Экологическое нормирование качества почв Архангельской промышленной агломерации

УДК 504.064.2

ПОПОВА Людмила Фёдоровна, кандидат химических наук, доцент кафедры химии института естественных наук и биомедицины Северного (Арктического) федерального университета имени М.В. Ломоносова, профессор Российской академии естествознания. Автор более 130 научных публикаций, в т. ч. двух монографий и двух учебно-методических пособий

НАКВАСИНА Елена Николаевна, доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры лесоводства и почвоведения лесотехнического института Северного (Арктического) федерального университета имени М.В. Ломоносова. Автор 211 научных публикаций, в т. ч. 5 монографий и 12 учебно-методических пособий

ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ НОРМИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА ПОЧВ АРХАНГЕЛЬСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОЙ АГЛОМЕРАЦИИ

В статье представлены основные негативные проявления антропогенного воздействия на почву Архангельской промышленной агломерации и дана система критериев (нормативов) оценки качества почвенного покрова, включающая основные физико-химические диагностические показатели.

Ключевые слова: качество почвы, экологическое нормирование, критерии оценки.

Урбанизация привела к формированию искусственных экосистем - природно-антропогенных территориальных комплексов (ПАТК), для которых характерно нарушение естественных связей между различными их компонентами, замена естественного режима функционирования на искусственно обусловленный режим. Преобладающим фактором почвообразования в городах становится антропогенное воздействие. В результате формируются специфические типы почв или почвоподобных тел, основными функциями которых являются продуктивность, пригодность для произрастания зеленых насаждений, способность сорбировать в толще загрязняющие вещества, и удерживать их от проникновения в почвенно-грунтовые воды.

© Попова Л.Ф., Наквасина Е.Н., 2012

Экологические функции почвы в условиях города менее всего нарушены на землях природно-рекреационного использования. В селитебных зонах все функции почв, связанные с гидросферой, грунтом, биотой, значительно ослаблены и изменены. Экологические функции почв промышленных зон практически полностью подавлены [1].

В основу всех природоохранных мероприятий, в том числе и в городских экосистемах, положен принцип нормирования качества окружающей природной среды, который заключается в создании системы показателей, оценивающих экологическое состояние вещественного состава и структурной организации городских почв, и системы показателей допустимого воздействия на почвы. Разработка

подобной системы должна основываться на установлении диапазона значений, соответствующих оптимальному экологическому состоянию почвы (допустимому экологическому качеству почв) и на предложении адекватного диапазона значений, соответствующих оптимальному антропогенному воздействию на почву (допустимому антропогенному воздействию на почву).

Различные типы почв, отличающиеся гранулометрическим составом, содержанием органического вещества и кислотностью, обладают разной устойчивостью к антропогенной нагрузке. В отличие от однородных компонентов природы (атмосферного воздуха, водной среды), характеризующихся примерно одинаковым уровнем допустимого загрязнения в разных природных зонах, уровни допустимого загрязнения для почв разных природных зон могут отличаться по тем же показателям в десятки раз [2].

В качестве основного критерия по определению нижнего предела качества почв и воздействия на них может служить способность почвы сохранять устойчивость при антропогенной нагрузке, т. е. способность восстановления (воспроизводства) своих основных природноресурсных свойств [3, ст. 3]. По способности к воспроизводству (обратимости) определяют предельно допустимую норму нарушения качества почв. Эта норма служит единым допустимым пределом, обуславливающим устойчивость почв в процессе антропогенной нагрузки при всех видах хозяйственного использования.

Показатели качества природной среды делятся на физические, химические и биологические [3, ст. 1]. Исходя из этого, для оценки качества и состояния почв, как одного из компонентов природной среды, используются показатели, отражающие их морфологические, физические, физико-химические, химические и биологические свойства.

В ходе многолетних исследований качества природной среды городов Архангельской промышленной агломерации, проводимых сотрудниками лаборатории биогеохимических

исследований ИЕНБ и кафедры лесоводства и почвоведения ЛТИ САФУ [4, 5], были выявлены основные негативные проявления антропогенного воздействия на почву, приводящие к изменению их экологических функций (табл. 1).

Перечень включает проявления антропогенного воздействия как широко известные и характерные для любого промышленного города, так и специфические, присущие только нашему региону. Это обусловлено тем, что условия почвообразования в городах Архангельской промышленной агломерации значительно отличаются от зональных. Территории городов перепрофилированы - районы бывших болот озерно-ледниковой равнины при застройке были засыпаны песком. В качестве почвообразующих пород выступают совершенно новые образования - культурный слой и насыпные пески, локально-естественные почвы, измененные влиянием города. Для создания газонов часто используют торф верховых и переходных болот.

Для оценки экологического состояния почв как базового компонента в урбоэкосистемах Архангельской промышленной агломерации нами была разработана система критериев (нормативов) оценки качества почвенного покрова, основанная на системе диагностических показателей оценки экологического состояния почв, разработанной М.Н. Строгановой с соавторами [6] для крупных и крупнейших городов средней полосы России. В основу их системы оценки положен перечень, включающий как количественные, так и качественные показатели, позволяющие объективно оценить экологическое и санитарно-эпидемиологическое состояние почвенного покрова, степень его деградации при наличии различных негативных факторов.

В основу определения нормативных значений показателей качества почв положены экспертная оценка собственных научно-исследовательских данных, а также нормативно-методические, литературные и фоновые материалы.

Таблица 1

ОЦЕНКА ПРОЦЕССОВ, ОТРИЦАТЕЛЬНО ВОЗДЕЙСТВУЮЩИХ НА СОСТОЯНИЕ ГОРОДСКИХ ПОЧВ АРХАНГЕЛЬСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОЙ АГЛОМЕРАЦИИ

Негативные процессы Определение процесса и его характеристика Негативные воздействия процессов на городские почвы

Отсыпка песчаной подушки толщиной до 3 м и более при строительстве (конец ХХ в.) Провальная фильтрация БЭ и ТМ, загрязнение грунтовых вод и рек. Пересыхание в летнее время, нарушение водного режима. Снижение процесса гумусообразования и низкое плодородие почв Ухудшение роста трав, деревьев и кустарников. Снижение плотности залужения газонов. Вторичное пылевое загрязнение

Переслоенность субстратов при создании газонов при сдаче в эксплуатацию (торф^-песок ^•строительный мусор) Нарушение баланса водного режима при разной увлажненности слоев песка и торфа в летний период Нарушение роста корневых систем растений. Иссушение в песчаных и загнивание в торфяных слоях

Реконструкция газонов отсыпкой свежего торфа верховых болот Резкое повышение кислотности. Повышение растворимости ТМ. Изменение микрофлоры почвы. Пересыхание торфа летом и переувлажнение осенью, что не обеспечивает процесс гумификации Ухудшение роста газонных трав, снижение видового разнообразия, разрастание сорных видов. Снижение плотности залужения. Повреждение газонов при уходах

Формирование почв на каменных кладках разрушенных зданий и бетонных плитах Снижение миграционной способности почв Накопление ТМ в толще почвы

Высокая рекреационная нагрузка (полная вытоптанность газонов) Уплотнение почв, нарушение водновоздушных и физических свойств Вторичное пылевое загрязнение среды

Отсыпка песком без органического материала (Новодвинск) Пересыхание и обеднение почв. Слабое развитие гумусового горизонта Затруднение роста растений, снижение видового состава и плотности залужения. Сдувание песка, оголение корней растений. Вторичное пылевое загрязнение среды

Снос пыли и соли на газоны с автомагистралей. Использование противогололедных средств Пылесолевой слой на поверхности газонов Снижение плотности залужения, ухудшение роста растений. Вторичное пылевое загрязнение среды

Отсыпка газонов при реконструкции моренным грунтом Повышение кислотности, уплотнение. Отсутствие плодородия, начальное почвообразование. Экологические функции критические Постепенное зарастание грунта пионерной растительностью: сплошной покров восстанавливается не менее 10 лет. Вторичное пылевое загрязнение

Окончание табл. 1

Негативные процессы Определение процесса и его характеристика Негативные воздействия процессов на городские почвы

Запечатывание и захламление поверхности, вызывающее сокращение продуктивной площади за счет уменьшения площади прямого контакта почв с атмосферой Изменение газового состава почв Снижение поступления кислорода в почвы под запечатанными поверхностями. Угнетение аэробной и развитие анаэробной микрофлоры

Захламление строительным мусором. Поступление на поверхность почв строительной пыли Повышение щелочности почв до критических значений (рН>8). Изменение растворимости ТМ Разрушение структуры почв. Накопление загрязняющих веществ. Снижение доступности элементов питания для растений

Поступление загрязняющих веществ с выбросами предприятий и автотранспорта, сбросами неочищенных стоков, с промышленными, строительными и бытовыми отходами Химическое загрязнение почвенного покрова органическими и неорганическими соединениями на поверхности почвы, внутри почвенного профиля и ландшафта в целом. Металлы-токсиканты вступают в химические реакции в корнеобитаемом слое почвы Накопление в почве малорастворимых форм загрязняющих веществ. Загрязнение почвенногрунтовых вод растворимыми формами ЗВ. Потеря способности почв к самоочищению. Вовлечение поллютантов в биоло-гиче-ский круговорот. Вторичное загрязнение атмосферного воздуха в результате распыления почв на незадернованных участках

Использование территории для рекреации (выгул домашних животных) Биологическое загрязнение Заражение патогенными микроорганизмами

Сжигание листвы и травы Гибель микрофлоры и мезофауны в верхних горизонтах почвы. Уничтожение подстилки и, частично, гумусового горизонта. Снижение запасов гумуса в почве Снижение пула микроорганизмов и интенсивности круговорота веществ. Снижение кумулятивной роли почвы в отношении ТМ

Для городов Архангельской промышленной агломерации, в отличие от системы показателей экологического состояния почв, разработанной А.С. Яковлевой с соавторами [7] для г. Москвы, было принято отказаться от разделения показателей нормирования по отдельным типам территорий разного функционального назначения, выделяемых в соответствии с Федеральным законом [8]. Это обусловлено тем, что Архангельск, Новодвинск и Северодвинск занимают значительно меньшие территории, по сравнению с Москвой, возраст функциональных зон невелик (самая старая - селитеб-

ная зона Архангельска насчитывает чуть более 400 лет), территориально разные функциональные зоны расположены мозаично, перемежаясь в рамках городской среды.

На основе проведенных нами исследований, в соответствии с особенностями почв северных городов, уточнена градация разработанных ранее [4] показателей и введены дополнительные диагностические показатели, такие как общее проективное покрытие растительностью, общая скважность и скважность аэрации, степень насыщенности основаниями и емкость поглощения почв (табл. 2).

Таблица 2

ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ КОМПЛЕКСНОЙ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ГОРОДСКИХ ПОЧВ

Показатель Допустимый уровень качества почв и нагрузки на почвы

Мини- мальный Фоновый** Макси- мальный Опти- мальный***

1 р Ьологические показатели

Проективное покрытие участка травами, %4 45 - 100 100

Мощность гумусированной толщи, см4 5 10 Не ограничено > 20

Захламленность поверхности нетоксичными отходами, %4 - - 60 < 20

Каменистость в слое 0,5 м, %4 0 3 50 Ед.

Физические показатели

Гранулометрический состав, содержание физической глины < 0,01 мм, %4 10 35 40 20-30

Плотность сложения в слое 0-20 см, г/см3 4 0,6 1,3 1,5 1,0—1,2

Общая скважность, % 4 40 46 70 50-65

Скважность аэрации, %4 10 12 50 25-30

Физико-химические показатели

Величина рН4 4,5 5,3 8,0 6,5-7,0

ЕКО, мг-экв./100 г почвы4 15-20 22 - > 30

Степень насыщенности основаниями, %4 30 43 100 100-80

Содержание минерального азота (сумма нитратного и аммонийного азота, ГОСТ 26488-85 и ГОСТ 26489-85), в слое 0-20 см, мг/кг 20 981 1002 40-70

Содержание подвижных форм фосфора в пересчете на Р2О5 (ГОСТ 2б207-91) в слое 0-20 см, мг/кг 30 681 2502 100-150

Содержание растворимых форм калия в пересчете на К2О (ГОСТ 2б207-91) в слое 0-20 см, мг/кг 40 711 2502 2 О 1 7 О

Суммарный показатель загрязнения Ъс * - - - < 16

Содержание нефтепродуктов, мг/кг* 0 0 3003 50-150

Биологические показатели

Фитотоксичность, кратность увеличения4 1,0 1,3 1,6 < 1,1

Примечание:* Показатели качества почв установлены в соответствии с нормативными документами [9, 10].

** Ориентировочные фоновые значения для почв Европейского Севера России [11, 4, 5].

1 средние фоновые значения для почвы лесов Европейского Севера [11];

2 выделены в соответствии с группировками почв по содержанию в них элементов питания [12];

3 допустимый уровень содержания нефтепродуктов в городской почве [1];

4 экспертная оценка с учетом данных [13, 14, 4]

*** Оптимальный - допустимый уровень химического, физического или биологического состояния почвы, при котором почва способна выполнять все свои экологические функции, и при котором почва не является вторичным источником негативного воздействия на природу и человека.

Представленная табл. 2 содержит в себе начальную экспертную оценку по определению диапазона единых допустимых значений состояния городских почв и антропогенного воздействия на них с учетом природных особенностей региона.

При подборе и шкаливании показателей учтено, что для большей части почв Архангельска, в силу повсеместного использования торфа для создания газонов, свойственны совсем низкие значения плотности сложения почв (0,18-0,96 г/см3), что так же как чрезмерное уплотнение почвы ухудшает жизнедеятельность растений.

Для учета природных особенностей региона в перечень показателей были введены общая скважность и скважность аэрации, связанные с водно-воздушным режимом почв в условиях региона с избыточным увлажнением

и промывным типом водного режима. Особую актуальность приобретают такие показатели как емкость поглощения и степень насыщенности почв основаниями, обуславливающие и характеризующие устойчивость городских почв к загрязнению различными токсичными соединениями.

Разработанные критерии экологического состояния почв могут быть использованы для достижения следующих целей: определения уровня допустимого качества городских почв и антропогенного воздействия на них; проведения мониторинга структуры почвенного покрова и состояния почв и грунтов; экологической паспортизации городских почв и при разработке технического регламента по уходу за эксплуатируемыми почвами города, а также при создании почвенных карт городов Архангельской промышленной агломерации.

Список литературы:

1. Методические указания по оценке городских почв при разработке градостроительной и архитектурностроительной документации. М., 2003.

2. Яковлев А.С., Гучок М.В. Вопросы комплексной оценки и нормирования в области охраны окружающей природной среды // Нормативное и методическое обеспечение экологического мониторинга и контроля в пределах зоны антропогенного воздействия хозяйствующих субъектов на окружающую среду. М., 2007. С. 10-18.

3. Об охране окружающей среды: федер. закон Рос. Федерации от 10.01.2002 № 7-ФЗ: принят Гос. Думой Фед. Собр. Рос. Федерации 20.12.2001 г. одобр. Советом Федерации Федер.Собр. Рос. Федерации 26.12.2001 г. // Рос. газ. 2002 12 янв.

4. Наквасина Е.Н., Пермогорская Ю.М., Попова Л.Ф. Почвы Архангельска. Структурно-функциональные особенности, свойства, экологическая оценка. Архангельск, 2006.

5. Биогеохимическая индикация экологического состояния почвенно-растительного покрова центральной части г. Архангельска / Е.Н. Наквасина, Л.Ф. Попова, Т. А. Корельская, Ю.М. Никонова. Архангельск, 2009.

6. Строганова М. Н., Прокофьева Т.В., Прохоров А.Н. Экологическое состояние городских почв и стоимостная оценка земель // Почвоведение. 2003. № 7. С. 867-875.

7. Управление качеством городских почв / под ред. С.А. Шобы, А.С. Яковлева. М., 2010.

8. Градостроительный кодекс Российской Федерации. от 29.12.2004 г. № 190-ФЗ: принят Гос. Думой Федер. Собр. Рос. Федерации 29.06.2011 г.: Одобр. Советом Федерации Федер. Собр. Рос. Федерации 06.07.2011 г. // Рос. газ. 2011. 15 июля.

9. О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения от 30.03.1999 г. № 52-ФЗ Принят Гос. Думой 23.05.2012 г. одобрен Советом Федерации от 30.05.2012 г. // Рос. газ. 2012. 8 июня.

10. СанПиН 2.1.7.1287-03 Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы. М., 2003.

11. Скляров ГА., Шарова А.С. Почвы лесов Европейского Севера. М., 1970.

12. Пискунов А.С. Методы агрохимических исследований. М., 2004.

13. Почва. Город. Экология / под общ. ред. Г.В. Добровольского. М., 1997.

14. Мотузова Г.В., Безуглова О.С. Экологический мониторинг почв. М., 2007.

Popova Liudmila Fedorovna

Russian Academy of Natural History, Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov, Institute of Natural Sciences and Biomedicine

Nakvasina Elena Nikolaevna

Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov, Forestry Engineering Institute

ENVIRONMENTAL STANDARDIZATION OF SOIL QUALITY IN THE ARKHANGELSK INDUSTRIAL AGGLOMERATION

The article presents the main negative aspects of the anthropogenic impact on the soil of the Arkhangelsk industrial agglomeration and introduces a system of criteria (standards) for soil cover quality evaluation, including the basic physical and chemical diagnostic indicators.

Key words: soil quality, environmental standardization, evaluation criteria.

Контактная информация: Попова Людмила Фёдоровна e-mai: ludap9857@mail.ru Наквасина Елена Николаевна e-mail: nakvasina@yandex.ru

Рецензент - Феклистов П.А., доктор сельскохозяйственных наук, профессор, заведующий кафедрой экологии и защиты леса лесотехнического института Северного (Арктического) федерального университета имени М.В. Ломоносова