Глава 4. Почвы города

Почва является одной из основ устойчивости экосистем. Именно в почве происходит этап биогеохимического цикла, связанного с деструкцией органического вещества, происходит биохимическое преобразование культурного насыпного слоя, трансформация поверхностных вод в грунтовые; почва является питательным субстратом для растений. Почва служит «банком» для семян, регулятором газообмена и т.д. [Добровольский, Строганова, 1997].

Важнейшими свойствами почвы как среды обитания являются: наличие минеральных элементов питания растений и способность их удерживать, наличие воды и влагоудерживающая способность. Инфильтрация воды с поверхности и аэрация почвы зависят от ее структуры. Переуплотненные почвы становятся непригодными для роста растений. Переувлажнение почв также нарушает газообмен, а относительная кислотность и ионный состав почвенного раствора сильно влияют на жизнь организмов в почвенном слое. Почвенные экосистемы включают следующие компоненты: минеральные частицы, детрит (мертвые остатки растений и животных) и множество живых организмов – почвообразователей. К числу последних относятся редуценты (грибы и бактерии), детритофаги (дожде­вые черви, насекомые, моллюски), простейшие, микроводоросли, землероющие животные (кроты и др.).

Плодородие почвы в значительной мере определяется наличием гумуса – продукта жизнедеятельности почвенных организмов, остатка органического вещества после потребления детрита. Самоподдержание почвенных экосистем тесно связано с жизнью растений. Растения обеспечивают детрит (опавшие листья, отмершие части корней) и защищают почву от эрозии. В природе почва и растительность находятся в состоянии динамического равновесия. Почва служит основой жизни наземных растений, а растения, в свою очередь, – ведущим звеном всего сообщества живых организмов.

В городе почвы исполняют различные экологические функции. Почвы влияют на химический состав подземных вод, являются универсальным адсорбентом, поставщиком и регулятором содержания CO₂, N₂, O₂ в воздухе, поглотителем вредных газовых примесей, в том числе выбросов автотранспорта, ТЭЦ и др. Газовый состав атмосферы почва регулирует путем выделения и поглощения метана, аммиака, углекислого газа.

Благодаря своим биогеохимическим свойствам и мелкодисперсной структуре почва может превращаться в «депо» токсических соединений, и она же может играть до известной степени роль барьера для солей тяжелых металлов, пестицидов, нефтепродуктов, минеральных удобрений на пути их миграции в грунтовые воды.

В городах и промышленных зонах плотная застройка нарушает газо- и водообмен почв, изменяет механические свойства грунтов, нарушает структуру. Органические остатки – продукты жизнедеятельности людей – и промышленные отходы изменяют физико-химические и биологические свойства почв. Культурный слой – исторический след всех антропогенных преобразований территории города – формируется насыпными грунтами, остатками древних строений и настилов, захоронений, свалок. Культурный слой Москвы имеет толщину от 4 до 21 м. Современное подземное хозяйство города уходит на глубину до 100 м. В силу этого нарушается геологическое строение территории, происходит оседание земной поверхности. Так, в Токио за 35 лет поверхность земли опустилась на 3–4 м, в Мехико – на 7 м с 1900 по 1960 год [Негробов и др., 2000].

Природные почвенные экосистемы теряют способность к саморегуляции также в силу химического, механического, бактериального и физического загрязнения: отходами промышленности, сельского и коммунально-бытового хозяйства. В Москве площадь значительного загрязнения с 1977 по 1988 год увеличилась со 100 до 600 км². В 6 раз возросло среднее содержание в почвах тяжелых металлов. Удаление и складирование твердых отходов – проблема любого городского хозяйства. В отвалы предприятий добывающей и перерабатывающей промышленности идет до 90% добытого из недр сырья, площадь отвалов составляет тысячи квадратных километров.

Бытовые отходы, как и промышленные, частично утилизируются (компост, вторсырье), частично складируются и должны подвергаться обеззараживанию и уничтожению (сжиганию). Площадь городских свалок впечатляет; в развитых странах на одного городского жителя ежегодно приходится до 900 кг мусора. Почвы под свалками испытывают значительное механическое и тепловое воздействие, в них диффундируют токсичные вещества, размножаются патогенные микроорганизмы. Считается, что для обеззараживания такого современного полигона необходимо 50–100 лет.

Естественные почвы и самоподдерживающиеся почвенные экосистемы в городе сохраняются в основном на территории природных комплексов: оставшихся участков леса, крупных парков. Сохранение их – необходимое условие существования полноценных экосистем. На застроенных участках города обра­зуется новый тип почв, так называемый «урбанозем» [Строганова, Прокофьева, 2000]. В городе встречаются «запечатанные» территории под покрытием, непроницаемым для водного и воздушного обмена, и открытые территории, которые могут быть озелененными, где почвы сохраняют свои экологические функции, и не озелененными, где растительность представлена сорными и рудеральными видами, а почвы деградируют, теряя плодородие и основные свойства. При градостроительстве необходимо ограничивать «запечатывание» почв и сохранить сеть соединенных между собой озелененных зон, преимущественно сохраняющих специфику природных экосистем. Необходимы мероприятия по рекультивации почв в промышленных зонах, разработка новых методов, в том числе биотехнологических, создание микробных комплексов для этих целей.

Микробные сообщества в городских почвах имеют ряд особенностей. По сравнению с естественными почвами в городских почвах средней полосы России резко снижено содержание мицелия грибов, основных почвообразующих организмов – деструкторов органических остатков. При этом ухудшаются условия роста растений. Доля бактерий в почвенной биомассе увеличивается. Увеличивается также доля эвритопных микроскопических грибов. Формируются более упрощенные, чем в естественных условиях, микробокомплексы. На поверхности почвы увеличивается присутствие фитопатогенных грибов. На поверхностях городских сооружений, благодаря выпадению кислотных осадков, активно размножаются бактерии, разрушающие камень, бетон и деревянные покрытия. Зачастую представители этих видов микроорганизмов вызывают аллергические реакции у людей [Марфенина, 1999].