Библиотека ДИССЕРТАЦИЙ
Главная страница Каталог

Новые диссертации Авторефераты
Книги
Статьи
О сайте
Авторские права
О защите
Для авторов
Бюллетень ВАК
Аспирантам
Новости
Поиск
Конференции
Полезные ссылки
СУПЕРОБУЧЕНИЕ
Комната отдыха

Введите слово для поиска

Жесткова Дарья Борисовна
Состав и структура травянистого покрова придорожных территорий автомагистралей крупного промышленного города

Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского


Специальность: 03.02.08 – Экология (биологические науки)


Диссертация
на соискание ученой степени кандидата биологических наук


Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор Охапкин А.Г.


Н. Новгород – 2016

Содержание диссертации
Состав и структура травянистого покрова придорожных территорий автомагистралей крупного промышленного города

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1. Городские условия как специфический комплекс абиотических и антропогенных факторов
1.2. Формирование растительного покрова в специфических условиях города

ГЛАВА 2. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Природная характеристика г. Нижнего Новгорода
2.2. Характеристика объектов исследования
2.3. Методика проведения исследований
2.4. Методы лабораторных исследований и статистической обработки результатов

ГЛАВА 3. ЭДАФИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ПРОИЗРАСТАНИЯ РАСТИТЕЛЬНОСТИ И ИХ ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ДИНАМИКА ВДОЛЬ АВТОМАГИСТРАЛЕЙ НА ФОНЕ АНТРОПОГЕННОЙ НАГРУЗКИ
3.1. Характеристика антропогенной нагрузки автотранспортного комплекса
3.2. Характеристика придорожных почв продольного профиля вдоль автомагистралей
3.3. Пространственная динамика почвенных характеристик поперечных трансект вдоль автомагистралей
3.4. Биологическая активность почв вдоль автомагистралей

ГЛАВА 4. ФЛОРИСТИЧЕСКИЙ СОСТАВ ТРАВОСТОЯ И ЕГО ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ДИНАМИКА
4.1. Видовой состав и систематическая структура флоры
4.2. Анализ сходства видового состава травянистых сообществ вдоль автомагистралей
4.3. Экологическая структура флоры
4.3.1. Соотношение эдафотопических групп во флоре
4.3.2. Соотношение гидротопических групп во флоре
4.3.3. Биоморфологическая структура флоры
4.4. Эколого-ценоморфный анализ травянистого покрова

ГЛАВА 5. СТРУКТУРА И ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ДИНАМИКА ТРАВЯНИСТОГО ПОКРОВА ПРИДОРОЖНЫХ ТЕРРИТОРИЙ
5.1. Анализ общего проективного покрытия травостоя
5.2. Доминирующие виды растительных сообществ придорожных территорий и их связь с факторами среды
5.3. Видовое богатство и разнообразие травянистых сообществ вдоль автомагистралей
5.4. Видовое богатство и разнообразие сообществ на различном расстоянии от автомагистралей
5.5. Экологическое зонирование придорожных территорий на основании абиотических и биотических показателей

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОПТИМИЗАЦИИ ПОЧВЕННО-РАСТИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА ПРИДОРОЖНЫХ ТЕРРИТОРИЙ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ. Список травянистых видов придорожных территорий

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Городские условия как специфический комплекс абиотических и антропогенных факторов

Одной из важнейших проблем современной экологии является оценка последствий урбанизации как глобального воздействия человека на природу, а также исследование динамики природных и антропогенных факторов в пределах городских территорий и их воздействие на биотические сообщества, образовавшиеся в городской среде. В течение XIX в. темпы роста площадей городских территорий неизменно возрастали. В ходе исторического развития городов наблюдались различные процессы, приводящие к усилению позиций города или утрате его значения, о чем свидетельствуют так называемые «мертвые города». В целом в настоящее время наблюдается тенденция разрастания, укрупнения городов. Разрастание их происходит за счет роста системы транспортных связей и присоединения пригородных территорий (Сахапов, 1990; Письмаркина и др., 2006).

Развитию более крупных городов способствует прогресс транспорта, оставляя за мелкими роль местных центров; часто города срастаются, образуя агломерации или конурбации (Великобритания), или возможно появление мегалополисов (урбанизированная полоса от Бостона до Вашингтона в США) (Горохов, 2005). В результате современные города занимают примерно 5% суши, а городское население составляет около 60-70% всех жителей Земли (Григорьевская, 2000; Агафонов и др., 2003).

Процесс урбанизации в России имеет региональные особенности. Наиболее урбанизированными являются, как правило, старые промышленные экономические районы Европейской части России: Центральный, Северо-Кавказский, Поволжский, Урал. Для урбанизации характерна концентрация населения в больших и сверх больших городах (с населением свыше 100 тыс. человек). В составе Волго-Вятского района насчитывается 65 городов, из них 3 больших, 4 крупных и 1 город-миллионер – Нижний Новгород. Доля городов к численности населения в общей доле всех районов России для города-миллионера равна 3,1% (4,1% для больших городов, 6,2% – для крупных), а доля горожан для г. Нижнего Новгорода – 27,5% (10,0%, 30,7% соответственно). Поэтому г. Нижний Новгород считается менее урбанизированным в Волго-Вятском районе по сравнению с крупными городами (с населением 250-500 тыс. человек).

Большое влияние на структуру города оказывают природные факторы (рельеф, водные объекты, массивы насаждений), в зависимости от которых схема города может быть: компактной (единый массив), расчлененной (наличие реки) и рассредоточенной (с разновеликими территориями) (Нормы…, 1999; Горохов, 2005). Природные факторы, или ландшафтные экотоны, определяют расположение многих городов на контакте речных долин и междуречий, суши и моря, равнин и гор (Агафонов и др., 2003).

По мере развития крупного города как крупной полифункциональной геоэкосистемы в его структуре выделяются некоторые функциональные зоны: селитебная (территория жилых районов, улиц, площадей), промышленная (территория промышленных объектов), коммунально-складская (для размещения баз, складов и депо), зона внешнего транспорта (аэропорты, железнодорожные станции, пристани) и санитарно-защитная (территории зеленых насаждений) зона (Киселев, 2002; Горохов, 2005). Все перечисленные зоны образуют застроенную территорию города, вне которой располагается лесопарковая, или ландшафтно-рекреационная, приспособленная для массового отдыха, спорта и развлечения. Возможны ее участки и внутри городов – это городские парки, скверы, бульвары, образованные на месте растительных массивов, которые в отличие от естественных сообществ не являются саморегулирующимися системами (Экология города…, 2000; Гнатюк, Антипина, 2001).

Функциональное зонирование городов основывается на разграничении средообразующих (застроенные территории) и экологически опасных зон (промышленность, транспорт). Средообразующие объекты являются главными центрами тяготения, между ними складываются массовые потоки населения, определяющие конфигурацию сети магистральных улиц, ширина которых зависит от интенсивности движения транспорта и пешеходов, санитарно-гигиенических требований и требований гражданской обороны (ширина магистральных дорог – 50-75 м, магистральных улиц – 40-80 м, улиц местного значения – 15-25 м) (Киселев, 2002). Площадь селитебной территории, согласно СНиП 2.07.01-89*, рассчитывается в расчете на 1 тыс. человек. Важнейшими являются показатели озеленения городов: в % от общей площади города, в м2 на 1 жителя. Современные нормы озеленения городов составляют 40-50% от общей площади (табл. 1.1.1), площадь озелененных территорий на 1 человека 16 м2 для крупных городов, 13 – для средних, 8 – для малых.

По данным администрации города, в Нижнем Новгороде рекреационная зона занимает достаточно большую площадь города (32,2%), представлена памятниками природы, расположенными, преимущественно, на периферии города (Стригинский бор, Малышевские гривы, Щелковский хутор и др.), парками, бульварами, скверами; нормы озеленения на 1 человека составляют 16 м2. Согласно показателям Генерального плана Нижнего Новгорода, до 2030 г., доля рекреационной зоны необходимо увеличить до 38,2% от площади города за счет освоения пустырей, реорганизации промышленных зон (Генеральный план…, 2008).

Таким образом, в архитектурно-пространственной структуре существующих городов сочетаются четыре основные зоны: техногенных экотопов, жилой застройки, искусственных фитоценозов (озеленение, сельскохозяйственные поля), естественной растительности. Среди возможных экотопов, таких как внутригородские зеленые насаждения общего пользования (парки, скверы, бульвары), ограниченного пользования (жилые территории, территории учреждений), специального назначения (санитарно-защитные и охранные зоны), особое место занимают техногенные экотопы (промтерритории, полосы отвода автомобильных и железных дорог), не имеющие природных аналогов (Бурда, 1990).

Для стремительных процессов урбанизации характерно значительное влияние городов на прилегающие территории, которые превышают территорию самих городов (Гелашвили, Копосов, Лаптев, 2008). Проблемы планировки городов, систем расселения в связи с развитием общества рассматривались и в книгах философов-утопистов. Высказывались мысли о наилучшем размещении городов, их оптимальных размерах, значении общественного обслуживания. Еще в конце XIX в. Э. Говард (1898) выдвинул идею создания города-сада, где город представлялся в виде концентрических кругов. В центре города – сад, вокруг него располагаются общественные сооружения, окруженные центральным парком. Все дома города окружены зелеными массивами и садами. На современном этапе эта идея получила свое развитие (например, Тапиола – город-сад в Финляндии) (Горохов, 2005). Однако, в существующих, особенно, исторических городах основным направлением является увеличение нормы озеленения с 16 до 30-32 м2 на 1 человека (Генеральный план…, 2014).

В ходе изучения основных характеристик города надо учитывать, что город – это прежде всего специфическая среда. Понятие городская среда, как особая среда жизни, было предложено учеными-урбанистами И.М. Майергойзом и Г.М. Лаппо (Камерилова, 2010). В основу этого понятия положен системный поход. Городская, или урбанистическая система (урбосистема) – это неустойчивая открытая природно-антропогенная система, состоящая из архитектурно-строительных объектов и резко нарушенных естественных экосистем, тесным образом связанная с окружающей территорией (Реймерс, 1990).

Принципы экологического подхода к характеристике городов за рубежом были сформулированы еще в 1910 г., и нет практически ни одного исследования по проблемам города, которое в той или иной мере не основывалось бы на экологических представлениях (Баканина, Воронина, 1990). В дальнейшем появились попытки объединить экологическую проблематику города в обособленную науку «урбоэкологию». Начиная с 1970 г., загрязнение окружающей среды, деградация почв и растительного покрова в городах активизировали и отечественные исследования по экологии городской среды. В работах Г.С. Камериловой (1997; 2010) город – это геосистема (урбосистема), функционирование которой определяется наличием техногенных потоков вещества, энергии и информации, которые отличаются от природных по интенсивности и направлению. Город наряду с аграрными экосистемами представляет собой единую группу антропогенных, сообществ – «man-made ecosystems» (Вахненко, 2000). Город развивается не только как место проживания людей, но и, как место сосредоточения энергетических, транспортных и иных организаций.

Первостепенное значение в городских условиях приобретают антропогенные факторы. Основными антропогенными факторами воздействия на урбанизированных территориях являются (Рысин, 2008): изменение рельефа; определенное изменение климатических условий; существенное изменение гидрологических условий; химическое и физическое загрязнение атмосферы, почвы и почвенных вод; чрезмерные рекреационные нагрузки. Взаимосвязанное действие этих факторов распространяется на все компоненты как естественных, так и искусственных экосистем в условиях города.

В процессе развития в городской среде основу составляют природно-климатические условия и особенности естественного ландшафта. Так к одним из важных природных компонентов в городе относят рельеф. Он может быть устойчивым, создавая неповторимый облик того или иного города, или менять свои свойства. Техногенная вертикальная планировка городского рельефа заключается в выравнивании речных долин, в ликвидировании овражно-балочных расчленений, частичном нивелировании, в повышении уровня пойм насыпным грунтом, в искусственном террасировании (Воронина, Баканина, 1990). Формируется своеобразный техногенный архитектурный рельеф: архитектурные «коридоры» (улицы), «котловины» (внутриквартальные территории), «арены» (городские площади) (Сафронов, 2003).

Наблюдается в городе техногенная гидрологическая трансформация: откачка подземных вод для водоснабжения и их истощение, просадка морфолитогенной основы, нарушение естественного дренажа подземных вод, образование зон подтопления (Сафронов, 2003).

Существует в условиях города и специфический климат. Сильно изменен температурный режим. В результате прямого солнечного облучения асфальтовые, бетонные и каменные городские поверхности сильно нагреваются и длительное время излучают тепло. Очень большое значение имеет теплоотдача промышленных объектов и бытовой сектор. Выделяемое тепло вызывает повышение температуры воздуха. Так излучение искусственного покрытия, нагретого до 65С составляет почти половину интенсивности солнечной радиации (0,48 кал/см2) (Горохов, 2005). Поэтому температура воздуха в больших городах на 5° выше, чем в окружающей местности, в сильные морозы на 9-10° теплее, чем на его окраинах. Соответственно в последнее время над городской территорией образуется купол тепла, который принято называть «островом тепла».

В естественных условиях часть атмосферных осадков поглощается почвой и растениями, а в дальнейшем постепенно испаряется. Такой процесс в течение дня снижает нагрев воздуха за счет увеличения в нем водяных паров. Повышение влажности воздуха на 15% способствует снижению температуры на 3,50. В городской среде при наличии искусственных покрытий отмечается снижение относительной влажности воздуха, что дополнительно способствует повышению температуры воздуха и формированию теплового купола над городской территорией (Ландсберг, 1983). Среднее годовое значение относительной влажности воздуха снижается на 6%, а в летний сезон – на 8%.

В условиях плотной городской застройки происходит изменение силы воздушных потоков. Наблюдается усиление слабых ветров, что сопровождается снижением скорости ветра вблизи земной поверхности, но ростом турбулентных перемещений, а значит, и резких порывов ветра, и ослабление сильных, что приводит к увеличению количества безветренных дней на 5-20% (Степановских, 2001). Среди высотной застройки могут возникать вихревые потоки и своеобразные коридоры перемещения воздушных масс, в которых создаются перепады давления (Горохов, 2005).

По мере того как появляются все новые здания, искусственные покрытия в городе резко изменяется количество выпавших осадков. Наблюдается увеличение этого показателя на 5-15% в городе, также отмечено учащение снегопадов зимой на 10% и возможности возникновения гроз на 10-15%. При этом происходит перераспределение выпавшей влаги (Камерилова, 2010). Речь идет о так называемых, запечатанных (sealed soils) или точнее погребенных почвогрунтах и почвах, расположенных под дорогами и строениями. Упоминания о запечатанных почвах встречаются у P. Craul (1992). В городских условиях большая часть дождевой воды стекает в коллекторы, то есть всевозможные покрытия (асфальтовые, бетонные) формируют поверхностный сток вод, что ведет к сокращению инфильтрации (Залесская, Микулина, 1979).

Получается, что все природные компоненты в городе могут существовать автономно, но при этом полностью зависят от условий, диктуемых человеком (Сергеев, 2004). Такие изменения являются закономерными вследствие комплекса преобразований городской среды (Залесская, Микулина, 1979; Хван, 2002). Выделяют и односторонние воздействия с участием городского автотранспортного комплекса.

Развитие сети автодорог является важным этапом социально-экономического статуса любого крупного города. Автотранспортный комплекс в современных условиях является одним из основных источников загрязнения прилегающих городских территорий, относится к точечным подвижным источникам, в отличие от точечных стационарных (заводские трубы) или площадных (город с полями загрязнений воздушного и водного бассейнов) (Александров, 1995). Причем отмечено, что самые высокие концентрации загрязняющих веществ соответствуют территориям напряженных транспортных узлов (Гелашвили, Копосов, Лаптев, 2008). Если общая площадь полосы отвода автодорог занимает около 1% на примере Белоруссии, при том, что средняя ширина зоны влияния дороги составляет 400 м (по 200 м в обе стороны) загрязнение распространяется на 15,4% территории страны (Леонович, 2005). По одним данным, загрязнения от автотранспорта могут составлять до 65% от общего количества всех выбросов (Богатырев, 1990). По другим, из общего количества загрязнений 13,1% поступает в атмосферу от автотранспорта (Горохов, 2005).

Основателем направления оценки экологических ситуаций в г. Нижнем Новгороде по праву следует считать А.И. Климова (Природа…, 1974). Динамика атмосферных загрязнений, освещаемая в работах Д.В. Винокуровой (1991), на территории г. Нижнего Новгорода показывает, что до 1980 г. автотранспортные выбросы не превышали одной трети общего количества воздушных загрязнений, а к началу 1990-х гг. стали достигать уже половины. Это можно объяснить усовершенствованием промышленных фильтров и остановкой некоторых промышленных предприятий, но также и интенсивным ростом численности автотранспортных средств. При этом максимальное загрязнение прослеживается в зимнее время при сочетании таких неблагоприятных факторов, как застойные явления в атмосфере, максимальная нагрузка на энергетические установки и период покоя у зеленых насаждений (Антропогенная динамика…, 1991). В г. Нижнем Новгороде, по данным Верхне-Волжского управления гидрометеослужбы, около 41% составляют выбросы от автотранспорта (Доклад…, 2011).

Количество выбросов автотранспорта напрямую зависит от условий функционирования автотранспортного комплекса. На основании исследований В.Ф. Сидоренко (1974) показано, что при движении автомобильного потока со скоростью 60 км/ч при отсутствии санитарно-защитных полос загрязнение снижается до уровня ПДК на расстоянии более 190 м от дорожного полотна.

Большинство городских автодорог в современных условиях имеют низкую пропускную способность (Лобанов, 1980; Горохов, 2005). В центральной части России в среднем на 1 автовладельца приходится всего 0,4 м дорог (Девятов, 2002). Поэтому снизилась и средняя скорость движения автотранспорта по городу (Государственный доклад…, 1999; 2001), она составляет не более 25 км/ч (Бекряев, 1999). Минимальное количество вредных веществ при этом выделяется с выхлопными газами автомобиля, идущего со скоростью 60 км/ч; чем скорость ниже, тем большее количество загрязняющих веществ выделяется (Максимова, 2000). Поэтому максимальные концентрации примесей регистрируются на магистралях во время заторов (Бабков, 1988; Девятов, 2002). Кроме того, уровень загрязнения прилегающих территорий снижается с увеличением полос движения (Воробьев, Самаев, 2003). По исследованиям Ю.А. Ставничего и Н.А. Рябикова (1975), режим движения потоков автомобилей на одном уровне значительно увеличивает выбросы отработанных газов. Однако большинство российских городов на данный момент по-прежнему не имеют многоуровневых транспортных развязок.

Уровень загрязнения вдоль автомагистралей зависит и от срока эксплуатации дороги. Ежегодно в крупных городах проводятся работы по ремонту дорожного полотна, однако в весенний период неизбежно происходит частичное разрушение проезжей части, в результате чего водители вынуждены снижать скорость, что приводит к усиленному износу транспортных средств и повышенному загрязнению (Александров, 1995).

Интенсивное функционирование городских систем в целом и транспортных в частности сопровождается увеличением искусственного шума, опасного для человека, особенно при больших уровнях. Шум – это упругие волны, распространяющиеся в среде и создающие в ней механические колебания (Хван, 2002). В отличие от вибраций они характеризуются высокими частотами колебаний (20 Гц-20 кГц и выше) и амплитудой случайной величины. В городе шумовое загрязнение возникает в основном от транспорта, строительного оборудования и на производстве. Например, на металлургическом производстве шум достигает 75-80 дБ, от городского транспорта – 70-90 дБ (Поспелов, Пуркин, 1985; Скрыпников, 2003). Для уменьшения зоны распространения шума применяют специальные устройства (например, глушители на автомобилях), защитные экраны и зеленые насаждения.

Одним из неблагоприятных антропогенных факторов городской среды вблизи промышленных и транспортных объектов является пылевое загрязнение. Пыль – это вид аэрозоля, дисперсная система, состоящая из мелких твердых частиц, находящихся во взвешенном состоянии в газовой среде (Сазонов, 2010). В воздухе в естественных условиях всегда содержатся частицы пыли, возникающие при выветривании горных пород, пожарах, также находятся твердые частицы космического и биологического происхождения, например, пыльца растений, споры, микроорганизмы. Наличие во вдыхаемом воздухе большого количества пылевых частиц может явиться причиной возникновения разных форм заболеваний легких.

Особенно большое количество пыли образуется от движущегося автотранспорта. Это формируется так называемая дорожная пыль. Доля транспортной составляющей в пылевых выпадениях города может достигать 11-19% (Маркова, 2001). Дорожная пыль содержит широкий спектр тяжелых металлов при истирании движущихся механизмов автомобилей. Одной из причин накопления пыли на улицах является применение зимой противогололедных средств (песко-соляная смесь), что входит в комплекс мероприятий по обеспечению бесперебойного движения на автомобильных дорогах в зимнее время. Подобные смеси состоят из отходов соляного производства и гранитного отсева, с содержанием пыли более 60% (Сафронов, 2001). В целях снижения отрицательного влияния противогололедных средств на почву и растения рекомендуется обеспечивать водоотвод путем заложения отводящих дренажей, устройство защитных зеленых насаждений, тщательная дозировка и применение лишь на особо опасных участках дорог (Максимова, 2004).

Все пылевые выбросы способствуют образованию частых и устойчивых туманов. Так возможность образования облаков над городом возрастает на 5-10%, чем в пригороде. В летний период туманы формируются на 30% чаще, зимой отмечаются постоянно (100%). Различают три ситуации: густой туман, смешанный с дымом (смог лондонского типа), возникающий в пасмурную погоду, фотохимический туман (смог лос-анджелесского типа), в образовании которого огромную роль играют выхлопные газы автотранспорта, ледяной туман (смог аляскинского типа), который содержит мелкие ледяные кристаллы, сформировавшиеся на пылевидных частицах (Скрыпников, 2003).

Из-за задымления и запыленности воздуха уменьшается прозрачность атмосферы, поэтому в городах в сравнении с естественными условиями изменен световой режим, что проявляется в сокращении светового дня на 5-15% (Ландсберг, 1983). К тому же городское освещение в ночное время, особенно вдоль крупных автодорог, нарушает естественный световой режим большинства экосистем города.

Среди загрязняющих веществ, поступающих от автотранспорта, насчитывается до 40 различных химических соединений, большинство из которых токсичны: тяжелые металлы, пестициды, нефть и нефтепродукты, фенолы, канцерогенные вещества, цианиды, радиоактивные вещества, макрохимические удобрения. В выхлопных газах любых автомобильных двигателей (бензиновых и дизельных) основными примесями являются оксид углерода (в среднем 76%), оксид азота (в среднем 16%), углеводороды (в среднем 16%), альдегиды, двуокись серы (примерно по 16%), канцерогенный бенз(а)пирен и оксид свинца, причем два последних относятся к веществам первого класса опасности (Мониторинг…, 2004).

Результаты исследований многих авторов свидетельствуют о том, что степень загрязнения территорий вдоль автодорог неодинакова в различных частях города, и наиболее значима в его центре из-за концентрации там большего числа автомобилей (Проектирование…, 1989; Доклад…, 2008; 2011). Усовершенствование двигателей внутреннего сгорания, направленное на уменьшение вредных веществ, поступающих в окружающую среду, не всегда эффективно, так как довольно быстро перекрывается ростом числа автомобилей (Девятов, 2003).

Вместе с тем загрязнение происходит не только выхлопными газами, но и специфическими загрязнителями. К специфическим загрязнителям относят продукты износа резины и металла (до 6%), испарения бензина (около 9% от выбросов автотранспорта), продукты возгонки и термического разложения масла (примерно 20%), горюче-смазочные материалы, продукты истирания автодорог, твердые частицы (сажа), пыль, а также мусор, оставленный пользователями дороги (Оценка..., 2000). Само асфальтовое покрытие является источником выделения различных классов углеводородов, опасных для здоровья человека.

Одной из остро стоящих проблем в современных городах является проблема отходов – неиспользуемых остатков сырья, материалов, иных изделий, образующиеся в процессе производства продукции или ее потребления и утратившие свои потребительские свойства (Киселев, 2002). Отходы являются источником загрязнения атмосферного воздуха, вод, почв и растительного покрова, способствуют увеличению так называемого культурного слоя городских территорий.

Наиболее сложным компонентом городских территорий являются почвы, которые испытывают влияние всех антропогенных факторов, при этом контролируют перемещение химических элементов, в том числе загрязнителей, и оказывают воздействие, на городские экосистемы, прежде всего, на растительный покров (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989; Горохова, 2001). Городские почвы представляют собой динамичную систему, находятся в материальном и энергетическом взаимодействии с внешней средой и вовлечены в биологический цикл круговорота веществ.

Впервые термин «городские почвы» был введен S. Bockheim в 1974 г. (США) и дано описание городских почв, как почв, имеющих поверхностный слой (горизонт урбик-U), созданный человеком и полученный перемешиванием, насыпанием, погребением или загрязнением материалами урбаногенного происхождения (строительно-бытовой мусор). U - урбик – горизонт гумусово-аккумулятивной природы мощностью не менее 5 см, формирующийся преимущественно из постепенно накапливающегося и перерабатываемого материала (природный минеральный материал, фрагменты природных почв, артефакты, искусственные материалы). Содержит в своем составе не менее 10% твердых антропогенных включений (строительный мусор и др.). Весьма характерным свойством является общая гетерогенность, наличие генетически не связанных зон, а также фрагментов антропогенных включений, горизонтально ориентированная структура.

Городские почвы не всегда подходят под классическое определение почвы как природного естественно-исторического тела, тем не менее, они являются биокосной системой. Первые работы по городским почвам появились в 1960-е гг. (Земляницкий, Гантимуров 1960; Зеликов, 1964), но основная волна работ приходится на 1990-е гг. (Лепневой и Обухова, 1990; Никифорова, Лазукова, 1995; Craul, 1992).

В целом отмечено, что на городских территориях и на прилегающих к автомагистралям особенно, происходит разрушение естественных почв под возрастающим воздействием антропогенных факторов почвы преобразовываются и трансформируются (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1980; Горохова, 2001; Муравьев и др., 2008). Причем на ограниченной территории подобные процессы протекают очень интенсивно (Берзиня, 1980; Баканина и др., 1981). М.Н. Строгановой, А.Д. Мягковой (1997) впервые в России создана классификация городских почв, которая позволяет оценить экологическое состояние почв, их состав и структуру на глубину проникновения корней растений (1-2 м).

Исследования почв такого крупного города, как Москва, насчитывают более тридцати лет. В 2007 г. Правительством Москвы был принят «Закон о городских почвах». Подробный анализ изменения почвенного покрова г. Нижнего Новгорода приводится во многих работах Ф.М. Баканиной (Антропогенные…, 1990; Баканина, 1994; Титова, 2004).

Показано, что верхний слой почв представляет собой смесь почвы с пылевидными частицами продуктов сгорания топлива, твердых отходов и их компонентов (Мозолевская и др., 1999), в состав поверхностного слоя городских почв входят самые разнообразные объекты с преобладанием строительного мусора (Баканина, 1990; Федорец, Медведева, 2009). Как правило, почвы характеризуются чередованием супесчаных горизонтов с песчаными и глинистыми прослойками. Для структуры городских почв характерна прерывистость и фрагментарность распространения, в отличие от естественных почв (Алексеев, 1987; Маркова, 2001). Городские почвы в результате практически не обладают свойствами естественных почв, что может привести к полной потере их ценности (Касимов и др., 1990).

Преимущественно супесчаный состав почв вдоль городских автомагистралей большинство исследователей объясняет применением песко-соляных смесей в зимний период для борьбы с гололедом (Берзиня, 1980; Александров, 1995; Лысиков, 2004). После таяния льда на дорогах образовавшаяся смесь уборочной техникой отбрасывается на прилегающие территории, где постепенно и накапливается (Горохов, 2005).

Гранулометрический состав почвы в значительной мере влияет на ее плодородие. Чаще всего количество питательных веществ в почвах увеличивается от легких по гранулометрическому составу почв к тяжелым (Зеликов, 1998). Снижает плодородие городских почв бедная микрофлора, поскольку накопление загрязняющих веществ снижает нитрифицирующую активность почв (Влияние…, 2002). Нередко городские почвы стерильны почти до метровой глубины, почти нет в почвах городов таких полезных и непременных членов почвенного населения, как дождевые черви (Иванова, 2001). Но в литературе указывается, что профиль песчаных почв вдоль автодорог характеризуется формированием верхней прогумусированной части (Баканина, 1994). Часто исследователи констатируют увеличение содержания гумуса в 4-8 раз в поверхностных горизонтах почв в результате их загрязнения сажей и пылью, содержащими органические вещества (Лысиков, 2004).

Долгое время в специальной литературе активно обсуждалась проблема подкисления почв в результате воздействия кислых дождей, твердых аэрозолей кислой природы (Илькун, 1978). В меньшей степени обсуждался вопрос о подщелачивании почв крупных городов (Fluckiger-Keller et al., 1979). Проблема подщелачивания почв поднималась в разное время Н.Ф. Глазовским, В.Л. Рохмистровым, В.Г. Волковой, Р.С. Смирновой и В.Н. Каширским (Баканина, 1995). На щелочной характер почв г. Нижнего Новгорода впервые обратила внимание Ф.М. Баканина (1990), что она объяснила свойствами антропогенных грунтов, содержащих в своем профиле строительный мусор, отсутствием промывного типа водного режима, а также применением песко-соляных смесей. Детальные исследования почв г. Нижнего Новгорода под руководством Баканиной Ф.М. были проведены в 1991 г., на основании полученных данных составлена карта кислотности почв города (Карта…, 1991). Преимущественное расположение щелочных почв объясняется также наличием большого количества промышленных предприятий.

Но причинами подщелачивания могут служить не только осаждение промышленной пыли, содержащей карбонаты кальция и магния (Пархоменко, Ермохин, 2004), но и попадание в почву с поверхностным стоком хлоридов кальция и натрия (Румянцева, 1996; Иванова, 2001). По наблюдениям Верхне-Волжского управления гидрометеослужбы (Метеорологические…, 1971; Доклад…, 2008) рН снегового раствора в городских условиях составляет от 6,2 до 8,5, что в дальнейшем способствует подщелачиванию почв.

Поэтому почвы вдоль автодорог имеют слабощелочную или щелочную реакцию среды (Муравьев и др., 2008). Причем, загрязнение является основной причиной их подщелачивания (Баканина, 1990). При этом сдвиги кислотности почвенного раствора сильнее выражены на песчаных почвах с низкой буферностью, поэтому для насыпных почв крупных городов характерна нейтральная и слабощелочная реакция среды (рН 7,3-7,9), а в почвах краевых частей вдоль автомагистралей значения рН достигают 8-9 (Артамонов, 1977; Лепнева, Обухов, 1990).

Необходимость обращения к значению рН городских почв объясняется тем, что значением pH во многом определяется миграционная активность загрязнителей (Берзиня, 1980; Дабахов и др., 2005) и, следовательно, уменьшается их токсичность (Маданов, Фатьянов, 1972). Такие почвы делают контакты растений с ними менее опасными (Илькун, 1978; Кабата-Пендиас, Пендиас, 1995). В кислых условиях усиливается подвижность многих химических элементов, которые становятся токсичными для живых организмов (Илькун, 1978; Титова 2004).

Спецификой городских почв является особый аэротермический режим, характеризующийся повышенными температурами. В летние дни асфальтовые покрытия, нагреваясь, отдают тепло не только приземному слою воздуха, но и вглубь почвы (Маркова, 2001). При температуре воздуха 26-27°С температура почвы на глубине 20 см достигает 37°С, а на глубине 40 см – 32°С, где сосредоточена корневая система растений. Таким образом, для растений создается специфичный тепловой режим, при котором температура подземных органов у них выше, чем надземных (Halverson, Heisler, 1981). Такая ситуация неизбежно складывается вдоль автомобильных трасс, имеющих обширные асфальтовые покрытия. Температура непокрытой растительностью почвы (например, в приствольных кругах) достигает значений, превышающих 500С (Антропогенная…, 1991). Выявлено, что годовой перепад температуры в корнеобитаемом слое городских почв достигает 40-50°С, в то время как в естественных условиях (для средних широт) не превышает 20-25°С.

Неблагоприятная черта городских почв для живых организмов – повышенная уплотненность. В качестве причин уплотнения почв вдоль автомагистралей можно рассматривать вытаптывание (выбитость) (Шитова, 2011), заезд автомобилей на прилегающие территории. По некоторым исследованиям, показатель аэрации почв, подвергшихся интенсивному уплотнению, оказывается на 17-18% ниже, чем на участке, неподверженном подобному воздействию. Для городских территорий плотность почв составляет 1,4-1,6 г/см3 (при оптимуме для растений 1,0-1,2 г/см3) (Павлова, 1998). На территории с плотностью почв, например, более 1,7 г/см3 происходит полная деградация растительного покрова. Отмечено, что для каждого типа почвы существуют определенные пределы ее выносливости к уплотнению. Так, например, подзолистые почвы в силу своих генетических особенностей малоустойчивы к антропогенным воздействиям (Переверзев, Кошелев, 2004). При уплотнении почвы в сочетании с высокой прогреваемостью возрастает испарение влаги с ее поверхности.

Иссушение поверхностных горизонтов почв до критических величин происходит в летнее время особенно на участках в пределах 0,4 м от проезжей части (Halverson, Heisler, 1981). Этим определяются особые условия существования растительности, возможности и способы ее выживания, а также выполнения ею санитарно-гигиенических функций.

Подщелачивание городских почв наряду с особым аэротермическим режимом часто сопровождается искусственным засолением за счет поступления хлоридов (Сидорович и др., 1996; Смирнова, 2005). По данным Ф.А. Генина (1981), неблагоприятная обстановка с хлоридным засолением в крупных городах наблюдается с середины 1980-х гг. Содержание ионов хлора в городских почвах достигло в среднем 60-80 мг/100 г почвы при контроле 25-30 мг/100 г почвы (Физические…, 1994; Смагин, 1999;). А экологически безопасным считается содержание ионов хлора 38-40 мг/100 г почвы (Глебова, Родионова, 1981). Если более 20 лет назад А.И. Обухов с соавторами (1990) отмечали лишь эфемерное засоление городских почв на территории г. Москвы, то в настоящее время можно считать, что засоление постоянно. Максимальные значения засоления приурочены к поверхностным слоям (15-20 см) почв.

Как известно, содержание химических элементов в естественных почвах обусловлено факторами почвообразования и компонентами климата, в связи с чем распределение элементов характеризуется увеличением их содержания от поверхности к почвообразующей породе (Фатьянов, 1940; Алексеев, 1987; Румянцева, 1996; Титова, 2004). При антропогенном загрязнении почв, наоборот, максимальное их содержание отмечается в самом поверхностном слое (Титова, 2004; Смирнова, 2005).

Изучение содержания микроэлементов в почвах г. Нижнего Новгорода, прежде всего, как элементов минерального питания растений, было начато еще в 1940 г. А.С. Фатьяновым (Фатьянов, 1949), затем продолжено И.М. Деньгуб (Деньгуб, 1970). Среди основных элементов минерального питания исследователи отмечают повышенное содержание фосфора и калия в городских почвах в сравнении с естественными почвами (от 1-5 до 200-550 г на 100 г почвы). Высокое содержание данных элементов связывают с попаданием в почву городских территорий сажи, копоти, в составе которых они могут находиться (Сафронов, 2001).

В настоящее время большое внимание в публикациях уделяется загрязнению почв тяжелыми металлами в рамках воздействия на живые организмы (Сидорович и др., 1996; Титова, 2004; Дабахов, 2005; Титова, Дабахов, 2005; Смирнова, 2005). Опасность ситуации усугубляется и тем, что кардинальных мер по выводу тяжелых металлов из почв пока не существует. Установлено, что содержание тяжелых металлов в почвах газонов вдоль автомагистралей закономерно изменяется в зависимости от расстояния от полотна дороги. По данным А.И. Обухова (1990) наибольший уровень тяжелых металлов наблюдается на краевых участках и в срединной части придорожных территорий в верхнем 10-сантиметровом корнеобитаемом слое. Особо высокое их содержание наблюдается в почвах под насаждениями неудовлетворительного состояния. Наименьшее их содержание характерно для почв у бордюрного камня, что объясняется поступлением большого количества песка в зимнее время, в результате чего активность тяжелых металлов в почвах может снижаться.

Изучение содержания тяжелых металлов в почвах г. Нижнего Новгорода было начато в 1980 г. лабораторией Верхне-Волжского управления гидрометеослужбы в нагорной части города, с 1983 г. – в заречной части. В ежегодном отчете до 1990 г. сообщается, что суммарный показатель загрязнения почв составляет 16 единиц, что свидетельствует об относительно благополучном состоянии почв города. По исследованиям 1991-1992 гг. коэффициент был выше 128 единиц, что значительно превышает критический уровень загрязнения почв.

В условиях интенсивной антропогенной нагрузки важнейшей задачей исследования городских почв является определение их физических и химических свойств, что и было рассмотрено выше. Также важны методы определения показателей биологической активности городских почв. Биологическая активность почв характеризует направленность процессов превращения веществ и энергии в природных экосистемах (Ганжара, 2002). В специфических городских условиях снижается численность аэробных бактерий, подавляется деятельность дождевых червей, но возрастает численность денитрификаторов, анаэробных бактерий маслянокислого брожения и прочих бактерий.

Немаловажным показателем биологической активности почвы служит ее целлюлозоразлагающая способность. Целлюлозоразрушающие микроорганизмы участвуют в гумификации органического вещества в почвах и осуществляют минерализацию клетчатки растительных остатков (Наплекова, 1974; Галиулин и др., 1996; Сафонов и др., 2002; Влияние осадков..., 2002). Для разных типов и подтипов почв характерны различные сообщества целлюлозоразлагающих микроорганизмов. К примеру подтипы серых лесных почв наиболее богаты целлюлозоразрушающими микроорганизмами по сравнению с подзолистыми и дерново-подзолистыми почвами (Мишустин, 1972).

Показатели биологической активности находятся во взаимосвязи с химическими и физико-химическими свойствами почв: содержанием органического вещества, гранулометрическим составом, кислотностью (рН) (Галстян, 1977; Ганжара, 2002). На деятельность микроорганизмов большое влияние оказывает гранулометрический состав почв. Исследователями установлено, что почвы тяжелого гранулометрического состава обладают более высокой биологической активностью, что определяется, прежде всего, концентрацией основной части гумуса в мелкопылевых и илистых частицах твердой фазы почвы. Чем тяжелее гранулометрический состав почвы, тем больше адсорбируется в ней микроорганизмов и выделяемых ими и растениями ферментов (Hoffman, 1959; Великанов, Звягинцев, 1970; Галстян, 1977; Ганжара, 2002).

Значительный интерес представляет влияние различных значений реакции среды (рН) на микроорганизмы и биологическую активность почв. Проведенные Т.В. Аристовской (1965) исследования по микрофлоре подзолистых почв Ленинградской и Вологодской областей, показали, что с понижением кислотности почвенного раствора общая биологическая активность почв возрастает. Н.Н. Наплекова (1974), А.Ш. Галстян (1977), О.Д. Шарафутдинова (1999) также отмечали аналогичные закономерности изменения биологической активности подзолистых почв в зависимости от их кислотности. Микробиологами установлено, что повышение концентрации водородных ионов в целом в почвах снижает активность микроорганизмов (Пейве, 1961). Также было отмечено, что показатели биологической активности почв считаются наиболее чувствительными к антропогенному воздействию (Шарафутдинова, 1999).

Важно отметить, что показатели биологической активности почвы необходимы для характеристики ее как биологической системы под влиянием абиотических и антропогенных воздействий. Кроме того, для совершенствования методов диагностики и мониторинга городских почв, испытывающих интенсивную антропогенную нагрузку, необходимо их дальнейшее изучение.

Таким образом, среди разнообразия биотопов, сформировавших в пределах урбанизированных территорий мозаичным сочетанием природных и антропогенных факторов территории, непосредственно прилегающие к автомагистралям, являются одними из самых своеобразных, условия формирования растительного покрова которых можно классифицировать как стрессовые.

К основным негативным факторам формирования растительности в пределах городских автомагистралей относятся: 1) рост загрязнения воздушной и почвенной среды (оксид углерода, оксид азота, углеводороды, бенз(а)пирен, альдегиды, двуокись серы, тяжелые металлы, пыль); 2) снижение прозрачности атмосферы, нарушение газообмена, частое образование туманов (смогов) и сокращение светлого периода суток; 3) формирование особого микроклимата (увеличение температуры воздуха, снижение силы воздушных потоков, увеличение количества осадков); 4) трансформация почв (супесчаный гранулометрический состав, подщелачивание, появление верхнего прогумусированного слоя, низкая аэрация, увеличение сухости, плотности и засоления). Среди ведущих факторов формирования растительности выделяют особые условия ее произрастания, к которым относятся придорожные почвы.

В связи с этим актуально изучение закономерностей формирования состава и структуры растительного покрова в условиях предельно критичных для растительных сообществ, что позволяет углубить представления о механизмах ответных реакций урбоценозов на видовом и ценотическом уровнях.

Запрос на диссертацию присылайте на адрес kulseg@mail.ru

Биология
Ветеринария
Геология
Искусствоведение
История
Культурология
Медицина
Педагогика
Политика
Психология
Сельхоз
Социология
Техника
Физ-мат
Филология
Философия
Химия
Экономика
Юриспруденция

Подписаться на новости библиотеки
Рассылка 'Новости библиотеки диссертаций'


Пишите нам

 

 

 

 

X