А.В. Русаков , А.А. Шешукова, К.А. Бахматова
Санкт-Петербургский государственный университет, a.rusakov@sbpu.ru
Санкт-Петербург – третий по численности город Европы, самый северный город в мире с населением более 1 млн человек, поэтому вопросы экологического состояния урбанизированных территорий остаются актуальными как никогда. В городской среде, как и в естественных ландшафтах, почвы являются одним из главных компонентов экосистем, в т. ч. и урбоэкосистем. Почвы в городе формируются под влиянием зонально-климатических условий почвообразования и при ведущей роли антропогенного фактора.
Климат Санкт-Петербурга – умеренный, переходный от умеренно-континентального к умеренно-морскому – соответствует подзоне южной тайги. Основная часть города находится в пределах Приневской низменности – террасированной озерно-ледниковой равнины, формирование которой происходило под влиянием поздне- и послеледниковых водоемов (Геологический атлас Санкт-Петербурга, 2009).
Центральная часть города расположена на самой нижней ступени Приневской низменности – Литориновой террасе, с высотными отметками в пределах нескольких метров над уровнем моря. Свое название терраса получила по наименованию Литоринового моря, одной из стадий развития Балтийского моря в голоцене, существовавшего в период около 8,5–4,5 тыс. лет назад (Andrén et al., 2011). Литориновые отложения представляют собой пески, супеси и суглинки серого и голубовато-серого цвета с прослоями хорошо разложившегося торфа.
На территории Приневской низменности наблюдается несколько террас, образованных приледниковыми, морскими и озерными бассейнами позднеледникового и голоценового возраста. Высоты террас возрастают в северном направлении. Почвообразующими породами на этих террасах являются рыхлые четвертичные отложения – моренные суглинки (на юге города – обогащенные элювием карбонатных пород), озерно-ледниковые (ленточные) глины, водно-ледниковые пески и супеси.
Согласно почвенно-географическому районированию России (Добровольский, Урусевская, 2006), территория СанктПетербурга относится к северной окраине Прибалтийской провинции дерново-подзолистых слабогумусированных и болотно-подзолистых почв. Под влиянием городской среды природные факторы почвообразования меняются: увеличивается среднегодовая температура воздуха (зимой на 1–2° за счет притока промышленного тепла и летом на 0,5–1,0° вследствие нагревания мостовых и каменных зданий), выравнивается рельеф, засыпаются мелкие водотоки. Около 4% территории города (5315 га) представляет собой засыпанные в прошлом водные объекты, а в центральных районах на долю погребенной гидрологической сети приходится 20–33%).
Изменяется режим поверхностных и грунтовых вод из-за запечатывания земной поверхности дорожными покрытиями. Для СанктПетербурга, особенно его центральной части, характерно близкое к поверхности (на глубине не более 2–3 м) залегание грунтовых вод, которое оказывает влияние на почвообразовательные и ландшафтно-геохимические процессы. Важной особенностью городов является техногенное загрязнение почв, воздуха и воды. Отмечается, что водоносный горизонт в Санкт-Петербурге повсеместно загрязнен, минерализация воды обычно более 1 г/л, часто отмечается повышенное содержание хлоридов, сульфатов, аммония, органических соединений, углекислоты (Дашко и др., 2011). Плоский равнинный рельеф, близкое залегание грунтовых вод, влажный климат определяют значительное переувлажнение почв города.
До завершения строительства комплекса защитных сооружений центр города ежегодно подвергался воздействию наводнений, которые оставили следы в почвах в виде чередующихся слоев гумусовых горизонтов и супеси. На самых ранних этапах городского строительства важнейшей задачей были осушительные работы: строились каналы, расчищались реки, углублялось их дно, создавались водоемы, проводилось снятие, а иногда и засыпка торфяных отложений (Дашко и др., 2011). Вынутый минеральный грунт использовался для повышения поверхности территории. Насыпные слои в городских почвах отличаются по мощности и вещественному составу. Суммарная их мощность колеблется от 0,9 до 2,0 м, реже до 4 м.
Начало изучению городских почв Санкт-Петербурга положил основатель почвоведения В.В. Докучаев, который обратил внимание на необходимость комплексного исследования городской среды и в 1890 году выступил с предложением о необходимости провести «детальное естественно-историческое, физико-географическое и сельскохозяйственное исследование С.-Петербурга и его окрестностей». В рамках исследования предполагалось составить геологическую, почвенную, ботаническую, ветеринарную и другие карты. Почвенная карта должна была быть составлена в масштабе 100– 500 саженей в дюйме, при этом определение морфологического строения почв, определения их химических и механических свойств, состава и динамики почвенного воздуха, почвенной воды, а также измерение температуры почвы на различных глубинах. Фактически речь шла о составлении экологического атласа городской среды на основе системного подхода (Апарин, 2005; Исаченко, Резников, 2014).
К работе, помимо В.В. Докучаева, были привлечены и другие крупные ученые того времени: А.А. Тилло, А.А. Иностранцев, А.Н. Бекетов, И.В. Мушкетов, А.И. Воейков, А.В. Советов, Г.И. Танфильев и др. В рамках этого проекта вышла работа А.А. Иностранцева «Вода и почва Петербурга» (1910), где было много новых сведений о почвах, геологии и палеогеографии Санкт-Петербурга. А.А. Иностранцев обратил внимание на высокий уровень стояния грунтовых вод и загрязнение городских почв отходами и мусором. К сожалению, в связи с болезнью и смертью В.В. Докучаева его грандиозный проект остался в основном нереализованным. Воплощать в жизнь идеи В.В. Докучаева предстояло ученым последующих поколений. Предложенный В.В. Докучаевым системный мультидисциплинарный подход сохраняет значимость и поныне, но фундаментальный труд, где отражение, в т. ч. и картографическое, нашли бы все аспекты городской среды, Петербург ожидает до сих пор.
В первой половине XX века было опубликовано лишь несколько работ, полностью или частично посвященных почвам окрестностей Петербурга (Прасолов, 1922; Ризположенский, 1922; Шокальская, 1925; Тихеева, 1936). В 1982 году вышла знаковая статья В.А. Долотова и В.В. Пономаревой о почвах ленинградского Летнего сада, где авторы подчеркнули необходимость изучения и картографирования городских почв. При этом В.А. Долотов и В.В. Пономарева не рассматривали почвы под городскими зелеными насаждениями как сугубо специфичные, а видели в них результат почвообразования под широколиственными древесными породами на насыпном субстрате, сходный по строению с окультуренными дерново-подзолистыми почвами, а по составу гумуса – с бурыми лесными.
На рубеже XX и XXI веков публикации о городских почвах и в отечественной, и в мировой литературе стали многочисленными. В Санкт-Петербурге толчком к расширению почвенных исследований городской территории стали масштабные земляные работы, связанные с подготовкой к 300-летию города. В этот период проводились ремонт коммуникаций, реставрация исторических зданий, благоустройство садов и парков. Работы в центре города сопровождались археологическими исследованиями, к которым в ряде случаев подключались и почвоведы. Все это позволило накопить значительный объем данных о полнопрофильном строении городских почв Петербурга, вплоть до природных почвообразующих пород.
В работах о почвах Санкт-Петербурга обсуждались разные аспекты их строения и функционирования, проблема реконструкции природной обстановки до строительства города (Апарин, Русаков, 2003; Сухачева, 2005; Матинян, Русаков, 2006; Капелькина и др., 2007; Апарин, Сухачева, 2013; Русаков и др., 2013; Matinian, Bakhmatova, 2016; Апарин и др., 2018; Бахматова и др., 2022). Ряд исследований был посвящен почвам городских садов и парков (Ковязин и др., 2010; Матинян и др., 2008, 2015, 2017; Matinian et al., 2019, 2021; Bakhmatova et al., 2023). Отдельно исследованы специфичные для Санкт-Петербурга почвы на намывных территориях (Максимова, Абакумов, 2015). Изучались биологические свойства дневных и погребенных почв города (Русаков, Новиков, 2003).
Почвы Санкт-Петербурга принимались во внимание при разработке и совершенствовании классификации городских почв России (Прокофьева и др., 2014; Апарин, Сухачева, 2015). Весь накопленный материал позволил разработать концепцию картографирования почвенного покрова мегаполисов и создать первую почвенную карту Санкт-Петербурга в масштабе 1:50000 (Апарин, Сухачева, 2014). Огромное количество публикаций традиционно посвящено экологической оценке городских почв, в основном проблеме загрязнения тяжелыми металлами (Надпорожская и др., 2000; Апарин и др., 2003; Матинян, Бахматова, 2007; Капелькина, 2007; Уфимцева и др., 2011; Уфимцева, Терехина, 2014; Shamilishvili et al., 2015; Лебедев, Агафонова, 2017; Дьячкова, 2020), полиароматическими углеводородами (Чуков и др., 2006; Лодыгин и др., 2008; Шамилишвили и др., 2016), противогололедными смесями (Герасимов, Чугунова, 2016, 2018).
Исходные природные почвы в городе без существенных преобразований профиля могут локально сохраняться только в парках или городских особо охраняемых природных территориях. Разнообразие этих почв зависит от природных ландшафтных условий. Так, в северной части города (парк Политехнического университета) встречаются дерново-подбуры на флювиогляциальных песках (рис. 1). Почвы этого парка сформированы под пологом широколиственной растительности с участием хвойных пород. Отличительной особенностью почвенного покрова парка является слабое проявление антропогенного фактора (вне территории асфальтированных дорожек, тропиночной сети), которое выражено в практически ненарушенном строении изученных почвенных профилей с серией естественных почвенных горизонтов.
В некоторых случаях эти внешне природные почвы могут быть сильно загрязнены токсичными веществами (например, тяжелыми металлами), и тогда, согласно «Классификации и диагностике почв России» (2004), называются хемоземами. В связи с важной функциональной ролью почв природно-рекреационной и природоохранной зон в экосистемах изучение их экологического состояния и качества имеет особую актуальность.
Еще одним компонентом городского почвенного покрова являются почвы с той или иной степенью антропогенной трансформации профиля – с увеличенной мощностью поверхностного горизонта (стратифицированные) (рис. 2) или перемешанные с поверхности (турбированные). Мощность гумусового горизонта может увеличиваться в почвах парков благодаря целенаправленному окультуриванию почв ради создания благоприятных условий для декоративных видов растений.
В центральной части города при наличии плотной застройки природные почвы можно обнаружить только в погребенном состоянии под насыпным (культурным) слоем, на глубине 1,5–2,0 м (рис. 3). В этом случае дневные почвы являются полностью антропогенными – урбостратоземами (урбаноземами). Профиль этих почв состоит из серии чередующихся насыпных слоев, с антропогенными включениями, занимающими более 10% от объема горизонта (рис. 4, 5). Такие слои называют горизонтами урбик (UR) от лат. urbanus – городской. Перемещенные в ходе строительства грунты, которые становятся частью городских почв и нередко содержат многочисленные включения строительного мусора, называют техногенными горизонтами (TCH), а урбостратоземы с такими горизонтами – урбостратоземами техногенными (Прокофьева и др., 2014). Иногда в профиле урбостратоземов сохраняются булыжные мостовые или выложенные камнем садовые дорожки.
Рисунок 3. Строение профиля урбостратозема (археологический раскоп в сквере у здания Двенадцати коллегий). Выделяются верхний насыпной гумусированный слой, фрагмент булыжной мостовой, нижние стратифицированные слои. В основании разреза – погребенная темногумусово-глеевая почва на литориновых отложениях
Таким образом, по морфологическим свойствам городские почвы отличаются разновозрастностью и гетерогенностью составляющих их слоев, присутствием антропогенных включений. Практически все слои городских почв отличаются высокой щелочностью и карбонатностью, что обусловлено привнесением строительного мусора и нисходящей миграцией минерализованных растворов. Под мощной (150–190 см) толщей культурного слоя в центральной части СанктПетербурга обнаружены морфологически хорошо сохранившиеся целинные серогумусово- и темногумусово-глеевые почвы, составлявшие естественный фон почвенного покрова территории до основания (массовой застройки) города. Поднятие дневной поверхности в центральной части Санкт-Петербурга за 300 лет составило около 2 м.
Современное изучение городских почв СанктПетербурга продолжает исследования, начатые В.В. Докучаевым, на новом методическом и техническом уровне. Актуальность этой темы будет возрастать со временем в связи с ростом темпов урбанизации в России и в мире.
Литература
1. Апарин Б.Ф. 130 лет проекту профессора Императорского Санкт-Петербургского университета В.В. Докучаева о детальном естественно-историческом, физико-географическом и сельскохозяйственном исследовании Санкт-Петербурга и его окрестностей // Материалы научной конференции «Экология Санкт-Петербурга и его окрестностей», 5-7 декабря 2005 г. СПб., 2005. С. 5-8.
2. Апарин Б.Ф., Русаков А.В. Почвы и почвенный покров зоны восточного полукольца кольцевой автодороги (КАД) вокруг Санкт-Петербурга // Вестник С.-Петерб. ун-та, 2003. Сер.
3. Вып. №2 (11), с. 103-116. 3. Апарин Б.Ф., Русаков А.В., Налетов В.В. Оценка экологического состояния и прогноз воздействия кольцевой автодороги вокруг Санкт-Петербурга на почвы и почвенный покров // Вестник С.-Петерб. ун-та, 2003. Сер.
3. Вып. №3 (19), с. 66-86.
4. Апарин Б.Ф., Сухачева Е.Ю. Почвенный покров Санкт-Петербурга: «из тьмы лесов и топи блат» к современному мегаполису // Биосфера, 2013. Т. 5, №3, с. 327-352.
5. Апарин Б.Ф., Сухачева Е.Ю. Принципы создания почвенной карты мегаполиса (на примере Санкт-Петербурга) // Почвоведение, 2014, №7, с. 790-802.
6. Апарин Б.Ф., Сухачева Е.Ю. Классификация городских почв в системе Российской и Международной классификации почв. // Бюллетень Почвенного ин-та им. В.В. Докучаева. 2015. Вып. 79, с. 53-72.
7. Апарин Б.Ф., Сухачева Е.Ю., Булышева А.М., Лазарева М.А. Гумусовые горизонты почв урбоэкосистем // Почвоведение, 2018, №9, с. 1071-1084.
8. Бахматова К.А., Шешукова А.А., Панова Е.Г., Егорова С.А. Литориновые отложения как природный субстрат городских почв Санкт-Петербурга // Грунтоведение, 2022, №2(19), с. 40-50.
9. Вопрос об исследовании Санкт-Петербурга и его окрестностей в естественно-историческом, физико-географическом и сельскохозяйственном отношениях на VIII съезде русских естествоиспытателей и врачей. Речь С.-Петерб. городского Головы В.И. Лихачева. Доклад проф. С.-Петерб. Университета В.В. Докучаева. СПб.: Тип. Шредера, 1890. – 23 с.
10. Геологический атлас Санкт-Петербурга. Отв. ред. Н.Б. Филиппов. СПб.: Комильфо, 2009. – 57 с.
11. Герасимов А.О., Чугунова М.В. Воздействие противогололедных средств на основе хлоридов магния на высшие растения и почвенные микроорганизмы // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии, 2016, вып. 217, с. 16–31.
12. Герасимов А.О., Чугунова М.В. Оценка действия противогололедных реагентов разного химического состава на рост травянистых растений и почвенное дыхание // Биосфера, 2018, т. 10, №4, с. 273-281.
13. Дашко Р.Э., Александрова О.Ю., Котюков П.В., Шидловская А.В. Особенности инженерно-геологических условий Санкт-Петербурга // Развитие городов и геотехническое строительство, 2011, вып. 1, с. 1-47.
14. Долотов В.А., Пономарева В.В. К характеристике почв ленинградского Летнего сада // Почвоведение. 1982. №9, с. 134-138.
15. Дьячкова О.Н. Влияние загрязнения почвы на экологическую безопасность городской среды Санкт-Петербурга // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология, 2020, №1, с. 67-71.
16. Иностранцев А.А. Вода и почва Петербурга. СПб., 1910. – 89 с.
17. Исаченко Г.А., Резников А.И. Ландшафты Санкт-Петербурга: эволюция, динамика, разнообразие // Биосфера, 2014. Т. 6, №3, с. 231-249.
18. Капелькина Л.П. Экологические особенности почв Санкт-Петербурга // Экологическая безопасность. Научно-информационный бюллетень. 2007, №1-2 (17-18), с. 48-56.
19. Капелькина Л.П. Мельничук И.А., Часовская В.В. Почвы Летнего сада // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии, 2007, вып. 180, с. 86-95.
20. Классификация и диагностика почв России / Авторы и составители: Шишов Л.Л., Тонконогов В.Д., Лебедева И.И., Герасимова М.И. – Смоленск: Ойкумена, 2004. – 342 с.
21. Ковязин В.Ф., Усков И.Б., Державин Л.М. Парковые экосистемы Санкт-Петербурга различной степени урбанизации и агрохимические свойства их почв // Агрохимия, 2010, №3, с. 58-66.
22. Лебедев С.В., Агафонова Е.К. Эколого-геохимическая оценка загрязнения окружающей среды по данным мониторинга содержания тяжелых металлов в почвогрунтах и снежном покрове (на примере Василеостровского района Санкт-Петербурга) // Вестник С.-Петерб. ун-та, Науки о Земле. 2017, т. 62, вып. 4, с. 357-369.
23. Лодыгин Е.Д., Чуков С.Н., Безносиков В.А., Габов Д.Н. Полициклические ароматические углеводороды в почвах Васильевского острова (Санкт-Петербург) // Почвоведение, 2008, №12, с. 1494-1500.
24. Максимова Е., Абакумов Е. Намывные почвы Санкт-Петербурга // Вестник С.-Петерб. ун-та, 2015, сер. 3, вып. 3, с. 93-102.
25. Матинян Н.Н., Бахматова К.А. Экологическая оценка «петербургского огорода» // Вестник С.-Петерб. ун-та, 2004, сер. 3, вып. 3, с. 96-105.
26. Матинян Н.Н., Бахматова К.А., Коренцвит В.А. Почвы Летнего сада (Санкт-Петербург) // Почвоведение, 2017, №6, с. 643-651.
27. Матинян Н.Н., Бахматова К.А, Шешукова А.А. Почвы бывшей усадьбы Шереметевых // Вестник СПбГУ, 2008, сер.3, вып.2, с. 91-100.
28. Матинян Н.Н., Гостинцева Е.В., Бахматова К.А. Почвы и почвенный покров садов и парков Фрунзенского района Санкт-Петербурга. СПб., Нестор-История, 2015. — 80 с.
29. Матинян Н.Н., Русаков А.В. Почвы петербургские // Три века Санкт-Петербурга. Энциклопедия в трех томах. Т. II. Девятнадцатый век. Книга пятая. Изд-во Филологического ф-та Санкт-Петербургского государственного университета. 2006. — с. 570-573.
30. Надпорожская М.А., Слепян Э.И., Ковш Н.В. О почвах исторического центра Санкт-Петербурга // Вестник С.-Петерб. ун-та, 2000, сер. 3, вып. №1 (3), с. 116-126.
31. Прасолов Л.И. Естественные условия сельского хозяйства в Петроградском подстоличном районе. Почвы Шушарской фермы. Пг., 1922. – 23 с.
32. Прокофьева Т.В., Герасимова М.И., Безуглова О.С., Бахматова К.А., Гольева А.А., Горбов С.Н., Жарикова Е.А., Матинян Н.Н., Наквасина Е.Н., Сивцева Н.И. Введение почв и почвоподобных образований городских территорий в классификацию почв России // Почвоведение, 2014, №10, с. 1155-1164.
33. Ризположенский Р.В. Описание Петроградской губернии в почвенном отношении. Казань, 1922. – 126 с.
34. Русаков А.В., Новиков В.В. Биологическая активность современных и погребенных почв исторического центра Санкт-Петербурга // Микробиология, 2003, т. 12, №1, с. 117-125.
35. Русаков А.В., Никонов А.А., Савельева Л.А., Пинахина Д.В. Погребенные позднеголоценовые почвы культурно-исторического памятника «Ниеншанц» (г. Санкт-Петербург) // Почвоведение, 2013, №1, с. 17-31.
36. Сухачева Е.Ю. Принципы реконструкции почвенного покрова Санкт-Петербурга на момент основания города // Материалы научной конференции «Экология Санкт-Петербурга и его окрестностей», 5-7 декабря 2005 г. СПб., 2005. — с. 98-101.
37. Тихеева Л.В. Погребенные почвенные образования (почвы и торфяники) четвертичного времени в окрестностях Ленинграда // Тр. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева, 1936, т. XIII.
38. Труды Комиссии по исследованию С.-Петербурга и его окрестностей в физико-географическом, естественноисторическом, сельскохозяйственном, гигиеническом и ветеринарном отношениях. Под ред. Проф. В.В. Докучаева. Ч.1. СПб.: Тип. Евдокимова, 1894. – 488 с.
39. Уфимцева М.Д., Терехина Н.В., Абакумов Е.В. Физико-химическая характеристика урбаноземов Центрального района Санкт-Петербурга // Вестник С.-Петерб. ун-та, 2011, сер. 7, вып. 4, с. 85-97.
40. Уфимцева М.Д., Терехина Н.В. Эколого-геохимическая оценка почв исторического центра Санкт-Петербурга // Вестник С.-Петерб. ун-та, 2014, сер. 7, вып. 2, с. 122-136.
41. Чуков С.Н., Лодыгин Е.Д., Габов Д.Н., Безносиков В.А. Полициклические углеводороды в почвах Санкт-Петербурга // Вестник С.-Петерб. ун-та, 2006, сер. 3, вып.1, с. 119-129.
42. Шамилишвили Г.А., Абакумов Е.В., Габов Д.Н., Алексеев И.И. Особенности фракционного состава полициклических ароматических углеводородов и полиэлементного загрязнения почв урбанизированных территорий и их гигиеническая характеристика (на примере почв функциональных зон Санкт-Петербурга) // Гигиена и санитария, 2016, 95 (9), с. 827-837.
43. Шокальская З.Ю. Почвенно-геологический очерк окрестностей Шувалова и Елагина острова // Тр. Почв. ин-та. СПб., 1925. – С. 222-257.
44. Andrén T., Björck S., Andrén E. et al. The development of the Baltic Sea Basin during the last 130 ka // The Baltic Sea Basin / Harff J., Björck S., Hoth P. (eds.). Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2011. P. 75–97.
45. Bakhmatova K.A., Sheshukova A.A., Panova E.G., Egorova S.A. Soil Transformations in the Littorina Terrace Under the Impact of Urbanization (St. Petersburg, Russia) // Biogenic – Abiogenic Interactions in Natural and Anthropogenic Systems 2022. Eds.: Frank-Kamenetskaya, O.V., Panova, E.G., Vlasov, D.Y., Alekseeva, T.V. Springer Nature, 2023. P. 455-473.
46. Matinian N.N., Bakhmatova K.A. Urban soils of Saint Petersburg (Russia). Europaische Akademie der Naturwissenschaften, Hannover, 2016. — 28 p.
47. Matinian N.N., Bakhmatova K.A., Sheshukova A.A. Anthropogenic and natural soils of urban and suburban parks of Saint Petersburg, Russia // Urbanization: Challenge and Opportunity for Soil Function and Ecosystem Services. Conference proceedings, SUITMA 2017. Eds.: V.I. Vasenev, E. Dovletyarova, Z.Cheng et al. Book series Springer Geography. Springer Int. Publ., 2019. P. 212-220.
48. Matinian N.N., Bakhmatova K.A., Sheshukova A.A. Urban Soils in the Historic Centre of Saint Petersburg (Russia) // Advances in Understanding Soil Degradation. Eds.: Saljnikov, E., Mueller, L., Lavrishchev, A., Eulenstein, F. Springer Nature, 2021. P. 755-774.
49. Shamilishvili G.A., Abakumov E.V., Ryumin A.G. Assessment of the mobile forms of zinc and copper content in soil samples from areas of different land use on example of the Krasnogvardeisky District of the St. Petersburg // Environmental Earth Sciences, 2015, 74, p. 3417-3431.
