Федорец Н.Г, Медведева М.В. Методика исследования почв урбанизированных территорий

Подождите немного. Документ загружается.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЧВ

УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ

Н. Г. Федорец, М. В. Медведева

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЧВ

УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ

(учебно-методическое пособие для студентов

и аспирантов эколого-биологических специальностей)

Петрозаводск

2009

УДК 630*114.521(075)

Федорец Н. Г., Медведева М. В. Методика исследования почв

урбанизированных территорий. Петрозаводск: Карельский науч-

ный центр РАН, 2009. 84 с.

ISBN 978-5-9274-0383-7

В работе даны методики полевых и лабораторных исследова-

ний почв урбанизированных территорий, а также способы микро-

биологического диагностирования почв, находящихся на разном

уровне антропогенной дигрессии. Приводятся методы оценки

уровня загрязнения почв тяжелыми металлами. Учебно-методиче-

ское пособие предназначено для студентов и аспирантов эколого-

биологических специальностей.

Научный редактор: к.б.

н. О. Н. Бахмет

Работа выполнена при поддержке Российского фонда

фундаментальных исследований (проект № 09-04-06089)

УДК 630*114.521(075)

ISBN 978-5-9274-0383-7

СОДЕРЖАНИЕ

ГЛАВА 1. Общетеоретические основы изучения почв урбанизи-

рованных территорий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

ГЛАВА 2. Основные этапы полевых исследований . . . . . . . . . . . . 9

2.1. Рекогносцировочное обследование выбранной территории 9

2.2. Методика закладки почвенных разрезов . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.3. Морфологическое описание почв . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.4 Определение плотности почвы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

2.5. Отбор почвенных образцов для лабораторных исследований 29

ГЛАВА 3. Лабораторные методы исследования . . . . . . . . . . . . . . . 30

3.1. Определение

влажности почвы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

3.2. Определение физических параметров почвы (плотность твер-

дой фазы, порозность) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.3. Определение гранулометрического состава почвы . . . . . . . . . 34

3.4. Определение химических показателей почв . . . . . . . . . . . . . . . 40

3.4.1.Определение кислотно-щелочных свойств . . . . . . . . . . . . . . . 46

3.4.2.Определение содержания элементов минерального питания 49

3.4.3 Определение содержания в почве гумуса . . . . . . . . . . . . . . . . 62

3.4.4 Определение содержания в почве тяжелых металлов . . . . . . 65

ГЛАВА 4. Определение биологической активности

почв . . . . . . . 70

4.1. Определение целлюлозолитической активности почв . . . . . . . 70

4.2. Определение ферментативной активности почв . . . . . . . . . . . 72

4.2.1. Определение активности каталазы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

4.2.2. Определение активности уреазы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

4.3. Определение дыхания почв . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

ГЛАВА 5. Оценка экологического состояния почв . . . . . . . . . . . . . 79

ЛИТЕРАТУРА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

ГЛАВА 1

ОБЩЕТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИЗУЧЕНИЯ ПОЧВ

УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ

Приоритетным направлением рационального природопользова-

ния урбанизированных территорий, как известно, является

комплексная оценка природной среды. Наиболее важным компо-

нентом формирующейся в условиях урбанизации геосистемы явля-

ется почва, так как она, в отличие от воздушной и водной сред, ис-

пытывает наиболее сильное влияние урбанистического пресса, бы

стро поглощает поллютанты и очень медленно их трансформирует.

Городская почва является биокосной многофазной системой,

состоящей из твердой, жидкой и газовой фаз, с непременным уча-

стием живой фазы. Почвы в городе развиваются под воздействием

тех же факторов почвообразования, что и естественные почвы, но

антропогенный фактор здесь оказывает существенное влияние.

В широком понимании городская почва – это любая почва,

функционирующая в окружающей среде города, в узком смысле

этот термин подразумевает специфические почвы, сформирован-

ные деятельностью человека в городе. Впервые термин «городские

почвы» был введен Бокгеймом в 1974 г., который определял его

как «почвенный материал, содержащий антропогенный слой не-

сельскохозяйственного происхождения более 50 см, образованный

путем перемешивания поверхности земли в городских и пригород-

ных территориях».

В настоящее время принято следующее определение:

городские – это антропогенно измененные почвы, имеющие

созданный в результате человеческой деятельности поверхност-

ный слой мощностью более 50 см, полученный перемешиванием,

насыпанием или погребением материала урбаногенного происхож-

дения, в том числе строительно-бытового мусора.

Общие черты городских почв следующие:

• материнская порода – насыпные, намывные или перемешан-

ные грунты или культурный слой;

• включения строительного и бытового мусора в верхних го-

ризонтах;

• нейтральная или щелочная реакция (даже в лесной зоне);

• высокая загрязненность тяжелыми металлами (ТМ) и нефте-

продуктами;

• особые физико-механические свойства почв (пониженная

влагоемкость, повышенная объемная масса, уплотненность, каме-

нистость);

• рост профиля вверх за счет постоянного привнесения раз-

личных материалов и интенсивного эолового напыления.

Некоторые из вышеперечисленных свойств характерны и для

определенных внегородских почв, например: вулканических, ал-

лювиальных. Специфика городских почв состоит в сочетании пе-

речисленных свойств.

Для городских почв характерен специфический диагностиче-

ский горизонт урбик (от слова urbanus – город).

Горизонт «урбик» – поверхностный органо-минеральный на-

сыпной, перемешанный горизонт, с урбоантропогенными включе-

ниями (более 5% строительно-бытового мусора, промышленных

отходов), мощностью более 5 см.

Характеристика горизонта урбик:

• Расположение и возраст – формируется в городах и населен-

ных пунктах в течение столетий, но может быть сконструирован

при образовании газонов, скверов и т. д.

• Почвообразующим материалом служит культурный слой, на-

сыпные или перемешанные грунты и фрагменты (осколки) естест-

венных почв.

• Цвет – различные оттенки темно-бурых тонов.

• Сложение – рыхлый, слоистый; верхняя часть бывает переуп-

лотнена из-за повышенной рекреационной нагрузки.

• Гранулометрический состав – преобладает легкий или облег-

чен за счет включений.

• Структура выражена слабо.

• Каменистость – формируется за счет строительно-бытовых

включений.

• Характерно нарастание горизонта вверх за счет пылевых вы-

падений из атмосферы и антропогенного привноса материала.

• Наблюдается высокая вариабельность свойств в горизонте по

текстуре, плотности сложения, по обилию включений, по химиче-

ским свойствам.

• Величина рН преимущественно более 7.

• Содержание гумуса варьирует, но чаще высокое (5–10%), со-

став гумуса чаще гуматный.

Присутствие горизонта урбик является основным отличием

собственно городских почв от естественно-исторических. Матери-

ал, из которого сформирован горизонт урбик, можно представить

следующей схемой (рис. 1).

Рис. 1. Состав горизонта урбик

Специфичными факторами, влияющими на почвообразование

в городе, являются:

● структура и характер хозяйственного землепользования в го-

роде;

● особый городской микроклимат, эквивалентный широтному

сдвигу на 200–300 км;

● насыпные природные субстраты и культурный слой, наличие

в них строительно-бытовых включений;

УРБИК

ПРИРОДНЫЕ

МАТЕРИАЛЫ

(ПЕСОК,

ГЛИНА И ДР.)

ФРАГМЕНТЫ

ГОРИЗОНТОВ

ПРИРОДНЫХ

ПОЧВ

МАТЕРИАЛЫ

КУЛЬТУРНЫХ

СЛОЕВ

● изменения растительности, связанные с особенностями го-

родского микроклимата;

● аэрозольное и внутрипочвенное загрязнение.

Биологическая диагностика почв вообще, а антропогенно нару-

шенных в частности, в дефинитивном своем понимании представ-

ляет реализацию двух взаимосвязанных задач: индикацию и клас-

сификацию почв. При этом если первая решается на основе

использования разнообразных биологических объектов (микроор-

ганизмы, почвенные животные, растения, водоросли и пр

.), то вто-

рая классификация подчинена более строгим критериям, имеет оп-

ределенные ограничения. Классификация городских почв постоян-

но усовершенствуется, так как меняется спектр антропогенного

воздействия и необходимо ее «адаптировать» к определенным ус-

ловиям антропогенеза. В этой связи в данной работе она носит

описательный характер, представлена очень кратко, без ее деталь-

ного

анализа.

Почва – это гетерогенная среда, в которой одновременно

идут процессы катаболизма/анаболизма различных органомине-

ральных соединений; функционируют разнообразные живые ор-

ганизмы, формируются сложные аллелопатические связи между

фито-, зоо- и микробиотой; процессы гумификации. Вследствие

своей биокосной природы почва менее чувствительна к измене-

ниям во внешней среде, она более консервативна по сравнению

микробиотой, которая хорошо зарекомендовала себя в качест-

ве индикатора состояния почв, находящихся в урбанизирован-

ной среде.

Согласно современному представлению о строении биологиче-

ских систем, биоиндикаторы должны отражать антропогенное

влияние на различных уровнях:

1) доклеточный уровень предполагает определение различных

биохимических показателей, в том числе ферментативной актив-

ности почв;

2) клеточный – исследование

мутагенного действия тяжелых

металлов на микробную клетку. В данном случае работа допускает

использование тест-культур микроорганизмов;

3) популяционный – изучение реакции отдельных культур, на-

пример стрептомицетов, на загрязнение;

4) ценотический – рассматривает численность и соотношение

основных таксономических и эколого-трофических групп микро-

организмов, активность микробиологических процессов.

При выборе индикаторов в каждом конкретном случае необхо-

димо подходить индивидуально, учитывая орографические, эдафи-

ческие, антропогенные и прочие абиотические факторы.

Главной специфической особенностью городских почв явля-

ется пестрота морфологического строения, резкая контраст-

ность физико

-химических и биологических свойств, мозаич-

ность контуров. Это обусловлено, с одной стороны, их различ-

ным антропогенным происхождением, когда утрачивается гене-

тическая связь с почвообразующими породами (например почвы

газонов, парков, насыпные почвы и пр.). С другой стороны, са-

мим антропогенным влиянием, которое испытывают почвы. Оно

зависит от местоположения источника загрязнения, от

вида за-

грязнителя и пр. Свойства городских почв можно условно раз-

делить на две большие группы. Первая группа включает в себя

общие свойства, характерные для почв, расположенных в таеж-

ной зоне Карелии. Они обусловлены первичными факторами

почвообразования, биоклиматическими условиями, спецификой

почвообразующих пород. Вторая группа включает специфиче-

ские свойства, которые определяются уровнем

антропогенного

воздействия и его типом. При этом именно последняя группа во

многом определяет резкое отличие почв урбосферы от их есте-

ственных аналогов.

В данной работе приводится общая методика проведения иссле-

дования антропогенно нарушенных почв в городских условиях,

последовательность выполнения ее основных этапов, включая био-

логическую диагностику (на примере г. Петрозаводска).

ГЛАВА 2

ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ПОЛЕВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

При изучении городских почв применяется методический под-

ход с использованием полевых (сравнительно-географический,

стационарный) и лабораторно-аналитических методов исследова-

ния. Полевые методы составляют наиболее важную группу в об-

щей системе исследования естественных и антропогенно нарушен-

ных почв. Их проводят в соответствии с принятыми в почвоведе-

нии

методиками. Однако прежде чем перейти к их описанию, не-

обходимо отметить следующие особенности проведения полевых

исследований почв в условиях города. Прежде всего необходимо

соблюдать личную гигиену при выполнении всех работ (отбирать

почвы в перчатках, протирать руки дезинфицирующим раствором

после отбора почвенных проб). Это связано с тем, что почвы горо-

да

испытывают большую антропогенную нагрузку, спектр микро-

организмов в изучаемых почвах иной, чем в лесных почвах. Так

например, чистая, незагрязненная почва является неблагоприятной

средой для развития патогенных бесспоровых микроорганизмов. В

почве, особенно загрязненной органическими веществами, они

длительное время сохраняют свою жизнеспособность. Дизенте-

рийная палочка сохраняет жизнеспособность до 100 дней, яйца ас-

кариды до

1 года. Почва играет большую роль в распространении

биогельминтов – свиного и бычьего цепня. Поэтому работа в усло-

виях города требует более тщательного соблюдения личной гигие-

ны. Кроме того, необходимо помнить, что почва города – это акку-

мулятор таких загрязнителей антропогенного происхождения, как

битое стекло, остатки бутылок, ржавые крышки и пр.

2.1. Рекогносцировочное

обследование

выбранной территории

Теоретическая часть

. Экологические особенности г. Петроза-

водска обусловлены: 1) возрастом города; 2) большой протяженно-

стью береговой линии Онежского озера; 3) его расположением на