислительно-восстановительного потенциала ниже 450 мВ, индекс аэробности rH2 27 свидетельствует о наличии восстановитель ной среды в почвах всех функциональных зон города. В таких условиях протекают процессы преобразования и возникают восстановленные формы соединений железа и марганца, увеличивается доля подвижных форм практически всех ТМ (Кирюшин, 2010;

Lindsay, 1979;

Davis, и др.), образуются сульфиты и нитриты, накопление которых оказывает токсическое действие на растительный покров и почвенную биоту.

Органическое вещество (далее ОВ) в почвах Архангельска накап ливается с разной интенсивностью, его содержание имеет большой раз брос, и колеблется от 0,3% до 39,9%, тогда как фон составляет 1,1-2,1% (табл. 3.3-3.4, рис. 3.1). Большинство исследуемых городских почв неза висимо от функциональной зоны их расположения имеют хорошую обеспеченность органическим углеродом (1,5%), однако не исключено, что высокие его показатели в почвах техногенно-антропогенных зон могли стать результатом промышленного загрязнения: компоненты нефти и продукты ее крекинга, попавшие в почву и сорбированные поч венными частицами в местах разлива нефтепродуктов, углерод техно генного происхождения, попадающий в почву их строительного и быто вого углеродсодержащего мусора, региональное загрязнение почв атмо сферными углеводородными выбросами, выбросы технического угле рода – сажи и др. Кроме того в Архангельске это может быть связано с высоким содержанием торфа в почвах, имеющего как естественное (в урбоестественных почвах или оторфяненных урбаноземах и репланто земах техногенно-антропогенных зон, торфяных почвах городских ле сов), так и антропогенное происхождение (как правило, на поверхности или в толще городских почв).

Как правило, органическое вещество большинства исследованных почв Архангельска обеднено азотом и слабо гумифицировано из-за при сутствия на поверхности свежего торфа, смешанного с песком, летом он пересыхает и разлагается медленно. Отношение углерода и азота (С:N) в таких почвах варьирует в пределах 13-37. В культуроземах и урбано земах, где органическое вещество содержит хорошо разложившийся гу мифицированный торф, отношение углерода и азота колеблется от 1 до 10, что соответствует средней и высокой степени обогащения гумуса азотом.

Неодинаково соотношение лабильных и стабильных фракций ор ганического вещества в почвах различных функциональных зон (табл.

3.3-3.4, рис. 3.2) города. На долю гумина во всех исследованных почвах приходится более 50 %, так как почвы содержат большое количество слабо гумифицированных органических остатков.

20 С,% С,% 10 З ы З е З З е П С ы С П ем ы ян в ы ы ы ы оз но м м рф ем ем е ур е ер оз оз оз оз я я То он га са ьт Д на а нт нт н н Лу бн Ф Ле л ба ба н ла ла Ку ле те Ур Ур еп еп и ш ел Р Р ы м С ро Основные типы почв Функциональные зоны города П А Б Собщ.;

ГВ Рис. 3.1. Средние значения общего содержания органического вещества (Собщ.) и гумусовых веществ (ГВ), %, в почвах основных функциональных зон (А) и основ ных типах почв (Б) г. Архангельска 7 С,% 4 С,% 1 З ы З е З З е П С ы С П ем ы ян в ы ы ы ы оз я я но он га са м м рф ем ем на на е ур Лу е ер Ф Ле оз н оз оз оз еб То ьт ле Д нт нт н н ит л ба ба ш ла ла Ку ел ы Ур Ур еп еп м С ро Р Р П Основные типы почв Функциональные зоны города А Б ГК;

ФК Рис. 3.2. Средние значения общего содержания гуминовых (ГК) и фульвокислот (ФК), %, в почвах основных функциональных зон (А) и основных типах почв (Б) г.

Архангельска Таблица 3.3. Содержание органического вещества и его групповой состав в почвах основных функциональных зон г. Архангель ска Зоны города Содержание, % Степень гу- Тип гумуса матности, Органического Гумусовых Гуминовых Фульвокислот Гумина СГК/СФК вещества веществ кислот Техногенно-антропогенные зоны Селитебная (n=35) 3,5-15,7 1,0-3,7 0,29-1,65 0,39-2,27 1,9-13,5 0,16-1, Фульватный 8,2±0,6 2,1±0,3 0,65±0,12 1,37±0,16 6,1±1,5 0,47±0, Промышленная 3,6-33,0 2,2-19,2 0,18-5,81 0,45-18,62 0,5-24,1 0,03-3, Фульватный 24,2±5,9 6,4±1,5 0,85±0,17 5,95±1,43 16,5±4,5 0,14±0, (n=24) Природно-антропогенные зоны Городские леса Гуматно 0,3-39,9 0,1-14,3 0,03-6,77 0,04-8,92 0,1-26,9 0,06-2, 16,5±4,3 6,0±1,6 2,26±0,91 3,69±1,01 10,3±1,5 0,61±0,18 фульватный (n=15) Городские луга 12,9-29,7 0,2-29,0 0,02-0,71 0,21-28,45 1,2-29,3 0,01-1, Фульватный 25,0±6,4 6,3±1,6 0,20±0,04 6,06±1,48 19,4±3,5 0,04±0, (n=25) Природные зоны Дерновые почвы 0,4-3,8 0,5-0,9 0,14-0,43 0,39-0,62 3,4-6,7 0,28-0, Фульватный пригорода (n=3) 2,9±0,5 0,7±0,1 0,19±0,04 0,53±0,08 4,5±0,5 0,36±0, Зональные подзоли- н/д н/д Гуматно 0,1-11,8 0,01-1,52 0,01-3,71 0,14-3, стые почвы (Скля- 1,1±0,2 0,15±0,07 0,27±0,11 0,55±0,20 фульватный ров, Шарова, 1970) Примечание * в числителе минимальное и максимальное, в знаменателе – среднее значение;

н/д – нет данных.

Таблица 3.4. Содержание органического вещества и его групповой состав в основных типах почв г. Архангельска Почвы города Содержание, % Степень Тип гумуса гуматности, Органического Гумусовых Гуминовых Фульвокислот Гумина СГК/СФК вещества веществ кислот Техногенно-антропогенные зоны Культуроземы (n=13) Фульватный 6,7-15,7 1,5-3,1 0,40-0,83 0,90-2,27 4,3-13,5 0,26-0, 10,4±1,6 2,2±0,3 0,62±0,22 1,52±0,16 8,2±0,9 0,41±0, Урбаноземы (n=33) Фульватный 3,6-33,0 1,5-19,2 0,22-5,81 0,45-18,62 0,5-24,1 0,03-3, 17,6±2,9 4,9±0,5 0,89±0,27 4,42±1,43 11,6±1,7 0,21±0, Реплантоземы (n=13) Фульватный 3,5-25,7 1,0-11,1 0,18-1,01 0,39-7,16 2,1-22,3 0,03-1, 11,7±2,3 2,7±0,4 0,44±0,11 1,95±0,11 9,2±1,2 0,23±0, Природно-антропогенные зоны Дерновые (n=42) Фульватный 0,3-29,7 0,1-29,0 0,02-0,71 0,04-28,45 0,1-29,3 0,01-2, 20,1±6,4 5,1±0,6 0,20±0,08 4,91±0,98 15,5±2,5 0,05±0, Торфяные (n=9) Гуматно 19,0-39,9 6,6-14,3 2,42-6,77 4,28-8,92 6,9-26,9 0,57-0, 29,9±7,4 11,0±1,6 4,59±0,95 6,42±1,48 18,4±2,8 0,72±0,29 фульватный Природные зоны Дерновые почвы при- Фульватный 0,4-3,8 0,5-0,9 0,14-0,43 0,39-0,62 3,4-6,7 0,28-0, города (n=3) 2,9±0,5 0,7±0,1 0,19±0,04 0,53±0,08 4,5±0,5 0,36±0, Зональные подзоли- н/д н/д Гуматно 0,1-11,8 0,01-1,52 0,01-3,71 0,14-3, стые почвы (Скляров, 1,1±0,2 0,15±0,07 0,27±0,11 0,55±0,20 фульватный Шарова, 1970) Примечание * в числителе минимальное и максимальное, в знаменателе – среднее значение;

н/д – нет данных.

В почвах всех функциональных зон города гуминовых кислот об разуется мало, их содержание составляет 0,02-6,77%, в то время как на долю фульвокислот приходится 0,21-28,45%. Степень гуматности (СГК/СФК) городских почв варьирует от 0,01 до 3,82 и в среднем не пре вышает 0,72. Более интенсивное накопление гуминовых кислот (среднее отношение ГК : ФК составляет 2:3) идет в почвах городских лесов, представленных чаще низинными торфяниками, оторфяненных урбано земах и реплантоземах селитебной зоны. В урбаноземах и реплантозе мах промышленной зоны и дерновых почвах городских лугов, наоборот, накапливается больше фульвокислот. В почвах техногенно антропогенных зон и зоны городских лугов преобладает фульватный тип гумуса, что характерно для нативных дерновых почв области. В торфяных почвах городских лесов процесс гумусообразования протека ет по гуматно-фульватному типу (Корельская, Анкудинова, 2010;

Ко рельская и др., 2012;

Корельская, Попова, 2012). Преобладание фульво кислот в почвах города в условиях промывного водного режима будет способствовать миграции ТМ в грунтовые воды вследствие высокой подвижности образуемых ими комплексных соединений.

3.1.2. Изменение физико-химических параметров в профиле почв Нами исследованы изменения физико-химических параметров по почвенному профилю для почв г. Архангельска (рис. 3.3). Они показа ли, что общих закономерностей в распределении физической глины не выявлено. Особенно сложно это сделать для почв техногенно антропогенных зон города, где в связи с особенностями строения на блюдается нарушение генетической связи горизонтов и опесчаненность.

Степень насыщенности основаниями (СНО), сумма поглощенных оснований (СПО) и емкость катионного обмена (ЕКО) с глубиной обычно изменяется незначительно, но в почвах, содержащих торф есте ственного или антропогенного происхождения, изменения на стыке го ризонтов существенные.

ЕКО, мг-экв./100 г почвы рН ОВП, мВ физ. глина, % СНО, % СПО, мг-экв./100 г почвы 0 100 200 300 0 2 4 6 8 0 50 100 150 0 20 40 0 20 40 60 0 20 40 физическая глина СПО СНО ЕКО рН ОВП -·-·-фон (агроземы), –– промышленная, –– селитебная, ––луга, –– леса Рис. 3.3. Изменение физико-химических параметров в толще типичных почв основных функциональных зон г. Архангельска С (ГК), % С (ФК), % С орг., % 0 3 6 9 0 1 2 0 5 10 15 20 органический углерод гуминовые кислоты фульвокислоты -·-·-фон (агроземы), –– промышленная, –– селитебная, ––луга, –– леса Рис. 3.4. Изменение содержания органического углерода и гумусовых кислот, %, в толще типичных почв основных функциональ ных зон г. Архангельска Для большинства городских почв характерна неоднородность окислительно-восстановительного состояния их профиля, повсеместно наблюдается понижение окислительно-восстановительного потенциала в верхних гумусовых горизонтах с постепенным их увеличением по профилю. В лесных торфяных и урбоестественных почвах, урбаноземах и реплантоземах, содержащих в почвенных профилях торф, понижение окислительно-восстановительного потенциала наблюдается в торфяных горизонтах.

Такой тип распределения окислительно-восстановительного по тенциала по горизонтам почвенного профиля обусловлен тесной связью окислительно-восстановительных процессов с микробиологической деятельностью и особой ролью органического вещества как фактора микробиологической активности.

На большинстве исследованных ПП основных функциональных зон города вниз по профилю кислотность почвенного раствора снижа ется (см. рис. 3.3). Это характерно в целом для городских почв, однако в реплантоземах и опесчаненных урбаноземах техногенно-антропогенных зон, иногда в нижней его части реакция среды почвенного раствора бо лее щелочная, чем в верхней. Это обусловлено распыленным состояни ем данных почвогрунтов, которое не препятствует проникновению подщелачивающих поллютантов с поверхности в нижние слои профиля.

Подобное изменение кислотности наблюдается в дерновых почвах при родно-антропогенных зон города, но с более сильным варьированием рН по профилю. В урбаноземах, подстилаемых торфом, суглинками или глинами, а также в урбоестественных почвах, содержащих торф, кислотность в нижней части горизонта «урбик» выше, чем в верхней, где закрепляются щелочные поллютанты аэротехногенного происхож дения. В некоторых случаях на стыке разных по гранулометрическому составу горизонтов происходит резкая смена реакции среды. Подобные изменения рН наблюдаются в торфяных почвах городских лесов.

Несмотря на то, что запасы органического вещества в городских почвах различны, содержание его в толще профиля закономерно снижа ется (см. рис. 3.4). Это обусловлено поступлением отмерших частей растений и животных, активной жизнедеятельностью почвенной биоты, обитающей преимущественно в верхних горизонтах, а также наиболь шим промышленным загрязнением поверхности почв. Исключение со ставляют только торфяные почвы городских лесов, в которых распреде ление ОВ по всему профилю относительно равномерное. Общих зако номерностей в распределении гуминовых и фульвокислот вниз по про филю городских почв не выявлено. Интенсивность миграции и иммоби лизации гумусовых кислот зависит от внешних условий и агрохимиче ских показателей почв (рН, гранулометрический состав). Так, содержа ние фульвокислот по почвенному профилю независимо от функцио нальной принадлежности почв изменяется в соответствии с рН и степе нью насыщенности почв основаниями, коэффициенты корреляции r ко леблются от 0,55 ± 0,16 до 0,99 ± 0,33. Концентрация гуминовых кислот находится в прямой зависимости от содержания физической глины (r колеблются от 0,53 ± 0,15 до 0,75 ± 0,24).

Таким образом, в городских условиях, в отличие от природных аналогов, происходит понижение кислотности почв до значений, близ ких к нейтральным и даже щелочным. Для них характерны высокие значения степени насыщенности почв основаниями, суммы поглощен ных оснований и емкости катионного обмена, преобладание восстано вительных процессов при временном застое поверхностных вод. Со держание органического углерода и физической глины (частиц менее 0,01 мм) неравномерно и зависит от особенностей формирования почв.

3.2. Содержание биофильных элементов в компонентах экосистемы Биофильными элементами считаются химические элементы, погло щаемые организмами из геохимической среды (почвы, воды) и исполь зуемые в процессах жизнедеятельности. К ним относятся: макроэлемен ты — N, С, О, Н, Са, Mg, Na, К, Р, S, Cl, Si, Fe и микроэлементы — Сu, Со, Mn, Zn, V, Ni, Mo, Sr, В, Se, F, Br, I (Геологическая…, 2012). Среди биофильных элементов (БЭ) в особую группу можно выделить основные элементы питания растений (ЭП), к ним относятся азот, фосфор и калий.

Многие элементы-биофилы практически не исследовались для реше ния задач мониторинга, предпочтение отдавалось изучению тяжелых метал лов и органических супертоксикантов. В то время как они функционально важны для растительных организмов в биогеоценотических процессах на основных этапах жизненного цикла (Скарлыгина-Уфимцева, 1991;

Маркерт, Второва, 1995;

Природный комплекс …, 2000;

Уфимцева, Терехина, 2005).

3.2.1. Обеспеченность почв биофильными элементами Источником биофильных элементов для растений служит почва, поэтому как недостаток, так и избыток их в почве может сказаться на росте растений. Существующая в условиях городской среды техногенная нагрузка изменяет особенности поступления и распределения в почвах химических элементов, нарушая биологический круговорот веществ.

Среди экологических функций почв важнейшей является способ ность к кумуляции, миграции и трансформации обменных катионов и элементов питания (азота, фосфора, калия) (Добровольский, Никитин, 1990, 2000;

Орлов, 1996;

Яшин и др., 2000;

Орлов и др., 2002). Харак теристика химических свойств почв, обуславливающих особенности миграции химических элементов, важнейшая составная часть геохи мических исследований, так как именно экологическое состояние го родских почв во многом определяет функционирование зеленых насаж дений и накопление в них как биофильных элементов, так и техноген ных поллютантов (Уфимцева, Терехина, 2005).

БЭ в почвенном покрове определяют уровень устойчивости и са мовосстановления экосистем, поэтому их содержание, наряду с поллю тантами, позволяет выявить уровень антропогенно-техногенного воз действия на урбоэкосистемы. Содержание БЭ в почвах урбоэкосистем, подверженных значительному антропогенному воздействию, изучено не достаточно и оценивается неоднозначно. Одни авторы указывают на сни жение в загрязненных почвах содержания биофильных элементов, в ча стности, нитратного и аммонийного азота (Проценко, Чуян, 1999;

Цветков, Цветков, 2003). Другие отмечают повышенное содержание биофильных элементов относительно фона, особенно подвижного фосфора и обмен ного калия (Природный комплекс…, 2000;

Гордеева, 2006). Высокая обогащенность насыпных слоев и сильно нарушенных городских почв химическими элементами по сравнению с природными почвами приго рода может быть связана с антропогенным поступлением их в городские почвы вместе с золой, мусором и строительными обломками.

Содержание БЭ в почве зависит, прежде всего, от физико-химических свойств (гранулометрического и минералогического составов, содержания гумуса). Во всех почвах количество литофильных элементов Mg, Na и К, в основном, увеличивается с глубиной, достигая максимума в почвообразую щей породе. Напротив, такие биофильные элементы как Ca, P, S, аккумули руются в верхней гумусной части почв за счет «подтягивания» их корнями растений и привносом с опадом и отмершими частями растений, поэтому содержание многих элементов в почвах повышено относительно фона, осо бенно, в гумусовом горизонте. Такая закономерность свойственна для нена рушенных или слабонарушенных почв, сохранивших естественный геохи мический состав. В техногенных почвах Mg, Ca, Na, P, S, и K аккумулиру ются главным образом в верхнем горизонте. С глубиной по профилю про исходит снижение их содержания с некоторым или значительным увеличе нием в нижних горизонтах, особенно если для почвы характерны повышен ная зольность и высокое содержание железа и алюминия на границе с мине ральной породой (Донских, 1968;

Ефимов, 1986;

Павлова, 1977;

Елсаков, 1980;

Марченкова, 1985;

Барбер, 1988;

Кулаковская, 1990;

Почва…, 1997;

Бакина и др., 2002;

Гордеева, 2006;

Anderson, 1980;

Thornton Iain, 1986).

Нами исследовано содержание подвижных форм элементов пита ния растений: неорганического азота в пересчте на NO3– и NH4+, калия в пересчте на К2О и фосфора в пересчте на Р2О5;

биофильных элемен тов: Ca2+, Mg2+, Na+, Al3+, SO42-, Cl- и F- в различных типах почв основ ных функциональных зон города Архангельска (табл. 3.5-3.8).

Оценку степени обеспеченности почв БЭ проводили с помощью коэффициента концентрации Кк, который учитывает региональные осо бенности почв. В качестве фоновых использовались данные по содер жанию БЭ в пробах, отобранных на относительно незагрязннной тер ритории, расположенной в 30 км от Архангельска и региональный фон.

Согласно общепринятой градации (см. табл. 2.11) проанализиро ванные почвы характеризуются средними значениями содержания эле ментов питания (ЭП). При этом в почве фоновой территории преобла дающим ЭП является азот, и убывающий ряд накопления ЭП выглядит следующим образом: N Р К. В отличие от условно чистой дерновой почвы пригорода Архангельска во всех типах почв селитебной зоны и торфяных почвах городских лесов лидером по накоплению ЭП высту пает фосфор, их ряды однозначные и выглядят так: Р N К. Во всех типах почв промышленной зоны и дерновых почвах городских лугов преобладающий элемент питания – калий, и ряды выглядят соответст венно: K Р N и K N Р. Это может быть обусловлено как техно генным влиянием, так и особенностями пойменных почв.

Среднее содержание неорганического или минерального азота (NNO3- + NNH4+) в почвах пригорода составило 98,4 мг/кг (табл. 3.5 3,6), а в городских почвах оно колеблется от 1,8 мг/кг до 220,2 мг/кг при оптимальном содержании 50 мг неорганического N/кг и 7-10 мг N-NO3 /кг (см. табл. 2.11). Наиболее обеспеченными данным азотом являются торфяные почвы городских лесов и культуроземы селитебной зоны го рода. Низкое содержание минеральных форм азота обнаружено в урба ноземах и реплантоземах промышленной зоны Архангельска (рис. 3.5), что связано с опесчаненностью их.

Нитраты. Содержание нитрат-ионов в городских почвах колеб лется от 0,2 до 225,0 мг/кг при 60,1 мг/кг в природной почве. 24% ПП селитебной зоны города характеризуются средним и повышенным со держанием нитратов в почвах, 40% – высоким и очень высоким. Обес печенность почв промышленной зоны (46,0 мг/кг), городских лесов (45,5 мг/кг) и лугов (63,6 мг/кг) этим элементом достаточная. На 3% ПП концентрация нитрат-ионов превышает ПДК (130 мг/кг). Это культуро земы и оторфяненные реплантоземы селитебной зоны, торфяные почвы городских лесов (рис. 3.5). Высокое содержание нитратов в этих почвах обусловлено значительным количеством в них органического вещества (до 18,5%). Наряду с этим 34% почв города обеспечены этим ЭП недос таточно, содержание нитратного азота в них ниже 10 мг/кг.

Таблица 3.5. Содержание подвижных форм элементов питания растений, мг/кг, в почвах различных функциональных зон г. Ар хангельска NO3- NH4+ Зоны города Неорганический Р2О5 К2О азот, N Техногенно-антропогенные зоны Селитебная 29,9-220,2* 0,2-212,7 38,5-221,8 6,0-5870,0 4,1-399, 46,6±2,9 103,9±10,8 717,8±295,8 85,2±7, (n=136) 91,2±5, Промышленная 5,9-67,8 18,3-85,4 2,2-62,5 34,5-384,0 49,3-929, 30,3±2,6 46,0±7,4 25,7±2,6 181,1±12,5 275,2±27, (n=50) Природно-антропогенные зоны Городские луга 11,6-121,1 19,0-94,1 9,4-128,7 13,7-207,3 70,8-235, 53,3±4,7 63,6±5,4 50,2±4,7 76,8±6,7 138,6±11, (n=25) Городские леса 3,0-186,9 2,1-225,1 3,2-175,3 9,0-436,0 5,3-120, 83,6±7,5 45,5±3,9 94,5±9,7 279,2±26,9 41,3±2, (n=15) Природные зоны Дерновые почвы приго- 77,2-167,1 18,1-123,7 97,9-121,0 170,0-290,0 28,8-129, рода ( n =3) 98,4±11,3 116,5±11, 60,1±5,1 225,0±20,2 72,6±4, Зональные подзолистые н/д н/д н/д 0,0-310,0 30,0-440, почвы (Скляров, Шаро- 67,7±6,3 70,6±4, ва, 1970) Примечание * в числителе минимальное и максимальное содержание, в знаменателе – среднее;

н/д – нет данных.

Таблица 3.6. Содержание подвижных форм элементов питания растений, мг/кг, в различных типах почв г. Архангельска NO3- NH4+ Почвы города Неорганический Р 2 О5 К2О азот, N Техногенно-антропогенные зоны Культуроземы 30,3-220,2* 2,0-212,7 38,5-221,8 167,0-1003,0 43,8-219, 112,3±15,9 78,2±4,9 121,9±10,8 541,2±195,8 109,0±17, (n=10) Урбаноземы 1,8-133,4 0,2-112,8 2,2-139,1 18,7-5870 4,1-929, 50,2±10,6 33,6±3,4 54,9±12,6 707,5±227,5 122,8±27, (n=101) Реплантоземы 11,3-158,0 1,4-198,0 14,2-146,0 6,0-1239,5 5,4-307, 65,2±11,7 61,0±15,4 66,3±14,7 245,8±36,7 66,0±11, (n=75) Природно-антропогенные зоны Дерновые почвы 3,0-140,8 2,1-94,1 3,2-154,0 13,7-410,3 5,3-235, 54,2±9,1 52,5±13,9 54,6±9,7 113,8±26,9 111,4±32, (n=25) Торфяные почвы 81,3-186,9 13,2-225,1 100,9-175,3 9,0-436,0 7,1-120, 125,3±21,8 72,1±15,3 140,5±22,8 321,0±83,4 58,2±9, (n=15) Природные зоны Дерновые почвы приго- 77,2-167,1 18,1-123,7 97,9-121,0 170,0-290,0 28,8-129, рода ( n =3) 98,4±31,3 116,5±11, 60,1±5,1 225,0±20,2 72,6±4, Зональные подзолистые н/д н/д н/д 0,0-310,00 30,0-440, почвы (Скляров, Шаро- 67,7±6,3 70,6±4, ва, 1970) Примечание * в числителе минимальное и максимальное содержание, в знаменателе – среднее;

н/д – нет данных.

.

Аммоний. Среднее содержание NH4+ в природной почве составляет 116,5 мг/кг, в исследованных городских почвах колеблется от 2,2 мг/кг до 221,8 мг/кг, при оптимальном его содержании 10-20 мг/кг (см. табл.

3.5-3.6). Наиболее высокие концентрации аммонийного азота, как и нитратного, характерны для культуроземов селитебной зоны и торфя ных почв городских лесов (рис. 3.5). Обогащенность данных почв ам монийным азотом может быть обусловлена тем, что NH4+ входит в со став ППК и переходит в раствор в результате обменных реакций (Пере верзев, 2006). У 9,0% почв (урбаноземы промышленной зоны) города отмечена низкая обеспеченность этими ионами, в них аммонийного азо та содержится менее 10 мг/кг.

1,5 1, 1, 1, 0, Кк 0,9 0, Кк 0, 0, 0, ПЗ З СЗ е З ПЗ ые С ы С ян ов мы ы мы ы ы ем рф ем ем рн е е оз оз оз Де оз оз То т р т н н ан ан ту ба ба ль пл пл Ур Ур Селитебная Промышленная Леса Луга Ре Ку Ре Основные типы почв Функциональные зоны города А Б + N-NO3 N (неорганический);

N-NH4 ;

Рис.3.5. Среднее значение коэффициентов концентрации (Кк) различных форм азо та в типичных почвах функциональных зон (А) и в различных типах почв г. Архан гельска (Б) Фосфор. Содержание в городских почвах фосфат-ионов варьирует в широких пределах: от 6,0 до 5870,0 мг/кг, при фоновых значениях 0,0 310,0 мг Р2О5/кг (см. табл. 3.5-3.6). Все почвы селитебной зоны, особен но культуроземы и урбаноземы, содержат достаточно высокое количе ство подвижного фосфора (Кк 1,0). В почвах промышленной зоны концентрация Р2О5 ниже, чем в природной почве (Кк 1,0), что связано с их опесчаниванием и вымыванием водорастворимых фосфатов в ниж ние горизонты (рис. 3.6).

Все культуроземы, 50% урбаноземов и 38% реплантоземов харак теризуются повышенным содержанием фосфатов (см. табл. 2.11), а 36% урбаноземов и 8% реплантоземов селитебной зоны города – очень вы соким содержанием Р2О5 ( 700 мг/кг), происходит антропоненное «за фосфачивание» их. В то время как 43% урбаноземов и все реплантоземы промышленной зоны города содержат менее 200 мг/кг подвижного фосфора.

Недостаток фосфат-ионов отмечается и в дерновых почвах город ских лугов, что можно объяснить их активным удалением растительно стью, убираемой в период сенокосов. В торфяных почвах городских ле сов, наоборот, отмечается избыточное содержание фосфат-ионов (рис.

3.6), так как фосфор входит в состав растительных клеток слаборазло жившегося опада и торфа, однако в такой форме фосфор является не доступными для растений.

Калий. Содержание подвижного калия (в пересчете на К2О) в го родских почвах колеблется от 4,1 мг/кг до 929,4 мг/кг при среднем со держании в почвах фоновых территорий 28,8-440,0 мг/кг (см. табл. 3.5 3.6). Самое высокое содержание этого ЭП обнаружено в реплантоземах и урбаноземах промышленной зоны (Кк = 2,2-6,8), дерновых почвах го родских лугов (Кк = 1,6-2,4). На 90% ПП промышленной зоны и 9% ПП селитебной зоны (культуроземы и урбаноземы) отмечается высокое (150-300 мг/кг), а на 10% ПП очень высокое ( 300 мг/кг) содержание подвижного калия. Это может быть обусловлено его антропогенным по ступлением с золой и другими продуктами сгорания, выбрасываемыми ТЭЦ и местными котельными, а также миграцией соединений калия, входящих в состав строительного и бытового мусора. Избыточное со держание калия в луговых почвах может быть связано с их особенно стями, так как пойменные заливные почвы лугов подпитываются вода ми Северной Двины, содержащими до 3,1 мг К+ /л (Богданчикова и др., 1999). На 19% ПП селитебной зоны, представленных в основном ре плантоземами, и 60% ПП городских лесов содержание подвижного ка лия оказалось ниже, чем в природных почвах (рис. 3.6).

В целом, большая обеспеченность почв подвижными формами ЭП отмечается по периферии селитебной зоны – это центральный район и часть Привокзального микрорайона, с глинистыми почвами и торфяны ми реплантоземами. Это возможно обусловлено двумя причинами: воз растом застройки и подстилающими грунтами. Так, по периферии горо да расположена глинистая морена, снижающая промывание почв и по вышающая концентрацию биофильных элементов в поверхностных слоях почвенного покрова. А в Привокзальном микрорайоне до глубины более 12 м лежат торфа, обеспечивающие высокий миграционный сток, усиливающийся за счет мощной (до 4 м и более) песчаной отсыпки, осуществляемой при строительстве на торфах. Коэффициент фильтра ции естественных торфов в центре Архангельска составляет 2,9-5, м/сут., песчаных грунтов 10-15 м/сут., а глинистых – менее 0, м/сут. (Руководство…, 1980;


Невзоров, 2000;

Наквасина и др., 2006;

Ни китин, 2006).

4 3,5 3, 2, 2, Кк Кк 1, 1,5 0, 0, ПЗ З СЗ е З ПЗ ые С ы С ян ов мы ы мы ы ы ем рф ем ем рн Селитебная Промышленная Леса Луга е е оз оз оз Де оз оз То т ур т н н ан ан ба ба ьт пл пл Ур Ур л Функциональные зоны города Ре Ку Ре Основные типы почв А Б Ca2+;

Mg2+ фосфор (Р2О5);

калий (К2О);

Рис. 3.6. Среднее значение коэффициентов концентрации (К к) БЭ в типичных поч вах функциональных зон (А) и в различных типах почв (Б) г. Архангельска Анализ содержания в почвах Архангельска других биофильных элементов показал (табл. 3.7-3.8), что убывающий ряд накопления их в почве фоновой территории выглядит следующим образом: Са54,1 Cl31, S27,1 Mg21,4 Na15,7 Al12,2 F0,5. Аналогичный ряд выстраивается для почв зоны городских лугов: Са109,4 S89,2 Mg41,9 Cl28,7 Na17,2 Al13, F0,8. В почвах селитебной зоны лидером по накоплению БЭ так же явля ется кальций, но ряд претерпевает некоторые изменения за счет увели чения содержания натрия, обусловленного интенсивным использовани ем песчано-соляных смесей в качестве противогололедных средств:

Са110,1 Na77,1 S70,0 Al62,5 Cl45,6 Mg44,1 F0,8.

Таблица 3.7. Содержание подвижных форм биофильных элементов, мг/кг, в почвах различных функциональных зон г. Архан гельска Ca2+ Mg2+ SO42- Cl- F- Na+ Al3+ Функциональные зо ны города Техногенно-антропогенные зоны Селитебная 20,3- 4,2-138,2 4,5-814,0 17,2-247,2 0,3-3,0 32,0-201,5 42,3 (n=136) 379,6* 44,1±4,9 210,1±31,8 45,6±7,5 0,8±0,2 77,1±14,9 107, 62,5±14, 110,1±11, Промышленная 6,1-85,4 13,6-40,6 24,0-103,3 9,6-102,8 0,3-1,1 10,7-91,2 13,1-14, 13,8±0, (n=50) 41,5±6,5 24,0±3,0 50,4±11,6 45,2±7,7 0,7±0,2 42,4±6, Природно-антропогенные зоны Городские луга 2,8-191,0 26,2-67,0 167,0-371,7 18,9-45,2 1,6-2,6 7,2-32,0 12,5-13, 13,1±0, (n=25) 109,4±11,6 41,9±6,7 267,7±44,7 28,7±1,8 2,1±0,6 17,2±1, Городские леса 1,6-217,0 0,1-44,0 74,4-225,2 12,6-159,5 0,01-1,9 13,6-19,8 13,0-39, 22,0±1, (n=15) 49,9±12,0 10,8±1,7 144,3±9,7 70,2±12,7 0,8±0,2 17,0±1, Природные зоны Дерновые почвы при- 22,9-85,4 17,7-26,7 37,5-133,0 18,9-39,0 0,1-1,6 5,2-27,3 10,8-14, города ( n =3) 54,1±6,3 21,4±3,7 81,3±16,3 12,2±0, 31,5±4,4 0,5±0,1 15,7±1, Зональные подзоли- н/д н/д н/д н/д н/д 2,0-476,0 0,0-121, стые почвы (Скляров, 50,3±4,1 10,6±1, Шарова, 1970) Примечание * в числителе минимальное и максимальное содержание, в знаменателе – среднее;

н/д – нет данных Таблица 3.8. Содержание подвижных форм биофильных элементов, мг/кг, в различных типах почв г. Архангельска Ca2+ Mg2+ SO42- Cl- F- Na+ Al3+ Почвы города Техногенно-антропогенные зоны Культуроземы н/о 86,2-145,5* 18,5-53,3 227,1-261,0 25,4-50,7 0,6-1,0 51,7-110, 114,1±11,5 31,6±4,9 246,4±30,8 36,6±4,5 82,2±14, (n=10) 0,8±0, Урбаноземы 6,1-379,6 7,5-138,2 7,5-814,0 9,6-247,2 0,3-3,0 10,7-201,5 13,1-107, 122,1±26,5 48,3±3,0 208,3±12,6 52,6±4,7 77,6±13,0 33,6±3, (n=101) 0,8±0, Реплантоземы 20,3-157,9 4,2-67,2 4,5-227,1 17,2-49,1 0,3-1,0 32,0-108,8 14,6-74, 56,8±5,6 35,6±2,7 84,4±14,7 34,3±4,8 0,7±0,1 52,1±12,7 45,2±2, (n=75) Природно-антропогенные зоны Дерновые почвы 1,6-217,0 0,7-67,0 74,4-371,7 12,6-45,2 0,5-2,6 7,2-32,0 12,5-39, 101,4±11,6 36,4±2,7 219,0±39,7 26,5±3,7 1,9±0,6 16,1±1, (n=25) 17,0±1, Торфяные почвы 2,0-28,7 0,1-0,6 108,9-225,2 82,2-159,5 0,01-0,8 14,8-19,8 15,3-20, 13,7±2,3 167,0±22,8 120,8±14,7 0,4±0,1 17,2±1,7 18,5±1, (n=15) 0,3±0, Природные зоны Дерновые почвы при- 22,9-85,4 17,7-26,7 37,5-133,0 18,9-39,0 0,1-1,6 5,2-27,3 10,8-14, города ( n =3) 54,1±6,3 21,4±3,7 81,3±16,3 12,2±0, 31,5±4,4 0,5±0,1 15,7±1, Зональные подзоли- н/д н/д н/д н/д н/д 2,0-476 0,0-121, стые почвы (Скляров, 50,3±4,1 10,6±1, Шарова, 1970) Примечание * в числителе минимальное и максимальное содержание, в знаменателе – среднее;

н/д – нет данных.

В почвах промышленной зоны и зоны городских лугов лидером по накоплению БЭ становятся хлорид-ионы, с преобладанием натрия в почвах промышленной зоны и резким сокращением магния – в почвах городских лесов. Их ряды, соответственно, выглядят следующим обра зом: Cl45,2 Na42,4 Са41,5 Mg24,0 S16,8 Al13,8 F0,7;

Cl70,2 Са49,9 S48, Al22,0 Na17,0 Mg10,8 F0,5. Это может быть обусловлено как техно генным влиянием, так и особенностями самих почв.

Максимальным сходством с условно чистой дерновой почвой при города Архангельска в накоплении БЭ характеризуются дерновые поч вы природно-антропогенных зон города, их ряд выглядит следующим образом: Са101,4 S73,0 Mg36,4 Cl26,5 Na17,0 Al16,1 F1,9. В почвах тех ногенно-антропогенных зон города, как и в почвах фоновой территории, лидером по накоплению БЭ выступает кальций, однако их отличитель ная особенность – накопление натрия.

Ряды распределения БЭ в различных городских почвах схожи, и имеют вид: культуроземы Са114,1 Na82,2 S82,1 Cl36,6 Mg31,6 F0,8;

урбаноземы Са122,1 Na77,6 S64,9 Cl52,8 Mg48,3 Al33,6 F0,8;

реплан тоземы Са56,8 Na52,1 Al45,2 Mg35,6 Cl34,3 S28,1 F0,7. И только в торфяных почвах городских лесов лидером по накоплению БЭ высту пают хлорид-ионы, при аномально низком содержании магния: Cl120, S55,7 Na17,2 Са13,7 Al12,2 F0,4 Mg0,3.

Кальций. Содержание подвижных форм кальция в городских почвах колеблется от 1,6 мг/кг до 379,6 мг/кг при фоновых концен трациях 50,3-54,1 мг/кг (см. табл. 3.7-3.8, рис. 3.6). Максимально вы сокое содержание подвижных форм кальция (до 335,0-371,5 мг/кг) ус тановлено в урбаноземах селитебной зоны, расположенных на глини стом берегу Северной Двины в самом центре старой исторической за стройки города, а минимальное (45,6-78,4 мг/кг) в опесчаненных урбаноземах и реплантоземах селитебной зоны. Очень низким содер жанием подвижного кальция характеризуются урбаноземы и реплан тоземы промышленной зоны города и торфяные почвы зоны город ских лесов (38,7;

33,6 и 13,7 мг/кг, соответственно), средним – дерно вые почвы зоны городских лугов (109,4 мг/кг).

На 53% ПП селитебной зоны и 67% ПП зоны городских лугов содержание кальция в почве характеризуется как повышенное и высо кое ( 100 мг/кг). На 78% ПП наблюдается превышение фоновых зна чений (КК колеблется от 1,1 до 6,8 ед.).

Магний. Содержание подвижных форм магния в почвах Архан гельска составляет 0,1-138,2 мг/кг при фоновых значениях 10,6-21, мг/кг (см. табл. 3.7-3.8, рис. 3.6). Согласно общепринятой градации (см.

табл. 2.11) дерновые почвы городских лугов имеют среднюю и высокую обеспеченность (26-67 мг/кг) данным БЭ. Очень низким содержанием магния (0,1-0,6 мг/кг) характеризуются торфяные почвы городских ле сов. В селитебной зоне города 50% ПП имеют повышенную и высокую степень обеспеченности почв магнием ( 40 мг/кг), из них 33% культу роземы, 55% урбаноземы и 46% реплантоземы. Максимальное содержа ние этого БЭ (79,0-138,2 мг/кг) обнаружено в глинистых почвах района старой застройки Архангельска (урбоестественные почвы и урбанозе мы). Низкой обеспеченностью магнием ( 20 мг/кг) характеризуются 5% урбаноземов и 15% реплантоземов селитебной зоны и 29% урбано земов промышленной зоны города.

Натрий. Содержание подвижных форм натрия в почвах Архан гельска составляет 7,2-201,5 мг/кг при среднем фоновом значении 15, мг/кг. Особенно высокие концентрации Na+ обнаружены в культурозе мах и урбаноземах техногенно-антропогенных зон города (табл. 3.7-3.8, рис. 3.7). Это может быть обусловлено добавлением натриевых солей в песчано-солевые смеси, используемые в качестве средства против обле денения поверхности автомобильных дорог. В почвах природно антропогенных зон города содержание натрия находится на фоновом уровне (Кк 1,0).

Алюминий. Содержание подвижных форм алюминия в почвах Ар хангельска составляет 12,5-107,0 мг/кг при фоновых значениях 10,8-14, мг/кг. Селитебная зона – лидер по содержанию в почвах подвижного алюминия (Кк 4,0) что, скорее всего, может быть связано с высоким содержанием в них физической глины, являющейся основным природ ным источником алюминия (табл. 3.7-3.8, рис. 3.7).

Кк Кк 2 0 Селитебная Промышленная Леса Луга Культуроземы Урбаноземы Реплантоземы Дерновые Торфяные Функциональные зоны города Основные типы почв А Б Na+;

3+ 2 Cl-;

F Al ;

SO4 ;

Рис. 3.7. Среднее значение коэффициентов концентрации (Кк) БЭ в типичных поч вах функциональных зон г. Архангельска (А) и в различных типах почв (Б) г. Ар хангельска Техногенным источником его может быть большое количество бы тового мусора, автотранспорт и строительная пыль. Особенно токсич ны для растений реплантоземы и урбаноземы, так как на отдельных ПП порог токсичности Al3+ (20 мг/кг) превышен в 2,0-5,0 раз.

Сульфат-ионы. Содержание водорастворимых сульфатов в город ских почвах колеблется от 4,5 до 814,0 мг/кг при фоновых значениях 37,5-133,0 мг/кг. Высокие концентрации сульфат-ионов выявлены в дерновых почвах городских лугов, культуроземах и урбаноземах сели тебной зоны города (табл. 3.7-3.8, рис. 3.7). В 17% урбаноземов сели тебной зоны города концентрация SO42- составляет 1,1-1,7 ПДК ( мг/кг).

Хлорид-ионы. Содержание водорастворимых хлоридов в почвах города колеблется от 12,6 до 247,0 мг/кг, в природных почвах составля ет 18,9-39,0 мг/кг (табл. 3.7-3.8, рис. 3.7). 3% урбаноземов техногенно антропогенных зон и 33% торфяных почв городских лесов содержат хлорид-ионы в количествах, в 1,6-2,5 раз превышающих порог токсич ности равный 100 мг Cl-/ кг (Муравьев и др., 2000).


Фторид-ионы. Содержание водорастворимых фторидов в почвах города низкое, ни на одной ПП города не превышает ПДК (10,0 мг/кг) и составляет 0,01-2,96 мг/кг при фоновых значениях 0,13-1,61 мг/кг. Наи более обеспечены данным микроэлементом дерновые почвы городских лугов и все типы почв техногенно-антропогенных зон (табл. 4.7-4.8, рис.

4.7).

Избыточное накопление биофильных элементов в городских поч вах может оказать существенное влияние на солевой состав почв и их физико-химические характеристики. Накапливающиеся в почве раство римые соли по токсическому воздействию на растения можно располо жить по степени убывания угнетающего действия в следующий ряд:

Na2CO3 NaHCO3 NaCl NaNO3 CaCl2 Na2SO4 MgCl MgSO4 (Андреев и др., 2007;

Лопатовская, Сугаченко, 2010). Содержа ние гидрокарбонат-ионов в почвах г. Архангельска колеблется от 8,5 до 28,1 мг/кг, основной вклад в изменение солевого состава почв города и накопление токсичных солей вносят Ca2+, Mg2+, Na+, Cl-, SO42-, NO3-.

Согласно полученным данным (табл. 3.9) водные вытяжки из почв при родно-антропогенных зон города характеризуются сульфатно кальциевым составом.

Техногенная нагрузка накладывает свой отпечаток на изменение солевого состава почв, увеличивая долю, ионов, токсичных для расте ний. Так, для почв промышленной зоны характерен хлоридно натриевый состав водных вытяжек, а для почв селитебной зоны – суль фатно-натриевый. На основе коэффициентов концентрации был рассчи тан суммарный показатель накопления биофильных элементов в почвах г. Архангельска (рис.3.8).

Zc (БЭ) Zc (БЭ) ПЗ З СЗ е З ПЗ ые С ы С ян ов мы ы мы ы ы ем рф ем ем рн е е оз оз оз Де оз оз То т ур т н н ан ан ба ба Селитебная Промышленная Леса Луга ьт пл пл Ур Ур л Ре Ку Ре Функциональные зоны города Основные типы почв А Б Рис. 3.8. Среднее значение суммарного показателя (Zc) накопления БЭ в почвах ос новных функциональных зон (А) и в основных типах почв (Б) г. Архангельска Таблица 3.9. Средний солевой состав почв основных функциональных зон г. Архангельска Зоны города солей, Долевое содержание ионов, % мг-экв./ 100 г Ca2+ Mg2+ Na+ SO42- Cl- NO3 почвы Техногенно-антропогенные зоны Селитебная (n=136) 37,0±1,8 16,9±0,8 6,0±0,3 23,9±1,3 28,0±1,4 12,0±0,6 13,6±0, Промышленная 20,1±1,0 11,6±0,6 6,0±0,3 23,3±1,3 12,2±0,6 23,7±1,3 23,2±1, (n=50) Природно-антропогенные зоны Городские луга 32,9±1,6 19,7±1,0 6,7±0,4 4,1±0,2 39,8±2,0 6,5±0,4 23,2±1, (n=25) Городские леса 23,1±1,2 10,0±0,6 2,3±0,1 8,7±0,5 33,0±1,8 26,1±1,4 19,9±1, (n=15) Природная зона Дерновые почвы при- 21,7±1,1 12,5±0,6 4,9±0,3 7,2±0,5 18,7±0,9 14,5±0,7 42,1±2, города (n =3) Согласно этому показателю максимальной степенью накопления БЭ, включая элементы питания, характеризуются урбаноземы и культу роземы селитебной зоны города. Меньше всего их аккумулируется в ур баноземах промышленной зоны и торфяных почвах городских лесов.

Таким образом, накопление подвижных форм биофильных эле ментов в почвах Архангельска связано с геологическим строением и промывной способностью грунтов на территории города. Для селитеб ной зоны города характерен концентрический тип распределения БЭ:

максимальная их локализация отмечена по периферии, на территории старой исторической зоны, где почвообразующей породой является тя желая морена. В центре современного Архангельска, расположенном на торфах с песчаной отсыпкой, отмечен минимум накопления БЭ.

Содержание всех рассмотренных БЭ в городских почвах Архан гельска в большинстве случаев превышает их содержание в природных почвах. При этом наиболее обеспечены ЭП почвы селитебной зоны и зоны городских лугов. На отдельных территориях (селитебная зона) происходит даже антропогенное «зафосфачивание» почв. Наименее благоприятными для развития растительности являются почвы про мышленной зоны и зоны городских лесов. В реплантоземах техногенно антропогенных зон города – почвах новостроек БЭ накапливается меньше чем в урбаноземах и культуроземах. Особенно низкой аккуму ляционной способностью обладают торфяные почвы городских лесов.

На территории техногенно-антропогенных зон города ежегодно при удалении опавшей листвы фитоценозы теряют большое количество БЭ и восполнения потери, как правило, не происходит (Природный комплекс …, 2000;

Корельская, 2007). Локальный круговорот химиче ских элементов в фитоценозах природно-антропогенных зон поддержи вает постоянный уровень БЭ, однако на городских лугах такой кругово рот нарушается в связи с тем, что эти территории используются под па стбища и сенокосы. Дефицит таких элементов, как N, P и K, в почве ве дт к ухудшению роста растительности и, как следствие, к загрязнению экосистемы в целом, так как фитосреда служит первоочередным при емником техногенных выбросов.

Техногенная нагрузка на городские почвы приводит к тому, что избыточное накопление БЭ в городских почвах может оказать сущест венное влияние на их солевой состав, увеличивая долю токсичных со лей в водных почвенных вытяжках.

3.2.2. Миграция биофильных элементов в почвах В естественной дерновой почве максимумы накопления нитратов особенно ярко выражены на биогеохимическом барьере в верхнем гори зонте (дернине), где происходит разложение органического вещества, и на сорбционном барьере в почвообразующей породе. Содержание ам монийного азота, наоборот, увеличивается в дерновом и переходном горизонтах по сравнению дерниной.

По почвенному профилю городских почв неорганические формы азота (нитраты и ионы аммония) распределяются неравномерно. Они аккумулируются в верхнем горизонте торфяных почв городских лесов (рис. 3.9), в других типах почв города максимумы их содержания на блюдаются и в нижележащих горизонтах. Так, в почвах техногенно антропогенных зон наблюдается некоторое увеличение содержания не органических форм азота в нижних почвенных горизонтах, что, прежде всего, может быть связано как с промывным типом водного режима, ха рактерным для региона, так и опесчаниванием почв Архангельска.

Подвижный фосфор в почвах природно-антропогенных зон акку мулируется в верхнем гумусовом горизонте почвы (рис. 3.9), за счет связывания с гуминовыми кислотами, которые в силу своей низкой рас творимости концентрируются преимущественно в верхних горизонтах почв. Однако следует отметить, что накопление фосфатов связано с ин дивидуальными особенностями составов горизонтов почвы. Так, в есте ственной почве наблюдается повышение содержания фосфатов с глу биной профиля (максимумы зафиксированы в гумусовом горизонте и в материнской породе, имеющей тяжелосуглинистый гранулометриче ский состав). Это может быть обусловлено его сорбцией на аморфных гидроксидах железа и марганца, слоистых алюмосиликатах. В почвах техногенно-антропогенных зон наблюдается резкое колебание содержа ния Р2О5 как между почвенными разрезами, так и между горизонтами одного профиля. В верхних слоях почв 17% реплантоземов и 42% ур баноземов содержание подвижного фосфора гораздо ниже, чем в под стилающих слоях. Такие резкие колебания подвижного фосфора обу словлены тем, что горизонты урбаноземов и реплантоземов имеют ан тропогенное происхождение. Толща этих почв захламлена и содержит различные грунты и техногенные отходы (торф, шлак и др.), используе мые при их создании.

Миграционная способность подвижного калия в почвах г. Архан гельска низкая (рис. 3.9), он аккумулируется на сорбционном барьере в верхнем гумусовом горизонте и его количество закономерно уменьша ется вниз по профилю. Это обусловлено тем, что калий с одной сторо ны входит в состав ППК, с другой образует с гуминовыми кислотами легко диссоциируемые гетерополярные соли, являющиеся одним из ос новных резервов подвижного калия в почве.

Накопление высоких количеств данного элемента в поверхностном слое всех типов городских почв связано, прежде всего, с высокой легко стью и значительной интенсивностью его высвобождения из раститель ных остатков и закреплением в гумусовом горизонте.

В отношении калия сорбционные барьеры в естественной почве выявлены в верхнем (дернина) и нижнем (материнская горная порода) горизонтах (90 мг/кг и 129 мг/кг, соответственно), характеризующихся высоким содержанием в них фракции с размером частиц 0,01 мм и по явлением в нижнем слое алюмосиликатов, связывание с которыми ио нов калия происходит посредством проникновения последних в межпа кетные пространства минерала.

Содержание водорастворимых фторидов и подвижного натрия в естественной почве плавно снижается с глубиной почвы. Для подвиж ного кальция(85 мг/кг и 54 мг/кг, соответственно), водорастворимых сульфатов и хлоридов (47,3 и 38,4 мг/кг;

38,4 и 54,0 мг/кг, соответствен но) сорбционные барьеры в естественной почве выявлены в верхнем (дернина) и нижнем (материнская горная порода) горизонтах, для под вижных магния и алюминия в горизонте В (26,7 мг/кг и 14,0 мг/кг, со ответственно), при общей тенденции к снижению с глубиной (рис. 3.9).

нитраты, мг/кг аммоний, мг/кг калий, мг К2О/кг магний, мг/кг кальций, мг/кг фосфор, мг Р2О5/кг 0 50 100 150 200 0 50 100 150 200 0 20 40 60 0 200 400 600 0 50 100 150 200 0 100 200 300 400 NO3- NH4+ Ca2+ Mg2+ P2O5 K2 O фториды, мг/кг сульфаты, мг/кг хлориды, мг/кг алюминий, мг/кг натрий, мг/кг 0 1 2 3 0 20 40 60 80 0 100 200 300 0 25 50 0 50 100 150 Na+ Al3+ SO42- Cl- F -·-·-фон, –– промышленная, –– селитебная, ––луга, –– леса Рис. 3.9. Распределение биофильных элементов в типичных почвах функциональных зон г. Архангельска Содержание водорастворимых фторидов в городских почвах на блюдаются незначительные скачкообразные колебания его содержания с увеличением вниз по профилю в почвах селитебной зоны и зоны го родских лесов, и уменьшением в почвах промышленной зоны и зоны городских лугов. Для других БЭ в почвах природно-антропогенных зон города, наблюдается плавное или скачкообразное снижение содержания вниз по почвенному профилю, а в почвах техногенно-антропогенных зон города из-за их переслоенности общих закономерностей в распреде лении БЭ по почвенному профилю не выявлено (см. рис. 3.9).

В целом, распределение подвижных форм БЭ по профилю разных типов почв Архангельска имеет гумусово-аккумулятивный характер и отличается от распределения в природных почвах. Аккумуляция хими ческих элементов наблюдается в верхних горизонтах, наиболее богатых гумусом, вниз по почвенному профилю их содержание, иногда очень резко, снижается. Это, прежде всего, может быть связано с опесчанива нием почв. Характер распределения мигрирующих элементов зависит от типа почв, их гранулометрического состава, обеспеченности органи ческим веществом и других свойств.

В дерновых и торфяных почвах природно-антропогенных зон, ур баноземах и культуроземах техногенно-антропогенных зон наблюдается близкий характер распределения БЭ по почвенному профилю. В ре плантоземах четких закономерностей распределения биогенных эле ментов не прослеживается. Часто содержание химических элементов резко изменяется по горизонтам почвы.

Распределение БЭ по почве зависит и от их миграционных свойств. Химические элементы обладают разной подвижностью и осо бенностями закрепления в почве, минимальной миграционной способ ностью в городских почвах обладает фосфор.

3.2.3. Обеспеченность растений элементами питания Растения – ведущий фактор биогеохимических процессов мигра ции и трансформации веществ в биосфере. Изменение содержания в почве, как биофильных элементов в целом, так элементов питания рас тений, в частности, напрямую влияет на е плодородие и состояние зе лных насаждений в городе. В городской среде на накопление ЭП и по ведение их в растениях, а, соответственно и на жизнедеятельность рас тений, в первую очередь влияет напряженность экологической обста новки. Это отражается на санитарном и эстетическом состоянии город ских насаждений (Ремезов и др., 1959;

Виноградов, 1963;

Арчегова, 1976;

Ильин, 1991;

Кулагин, Шагиева, 2005).

Определение ЭП в растительном покрове г. Архангельска прово дилось путем оценки содержания азота в пересчте на NO3–, калия в пе ресчте на К2О и фосфора в пересчте на Р2О5 в разнотравье (надземная и подземная части) (табл. 3.10-3.11) и в органах (листья, ветви, кора, корни) древесных растений (ива, тополь, береза) (табл. 3.12-3.13), про израстающих на типичных почвах основных функциональных зон горо да.

При оценке интенсивности накопления ЭП в растительном покро ве с помощью Кк, в качестве фоновых использовались значения их со держания в растениях, отобранных на относительно незагрязннной территории, расположенной в 30 км от Архангельска.

Установлено, что убывающий ряд накопления ЭП в растительно сти выглядит следующим образом: для растений фоновых участков, промышленной зоны и зоны городских лесов (независимо от типа почв) – Р К N, для селитебной зоны и зоны городских лугов (независимо от типа почв) – К Р N, в отличие от распределения этих элементов в почвенном покрове, где в фоновой почве преобладающим ЭП был азот, во всех типах почв селитебной зоны и торфяных почвах городских лесов – фосфор, а во всех типах почв промышленной зоны и дерновых почвах городских лугов – калий.

Причем, по всей видимости, наиболее чувствительны к изменению содержания ЭП травянистые растения, так как в древесных растениях всех зон города независимо от типа почв, наблюдается одинаковый с фоновым районом порядок накопления элементов питания: Р К N.

Исключение составляют древесные растения, произрастающие на ур баноземах и реплантоземах селитебной зоны, где лидером по накопле нию ЭП выступает калий.

Таблица 3.10. Содержание биофильных элементов, мг/кг, в разнотравье, собранном в различных функциональных зонах г. Ар хангельска Зона города Надземная часть разнотравья Подземная часть разнотравья Разнотравье (среднее) - NO3 Р2О5 К2О Р2О5 К2О Р2О5 К2О NO3 NO Техногенно-антропогенные зоны Селитебная 101-259 1223-5102 2481-6391 66-407 919-17590 260-8949 91-309 1419-6493 2070- 165±9 2263±16 3641±19 196±8 5733±100 2165±89 180±10 3340±18 2999± Промышленная 21-133 7780-45600 483-4703 21-205 711-2476 2070-6687 22-153 684-23514 1378- 95±5 21881±127 2635±29 117±12 1597±45 4278±98 106±11 10481±112 3457± Природно-антропогенные зоны Городские луга 12-78 1986-29411 3426-7671 8-311 3315-6911 1366-6057 29-194 3193-16363 2457- 37±2 9309±65 6142±49 106±16 4434±116 3475±34 71±2 6872±35 4809± Городские леса 60-2020 3037-18519 1180-6955 30-651 895-2117 143-583 45-1335 1966-5523 882- 741±14 8632±24 4097±18 323±15 1604±28 361±9 532±14 5118±18 2229± Природная зона Дерновые почвы 111±13 11203±115 3204±47 115±12 9572±98 430±28 113±11 10388±110 1817± пригорода (фон) Таблица 3.11. Содержание биофильных элементов, мг/кг, в разнотравье, собранном с различных типов почв г. Архангельска Почвы города Наземная часть разнотравья Подземная часть разнотравья Разнотравье (среднее) NO3- NO3- NO3 Р2О5 К2О Р2О5 К2О Р2О5 К2О Техногенно-антропогенные зоны Культуроземы 108-226 1557-5102 3080- 141-143 3493-3499 2245- 125-184 2527-4299 2665- 167±19 3330±135 142±15 3496±196 155±17 3413±189 2760± 3458 3269±134 2250± Урбаноземы 21-259 1223-45600 483-6391 21-407 776-11218 380-8949 22-309 729-23514 1378- 131±8 15952±228 3125±28 163±9 3704±33 3092±27 148±4 9215±75 3200± Реплантоземы 23-196 1919-30380 771-4703 66-240 711-17590 260-5698 72-180 686-15799 2070- 116±7 10258±367 3082±28 140±9 3605±37 3017±25 128±5 4831±38 3286± Природно-антропогенные зоны Дерновые почвы 12-2020 1986-29411 1180- 8-651 1123-6911 350-6368 29-1335 2809-16363 882- 332±39 10391±269 204±29 3419±69 3085±32 268±39 6906±269 4150± 5215± Торфяные почвы 60-781 3037-18519 1762- 30-642 895-2117 143-479 45-711 1966-10318 1120- 444±25 9884±89 239±15 1620±28 290±14 341±35 5752±83 2204± 4117± Природная зона Дерновые почвы 111±13 11203±115 3204±47 115±12 9572±98 430±28 113±11 10388±110 1817± пригорода (фон) Санитарно-гигиенические нормы (ПДК) по содержанию ЭП в рас тительности определены только для нитрат-ионов и составляют мг/кг (Санитарно-гигиенические нормы, 1988;

СанПиН 2.3.2.1078-01).

Для фонового участка превышения ПДК не отмечается. В городском разнотравье эти нормы также не превышены, исключение составляют растения городских лесов, где на 30% ПП содержание нитратов в над земной части разнотравья составляет 1,2-4,0 ПДК. Это может быть обу словлено способностями растений леса избирательно поглощать нитра ты (Хрусталва, 2002). В древесных растениях города превышения ПДК нитрат-ионов на всех исследуемых ПП не наблюдается (табл. 3.12 3.13).

Оценка содержания ЭП в сравнении с фоновыми значениями пока зала сходный характер накопления их как в разнотравье, так и в древес ных растениях всех функциональных зон города, независимо от типа почв (рис. 3.10-3.11).

Таблица 3.12. Содержание ЭП, мг/кг, в древесных растениях (на примере ивы), произрастающих в основных функциональных зонах г. Архангельска Зоны города ЭП Органы растения Листья Ветви Кора Корень Среднее Техногенно-антропогенные зоны Селитебная К2О 4659±64 2701±28 3497±24 2488±57 3318± Р2О5 3091±32 1146± 1896±27 7988±95 3656± 119±10 111± NO3 149±19 73±10 115± Промыш- К2О 2160±31 2523± 2176±26 1180±12 2010± ленная Р2О5 52023±325 25953±291 96405± 20757±107 48785± 23±2 165± NO3 47±4 121±11 89± Природно-антропогенная зона Городские К2О 2092±98 554±92 393±26 425±14 883± леса Р2О5 12729±112 3614±94 2177±87 2148±96 5249± 239±10 85±6 226±15 353±16 226± NO Природная зона Дерновые К2О 1844±28 1318±21 560±11 723±12 1111± почвы при- Р2О5 15399±100 12340±98 14711±119 16902±112 14838± города (фон) NO3 215±10 211±11 81±5 98±8 151± Таблица 3.13. Содержание ЭП, мг/кг, в древесных растениях (на примере ивы), произрастающих на основных типах почв г. Архангельска Почвы го- ЭП Органы растения рода Листья Ветви Кора Корень Среднее Техногенно-антропогенные зоны Урбаноземы К2О 3194±61 2687±28 1629±20 2823±59 2611± Р2О5 35829±328 18848±273 15476±184 71783±905 35484± 87±10 130± NO3 64±9 138±20 105± Реплантозе- К2О 1656±31 1664± 3601±29 3083±32 2462± мы Р2О5 19199±312 28972± 8316±97 6929±70 16324± 110±12 107± NO3 68±6 92±10 94± Природно-антропогенные зоны Торфяные К2О 2354±99 623±93 518±46 440±16 1007± Р2О5 17717±132 2806±84 2827±97 2442±97 6691± 184±9 57±5 206±13 45±6 123± NO Дерновые К2О 1700±59 485±78 207±26 404±16 699± Р2О5 5246±62 4423±99 1707±77 3145± 1202± 323±18 127±9 256±15 816±26 380± NO Природная зона Дерновые К2О 1844±28 1318±21 560±11 723±12 1111± почвы при- Р2О5 15399±100 12340±98 14711±119 16902±112 14838± города (фон) NO3 215±10 211±11 81±5 98±8 151± 5 Кк Кк я ная Л еса Л уга а тебн шлен Селитебная Промышленная Леса Сел и ы П ром Функциональные зоны города Функциональные зоны города А Б калий;

фосфор;

азот Рис. 3.10. Значение коэффициентов концентрации (Кк) ЭП для разнотравья (А) и древесных растений (Б), произрастающих в основных функциональных зонах г.

Архангельска Исключение составляет фосфор, аккумуляция которого в древес ной растительности промышленной зоны гораздо выше, чем в разнотра вье. Он накапливается в основном в древесных растениях, произра стающих на урбаноземах и реплантоземах (Кк 1) промышленной зоны, что может быть связано с высоким содержанием подвижного фосфора в этих почвах из-за опесчаненности. В других функциональных зонах го рода, независимо от типа почв, отмечается дефицит содержания фос фат-ионов (Кк 0,7) в растениях, что обусловлено недостатком доступ ных форм фосфора в почвенном покрове.

Активное накопление калия растительностью по сравнению с при родной зоной (Кк 1) наблюдается в техногенно-антропогенных зонах и зоне городских лугов, что связано в первую очередь с избыточным со держанием этого элемента в почвах (см. рис. 3.10-3.11). Калий в боль шей степени аккумулируется в травянистой растительности (Кк 1) не зависимо от типа почв, и в древесной растительности, произрастающей на урбаноземах и реплантоземах техногенно-антропогенных зон города.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.