Екологічні особливості едафотопів урбанізованих територій степової зони України (на прикладі міста Дніпропетровська)

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДНІПРОПЕТРОВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Автореферат дисертації

на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Екологічні особливості едафотопів урбанізованих територій степової зони України (на прикладі міста Дніпропетровська)

Дніпропетровськ - 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Дніпропетровському національному університеті Міністерства освіти і науки України.

Наукові керівники - доктор біологічних наук, член-кореспондент

НАНУ, професор

ТРАВЛЄЄВ Анатолій Павлович

Дніпропетровський національний університет,

кафедра геоботаніки, ґрунтознавства та екології, професор

Офіційні опоненти:доктор біологічних наук, доцент

Узбек Іван Харлампійович,

Дніпропетровський державний аграрний університет,

кафедра ґрунтознавства та екології, доцент

кандидат біологічних наук, доцент Ющук Євген Давидович

Криворізький державний педагогічний університет,

кафедра ботаніки та екології, доцент

Провідна установа:Таврійський національний університет ім. В.І. Вернадського, кафедра екології та раціонального природокористування.

Захист відбудеться "19" червня 2002 р. о 10:00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.051.04 по присудженню наукового ступеня доктора біологічних наук в Дніпропетровському національному університеті за адресою 49050, м. Дніпропетровськ, вулиця Наукова, 13, корпус 17, біолого-екологічний факультет, ауд. 611.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Дніпропетровського національного університету за адресою: 49050, м. Дніпропетровськ, вулиця Наукова, 13.

Автореферат розісланий "15" травня 2002 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

кандидат біологічних наук, доцентДубина А.О.

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Відомо, що антропогенна діяльність у межах великих міст призводить до істотних і часто незворотних змін природного середовища. За рахунок збільшення забудови й площі штучних покрить знищується або сильно деградує не тільки ґрунтовий покрив, а й уся біогеоценотична система в цілому. На природний генезис ґрунтоутворення накладаються антропогенні та техногенні процеси, які зумовлюються забрудненням хімічними речовинами, побутовими відходами, будівельними матеріалами, інтенсивним рекреаційним навантажен-ням. Разом із цим відбувається утворення антропогенного шару, збільшуються обсяги використання ґрунту в якості основи для будівництва. У промислових центрах, як правило, часто переважає антропогенний фактор ґрунтоутворення над природними, що викликає формування в нових екологічних умовах своєрідних типів ґрунтів та грунтоподібних тіл.

На ґрунти міських територій до останнього часу не зверталось належної уваги екологів-ґрунтознавців; дослідження зосереджувались, головним чином, на при-родних непорушених ґрунтах та на рекультивованих землях, що викорис-товуються в сільському і лісовому господарстві. Між тим, ґрунти, що функціо-нують у містах, залишаються, як і раніше, підсумковим компонентом як еталон-них, так і деструктивних біогеоценозів, що потребують відновлення та охорони.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота була виконана у складі Комплексної експедиції ДНУ по вивченню лісів степової зони України та рекультивації порушених земель на протязі 1997-2001 р. (д/б 01-9-97 (№ 0197U000657); д/б 01-132-00 (№ 0100U005212); г/д 216 (№ 0198U003770)).

Мета і завдання роботи. Метою дисертаційної роботи є аналіз екологічних особливостей міських едафотопів, їх функціональної та просторової будови, створення основи для можливості їх відновлення і підвищення родючості, а також удосконалення класифікації міських ґрунтів степової зони України.

Для досягнення поставленої мети передбачалось вирішити наступні завдання:

1) виявити екологічні та історичні шляхи становлення та розвитку міських едафотопів у степовій зоні (на прикладі м.Дніпропетровська);

2) виділити на території міста мікроландшафти (за О.Л.Бельгардом) і на їх основі встановити мозаїчність ґрунтового покриву;

3) дослідити морфогенетичні, фізичні та хімічні особливості ґрунтових субстратів;

4) вивчити екологічні особливості ґрунтів, запечатаних шляховим покриттям; міський едафотоп грунт дніпропетровськ

5) окреслити екологічні функції міських ґрунтів в урбоекосистемі;

6) подати номенклатуру та класифікацію міських ґрунтів;

7) скласти картосхему ґрунтів м.Дніпропетровська;

8) накреслити шляхи відновлення, охорони та раціонального використання ґрунтів урбанізованих територій.

Об'єкт дослідження - едафотопи урбанізованих територій степової зони України (на прикладі м.Дніпропетровська).

Предмет дослідження - екологічні особливості едафотопів урбанізованих територій, аналіз їх стану для визначення шляхів відновлення та раціонального використання.

Наукова цінність і новизна одержаних результатів.

Вперше для степової зони України:

- цілеспрямовано і всебічно досліджено екологічний стан, морфогенетичні, фізичні та фізико-хімічні властивості ґрунтів урбанізованої території великого промислового центру півдня України - м.Дніпропетровська;

- досліджені особливості генезису ґрунтів, запечатаних шляховим покриттям;

- визначені екологічні функції міських ґрунтів в урбоекосистемі;

- удосконалено номенклатуру міських ґрунтів на основі їх просторової та функціональної будови;

- узагальнено існуючі класифікації природних та урбанізованих ґрунтів, запропоновано класифікацію міських ґрунтів для степової зони України;

- складено картосхему антропогенно-перетворених ґрунтів м.Дніпропет-ровська;

- запропоновані науково-обгрунтовані шляхи відновлення, охорони та раціонального використання ґрунтового покриву промислових центрів степової зони України.

Практичне значення отриманих результатів. Результати роботи використо-вуються Дніпропетровською обласною державною адміністрацією та управлін-ням з екології Дніпропетровської міської ради при розробці і проведенні природоохоронних заходів, для контролю за екологічною ситуацією і створення системи показників оцінки впливу негативних екологічних факторів на генезис ґрунтів.

Матеріали аналізу стану ґрунтового покриву відкритих та запечатаних територій міста використовуються для моніторингу грунтів, зокрема, для виділення пріоритетних об'єктів спостереження та раціонального використання. Вивчення запечатаних субстратів необхідне для проведення рекультивації ґрунтів під зелене будівництво при переплануванні та реконструкції різних ділянок міської забудови.

Особистий внесок. Всі польові та експериментальні матеріали, дані лабора-торних аналізів, обґрунтування результатів, картосхема ґрунтів м.Дніпро-петровська, теоретичні розробки отримані особисто автором в період з 1997 по 2001 р.

Апробація результатів роботи. Результати досліджень доповідались на кон-ференції "Б.П.Колесников - выдающийся отечественный лесовед и эколог" (Єкатеринбург, 1999), І Міжнародній науковій конференції "Проблеми фунда-ментальної та прикладної екології" (Кривий Ріг, 1999); ІІ Міжнародній науковій конференції "Проблеми фундаментальної та прикладної екології" (Кривий Ріг, 2000); ХІ з'їзді Українського ботанічного товариства (Харків, 2001); Міжна-родній конференції "Екологія кризових регіонів України" (Дніпропетровськ, 2001), Міжнародній конференції "Структурно-функціональна організація наземних екосистем" (Дніпропетровськ, 2001).

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 15 наукових робіт, 7 з них - статті в фахових виданнях.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота налічує 8 розділів, висновки, додатки, список використаної літератури (230 джерел, з яких 40 - іноземні). Основний зміст викладено на 250 сторінках, з яких текст складає 160 сторінок. Робота містить 50 таблиць, 58 рисунків.

Автор щиро вдячний керівнику роботи члену-кореспонденту НАН України, доктору біологічних наук, професору А.П.Травлєєву; доктору біологічних наук, професору Московського державного університету М.М.Строгановій, співробіт-никам кафедри геоботаніки, грунтознавства та екології та НДІ біології ДНУ за вагому допомогу при створенні цієї дисертації.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Стан вивченості міських ҐРУНТІВ (аналіз наукових джерел)

Проаналізовано ряд робіт, в яких висвітлюються морфологічні та хімічні властивості міських ґрунтів, їх зміни під впливом антропогенного фактору (Кучерявый, 1981, 1984, 1999; Никодемус, Раманн, 1984; Баканина, 1990; Груздев, 1991; Агаркова и др., 1991; Строганова и др., 1992, 1997; Касимов, Перельман, 1995; Строганова, 1998; Прокофьева, 1998; Кавтарадзе и др., 1999; Blume, 1989; Bridges, 1991; Craul, 1992 та ін.). Розглянуто особливості умов та факторів грунтоутворення в урбоекосистемах.

Окрему увагу приділено грунтоподібним тілам, запечатаним шляховими покриттями. Запечатування призводить до обмеження участі ґрунтів як в малому біологічному, так і у великому геологічному кругообігах речовин та енергії, переводячи їх в біосферно неактивні (Строганова, 1998; Прокофьева, 1998). В більшості випадків основними формами існування міських ґрунтів є постійні порушення, перемішування, зрізання ґрунтового профілю і привнесення в нього стороннього матеріалу (Касимов, Батоян, 1990; Строганова и др., 1997; Курбатова, Мягков, 1998; Прокофьева, 1998; Хакимов и др., 1998; Безуглова и др., 2000; Craul, 1992; Bridges, 1989; Напрасникова и др., 1998; Гольева, 1998). Незважаючи на те, що останнім часом проблеми виникнення і розвитку міських ґрунтів (урбаноземів) притягають до себе зростаючий інтерес науковців, дослідження в цьому напрямку мають спорадичний, не суцільний характер, особливо на Україні, в промислово-розвинутих та екологічно-небезпечних регіонах.

Екологічна оцінка фізико-географічних умов району Досліджень

Місто Дніпропетровськ розташоване на межі Українського кристалічного масиву та Дніпровсько-Донецької западини. Наведено дані про доурбанізаційний період розвитку території, описані особливості рельєфу та геоморфологічної структури території (Пасечный, Воробьев, 1993; Кримцов, 1997), подано харак-теристику кліматичних умов району досліджень (Грицан, 1998; Чугай, 1971). Проаналізовано структуру рослинного покриву та тваринного світу (Белова, 1997; Бельгард, 1950, 1971; Травлеев, 1972). Наведено характеристику ґрунто-вого покриву (Травлеев, 1972 а; Дубина, 1972; Травлеев, Сидельник, 1966).

Об'єкти і методи досліджень (своєрідність і специфіка)

Об'єктами досліджень були едафотопи урбанізованих територій степової зони України (на прикладі м.Дніпропетровська).

Місто було розділене на мікроландшафти (за О.Л.Бельгардом, 1950). Ґрунтові розрізи і прикопки закладались методом катен (загальною довжиною 52 км) з урахуванням типу міського землекористування. В межах привододільно-балочного мікроландшафту закладено 6 катен загальною довжиною 37 км, в межах придолинно-балочного - 1 катену ( 3 км), в межах долинно-терасового - 2 катени (12 км). В якості еталонних були обрані ділянки на генеральному профілі Присамарського біосферного стаціонару (пробні площі 201, 204, 209) та додаткові ділянки в районі Дніпропетровського аеропорту.

Методи польових і лабораторних робіт в цілому відповідають загально-прийнятим, але мають деякі особливості. Фізичні та хімічні властивості досліджувались в наукових лабораторіях кафедри геоботаніки, грунтознавства та екології ДНУ за Аринушкіною (1970), Воробйовою (1995), Качинським (1970). Щільність структури визначалась методом парафінування (у структурному ґрунті) і методом ріжучого кільця (у безструктурних ґрунтах). Щільність твердої фази - пікнометричним, порозність - розрахунковим методом. Зв'язність - на машині для випробування міцності на розрив ZE-400 (Німеччина) за методикою, розробленою с.н.с. Олегом І.Є. в лабораторії фізики грунтів НДІ ДНУ; пластичність - за методом Аттерберга. З водно-фізичних властивостей: макси-мальна гігроскопічна волога (МГ), величина якої використовувалась для віднос-ної оцінки ґрунтової вологості стійкого в'янення рослин (ВВ) з коефіцієнтом 1,5. З хімічних властивостей: вміст гумусу - методом Тюріна, рН водний - потенціо-метричним методом. Визначення кількості загальної суми водорозчинних речовин проводилось методом випаровування на водяній бані; визначення обмінних катіонів - методом Каппена-Гільковіца. Вміст валових форм важких металів - у витяжці 1Н НNO₃ з наступним визначенням на атомно-адсорбційному спектрофотометрі. Обробка результатів проводилась з використанням сучасного математичного апарату у пакетах програм "Statgraphics Plus 3.0", "Statistica 5.0", "Excel".

Екологічні особливості едафотопів урбанізованих територій м.Дніпропетровська і його околиць

На території м. Дніпропетровська зосереджена значна різноманітність екотопів, що обумовлюють досить строкаті за екологічними особливостями рослинний і ґрунтовий покриви. Едафотоп, як відомо, означає сполучення грунтових факторів екотопу. Ми, вслід за О.Л.Бельгардом (1971), Н.А.Біловою, А.П.Травлєєвим (1999) це поняття використовуємо в широкому трактуванні, коли під едафотопом розуміється не тільки сформований грунт, але і різні субстрати, на яких планується створення культурбіогеоценозів.

Властивості міських грунтів істотно відрізняються від властивостей еталонних природних грунтів (табл.1). Відмінності обумовлені особливостями будови профілю міських грунтів, а також процесами, що викликані техногенним впливом на грунти.

Таблиця 1 Порівняльна характеристика властивостей урбаноземів м.Дніпропетровська і природних грунтів Присамарського біосферного стаціонару (поверхневі горизонти)

Властивості	Урбаноземи	Природні грунти
Фізичні та водно-фізичні властивості
Щільність структури, г/см3 Порозність, % Зв'язність, кг/см2 МГВ, % ВВ, % ДАВ, %	1,34 - 1,86 29,40 - 47,10 7,00 - 31,00 2,50 - 6,20 3,75 - 9,30 5,32 - 14,76	1,20 - 1,31 44,0 - 54,3 47,10 - 100,70 5,40 - 11,40 7,90 - 17,10 10,90 - 25,10
Хімічні властивості
Гумус, % рН водн. Сухий залишок, % Обмінні катіони, %: Са2+ Na+ Важкі метали	2,37 - 5,21 7,30 - 7,85 0,19 - 0,39 86,32 - 94,59 1,45 - 5,14 вище ПДК	5,24- 11,10 6,80 - 7,20 0,07 - 0,19 70,00 - 78,00 1,00 - 2,00 фонові значення
Біологічні властивості
Грунтова мезофауна	мало або відсутня	різноманітна

Морфологічні властивості. Характерним явищем є відсутність або інверсія генетичних горизонтів на значну глибину. В профілі міських грунтів і грунтоподібних тіл сполучаються різні за потужністю та забарвленням шари штучного походження. Як правило, урбаноземи мають полегшений гранулометричний склад у верхній частині профілю зі значною кількістю антропогенних включень. Досить частим є підстилання урбаноземів бетонними плитами, комунікаційними спорудами та іншими об'єктами.

Значну частину міста займають тексіземи (від латинськ. texi - покривати, закривати) - грунти та грунтоподібні тіла із запечатаною поверхнею. Вони мають досить своєрідну морфологічну будову. Субстрат, який знаходиться під покриттям, являє собою систему шарів, різних за кольором, кількістю та характером уламків; в них міститься 50% і більше будівельного сміття.

Фізичні та водно-фізичні властивості. Щільність структури природних грунтів у верхніх горизонтах складає 1,20-1,24 г/см³; пористість коливається від 54,3% у верхніх горизонтах до 47% на глибині 150 см. В той же час, міські грунти дуже часто ущільнені з поверхні (1,38-1,50 г/см³) (рис.1). В місцях з підвищеним інтенсивним навантаженням (будівельні майданчики, пішохідні доріжки) ця величина сягає значень 1,61-1,86 г/см³, ущільнення спостерігається і під асфальтовим покриттям (1,44- 1,48 г/см³). Відносно сприятливими в цьому плані є культуроземи (грунти фруктових і ботанічних садів, присадибних ділянок) та газони (1,24 - 1,28 г/см³), завдяки періодичній обробці поверхневих шарів. Піщані та насипні грунти, внаслідок відсутності агрономічно-корисної структури, мають підвищену щільність (1,50-1,56 г/см³) і низьку пористість (35-28%) по всьому профілю.

Зв'язність міських ґрунтів сильно варіює: від 5 до 30 кг/см². Верхні горизонти, в більшості випадків, менш зв'язні (5 - 10 кг/см²), ніж нижні (10 - 30 кг/см²). Величини зв'язності міських грунтів в декілька разів нижчі, ніж в зональних чорноземах. Наявність техногенних домішок є основною причиною, що порушує логічні зміни цього показника за ґрунтовими горизонтами.

За результатами, отриманими при спостереженні вологості тексіземів встановлено, що частина атмосферних опадів проникає під покриття.

Вміст і розподіл гумусу. Закономірності зміни гумусового стану міських грунтів пов'язані, перш за все, з типом землекористування. Коливання по окремим розрізам були досить значними - від 1,9 до 6,8 %. Вміст гумусу з глибиною зменшується майже у всіх розрізах, але є випадки, коли на глибині 40-50 см гумусу більше, ніж у верхніх горизонтах, що нагадує вертисолі.

Область розподілу гумусу в профілі основних грунтів міста та в природних грунтах: а) природні непорушені грунти; б) природні порушені грунти (урбогрунти); в) культуроземи; г) газони; д) урбаноземи; е) тексіземи.

Спостерігається збільшення гумусованості поверхневого шару в грунтах парків та лісопарків. На ділянках, де під деревами відмічено густий підлісок і добрий травостій, вміст гумусу досягає 6,7%. Таким чином, лісопаркові насадження околиць міста забезпечують не тільки створення вітрового бар'єру, а тим самим і мікроклімату міста, але й являють собою динамічний середоперетворюючий фактор, який призводить до формування на фоні степового круговороту ділянок з іншим перерозподілом речовини в системі рослина-грунт.

Значення рН (водн.). Практично в усіх грунтах міста спостерігається підлужнювання верхньої частини профілю в порівнянні з зональними грунтами. Можна стверджувати, що відмічений зсув значень рН у верхніх горизонтах міських грунтів обумовлений впливом сполук та речовин, що потрапляють в грунт з атмосфери (з пилом, газами та при внесенні протиожеледних засобів з сольовими домішками в зимовий період).

Вміст важких металів (ВМ). В профілі природних непорушених та слабопорушених грунтів вміст ВМ має типовий розподіл: порівняно високі значення в гумусовому горизонті та різке їх зниження в нижніх горизонтах (Цветкова, 1992).

В профілі міських грунтів розподіл ВМ має інший вигляд: відсутні направлені зміни вмісту ВМ за профілем, їх кількість коливається в широких межах і залежить від складу матеріалів, які створюють грунтову товщу.

На основі аналізу фізичних, водно-фізичних, хімічних властивостей основних підтипів міських грунтів зроблено висновок, що в порівнянні з зональними, практично всі грунти м.Дніпропетровська значно змінені. Простежується певна послідовність "погіршення" властивостей міських грунтів: слабопорушений урбогрунт культурозем сильнопорушений урбогрунт тексізем урбанозем.

На основі проведених досліджень, розвиваючи погляди І.П.Герасимова (1968), С.В.Зонна, А.П.Травлєєва (1989), Г.В.Добровольського, Є.Д.Нікітіна (1990), М.М.Строганової (1998), нами пропонується схема розвитку міського грунтоутворення в умовах степової зони України (рис.3.).

Треба відмітити складність чіткого розмежування дії кожного фактору або видозміненої властивості, - усі вони багатонаправлені та багатофункціональні в своїй взаємодії, інтерферують, доповнюють та змінюють один одного.

Модельні факторні експерименти в лабораторних умовах

Для відповіді на питання про вплив заданих факторів на водно-фізичні властивості грунту нами були поставлені лабораторні однофакторні та багатофакторні експерименти. В якості залежної перемінної було обрано величину максимальної гігроскопічності (МГ).

Лабораторні багатофакторні експерименти для з'ясування впливу сумісної дії заданих факторів середовища на властивості досліджуваного грунту проводились із застосуванням програмного пакету Statgraphics Plus for Windows.

Використання процедури повного факторного експерименту дозволило оцінити як вклад (ефект) кожного фактору, так і ефект взаємодій.

На основі отриманих даних встановлено, що на величину МГ сильно впливає вміст гумових речовин і цементу (у взаємодії).

В однофакторних експериментах було виявлено, що зі збільшенням кількості забруднювача величина МГ зменшується незалежно від виду забруднювача. Результати багатофакторних експериментів показали, що в сумішах забруднювачі викликають не тільки зменшення МГ, а й збільшення, що залежить від взаємодії факторів.

Структура грунтового покриву урбанізованих територій (на прикладі м.Дніпропетровська)

Основну територію міста займають урбаноземи різної потужності та з різною кількістю антропогенних включень мало- та середньогумусовані середньо- та легкосуглинисті. Значну частину території міста займають тексіземи та тексі-штучноземи. Для них характерною особливістю є запечатування поверхні асфальтовим покриттям.

Окремо виділяється група насипних грунтів різного складу та походження. Ці грунти характерні, в основному, для території Набережної, але зустрічаються невеликими фрагментами і в інших місцях. Грунтовий профіль цієї групи представлено сумішшю піску, глини, шлаків, будівельних відходів тощо.

Привододільно-балочний мікроландшафт.

Крім зазначених антропогенно-глибокоперетворених, зустрічаються наступні групи природних порушених грунтів:

а) на VII-IX еоплейстоценових та V-VI ранньоплейстоценових терасах (Пасечный, 1993) розповсюджені урбочорноземи звичайні малогумусні середньо- та легкосуглинисті, різного ступеню порушеності. Вони характерні, в основному, для парків і районів малоповерхової забудови з відкритою поверхнею;

б) ІІІ-ІV тераси в місцях з рівним рельєфом вкриті урбочорноземами звичайними, а в понижених ділянках - урболучно-чорноземними, урбочорноземно-лучними та урболучними грунтами. Лучно-болотні грунти в невеликій кількості зустрічаються в тальвегах балок;

в) на І-ІІ пізньоплейстоценових терасах зустрічаються, крім вищезгаданих, дернові слабкорозвинені грунти глинисто-піщаного та супіщаного складу.

Придолинно-балочний мікроландшафт.

а) урбочорноземи звичайні мало- та середньогумусні середньо- та легкосуглинисті, різного ступеню змитості;

б) в понижених ділянках зустрічаються урболучно- чорноземні грунти.

Долинно-терасовий мікроландшафт.

а) урбодернові слабкорозвинені та розвинені піщані грунти на давньо-алювіальних відкладах;

б) вздовж арени та при переході від І до ІІ тераси розповсюджені урбо-дернові розвинені та слабкорозвинені грунти піщаного і супіщаного складу на похованих лучних та болотно-лучних грунтах;

в) в деяких місцях зустрічаються урбодерново-борові грунти;

г) достатньо широко розповсюджені урболучні та урболучно-чорноземні грунти слабко- та середньосолонцюваті на алювіальних відкладах супіщаного та піщаного механічного складу;

д) верхні тераси вкриті урбочорноземами звичайними переважно легкосуглинистого та супіщаного складу.

ДОСВІД КласифікаціЇ та номенклатурИ міських грунтів степової зони України

На основі аналізу найбільш відомих і вживаних класифікацій, було зроблено висновок, що в жодній з них міським ґрунтам не приділяється належної уваги і, в кращому випадку, їх визначення можливе лише на найбільш високих таксономічних рівнях. Це ускладнює діагностування та невиправдано спрощує сприйняття специфіки міських грунтів, як особливих об'єктів дослідження ґрунтознавців. Вперше цій проблемі особливу увагу приділила М.М. Строганова (1992, 1997, 1998). Вона розробила оригінальну класифікацію грунтів і грунтоподібних тіл міських територій Росії.

Взявши за основу дану розробку, спираючись на власні дослідження, ми зробили спробу доповнити міськіми ґрунтами існуючу та новітню (Тихоненко, 2002) класифікацію грунтів України.

Запропонована нами екологічна класифікація природних, антропогенно- та антропотехногенно-перетворених грунтів (Зонн, Травлеев, 1989) степової зони України (рис. 4) базується на особливостях профільно-генетичної будови грунтових профілів, як достатньо простого та об'єктивного підходу, а також на характері грунтоутворюючих порід.

Всі грунти міста поділено на групи: природні непорушені; природно-антропогенні (природні порушені); антропогенно-перетворені і техногенні поверхневі грунтоподібні утворення (штучно створені). Для об'єктивної аргументації грунтових таксонів використовується назва "діагностичний горизонт "урбік"" (від "urbanus - місто"). Розвиваючи погляди М.М.Строганової, нами внесено деякі зміни і доповнення для умов степової зони України. З метою уникнення неоднозначного трактування при визначенні та індексації глибинних шарів пропонується ввести діагностичний підгоризонт "урбік" і позначити його символом "ur". Це дозволить розширити область застосування поняття урбогоризонта і охопити даною класифікацією більше розмаїття грунтів та грунтоподібних тіл, що зустрічаються на міській території.

Вся територія міста розділена на: відкриті території; закриті забудовані та заасфальтовані території, які нами визначені як "поверхнево-ізольовані".

Насипні, перемішані, намивні утворення, названі М.М.Строгановою (1998) негрунтовими, ми уточнюємо назвою "штучноземи" ( в російській мові поняття "почва" і "грунт" різні як за суттю, так і за написанням, а укра-їнською мовою оби-два поняття пере-кладаються як "грунт". З метою запобігання виник-нення непорозумінь пропонується ввести назву "штучнозем") і виділяємо їх на рівні класу в групі штучно-створених грунтоподібних утворень.



Структурна схема екологічної класифікації природних, антропогеннота антропотехногенно-перетворених грунтів

Природні непорушені грунти зберігають нормальне залягання горизонтів природних грунтів і знаходяться, в основному, в міських лісах та лісопаркових територіях. Ці грунти визначаються за загальноприйнятими класифікаціями.

Антропогенно-поверхнево-перетворені природні грунти містять діагностич-ний горизонт "урбік" потужністю менше 50 см і непорушену нижню частину профілю. Грунти зберігають типову назву з додаванням "урбо" - урбо-чорнозем, урбо-дерновий грунт.

Антропогенно-глибокоперетворені грунти утворюють групу власне міських грунтів - урбаноземів, в яких урбіковий горизонт має потужність більше 50 см.

Нами виділяється підтип міських грунтів, запечатаних під шляховими асфальто-бетонними та кам'яними покриттями - "тексіземи". При шляховому будівництві часто відбувається зрізання грунтового профілю та (або) накладання нового матеріалу. В цьому випадку ми виділяємо підтип "тексіштучнозем" в класі "штучноземи".

Горизонти та індекси міських грунтів

На основі наших досліджень та аналізу існуючої номенклатури міських грунтів інших країн, розроблена наступна номенклатура та індексація штучно-створених та антропогенно-перетворених грунтових шарів.

Діагностичний горизонт "урбік" позначено літерою "U", діагностичний під-горизонт "урбік" пропонуємо позначати "ur", а при ясно вираженій стратифікації додавати індекс, який вказує на розташування в профілі (ur1, ur2…).

Вводиться індекс градації горизонтів "урбік" за ступенем порушеності (незалежно від кількості включень). Індекс проставляється в лапках поряд із позначенням горизонту U або ur: U₍₁₎, ur₍₁₎ - слабопорушений; U₍₂₎, ur₍₂₎ - середньопорушений; U₍₃₎, ur₍₃₎ - сильнопорушений; U₍₄₎, ur₍₄₎ - дуже сильнопорушений.

ОБГОВОРЕННЯ ОДЕРЖАНИХ РЕЗУЛЬТАТІВ

Для обстежених урбаноземів характерні: наявність урбоантропогенних включень; висока вертикальна і горизонтальна варіабельність морфологічних елементів; шаруватість і часто різка межа між горизонтами; наявність похованих шарів; лужність вище фону, обумовлена пилом, включеннями побутових відходів; накопичення забруднюючих техногенних речовин; підвищена ущільненість; контрастність водного режиму; наявність поверхневого штучного засолення; зменшення чисельності мезофауни.

Але разом з цим, в урбаноземах протікають: гумусоутворення, структуро-утворення, процеси елювіальності та ілювіальності та деякі інші, притаманні природним грунтам. Тому ми вважаємо урбаноземи умовно генетично самостійними тілами, які володіють як ознаками зональних педогенних процесів, так і специфічними властивостями.

При дослідженні властивостей тексіземів встановлено, що після запечатування грунти істотно ущільнюються, змінюються водний і тепловий режими, фізико-хімічні властивості, спостерігається підвищена насиченість антропогенними включеннями. Але, не зважаючи на несприятливі умови для росту рослин, коріння деревних порід розвивається під асфальтом, в тріщинах старих покрить проростає трав'яниста рослинність та підріст дерев. В багатьох випадках в шарі 20-40 см під асфальтом були знайдені дощові хробаки. Тексіземи, в порівнянні з грунтами незапечатаних міських територій менше піддаються впливу навколишнього середовища.

Висновки

1. Основним методологічним результатом дисертаційного дослідження є доказ необхідності і доцільності широкого екологічного дослідження грунтів, що знаходяться в межах міських територій степової зони України.

2. Інтенсивний антропогенний вплив на територію, що займає нині місто Дніпропетровськ, почався з другої половини ХVIII ст. Внаслідок антропогенної діяльності істотно змінюються і погіршуються властивості грунтів, що значною мірою впливає на їх родючість. Міські едафотопи степової зони України формуються та розвиваються під сукупним впливом зонально-кліматичних та середоперетворюючого антропогенного факторів.

3. На території міста Дніпропетровська виділено 3 типи мікроландшафтів (за О.Л.Бельгардом). Грунтовий покрив міста відрізняється надзвичайною строкатістю, яка обумовлена характером і ступенем антропогенного впливу. Спостерігається поховання, часткове руйнування або повне знищення вихідного грунту. В профілі створених урбаноземів в різних співвідношеннях зустрічаються фрагменти насипного субстрату або різних відходів, що в більшості випадків визначає властивості антропогенно-змінених грунтів.

4. На основі аналізу морфогенетичних, фізичних та хімічних особливостей основних підтипів міських грунтів виявлено, що в порівнянні з зональними, грунти м.Дніпропетровська значно змінені. Характер і ступінь їх трансфор-мованості залежить від багатьох факторів: типу землекористування; виду та тривалості антропогенного впливу; субстрату, на якому вони створені; віку території та ін. Практично всі властивості сильно залежать від складу і кількості антропогенних включень. Наведено генетичну послідовність "погіршення" властивостей міських грунтів: слабопорушений урбогрунт культурозем сильнопорушений урбогрунт тексізем урбанозем.

5. Вивчено особливості грунтів, запечатаних шляховим покриттям (тексіземів). Встановлено, що тексіземи здатні здійснювати основні біогеоценологічні функції, за умови достатньої пористості покриття. Вони характеризуються наявністю пам'яті (Таргульян, 1971) і виконують функцію збереження інформації про розвиток природного середовища та зміни його людиною. Запечатування поверхні грунту в деякій мірі зберігає його від прискореної деградації.

6. Основними екологічними функціями міських грунтів є: здатність сорбувати забруднюючі речовини і утримувати їх від проникнення в грунтові води та від надходження з пилом в повітря, знищувати патогенні мікро-організми та розкладати органічні рештки і продукти обміну живих організмів, придатність для росту зелених насаджень в системах урбанофітоценозів. Інтенсивна антропогенна діяльність призводить до трансформації екологічних функцій та деградації екосистем в цілому, що створює загрозу для здоров'я міського населення.

7. Запропоновано класифікацію міських грунтів степової зони України, яка базується на особливостях профільно-генетичної будови грунтових профілів, як достатньо простого та об'єктивного підходу, а також на характері грунтоутворюючих порід. При визначенні та індексації глибинних шарів вводиться підгоризонт "урбік" і позначається символом "ur", а також застосовується індекс градації горизонтів і підгоризонтів "урбік" за ступенем порушеності (незалежно від кількості включень).

8. На основі власних досліджень складено картосхему грунтів м.Дніпропетровська з позначенням грунтових різновидів за типами виділених мікроландшафтів.

9. Накреслено шляхи відновлення, охорони та раціонального використання грунтів урбанізованих територій.

Рекомендації щодо впровадження результатів

1. Проведений аналіз стану ґрунтового покриву відкритих та запечатаних територій доцільно використовувати для моніторингу міських земель, зокрема, для виділення пріоритетних об'єктів спостереження.

2. Результати роботи використовуються екологічною службою міста Дніпропетровська та області при розробці природоохоронних заходів, здійсненні контролю за екологічною ситуацією, розробці системи показників оцінки впливу екологічно негативних процесів на ґрунти.

3. Вивчення запечатаних ґрунтів необхідне з точки зору рекультивації таких ґрунтів під зелене будівництво при переплануванні та реконструкції різних ділянок міської забудови.

Список опублікованих робіт за темою дисертації

1. Мірзак О.В. Фізичні параметри міських грунтів (на прикладі міста Дніпропетровська) // Екологія та ноосферологія. - 1999. - Т.6, № 1-2, - С.208-211.

2. Мирзак О.В. Особенности морфологического строения городских почв степной зоны Украины (на примере г.Днепропетровска) // Екологія та ноосферо-логія. - 1999. - Т.8, № 4, - С.105 - 111.

3. Мірзак О.В. До питання про вивчення запечатаних грунтів промислових центрів України // Вісн. Дніпроп. ун-ту. Сер. біологія. - 2000. - Вип.7, - С.69-72.

4. Мирзак О.В. Почва как компонент урбоэкосистемы // Екологія та ноосферологія. - 2000. - Т.9, № 1 - 2, - С.73 - 83.

5. Мірзак О.В. Досвід використання ідей "степового лісознавства" при дослідженні урбанізованих територій степового Придніпров'я // Питання степо-вого лісознавства та лісової рекультивації земель. Дніпропетровськ: РВВ ДНУ, - 2001. - С.116 - 120.

6. Мірзак О.В. Екологічні особливості едафотопів урбанізованих територій // Екологія та ноосферологія. - 2001. - Т.10, № 1 - 2, - С.71 - 81.

7. Мірзак О.В. Досвід дослідження грунтів великих промислових центрів степової зони України (на прикладі м.Дніпропетровська) // Грунтознавство. - 2001. - Т.1, № 1 - 2, - С.87 - 92.

8. Мирзак О.В. Влияние урбанизации на состояние почвенного покрова г.Днепропетровска // Материалы научной конференции "Б.П.Колесников - выдающийся отечественный лесовед и эколог". - Екатеринбург. - 1999. - С.73-74.

9. Мирзак О.В. Изменение физических свойств почв под влиянием урбанизации // Матеріали І Міжнародної конференції "Проблеми фунда-ментальної та прикладної екології". - Кривий Ріг, - 1999 , - Част 2. - С.42-43.

10. Мирзак О.В. Изучение влияния дорожного покрытия на свойства городских почв (на примере г.Днепропетровска) // Матеріали ІІ Міжнародної конференції "Проблеми фундаментальної та прикладної екології". - Кривий Ріг, Част.1. - 2000. - С.77-79.

11. Мирзак О.В. Порушення теплового режиму міських грунтів // Матеріали ІІ Міжнародної конференції "Проблеми фундаментальної та прикладної екології". -Кривий Ріг, - 2000. - Част.1, - С.79-80.

12. Мирзак О.В. К вопросу сохранения листового опада в городских парках // Матеріали ІІ Міжнародної конференції "Проблеми фундаментальної та прикладної екології". - Кривий Ріг, - 2000. - Част. 2. - С.126-127.

13. Мирзак О.В., Олег И.Е. Особенности проявления показателя связности городских почв // Екологія кризових регіонів України. - Дн-ськ: РВВ ДНУ, - 2001. -С.36.

Особистий внесок Мірзак О.В. - дані про морфологічні особливості та хімічні властивості міських грунтів (50%).

14. Мирзак О.В., Бригадиренко В.В. Экологические особенности мезофауны степных урбоэкосистем (на примере г.Днепропетровска) // Структура та функціональна роль тваринного населення в природних і трансформованих екосистемах. - Дніпропетровськ: ДНУ, - 2001. - С.82 - 83.

Особистий внесок Мірзак О.В. - дані про фізичні, хімічні, морфологічні особливості міських грунтів (50%).

15. Мирзак О.В., Дидур О.А. Особенности ольхового почвообразования в природных и урбанизированных условиях // Матеріали XI з'їзду Українського ботанічного товариства. - Харків, - 2001, - С.246 - 247.

Особистий внесок Мірзак О.В. - дані про морфологічні особливості, фізичні та хімічні властивості міських грунтів (50%).

АНОТАЦІЯ

Мірзак О.В. Екологічні особливості едафотопів урбанізованих територій степової зони України (на прикладі м. Дніпропетровська). - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.16 - екологія. Дніпропетровський національний університет, Дніпропетровськ, 2002.

Досліджено екологічні особливості едафотопів урбанізованих територій степової зони України, розглянуто їх функціональну та просторову будову. Проведено детальний аналіз морфогенетичних, фізичних та хімічних властивостей грунтових субстратів. Досліджено властивості грунтів із запечатаною поверхнею (тексіземів). Встановлено, що тексіземи здатні виконувати основні біогеоценологічні функції при достатній пористості покриття. Розроблено класифікацію та номенклатуру міських грунтів степової зони України. На основі власних досліджень створено комп'ютерну картосхему грунтів м.Дніпропетровська. Отримані результати є необхідними для моніторингу стану міських грунтів.

Ключові слова: едафотопи міських територій, урбаноземи, екологічні функції, картосхема, класифікація.

АННОТАЦИЯ

Мирзак О.В. Экологические особенности эдафотопов урбанизированных территорий степной зоны Украины (на примере г.Днепропетровска). - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.16 - экология. Днепропетровский национальный универ-ситет, Днепропетровск, 2002.

Исследованы экологические особенности эдафотопов урбанизированных территорий степной зоны Украины (на примере г.Днепропетровска), рассмотрено их функциональное и пространственное строение. Для сравнения исследуемых объектов был применен катенный подход, как наиболее информативный и объективный.

Установлено, что вследствие антропогенной деятельности существенно изменяются и ухудшаются свойства почв, что в значительной степени влияет на их плодородие. Эдафотопы городских территорий степной зоны Украины формируются и развиваются под совместным влиянием зонально-климатических и антропогенного факторов.

На территории г.Днепропетровска выделено 3 типа микроландшафтов (по А.Л.Бельгарду): приводораздельно-балочный, придолинно-балочный, долинно-террасовый. Почвенный покров города отличается чрезвычайной пестротой, которая обусловлена характером и степенью антропогенного влияния.

Проведен детальный анализ морфогенетических, физических и физико-химических особенностей основных подтипов городских почв. Установлено, что по сравнению с зональными, почвы Днепропетровска значительно изменены. Характер и степень их трансформированности зависит от ряда факторов. Практически все свойства зависят от количества и состава антропогенных включений. Представлена последовательность "ухудшения" свойств городских почв: слабонарушенная урбопочва культурозем сильнонарушенная урбопочва тексизем урбанозем.

Изучены особенности почв, запечатанных дорожными покрытиями (тексиземов). Установлено, что тексиземы способны выполнять основные биогеоценологические функции при достаточной пористости покрытия. Они характеризуются наличием памяти и выполняют функцию сохранения информации о развитии природной среды и изменении ее человеком. Тексиземы, по сравнению с почвами незапечатанных городских территорий, меньше подвержены негативному влиянию. Запечатывание поверхности почвы (поверхностная изоляция) в некоторой степени сохраняет ее от ускоренной деградации.

Основными экологическими функциями городских почв являются: способность к сорбированию загрязняющих веществ, разложению органических остатков и продуктов обмена живых организмов, уничтожению патогенных микроорганизмов, пригодность для роста зеленых насаждений в системах урбанофитоценозов. Интенсивная антропогенная деятельность приводит к трансформации экологических функций и деградации экосистем в целом.

Проведен ряд модельных факторных экспериментов в лабораторных условиях, с применением компьютерной программы "Statgraphics Plus 3.0". На основании полученных данных сделан вывод о направленности изменений водно-физических свойств городских почв в зависимости от количества и качества антропогенных включений.

Разработана классификация городских почв степной зоны Украины, которая базируется на особенностях профильно-генетического строения почвенных профилей, как достаточно простого и объективного подхода, а также на характере почвообразующих пород. Основой для данной классификации послужили собственные исследования, предложенная М.Н.Строгановой (1992, 1998) оригинальная, первая в странах ближнего зарубежья классификация городских почв России, а также существующая и новейшая (Тихоненко, 2002) классификации почв Украины. При определении и индексации глубинных слоев предложено использовать понятие диагностический подгоризонт "урбик" с обозначением символом "ur", а также ввести индекс градации горизонтов и подгоризонтов "урбик" по степени нарушенности (независимо от количества включений).

На основании собственных исследований составлена компьютерная картосхема почв г.Днепропетровска. Основную часть города занимают урбаноземы разной мощности и с разным количеством антропогенных включений. Значительную часть территории занимают тексиземы. Отдельно выделяется группа насыпных почв разного состава и происхождения. Кроме отмеченных антропогенно-глубокопреобразованных, на территории города фрагментами встречаются урбопочвы. Они характерны, в основном, для парков и лесопарков.

Полученные результаты являются необходимыми для мониторинга состояния городских почв, в частности, для выделения приоритетных объектов наблюдения.

Ключевые слова: эдафотопы городских территорий, урбаноземы, экологические функции, картосхема, классификация.

ANNOTATION

Mirzak O.V. Ecological features of edaphotopes of urbanized territories of steppe region of Ukraine (at the example of Dnepropetrovsk). - Manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of the candidate of biological sciences on a speciality 03.00.16 - ecology. Dnepropetrovsk National University, Dnepropetrovsk, 2002.

The ecological features of edaphotopes of urbanized territories of steppe region of Ukraine (at the example of Dnepropetrovsk), their functional and spatial constitution are is considered. The detailed analysis of morphogenetic, physical and physical-chemical features of urban soils is carried out. It is established, that in comparison with zonal soils, the soils of Dnepropetrovsk are considerably changed. The features of soils sealed by road coatings (texizems) are investigated. Is established, that texizems are capable to carry out basic biogeocenological of function at the sufficient porosity of a covering. The classification of urban soils of steppe region of Ukraine is developed. On the establishment of own research computer map-scheme of soils of Dnepropetrovsk are made up. The received results are necessary for monitoring the state of urban soils.

Key words: edaphotopes of urban territories, urbanozems, ecological functions, scheme-map, classification.

Размещено на Allbest.ru