Особенности технопедогенеза в спортивно-рекреационных ландшафтах московского региона

Вид материала

Содержание

5.1. Основные почвообразовательные процессы.
Рис. 5. Пространственное распределение твердости в поверхностном горизонте техно-дерново-подзолистой почвы, «Старт» г. Москва
Миграция твердого вещества почв.
Рис. 7. А - сизовато-черные тона окраски горизонта - признаки переувлажнения и оглеения
В - переувлажнение и развитие гидроморфизма в верхней части ПТО, формирование «вымочек»
Миграция гумусовых соединений.
Загрязнение тяжелыми металлами и мышьяком.
5.2. Классификационная принадлежность почв футбольных полей.
Естественные и техногенные процессы в почвах футбольных полей
НП и ПТО, возраст

Подобный материал:

1 2 3

Глава 5. Элементарные почвообразовательные процессы

5.1. Основные почвообразовательные процессы. Для гумидных климатических условий Московского региона природно-техногенное почвообразование представляет собой постоянную конкуренцию, «борьбу» трех трендов: 1) «проградационного» аккумулятивного (наращивание агрономически важных свойств); 2) «деградационного» элювиального (ослабление, стирание этих свойств) и 3) «химически-деградационного» (подщелачивание, окарбоначивание, загрязнение ТМ).

Гумусонакопление. Процесс гумусонакопления заключается в формировании соответствующих горизонтов – дернового и дернины. На физкультурных футбольных полях в городских лесах и лесопарках с злаково-разнотравным фитоценозом сохраняется естественный биологический круговорот и процесс протекает практически как в фоновых дерново-подзолистых почвах. В техно-дерново-подзолистых почвах спортивно-массовых полей и ПТО под искусственным фитоценозом (спортивным газоном) при регулярном управлении человеком процесс заключается в преобразовании органического вещества почвы-донора. Он проявляется в высоком содержании гумуса (3,5-10,1%), обилии копролитов, в развитии мощной дернины (до 5 см) с большим количеством корней, высоком содержании фосфора, калия, интенсивно участвующих в биологическом круговороте, а также обменных Са²⁺и Мg^2+.

Оструктуривание. Хорошая структура гумусовых горизонтов создается главным образом корнями газонных трав. Созданию структуры способствуют и агротехнические мероприятия. Структурный состав поверхностного горизонта также тесно связан с гумусовым состоянием почвенной массы, активностью разложения органического вещества, создающего водопрочные агрегаты. Ежегодная дегумификация техно-дерново-подзолистых почв и ПТО на фоне регулярного механического воздействия спортсменов приводит к разрушению макро- и микроструктуры, ее деградации. Она выражена в появлении глыбистых агрегатов.

Данные микроагрегатного анализа почв демонстрируют заметные различия техно-дерново-подзолистых почв по характеру оструктуренности гумусовых горизонтов. Поверхностные дерновые горизонты техно-почв «Искра» (г. Москва) имеют наиболее высокую микрооструктуренность (Кд = 1,01), что связано с высоким уровнем агротехники на футбольном поле. При низком уровне агротехники показатели микроагрегированности техно-дерново-подзолистых почв («Старт», г. Москва; «Торпедо», г. Мытищи) существенно ниже (Кд = 6,09 - 9,34), что связано с сильным переуплотнением их поверхности вследствие спортивных воздействий.

Уплотнение поверхностного горизонта - обязательное следствие регулярных спортивных воздействий. Поэтому на ФП применяются специальные механические обработки, в частности рыхление и другие, а также пескование и землевание, которые только и способны обеспечить разуплотнение. Это придает его динамике циклический обратимый характер.

Плотность сложения в техно-почвах и ПТО, равно как и твердость сильно варьирует в пространстве ФП в зависимости от функциональных зон и степени их физико-механической деградации (рис. 5). Разная твердость формирует локальные поверхностные водоупоры, т.н. «аварийные зоны» ФП (вратарские, штрафные, угловые, зоны безопасности и 11-е метровые отметки) – «горячие точки», локальные очаги деградации техно-почв и ПТО (Замотаев, 2009).

Рис. 5. Пространственное распределение твердости в поверхностном горизонте техно-дерново-подзолистой почвы, «Старт» г. Москва

Окарбоначивание сопровождается подщелачиванием почв до 8,5 и увеличением содержания кальция, магния и гидрокарбонатов за счет растворения карбонатов разного происхождения. Карбонаты входят в состав дренирующих компонентов подповерхностного горизонта II (дресва и щебень карбонатных пород, битый кирпич), песка, используемого для улучшения несущего слоя газона, а также пыли, поступающей на поверхность ФП от техногенных источников загрязнения (цементная, строительная промышленность, теплоэнергетика) в промышленных городах Московского региона (Москва, Подольск, Ногинск).

Микроморфологические исследования показали, что карбонаты в профиле почв встречаются как в виде многочисленных включений крупнопылеватой и песчаной размерности, так и в форме крупных остаточных обломков (рис. 6). Са и Mg, освобождающиеся при выветривании карбонатных пород вызывают окарбоначивание верхней и срединной частей профиля.

Рис. 6. Карбонаты в примитивных квазиземах: А – плазменно-песчаный прослой с включением обломков карбонатных пород – следствие пескования («Спартак» п. Черкизово, 5-10 см, X N); Б – включения карбонатных обломков в одном из прослоев поверхностного горизонта («Спартак» п. Черкизово, 10-15 см, II N).

Миграция твердого вещества почв. В профилях техногенно-измененных почв ФП имеют место две формы миграции твердого вещества в почвах – партлювация (нисходящий перенос суспензий песка, пыли и ила) и лессиваж (суспензии тонкодисперсных фракций). Условия для проявления этих процессов весьма благоприятны, особенно в ПТО профессиональных футбольных полей. Агротехнические мероприятия способствуют рыхлению почвенной массы и созданию порового пространства, т.е. «каналов миграции». Структурные агрегаты дробятся и частично разрушаются, минеральные удобрения способствуют пептизации мелкозема. Поэтому нисходящая миграция тонкодисперсных фракций в техно-дерново-подзолистых почвах и ПТО действует более активно, чем в дерново-подзолистых почвах.

Сферой выноса твердого вещества при его элювиально-иллювиальном перераспределении в профилях техно-почв и ПТО ФП являются поверхностные горизонты. Подповерхностные и лежащие ниже горизонты являются зоной иллювиирования, «реципиентом» мигрирующих твердых веществ. В дренирующих слоях техно-почв и ПТО из-за увеличения плотности происходит осаждение ряда мигрирующих веществ, например, частиц песка и крупной пыли. Об этом свидетельствует характер кривых твердости по профилю, который показывает наличие переуплотненных участков (до 34 мм), которые изначально при строительстве ФП имеют более легкий гранулометрический состав и рыхлое сложение. Миграция и аккумуляция ила наблюдается во всей иллювиальной толще, вплоть до подпочвенных слоев. Часть ила поступает с дренажным стоком в колодцы по периферии ФП, на дне которых он аккумулируется.

Оглеение. Наиболее отчетливо и длительно оно выражено в верхних горизонтах ПТО («Спартак», п. Черкизово) на контакте с уплотненными слоями весной в период таяния, а также осенью в период максимума осадков (рис. 7 А-В). Признаки оглеения локально присутствуют и в подповерхностных иллювиальных горизонтах в виде сизоватой окраски минеральной массы. Нижние горизонты дерново-подзолистых суглинисто-глинистых почв ФП могут быть стабильно глееватыми.

А	Б	В
Рис. 7. А - сизовато-черные тона окраски горизонта - признаки переувлажнения и оглеения	Б - переуплотнение и цементация почвенной массы корнеобитаемого слоя оксидами железа	В - переувлажнение и развитие гидроморфизма в верхней части ПТО, формирование «вымочек»

Сегрегация и цементация. Неблагоприятные физические свойства ряда почв и ПТО, их переувлажнение стимулируют процесс образования конкреций («оксидогенез»). Конкреции встречаются в разных генетических горизонтах дерново-подзолистых почв, их максимум приурочен к элювиальной части профиля. Так, например, в дерново-палево-подзолистой глееватой почве на покровных суглинках заметное содержание конкреций наблюдается только в гор. А1El-El; здесь они мелкие, полутвердые, Fe-гумусовые. В ПТО максимум конкреций также наблюдается в верхнем органоминеральном горизонте, но здесь конкреции мелкие, Fe-Mn-ые. В то же время, как отмечалось выше, вследствие лессиважа и партлювации в профиле ПТО «Спартак» (п. Черкизово) наблюдается кольматаж подповерхностной толщи и усиление ее роли как водоупора (рис. 8). Режим переувлажнения-оглеения приобретает пульсирующий характер, усиливается локальная сегрегация и цементация в подповерхностной толще II профиля.

А	Б
В	Г

Рис. 8. Сцементированный уплотненный песчано-тонкопылеватый материал, не имеющий пор и трещин в нижней части поверхностного («Спартак» п. Черкизово, А- // N ; Б - X N) и в подповерхностном горизонтах примитивного квазизема («Спартак» п. Черкизово, В - // N ; Г - X N).

В совокупности, перечисленные выше ЭПП и техногенные факторы (конструктивные недостатки при строительстве поля и использование при формировании профиля ПТО почвенных материалов и дренирующих слоев, не подходящих по физико-механическим свойствам, минералогическому составу и другим параметрам) привели спустя 5 лет к резкому снижению его эксплуатационных качеств, что и отмечалось нами при исследовании.

Миграция гумусовых соединений. В техно-дерново-подзолистых почвах и ПТО ФП все процессы совершаются более интенсивно, чем в естественных условиях, в том числе и трансформация органического вещества, ввиду технотурбаций, полива, внесения «готового» органического вещества (землевание) и особенностей педоклимата. Цикличность процесса обусловлена ежегодным поступлением остатков газонных трав. При этом органическое вещество расходуется не только на питание трав, но минерализуется актиномицетами, численность которых в ПТО на два порядка выше, чем в дерново-подзолистой почве (Замотаев, 2009). Гумусовые соединения связываются глинистой частью почв, мигрируют в форме комплексных органоминеральных соединений и осаждаются в подповерхностных иллювиальных горизонтах. На это ясно указывает увеличение содержания гумуса в профилях техно-почв на глубинах 42-47см («Старт», г. Москва) и 55-60 см («Торпедо», г. Мытищи) (рис. 4). Морфологическое описание исследуемых техно-дерново-подзолистых почв также подтверждает аккумуляцию гумусового материала. Некоторая часть этого материала теряется с дренажным стоком (Зайдельман, 1985; Почвообразовательные процессы, 2006; Белобров, Замотаев, 2007).

Загрязнение тяжелыми металлами и мышьяком. По содержанию тяжелых металлов и мышьяка НП на ФП неоднородны и в ряде случаев содержание в них меди, цинка, мышьяка и свинца превышает допустимые концентрации. В связи с исходной неоднородностью органоминеральных горизонтов техно-дерново-подзолистых почв и неравномерным поступлением ТМ из атмосферы, а также привносом с удобрениями их распределение характеризуется значительной пестротой (рис. 9, 10).

Дерново-подзол ФП имеет низкую степень загрязнения ТМ и мышьяком. Незначительное превышение ПДК наблюдается только в поверхностном горизонте дерново-подзола для цинка, содержание которого составляет 60 мкг/г (рис. 9). Другие ТМ содержатся в допустимых количествах и во многих горизонтах соответствуют фоновым значениям.


Рис.9. Распределение валового содержания ТМ по профилю дерново-подзола ФП (г. Воскресенск, Московская обл.)	Рис.10. Распределение валового содержания ТМ по профилю техно-дерново-подзолистой почвы («Наука», г. Москва)

Более высокая степень загрязнения характерна для ряда техно-дерново-подзолистых почв. Установлено превышение ПДК в 2-13 раз по цинку, 2-5 раз по меди и в 1,5 раза по свинцу в верхних горизонтах этих техно-почв. Вниз по профилю обычно наблюдается уменьшение содержания ТМ. Максимальное накопление всех четырех микроэлементов наблюдалось в техно-дерново-подзолистой почве стадиона "Наука" в г. Москве (Северно-Западный административный округ), большая часть которых, безусловно, связана с выбросами автотранспорта (рис.10).

В верхнем горизонте дерново-подзола коэффициенты накопления токсичных элементов (Kc) в верхнем горизонте по сравнению с фоном для дерново-подзолистых песчано-супесчаных почв (Pb - 6; As – 2,5; Zn - 28; Cu - 8; Ni – 6) составляют для Pb – 2,3; Zn – 2,1; Cu – 3,4; Ni – 0,7. Суммарный показатель загрязнения ассоциацией микроэлементов (Zc) – 5,8, что свидетельствует о низком уровне загрязнения ТМ почвы ФП в г. Воскресенске. Значения Kc в самом верхнем горизонте техно-дерново-подзолистых почв значительно выше («Наука», г. Москва: Kc для Pb – 8,5; As – 2,0; Zn – 26,0; Cu – 19,9; Ni - 5,5), что свидетельствует о большем их техногенном загрязнении. Суммарный показатель загрязнения составляет 15,5.

Набор, сочетания и специфика почвообразовательных процессов в разных группах почв ФП, как показывают проведенные исследования, неодинаковы (табл. 5). Даже внутри одной общности техно-дерново-подзолистых почв они приобретают черты, соответствующие какому-либо из трендов почвообразования: «проградационному» или «деградационному» или в почвенном профиле присутствуют признаки обоих направлений.

5.2. Классификационная принадлежность почв футбольных полей. Техногенно-измененные почвы ФП в соответствии с принципами новой российской почвенной классификации (Классификация…, 2004) рассматриваются нами как определенный этап естественно-антропогенной (техногенной) эволюции почв, сопровождающийся генетически обусловленным изменением режимов, процессов, строения, свойств на всех стадиях преобразований.

Таблица 5

Естественные и техногенные процессы в почвах футбольных полей

НП и ПТО, возраст	Дерново-подзолистые с признаками техногенеза		Техно-дерново-подзолистые, 30-50 лет		Примитивные квазиземы, 5 лет, «деградационный тренд»
НП и ПТО, возраст	Дерново-подзолистые с признаками техногенеза		«деградационный» тренд	«проградационный» тренд
Футбольные поля ЭПП	Физкультурные		Спортивно-массовые		Профессиональные
Преимущественно природные элементарные почвенные процессы
Лессиваж и партлювация	+	++		+	++
Оглеение	+	+		-	++
Сегрегация и цементация	+	+		-	++
Зоотурбации	+	+		++	+++
Оструктуривание	++	+		++	++
Дернообразование	++	+		++	++
Гумусонакопление	++	+		++	++
Миграция гумусовых соединений	+	++		+	+
Преимущественно техногенные процессы
Привнос твердофазного и хемогенного вещества	-	+		++	+++
Технотурбации	-	-		+	+++
Подщелачивание	-	++		+	+
Окарбоначивание	-	++		+	+++
Загрязнение тяжелыми металлами	-	+		-	-
Уплотнение	-	+++		+	++

Blog

Особенности технопедогенеза в спортивно-рекреационных ландшафтах московского региона

Содержание