Почвы и техногенные поверхностные образования урбанизированных территорий Пермского Прикамья
Покупка
Новинка
Тематика:
Почвоведение
Издательство:
ПГНИУ
Год издания: 2016
Кол-во страниц: 252
Дополнительно
Вид издания:
Монография
Уровень образования:
Профессиональное образование
ISBN: 978-5-7944-2753-0
Артикул: 836538.01.99
Рассмотрены основные компоненты почвенного покрова урбанизированных территорий Прикамья и оценено их экологическое состояние. Систематизированы сведения о морфогенетическом разнообразии и свойствах почв и техногенных поверхностных образований разных функциональных зон: селитебных, промышленных, сельскохозяйственных, природно-рекреационных. Разработаны теоретические основы почвенного картографирования на основе выделения урбопедокомплексов. Пространственное расположение и профильное строение почв рассмотрены как совокупный результат влияния современных факторов почвообразования, в том числе антропогенного, а также наследия лито- и педогенеза. Издание предназначено для биологов, географов, геологов, специалистов в области охраны окружающей среды, учителей, студентов, получающих образование естественнонаучного профиля.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 05.03.01: Геология
- 05.03.02: География
- 06.03.01: Биология
- 06.03.02: Почвоведение
- ВО - Магистратура
- 05.04.01: Геология
- 05.04.02: География
- 06.04.01: Биология
- 06.04.02: Почвоведение
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» О. З. Еремченко, И. Е. Шестаков, Н. В. Москвина ПОЧВЫ И ТЕХНОГЕННЫЕ ПОВЕРХНОСТНЫЕ ОБРАЗОВАНИЯ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ ПЕРМСКОГО ПРИКАМЬЯ МОНОГРАФИЯ Пермь 2016
УДК 631.4 ББК 40.3 Е70 Е70 Еремченко О. З. Почвы и техногенные поверхностные образования урбанизированных территорий Пермского Прикамья: монография / О. З. Еремченко, И. Е. Шестаков, Н. В. Москвина; Перм. гос. нац. исслед. ун-т. – Пермь, 2016. – 252 с. ISBN 978-5-7944-2753-0 Рассмотрены основные компоненты почвенного покрова урба низированных территорий Прикамья и оценено их экологическое состояние. Систематизированы сведения о морфогенетическом разнообразии и свойствах почв и техногенных поверхностных образований разных функциональных зон: селитебных, промышленных, сельскохозяйственных, природно-рекреационных. Разработаны теоретические основы почвенного картографирования на основе выделения урбопедокомплексов. Пространственное расположение и профильное строение почв рассмотрены как совокупный результат влияния современных факторов почвообразования, в том числе антропогенного, а также наследия лито- и педогенеза. Издание предназначено для биологов, географов, геологов, спе циалистов в области охраны окружающей среды, учителей, студентов, получающих образование естественнонаучного профиля. УДК 631.4 ББК 40.3 Печатается по решению редакционно-издательского совета Пермского государственного национального исследовательского университета Рецензенты: д-р биол. наук, ведущий науч. сотр. Ин-та почвоведения и агрохи мии СО РАН (г. Новосибирск) В. С. Артамонова; д-р с.-х. наук, зав. каф. ботаники, биотехнологии и ландшафтной архитектуры Тюмен. гос. ун-та Н. А. Боме Издание подготовлено при финансовой поддержке программы Минобрнауки РФ ISBN 978-5-7944-2753-0 © Еремченко О. З., Шестаков И. Е., Москвина Н. В., 2016 © ПГНИУ, 2016
Содержание Введение ………….…………………………………………………... 4 1. Природно-техногенные факторы почвообразования на урбанизированных территориях …………………………………. 6 2. Почвы и почвенный покров долины р. Камы ……………………. 28 3. Почвенный покров урбанизированных территорий …………….. 43 3.1. Классификация городских почв ………………………………….. 43 3.2. Почвенное картографирование урбанизированных территорий …. 49 3.3. Подходы к картографированию территории г. Перми ………….. 54 4. Почвы и техногенные поверхностные образования г. Перми ….. 59 4.1. Почвы природно-рекреационной зоны …………………………… 59 4.2. Почвы селитебной зоны малоэтажной (приусадебной) застройки ………………………………………………………………... 72 4.3. Почвы и ТПО селитебной зоны многоэтажной застройки ……… 88 4.4. Почвы и ТПО промышленной зоны ………………………………. 107 4.5. Почвы сельскохозяйственной зоны ………………………………. 115 5. Свойства почв и ТПО г. Перми …………………………………… 121 5.1. Свойства городских почв …………………………………………. 121 5.2. Свойства почв и ТПО природно-рекреационной зоны …………. 135 5.3. Свойства почв селитебной зоны малоэтажной (приусадебной) застройки ………………………………………………………………... 142 5.4. Свойства почв и ТПО селитебной зоны многоэтажной застройки ………………………………………………………………... 151 5.5. Свойства почв и ТПО промышленной зоны …………………….. 172 5.6. Свойства почв сельскохозяйственной зоны ……………………… 176 6. Почвы и техногенные поверхностные образования г. Березники …………………………………………………………… 179 6.1. Почвы и ТПО селитебной зоны многоэтажной застройки ……… 179 6.2. Почвы и ТПО промышленной зоны ………………………………. 183 6.3. Свойства почв и ТПО ……………………………………………… 183 7. Почвы и техногенные поверхностные образования г. Соликамска …………………………………………………………. 188 7.1. Почвы и ТПО УПК селитебной зоны многоэтажной застройки .... 188 7.2. Почвы и ТПО промышленной зоны ……………………………… 189 7.3. Свойства почв и ТПО промышленной зоны ......………………… 193 8. Содержание тяжелых металлов в почвенном покрове городов Прикамья ……………………………………………………………… 196 9. Основные черты почвообразования на урбанизированных территориях Пермского Прикамья (заключение) ………………….. 226 Список использованной литературы ……………………………….. 233
Введение С конца прошлого столетия урбанизация стала одним из глав ных факторов трансформации экосистем. Доля городского населения неуклонно возрастает, уже более 50 % населения планеты проживает в городах. По данным ООН к 2030 году население городов составит 5 миллиардов, или 60 % от прогнозируемых 8,3 миллиардов населения Земли. Каждый день всё новые относительно нетронутые открытые участки используются для развития транспортной инфраструктуры и под строительство. В последующие десятилетия ожидается значительное увеличение площади городских территорий (Почва, город…, 1997; Chen, 2007; Vegter, 2007; Morel, Elmquist et al., Heinrich, 2008; 2008; Pickett et. all, 2011). Урбанизация приводит к образованию искусственных экоси стем, которые обладают меньшей средообразующей ценностью, нарушенностью биологического круговорота, сокращением биоразнообразия и т. д. В урбоэкосистемах нарушены естественные связи между различными их компонентами, резко усилено давление на почвы (Курбатова, 2003; NYC Soil…, 2005; Byrne et al., 2008; Pickett et. all, 2011). Осознанию вклада почв в функционирование экосистем способ ствуют представления об экологических функциях почв (Добровольский, Никитин, 2000; Структурно-функциональная…, 2003). В городской среде экологические функции почв имеют не меньшее значение, т. к. они обеспечивают устойчивость зеленых насаждений, трансформируют потоки техногенных веществ, обеззараживают болезнетворную биоту и др. (Почва, город…, 1997; Антропогенные почвы…, 2003; Смагин, Шоба, 2008; Pickett, Cadenasso, 2009). Недооценка средообразующей значимости почв и непонимание необходимости бережного отношения к почве в городе приводят к негативным последствиям. В урбоэкосистемах уничтожение почв и интенсивное сокращение почвенных ресурсов делают невозможным формирование благоприятной для человека устойчивой среды. Постепенно это ведет к тому, что население городов будет вынужденно существовать на территориях малопригодных для жизни. В формировании почвенного покрова городов проявляются не которые общие закономерности: уничтожаются природные почвы, перемешиваются с грунтами, загрязняются органическими и минеральными веществами, в их состав включаются бытовые и строительные отходы. В то же время специфика городских почв зависит от региональной направленности процессов почвообразования, истории и возраста формирования города, местных видов техногенной деятель
ности человека. Как «новые» компоненты окружающей среды городские почвы изучены недостаточно. Почвенный покров городов очень неоднороден в пространстве, и это означает, что способность почв выполнять важные экологобиологические функции также вариативна. Изучение почвенного покрова городов необходимо для поддержания и восстановления свойств, необходимых для выполнения почвами их функций в различных функциональных зонах. На городских территориях состоянию почвенного покрова не уделяется должного внимания; в отчётах о состоянии окружающей среды отсутствует само понятие почва, говориться лишь о землях различного пользования (Состояние и охрана…, 2008; Состояние окружающей…, 2000, 2009, 2010). Для рационального использования ограниченных и всё более сокращающихся почвенных ресурсов необходимо знать современную структуру почвенного покрова, законы его формирования в урбоэкосистемах, уметь управлять ими с целью оптимизации параметров городской среды (Фридланд, 1984; Правила охраны…, 2006; Закон об охране…, 2007; Vegter, 2007; Яковлев, Евдокимова, 2011). Целью нашей работы было изучение основных компонентов почвенного покрова урбанизированных территорий Прикамья, оценка их экологического состояния. Впервые систематизированы сведения о морфогенетическом разнообразии и свойствах почв и ТПО разных функциональных зон: селитебных, промышленных, сельскохозяйственных, природно-рекреационных. Разработаны теоретические основы почвенного картографирования на основе выделения урбопедокомплексов – комбинации почв и техногенных поверхностных образований на одинаковых почвообразующих породах. Пространственное расположение и профильное строение почв рассмотрены как совокупный результат действия современных факторов почвообразования, в том числе, антропогенного, а также наследия лито- и педогенеза.
1. Природно-техногенные факторы почвообразования на урбанизированных территориях Климат. Пермский край относится к зоне умеренных широт, входит в состав Атлантико-континентальной области. Климат территории континентальный, о чем свидетельствуют значительные годовые и суточные колебания почти всех метеорологических элементов. Большое влияние на распределение атмосферных осадков и температурный режим оказывает атмосферная циркуляция. Общий характер циркуляционных процессов определяется положением внутри материка, меридиональным расположением на востоке области Уральского хребта, открытостью территории к северу (Шкляев, Балков, 1963). Вторжения холодных арктических масс воздуха вызывают похолодания в теплую часть года, а воздействие сибирского антициклона – сильные морозы зимой. В то же время с притоком теплых воздушных масс с Атлантического океана связаны потепления и даже оттепели в зимнее время. Среднегодовые температуры воздуха в Перми, Березниках и Соликамске колеблются в пределах 0,5–1,3оС. Средняя температура июля 17–17,4оС, средняя температура января –16–15,8оС. Заморозки на почве (иней) кончаются в первой декаде июня, начинаются в первой-второй декаде сентября. Продолжительность безморозного периода у почвы 90–95 дней, на высоте 2 м – 100–120 дней. Сумма эффективных температур за вегетационный период 1200–1240оС. Осадков в году выпадает 470–550 мм; высота снежного покрова не ниже 50 см с максимумом в 65–70 см и продолжительностью устойчивого снежного покрова в поле 165–170 дней. Поля освобождаются от снега 22– 25 апреля (Пермская область, 1959). В году насчитывается около 250 дней с осадками. В Березниках и Соликамске преобладающее направление ветров южное и юго-западное. Северные и северовосточные ветры дуют чаще летом и весной (Пермская область…, 1997). В Перми в среднем за год преобладающими являются ветры юго-западного направления (Состояние…, 1996). Известно, что в городской атмосфере создаются очаги тепла и пыли, которые существенно влияют на температуру воздуха и осадки. Центр города теплее, чем его окраины; прослеживается тенденция к повышению температуры воздуха из-за сгорания топлива и нагревания строений в течение дня, а потом их постепенного остывания. Температуры в городах образуют «городской остров тепла» (Яницкий, 1984).
Отличия в климате города и окрестностей иногда равнозначны широтному смещению на 200–300 км к югу. Суточный ход температуры в городе выражен не так резко, как в окрестностях. Увеличение плотности застройки и асфальтирование с 20 до 50% повышает разность максимальных летних температур в центре и окрестностях города с 5 до 14оС. Очаг тепла над городом отмечается и в суточных минимумах температур. Установлено, что температура поверхности почвы на 1–2 о (до 10оС) выше, чем на окружающей местности, одновременно изнутри почвы подогреваются городской теплосетью. В связи с этим происходит ранний сход снега, увеличивается вегетационный период. Повышенная конвективность атмосферы города, а также ее техногенная запыленность приводят к увеличению над городом числа гроз, росту интенсивности ливней и общего числа осадков. Большее прогревание и увлажнение воздуха и почв городской территории по сравнению с окружающей местностью улучшает условия жизни наземной растительности и почвенной фауны и увеличивает период вегетации, хотя в ряде случаев в городе происходят обратные явления (Строганова, Агаркова, 1992; Почва, город…, 1997). Все эти особенности климата имеются в любом большом горо де, однако их действие возрастает с увеличением размеров агломерации. По данным за 1963 г. среднегодовые температуры воздуха в г. Перми равны +1,3–1,5оС (Шкляев, Балков, 1963), а в новых источниках указывается, что климат города отличается более высокими среднегодовыми температурами: +1,8–2,0 оС (Пермская область..., 1997). Город оказывает сильное тепловое воздействие на окружающую среду, в результате этого центральная часть города на протяжении всего года на 0,5–1оС теплее окрестностей (Назаров, 2006). В городах наблюдается резкое изменение сроков образования снежного покрова в сравнении с естественными. В разных местах города снег убирается, утаптывается, насыпается сверх нормы самим человеком или ветрами. На участках, оголяемых от снега, возникают условия аридной холодной пустыни, которым в естественном состоянии соответствуют скелетные, примитивные, дефлируемые почвы и разреженная растительность в «накипной» и «подушечной» формах. На участках с избытком снега, особенно в затененных местах, создается микроклимат и сезонный режим (фенофазы), близкий к лесным и лесо-луговым ландшафтам, обуславливая характерные для них почвообразующие процессы. В зависимости от литологических и топографических условий могут усиливаться процессы мерзлотного
пучения почвы и грунта и солифлюкционного оплывания (Почва, город…, 1997). Таким образом, изменение основных климатических характери стик в городской среде приводит к некоторому изменению почвообразовательного процесса, хотя общие закономерности остаются основополагающими. Геология и геоморфология. По геоморфологическому райони рованию Пермский край входит в Уфимско-Пермскую подобласть Среднерусской провинции Русской равнины и представляет собой эрозионно-денудационную равнину, сложенную пермскими отложениями Уфимского свода, Камской впадины, предуральского прогиба. Преобладающий тип рельефа – сильно расчлененная равнина на западном крыле Уфимского свода (Геоморфологическое районирование..., 1980). Города Пермь, Березники, Соликамск расположены в западной части Пермской области, которая является слабоприподнятой, сильно эродированной частью Русской равнины. Эта часть области является северным завершением обширной геоморфологической области, носящей название Плато Высокого Заволжья (Гужевая и др., 1947). На левом берегу Камы выходы коренных пород на поверхность незначительны по протяжённости, основное распространение получили надпойменные террасы. Берег низкий, пологий, местами заболоченный, с неясно выраженной береговой линией. Правый берег крутой, широко развиты коренные породы. Четвертичные отложения в большинстве случаев представлены водно-ледниковыми и древнеаллювиальными песками и супесями; на большом протяжении побережий распространены также покровные суглинки и глины (Коротаев, 1962; Карта четвертичных отложений…, 2000). Указанные геологогеоморфологические особенности побережий Камы объясняются событиями геологической истории. На севере формирование долины р. Камы происходило под влиянием деятельности ледников и потоков талых вод. Гидрологический режим реки даже на протяжении сравнительно короткой истории кайнозоя многократно менялся. Типично речной режим становился режимом проточных озер, а в низовьях современной долины даже режимом мелководного моря. Проточные озера прошлого, обусловленные интенсивным таянием ледникового покрова, имели приблизительно те же самые размеры (они, конечно, были немного больше) и ту же форму, что и современные камские водохранилища. Чехол флювиогляциальных и перигляциальных отложений
сглаживает резкие уступы второй и третьей надпойменных террас (Печеркин, 1966). Наиболее полное изложение геологических особенностей тер ритории г. Перми представлено в работе Г. В. Лебедева (1996). На рассматриваемой территории под покровом четвертичных отложений залегают осадочные образования иренской свиты кунгурского яруса (нижняя пермь), Соликамского и шешминского горизонтов уфимского яруса (верхняя пермь). Иренская свита, представленная гипсами с прослоями глин, мергелей и доломитов лунежской пачки, в виде узкой полосы выходит на поверхность по левобережью Камы выше Чусовской Стрелки. Соликамский горизонт подразделяется на два подгоризонта: нижний и верхний. Нижний представлен преимущественно карбонатными породами: известняками, часто глинистыми, доломитизированными, мергелями, доломитами, реже песчаниками. Типоморфными для подгоризонта являются плитняковые глинистые известняки и мергели, которые можно наблюдать по обоим берегам р. Чусовой в ее приустьевой части. Южная граница нижнесоликамских отложений по долине р. Камы проходит на широте Шустовка-Левшино. Верхний подгоризонт сложен преимущественно терригенными породами: песчаниками, алевролитами, аргиллитами с прослоями известняков и мергелей; в железнодорожной выемке у КамГЭС он представлен терригенными породами: песчаниками, иногда с волнистой слоистостью, алевролитами и аргиллитами и лишь в самых верхах – слоем известняков мощностью 1,25 м. Породы шешминской свиты имеют мощность 350 м. Несмотря на крайне сложную фациальную изменчивость, выражающуюся в невыдержанности мощности и литологического состава слоев, низы свиты могут быть подразделены на четыре пачки: I – существенно алевролито-глинистая; II – в основном песчанистая; III – преимущественно алевролито-глинистая; IV – алевролито-песчанистая. Мощности пачек равны соответственно 20, 10, 10 и 30 м. Такое чередование литологического состава отражается в гидрогеологических и геоморфологических особенностях территории. Алевролито-глинистые пачки (I и III) выступают в качестве водоупоров, а существенно песчанистые (II и IV) являются водоносными. Разгрузка подземных вод происходит в основании II и IV пачек; они же являются дренирующими для террасовых комплексов р. Камы. На участках широкого распространения пачки I обычно наблю даются заболоченные долины (низовья рек Мулянка, Ласьва, Гайва,
Пермянка, Данилиха, ур. Красава). Разгрузку подземных вод, приуроченную к основанию пачки II, можно наблюдать в виде многочисленных родников и зон увлажнения пород по рекам Егошиха, Пермянка, Ива, вдоль Соликамского тракта. Пачка II, кроме того, дренирует фрагментарно развитую III надпойменную террасу р. Камы, относящуюся к типу эрозионно-аккумулятивных. Площадка террасы имеет абсолютную отметку 120–130 м и развита в микрорайонах Разгуляй, Егошихинское кладбище, ул. Орджоникидзе, Октябрьская площадь и др. Пачка III геоморфологически выражена слабо. Существенную геоморфологическую роль играет относительно мощная пачка IV. Она бронирует IV надпойменную (эрозионно-аккумулятивную) террасу р. Камы. Именно размещение этой пачки обусловливает наличие на территории города обширных плоских водораздельных пространств на абсолютных отметках 140-160 м: Балатово, Свердловский район выше сада им. Горького, Горки, Южный, Висим, Костарево, Запруд, Вышки I и II и др. (Лебедев, 1996). В соответствии со схемой геоморфологического районирования Урала г. Пермь находиться на восточной окраине Русской равнины, в пределах денудационной равнины Предуралья. Равнина, слабо понижаясь к западу, сильно расчленена р. Камой и ее многочисленными притоками. Векторная карта элементов рельефа М 1:100 000 левобере жья Перми (рис. 1) была создана по данным отметок рельефа SRTM. Легенда карты разработана в соответствии с рекомендациями А. С. Сунцева и др. (2000); в числе элементов рельефа выделены нижняя и верхняя поймы, четыре надпойменных террасы (с их делювиальными шлейфами), высокая равнина и высокий коренной берег. При определении отметок поверхностей террас в легенде карты за основу были приняты данные И. А. Печеркина (1966), которые дополнены данными Б. С. Лунева, О. Б. Наумовой (1992), А. С. Сунцева и др. (2000). Высокая равнина располагается на абсолютных отметках 160– 190 м с относительными превышениями над меженью в 85–105 м. Наиболее полное распространение в районе исследований имеет эрозионно-аккумулятивная поверхность врезания современных рек. Здесь находится широкая хорошо разработанная долина реки Камы. В долине р. Камы выделяют пойму и четыре надпойменные эрозионно-аккумулятивные террасы: низкая – первая и высокие – третья и четвертая.
Рис. 1. Картосхема элементов рельефа левобережной части г. Перми Террасы имеют сложное внутреннее строение. Ритмичная смена климатических обстановок привела к ярусному строению аллювия террас: межледниковый аллювий (гумидная аллювиальная свита) в большинстве случаев перекрыт ледниковыми образованиями (перигляциальная аллювиальная свита). Четвертая надпойменная терраса хорошо выражена в современном рельефе широкой выровненной поверхностью с абсолютными отметками 145–160 м на левобережье р. Камы. Относительные высоты поверхности террасы над меженью составляют 60–75 м, а подошвы аллювиальных отложений – 43–57 м. На террасе расположено большинство микрорайонов г. Перми. Третья надпойменная терраса сохранилась от размыва небольшими участками. Абсолютные отметки поверхности 120–135 м, относительные высоты – 35–50 м. Первая терраса образует ряд узких выклинивающихся сегментов, прерывисто повторяющих все изгибы современного русла