Особенности физико-химических свойств урбаноземов в зависимости от характера их освоения

УДК 631.95:631.85 Канд. с.-х. наук И.В. ЕЛЬШАЕВА

ОСОБЕННОСТИ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ УРБАНОЗЕМОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ХАРАКТЕРА ИХ ОСВОЕНИЯ

Кислотность почвы, антропогенная нагрузка, тяжелые металлы, подвижность поллютантов, загрязнение осадков

Современные города - это особые экосистемы, которые весьма отличаются от природных зональных биогеоценозов. Деятельность человека в пределах крупных городов определяется существенной нагрузкой на природную систему и приводит к значительному и часто необратимому изменению состояния окружающей природной среды. Претерпевает изменения рельеф и гидрографическая сеть, естественная растительность сменяется созданными человеком фитоценозами, формируется специфический тип городского микроклимата, за счет увеличения площадей застройки и искусственных покрытий уничтожается или сильно изменяется почвенный покров.

Городская почва - сложный объект, располагающийся на стыке природных и городских систем. Именно здесь происходит наложение антропогенных процессов на естественные процессы почвообразования.

Особое значение имеет локальное и комплексное загрязнение почв в результате технологической деятельности предприятий, находящихся в индустриальных районах города. Определенный вклад вносит автомобильный транспорт, влияние которого на городскую среду с каждым годом возрастает. Совокупное влияние разных видов антропогенной деятельности на городские почвы приводит к образованию урбаноземов.

В настоящее время активно изучаются новые подходы к городским почвам, поскольку вопросы систематики, морфологии, изменения их свойств и экологических функций являются мало изученными. В связи с этим целью наших исследований является выявление влияния городской среды на физико-химические свойства урбаноземов. Исходя из поставленной цели решались следующие задачи:

1. Исследование кислотно-основных свойств почв разной антропогенной нагрузки.

2. Изучение подвижности тяжёлых металлов (Ni) в зависимости от кислотности почвы.

3. Характеристика осадков по гидрохимическим показателям.

Объектом наших исследований являлись почвы, отобранные из парковой зоны города Пушкина и урбанозёмы Пушкинского района. Для оценки состояния городских почв были выбраны 7 ключевых площадок. На анализ были отобраны пробы со следующих территорий: 1) ул. Дворцовая, 2) Александровский парк, 3) Октябрьский бульвар, 4) Павловское шоссе, 5) Екатерининский парк, 6) Железнодорожный вокзал, 7) Академический переулок.

Пробы были отобраны почвенным буром, послойно, с глубины 0-5 и 5-20 см. Определялись следующие параметры: обменная кислотность, ГОСТ 11623-89; активная кислотность, ГОСТ 11623-89; гидролитическая кислотность по методу Каппена в модификации ЦИНАО, ГОСТ 26212-91; содержание обменных катионов Са2+ и Mg2+ методами ЦИНАО, ГОСТ 26487-85;определение органического вещества по методу Тюрина в модификации ЦИНАО, ГОСТ 26213-91; содержание тяжёлых металлов (Ni) атомно-абсорбицонным методом, М 02-902-125-2005.

Почвы выбранных районов не являются кислыми (табл.1), самый низкий показатель pHkd = 6,01 отмечен на Октябрьском бульваре. Самый высокий показатель pH^i = 7,41 - в Екатерининском парке. Соответствуют обменной кислотности и данные по кислотности гидролитической.

Кислотность почвенного раствора - самая динамичная величина, наиболее подверженная влиянию факторов внешней среды. Показатель актуальной кислотности незначительно варьирует в пределах нейтральной реакции среды - рНшо составляет 6,7, а в некоторых случаях 7,8 единиц рН. При этом зависимости между кислотностью осадков (талых вод) и кислотностью почвы на соответствующих участках не обнаружено.

Таблица 1. Кислотность почв Пушкинского района

Место отбора проб Нг

Ул. Дворцовая 0,87 6,61 7,50

Александровский парк 0,47 7,22 7,67

Октябрьский бульвар 2,16 6,01 6,70

Павловское шоссе 2,16 6,02 6,92

Екатерининский парк 0,39 7,41 7,81

Железнодорожный вокзал 1,70 6,12 6,83

Академический переулок 1,03 6,52 6,98

Изучение кислотности почв актуально для городских почв в первую очередь с точки зрения изменения подвижности тяжелых металлов. Содержание № в исследуемых почвах приведено в табл. 2. Содержание подвижного никеля зависит от кислотности почв и валового содержания элемента в почве.

Таблица 2. Содержание никеля в почвах Пушкинского района

Место отбора проб №(мг/кг) Коэффициент концентрации химического вещества Кс=С1/Сф1

подвижная форма валовая форма

Ул. Дворцовая 0,85 11,38 0,66

Александровский парк 1,63 20,26 1,19

Октябрьский бульвар 2,07 15,38 0,90

Павловское шоссе 1,40 13,16 0,77

Екатерининский парк 4,62 21,14 1,24

Железнодорожный вокзал 1,52 11,39 0,67

Академический переулок 0,074 8,28 0,48

Рассчитанный коэффициент корреляции между обменной кислотностью и содержанием подвижного Ni равен 0,51; между подвижной формой Ni и валовой - 0,807. Данные корреляционного анализа свидетельствуют, что содержание подвижных соединений никеля в большей степени зависит от его валового содержания, чем от кислотности почвы.

В образцах, взятых в Екатерининском парке, содержание подвижного Ni самое высокое - 4,62 мг/кг, причем оно превышает ПДК=4,0 мг/кг. Вероятно, это связано с тем, что некоторое время назад существовала тенденция использования бытового мусора как компоста [2]. Самое высокое содержание валовой формы Ni найдено в Александровском и Екатерининском парках. Стоит отметить, что коэффициент концентрации химического

вещества в парках больше 1. На остальных местах отбора проб превышение фонового содержания не отмечалось.

Запасы гумуса традиционно служат основным критерием оценки не только почвенного плодородия, но и показателем устойчивости почв к антропогенному воздействию (табл. 3).

Таблица 3. Содержание гумуса и сумма обменных катионов Са2+ и

в почвах Пушкинского района

Место отбора проб Гумус,% Ca+Mg

Ул. Дворцовая 4,79 6,25

Александровский парк 9,33 7,5

Октябрьский бульвар 3,2 9,13

Павловское шоссе 4,54 10,13

Екатерининский парк 8,59 12,75

Железнодорожный вокзал 2,8 10,38

Академический переулок 2,65 10,38

Почвы парковой зоны имеют высокое содержание гумуса: Александровский парк -9,33%, в Екатерининском парке чуть меньше - 8,59%. По-видимому, это связано с тем, что территория парка меньше всего подвержена антропогенному воздействию. На Дворцовой улице и Павловском шоссе содержание органического вещества почти в 2 раза ниже, чем в парках (ул. Дворцовая - 4,79%, Павловское шоссе - 4,54%). Самое низкое содержание на Октябрьском бульваре - 3,2%, железнодорожном вокзале - 2,8% и Академическом переулке - 2,65%. Возможно, это связано с ослаблением микробиологических процессов в почве вследствие близости автотранспорта и железнодорожных путей, а также систематическим отчуждением биомассы растений при уборке территории [1].

Одним из основных факторов, оказывающих непосредственное влияние на свойства почв, является химический состав талых вод, который в свою очередь зависит от степени антропогенной нагрузки на окружающую среду [3]. Присутствие анионов в воде может быть обусловлено переносом с дождями содержащихся в воздухе сульфатов. Последние образуются при реакциях окисления в атмосфере оксида серы (IV) до оксида серы (VI), образования серной кислоты и её нейтрализации (полной и частичной).

Хлориды присутствуют практически во всех пресных поверхностных и грунтовых водах, а также в питьевой воде в виде солей металлов. Большие количества хлоридов могут образовываться при промышленных процессах концентрирования растворов, ионного обмена и т.д., образуя сточные воды с высоким содержанием хлорид - аниона.

Результаты исследования осадков (талых вод) на содержание сульфатов и хлоридов представлены в табл. 4.

Таблица 4. Гидрохимический показатель талых вод города Пушкина

Место отбора проб Сульфаты Хлориды рН талых

содержание Пдк содержание Пдк вод

мг/л мг/л мг/л мг/л

Академический переулок 56 500 284,0 350 6,80

Железнодорожный вокзал 56 500 159,7 350 6,69

Октябрьский бульвар 59 500 153,3 350 6,94

Ул. Дворцовая - - 255,6 350 7,26

Павловское шоссе 59 500 301,8 350 6,48

Александровский парк - - 204,1 350 6,04

Екатерининский парк - - 159,8 350 6,28

Сульфаты были обнаружены в талых водах только на 4 участках, не относящихся к парковой зоне: на Академическом переулке, у железнодорожного вокзала, на Октябрьском бульваре и Павловском шоссе. Это связано с осаждением в придорожной полосе пыли, содержащей сульфаты, и с использованием химических реагентов для борьбы с гололедицей на улицах города Пушкина. Содержание не превышает ПДК, колеблется от 56 до 59 мг/л.

Хлориды были обнаружены во всех без исключения образцах. Следует отметить, что нет чёткой зависимости между загрязнением снега хлоридами и местом отбора проб. Снег, отобранный из парков, и снег, отобранный у дорог города, содержал достаточно высокое количество хлоридов.

Согласно собранным данным нельзя сделать вывод о точном источнике загрязнения, но можно предположить, что самое высокое содержание хлоридов, которое обнаружено на Павловском шоссе - 301,8 мг/л, на Академическом переулке - 284,0 мг/л, связано с большим потоком автотранспорта. В целом содержание сульфатов и хлоридов не превышает ПДК.

Кислотность талых вод определялась потенциометрическим методом. Она колеблется от 6,04 до 7,26. Самые низкие значения кислотности воды обнаружены в осадках, отобранных в парках. Можно заметить, что рН талых вод не зависит от присутствия в них сульфатов и хлоридов.

В связи с тем что город Пушкин является не только туристическим пригородом, но и местом проживания большого количества населения, необходимо проводить постоянный мониторинг веществ, загрязняющих окружающую среду, и в том числе городские почвы. Это поможет своевременно оценивать и прогнозировать ситуацию и минимизировать возможные последствия.

В результате вышеизложенного можно сделать следующие выводы:

1. Осадки (снег) в городе Пушкине незначительно загрязнены сульфатами. Содержание хлоридов в талых водах гораздо выше, в некоторых случаях приближается к предельно допустимому. Осадки характеризуются нейтральной реакцией, величина рН колеблется от 6,04 до 7,26.

2. Почвы городских улиц (урбаноземы) имеют более высокую кислотность по сравнению с почвами парковой зоны. Зависимости между кислотностью осадков (талых вод) и кислотностью почвы на соответствующих участках не обнаружено.

3. Исследуя подвижность никеля в почвах, можно констатировать, что содержание подвижных его соединений зависело не столько от кислотности, сколько от особенностей местных условий. Наблюдается и тесная корреляция между содержанием подвижных и валовых форм никеля. Наивысший уровень загрязнения никелем наблюдается в Екатерининском парке. Содержание подвижных и валовых форм в почвах данного участка 4,62 м/кг и 21,14 мг/кг соответственно.

Литература

1. Миронов А.А., Евгеньев И.Е. Автомобильные дороги и охрана окружающей среды. -Томск, 1986.

2. Титова В.И., Дабахов М.В., Дабахова Е.В. Обоснование использования отходов в качестве вторичного материального ресурса в сельскохозяйственном производстве. - Н. Новгород: Изд-во ВВГАС, 2009.

3. Чернов Д.В. Миграция водорастворимых веществ в дерново-подзолистых суглинистых пахотных почвах: Автореф. дис...канд. с.-х. наук / СПбГАУ. - СПб., 1985.