№ 5 (2025): Специальный выпуск, посвященный изучению роли естественных и антропогенно-преобразованных почв в городских экосистемах

Проведено почвенное обследование и картографирование территории Елагиноостровского дворцово-паркового ансамбля (г. Санкт-Петербург) в масштабе 1 : 500. Всего заложено 92 разреза, отобраны образцы основных типов почв и по общепринятым методикам определены их химические свойства. Выявлена связь современного почвенного покрова и направлений антропогенной трансформации почв с историей формирования разных ландшафтных районов парка. Показано, что, исходя из планировочной структуры парка и исторических особенностей его частей, можно прогнозировать пространственное распределение антропогенных почвенных разностей с различной мощностью стратифицированных гумусовых слоев и разным количеством техногенных включений. Установлено, что 23% изученной территории находятся под зданиями и дорожными покрытиями. На остальной территории примерно равные доли занимают стратоземы серогумусовые (Hortic Anthrosols) и урбостратоземы (Urbic Technosols), встречаются также слабо антропогенно-преобразованные серогумусовые глееватые (Gleyic Umbrisols) и гумусово-глеевые почвы (Umbric Gleysols). Стратоземы и урбостратоземы имеют нейтральную или слабо щелочную среду (рН от 7.0–7.5 до 8.0 в горизонте ТСН), содержание углерода органических соединений в поверхностных горизонтах (RYur, RUur, URay, AU) составляет 3–4%. Для насыпной толщи характерны высокие концентрации доступного для растений фосфора (вытяжка по Олсену). Во многих почвах парка наблюдается глубокая интенсивная переработка гумусированной толщи дождевыми червями, характерная для горизонта Hortic. Результаты проведенного исследования позволяют рационально организовать проведение работ по замене выпавших старовозрастных деревьев и уход за существующими насаждениями с учетом характеристик почв.

Проведена оценка поступления углерода и азота с растительным опадом, их накопления в подстилке и аккумуляции в почвах пригородных лесов г. Воронеж. Исследования проводили в старовозрастных сосновых и дубовых лесах. Установлено, что за летне-осенний сезон в дубраве поступает в 2 раза больше углерода (12.70 т/га) и в 5 раз больше азота (0.35 т/га), чем в сосновом бору (6.48 т C/га и 0.06 т N/га). Несмотря на это, запасы элементов в лесной подстилке оказываются максимальными в сосновых лесах, достигая 13.70 т С/га и 0.35 т N/га, что связано с низкой скоростью разложения хвойного опада. Общие запасы углерода в метровой толще серогумусовых почв (Gleyic Phaeozems (Arenic)) дубравы (118.2 т/га) значительно превышают аналогичный показатель для почв соснового бора (65.6 т/га) (Someric Phaeozems (Arenic)). Сравнительный анализ показал, что основная причина этих различий лесных почв связана с качеством и скоростью разложения опада в разных типах лесов. Полученные результаты подчеркивают ведущую роль лесной растительности в почвообразовательном процессе и депонировании углерода в лесных почвах в условиях урболандшафта.

Представлены результаты исследования и расчета удельных запасов органического углерода в селитебной, рекреационной и промышленной зонах городов ядра Ростовской агломерации. Результаты базируются на анализе почвенных проб, отобранных более чем в ста почвенных разрезах и скважинах, а также более 500 проб из поверхностного десятисантиметрового слоя. Содержание углерода определяли методом сухого высокотемпературного каталитического сжигания. Установлено среднее содержание органического углерода для верхних (слой 0–10 см) почвенных горизонтов (3.89 ± 1.11%). Зафиксировано его изменение в завсимости от принадлежности к определенной функциональной зоне. Наибольшее значение отмечено в почвах парково-рекреационной зоны (городские парки, скверы и лесопарки) – 4.24 ± 0.85, наименьшее в селитебной зоне и залежных участках агломерации (2.35 ± 0.92 и 2.80 ± 0.64 соответственно). Проведен анализ удельных запасов углерода (на единицу площади), выделены наиболее и наименее обеспеченные органическим углеродом почвенные комбинации различных функциональных зон. Наибольшими удельными запасами обладают парково-рекреационная и промышленная зоны города (52.18 ± 10.42 и 63.35 ± 17.81 т/га соответственно), а наименьшими – селитебная зона и залежные участки (38.75 ± 15.25, 31.68 ± 7.28 т/га). В городах степной зоны европейской части России почвенный покров городских лесов играет особую роль с точки зрения сохранения пула органического углерода. Содержание органического углерода в слое 10–100 см в пределах ядра Ростовской агломерации в среднем составляет 1.30 ± 0.73%. В нем не было выявлено статистически значимых различий в содержании и запасах органического углерода при сравнении почв различных типов землепользования. Сопоставление запасов углерода в метровом слое почв города с литературными данными исследований черноземов степной зоны показывает схожие величины. Результаты исследования в перспективе позволят оценить роль городских почв в региональном углеродном балансе и необходимость их учета при планировании мер по снижению выбросов парниковых газов.

Актуальная в контексте зеленой повестки Environmental–Social–Governance задача оценки локального углеродного баланса элементов зеленой инфраструктуры может быть успешно решена на базе современных программируемых логгеров с NDIR-технологией детекции СО₂ в воздухе. Основная идея полностью автоматизированного непрерывного мониторинга углеродного газообмена состоит в периодической прокачке атмосферного воздуха через закрытые камеры для почвы и растительности с последующей экспозицией для оценки трендов прироста (эмиссия СО₂) или стока (фотосинтез) диоксида углерода встроенными в камеру СО₂-логгерами. Эта разработка реализована в Серебряноборском опытном лесничестве ИЛАН РАН в г. Москве на примере посадок голубой ели (Picea pungens Engelm.) на окультуренной дерново-подзолистой супесчаной почве. В качестве СО₂-логгеров использовали бюджетные газоанализаторы HT-401/5 (Китай) с регистрацией каждую минуту. Результаты мониторинга выявили сильные изменения растительной и почвенной составляющей С-газообмена с неоднократной в течение года сменой локального углеродного баланса с источника на сток. Эмиссионные углеродные потери почвой в холодный период составили 8%, а растениями – 17% от годовых потоков и не прекращались полностью даже в сильные морозы. Доля брутто-фотосинтеза вечнозеленого растения превышает 15% за счет периодических зимних оттепелей. Несмотря на положительную за год интегральную оценку порядка 100 г С/(м² год), динамика С-баланса имеет сложный колебательный характер с нелинейными реакциями С-потоков на температуру, что девальвирует распространенную оценку по редким измерениям газовых потоков с последующей температурной экстраполяцией.

Парк Зарядье является уникальным примером озеленения с использованием конструктоземов на основе почв и почвенных субстратов, характерных для зональных экосистем различных климатических зон европейской части России. Проведен анализ почвенных образцов (0–10 см) ландшафтов-аналогов для определения ряда агрохимических (pH, содержание органического вещества и питательных элементов) и микробиологических (микробная активность, функциональное разнообразие, разнообразие культивируемой микобиоты, в том числе условно патогенной) показателей. Выполнено сравнение полученных параметров почвогрунтов со значениями для зональных почв соответствующих естественных ландшафтов. Для большинства ландшафтов отмечено снижение содержания органического вещества, повышение pH и уровня подвижного фосфора, а также значительное уменьшение содержания калия, дыхательной активности и микробной биомассы относительно естественных аналогов. Функциональное разнообразие возрастало для почв, отличающихся более кислой реакцией. Культивируемое сообщество микромицетов ландшафтов-аналогов характеризовалось низким видовым разнообразием (индексы Шеннона до 1.9) и специфичным составом микокомплексов (индексы Жаккара до 0.5). В сентябре отмечено увеличение количества выделенных видов микромицетов в большинстве зон с увеличением долевого участия условно-патогенных видов (от 44 в мае до 68% в сентябре) при общем сокращении видового богатства (с 26 видов в мае до 19 видов в сентябре). Проведенный анализ продемонстрировал, что почвенные конструкции, имитирующие почвенный покров соответствующих естественных ландшафтов, под влиянием единых климатических условий и интенсивной антропогенной нагрузки формируют уникальные биотопы, отличные как от природных экосистем, так и от стандартных городских парков. Характеризуясь специфическими химическим составом и микробными свойствами, почвы ландшафтов-аналогов требуют тщательного мониторинга и управления для обеспечения их экологической устойчивости.

Проведена оценка ферментативной активности конструктоземов на второй год их функционирования на базе “Экспериментального стационара по изучению почвенных конструкций” в Ботаническом саду Южного федерального университета (г. Ростов-на-Дону). На стационаре имеется 15 автономных площадок, на которых представлены 5 различных вариантов почвенных конструкций, созданных на основе песка, гумусово-аккумулятивных горизонтов чернозема, лёссовидного суглинка и верхового торфа. Эти субстраты традиционно используются для задач озеленения и благоустройства в городах степной зоны. В качестве фоновой почвы изучали чернозем миграционно-сегрегационный (Haplic Chernozem), расположенный на плакорном участке в 600 м от стационара. Для почвенных конструкций и фона изучена активность дегидрогеназы, фосфатазы, каталазы, β-глюкозидазы и интенсивность гидролиза флуоресцеина диацетата (ФДА). Наиболее информативными, подчеркивающими особенности конструктоземов, оказались активность β-глюкозидазы, каталазы, фосфатазы и интенсивность гидролиза ФДА. Показатели ферментативной активности позволяют оценить устойчивость, интенсивность и направленность биохимических процессов, протекающих в конструктоземах. Активность ферментов зависит от используемых при конструировании субстратов и их сочетания, мощности и последовательности горизонтов. Ряд конструктоземов по уровню активности ферментов приближается к природному зональному аналогу (фон), что может свидетельствовать об устойчивости функционирования и способности выполнять экологические функции в климатических условиях Ростовской области.

Изучены химические, биологические и токсикологические параметры почв садов Русского музея, Санкт-Петербург (Летний сад, Михайловский сад, Инженерный сквер) (стратоземы серогумусовые, или Hortic Anthrosols, и урбостратоземы, или Urbiс Technosol по WRB, 2022). Установлено, что эти почвы являются высокоплодородными, характеризуются экологической устойчивостью и обладают высокой буферностью к поллютантам. Содержание загрязняющих веществ (нефтепродуктов, тяжелых металлов, бенз(а)пирена) в почвах садов Русского музея превышает установленные в Российской Федерации нормативы ПДК и ОДК, однако по результатам биотестирования на дафниях, одноклеточных водорослях и высших растениях все исследованные образцы почв являются нетоксичными. На семена высших растений и зеленые водоросли водные вытяжки из исследованных почв оказывают достоверное стимулирующее действие, усиливая их рост на 30–50%, что связано с богатством почв питательными элементами и водорастворимыми гумусовыми веществами. Результаты определения гетеротрофного (микробного) дыхания показывают, что исследованные почвы характеризуются стабильным функционированием, а также высокой экологической устойчивостью микробоценоза к антропогенному воздействию. Необходима корректировка нормативов по содержанию загрязняющих веществ в городских почвах, основанная на оценке качества и здоровья почв при разных уровнях загрязнения.

Впервые исследовано загрязнение полициклическими ароматическими углеводородами (ПАУ) почвенного покрова г. Улан-Удэ, столицы Республики Бурятия. В основу работы положены материалы почвенно-геохимической съемки Улан-Удэ летом 2022 г. Анализ содержания 17 индивидуальных ПАУ в 220 пробах показал уровни их накопления в верхних (0–10 см) горизонтах почв разных функциональных зон города. Средняя сумма ПАУ в почвенном покрове Улан-Удэ составила 801 нг/г, превысив фоновую концентрацию более чем в 8.5 раза. По суммарному содержанию ПАУ функциональные зоны образуют ряд: транспортная железнодорожная (2250 нг/г) > промышленная, автотранспортная (873) > жилая одноэтажная (860) > жилая многоэтажная (530) > рекреационная (444). В составе полиаренов доминируют средне- (43%) и высокомолекулярные (46%) соединения. С помощью модели PCA/APCS-MLR выявлены три компоненты, контролирующие аккумуляцию полиаренов в почвах города. Первая объясняет 76.8% общей дисперсии и включает все высокомолекулярные ПАУ, а также 4-ядерные бенз(а)антрацен и хризен, образующиеся при сжигании древесины и угля в частной застройке, каменного угля на ТЭС, промышленном сжигании нефти и содержащиеся в выбросах авто- и железнодорожного транспорта. Вклад второй компоненты составляет 13.7%, она обусловлена низкомолекулярными ПАУ и отражает вклад лесных пожаров и петрогенных источников, включая угольную пыль. Третья компонента связана с накоплением фенантрена, флуорантена, пирена и хризена, образующихся при сжигании древесины, угля и дизельного топлива. Оценка экологической опасности всех изученных ПАУ, выраженных через бенз(а)пирен-эквиваленты, показала превышения ПДК по бенз(а)пирену их суммы на 63% территории города, кратность превышения в почвах варьировала от 1.1 до 63.9 при среднем значении 5.7.

Определен уровень химического загрязнения почв г. Петропавловска-Камчатского тяжелыми металлами (Co, Mo, Cd, Ba, Cu, Ni, Pb, Cr, Zn и Mn) и нефтепродуктами в 2023 г. Применение различных эколого-геохимических подходов для комплексной оценки состояния городской среды позволило установить разную степень загрязнения районов исследования в зависимости от поллютанта и рассчитанных индексов. Максимальное содержание загрязняющих веществ I класса опасности в почве составило: нефтепродуктов – 1546 мг/кг, металлов – Cd – 3.37 мг/ кг, Pb – 248 мг/кг и Zn – 571 мг/кг. Выявлены антропогенные источники их поступления. Комплексная оценка, проведенная с применением геохимических (PI, PLI, NPI, Zc), токсикологических (Pt, PERI, ПДК, ОДК) индексов и фитотестирования, определила почвы города как слабозагрязненные. В отдельных районах, приуроченных к автотранспортной инфраструктуре и предприятиям топливно-энергетического комплекса, идентифицирована высокая степень как по комплексным индексам (NPI, Zc), так и по отдельным загрязняющим веществам (Pb, Zn). Максимальное загрязнение почв тяжелыми металлами было отмечалось при расчете эколого-геохимических индексов и составило от 13 (по индексу Zc) до 80% (по индексу NPI) от общего количества мониторинговых площадок. Превышение содержания нефтепродуктов в почвах было незначительным и определило 6.6% почв как загрязненные. Сравнительный анализ интегральных показателей современного экологического состояния почв г. Петропавловска-Камчатского выявил ряд методологических проблем в оценке уровня загрязнения. Учитывая влияние активного вулканизма, как в геологическом прошлом, так и в настоящем полуострова, выявление фоновых значений по содержанию ряда загрязняющих веществ является актуальной задачей для проведения объективного экологического мониторинга почвенного покрова в регионе.