Городские почвы: экологические функции, деградация и управление в урбанизированной среде

Более половины населения Земли проживает в городских районах, а в Европе этот показатель превышает 80%. К урбанизированным территориям относят все искусственные поверхности: промышленные и коммерческие зоны, транспортную инфраструктуру и жилую застройку. Исследование 2000 года количественно оценило масштабы этого развития, показав, что городская застройка в странах ЕС занимает 180 000 км², что соответствует 7.6% территории 25 государств-членов (рис. 3.31). Это глобальное изменение естественного растительного покрова оказывает profound влияние на свойства и функции подстилающих почвенных ресурсов.

Рис. 3.31, созданный с использованием данных CORINE и Европейского агентства по окружающей среде (ЕАОС), наглядно демонстрирует распределение искусственных поверхностей across Europe. Почвенный покров в урбоэкосистемах подвергается интенсивному антропогенному воздействию, что обычно приводит к значительно более высоким уровням загрязнения и деградации по сравнению с негородскими ландшафтами (рис. 3.32). Городские почвы, не полностью покрытые асфальтом или бетоном, особенно уязвимы к процессам уплотнения. Однако существуют и исключения: почвы в городских парках или других зеленых зонах иногда обладают лучшей структурой и более высоким содержанием органического вещества, чем интенсивно обрабатываемые их сельскохозяйственные аналоги.

Рис. 3.32 иллюстрирует типичный пример деградированного грунта на обочине дороги — распространенный ландшафтный элемент в урбанизированной среде. Основные источники загрязнения городских почв крайне разнообразны и включают промышленные выбросы, выхлопы автотранспорта, сжигание ископаемого топлива и отходы жилой и коммерческой деятельности. Это вызывает постоянное накопление загрязняющих веществ как от точечных, так и от рассредоточенных источников. Типичными поллютантами являются тяжелые металлы (свинец, медь, цинк, кадмий), стойкие органические загрязнители (СОЗ) типа полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) и хлорорганических соединений, а в некоторых случаях и радионуклиды.

Уплотнение почвы в результате строительных работ, движения транспорта и рекреационной нагрузки может привести к полной утрате почвой способности поддерживать жизнь растений или служить средой обитания для почвенной биоты. Эта физическая деградация серьезно снижает инфильтрационную способность почвы, увеличивая риски городских наводнений из-за нарушения естественного водного баланса. Исследования, проведенные в США, характеризуют городские почвы как на 1-2°C более теплые, на 50% более сухие и в 1.5 раза более плотные, с меньшим содержанием органического углерода и удвоенной концентрацией некоторых тяжелых металлов по сравнению с сельскими аналогами.

Измененные свойства городских почв оказывают сильное влияние на почвенную биоту и ключевые экологические процессы, которые она опосредует. Антропогенное давление часто негативно сказывается на численности, видовом богатстве и структуре почвенной пищевой сети. Интересно, что некоторые организмы, например, дождевые черви, могут достигать высокой плотности в городских условиях, а общее видовое разнообразие иногда увеличивается за счет инвазивных видов и мозаичности микроместообитаний. Распространенным феноменом является биотическая гомогенизация, когда одинаковые виды встречаются в географически удаленных городских почвах, что наблюдается в сообществах дождевых червей в городах Северной Америки и Европы.

Влияние урбанизации на функционирование экосистем комплексное, и научные данные показывают противоречивые результаты. Некоторые городские почвы демонстрируют повышенные скорости азотной минерализации, нитрификации и почвенного дыхания, в то время как другие — значительное снижение этих показателей. Эти явные несоответствия объясняются огромным разнообразием экологических условий, почвенных характеристик и типов растительного покрова, свойственных гетерогенной городской среде. Городской ландшафт представляет собой сложную мозаику различных видов землепользования и экосистем.

Классификация городских территорий по убыванию антропогенной нагрузки включает: небольшие участки остаточного грунта с высокой степенью уплотнения (обочины дорог, железнодорожные насыпи, рис. 3.33, 3.37); небольшие интенсивно используемые городские парки (рис. 3.34); более крупные транспортные коридоры; земельные участки (рис. 3.35); частные сады и газоны (рис. 3.36); спортивные площадки; археологические памятники; маргинальные земли; водно-болотные угодья; прибрежные зоны; речные коридоры и крупные обширные городские парки. Каждая из этих категорий представляет собой уникальную среду обитания для специфических сообществ почвенных организмов.

Рис. 3.33 демонстрирует типичные небольшие изолированные участки городской почвы под деревьями, подверженные сильному уплотнению из-за пешеходной нагрузки.

Рис. 3.34 показывает пример благоустроенного городского парка в Болонье (Италия), а рис. 3.35 — земельный участок в Праге (Чехия).

Рис. 3.36 иллюстрирует потенциал городского сада в Бексхилле, а рис. 3.37 — серию различных городских почв Милана (Италия). Несмотря на антропогенный прессинг, урбоэкосистемы с их мозаичным землепользованием могут служить рефугиумами биоразнообразия.

Например, в Хельсинки произрастает четверть самых редких видов растений Финляндии, а разнообразие почвенных беспозвоночных в садах Лондона сопоставимо с природными экосистемами. Даже заброшенные земли (brownfields) в промышленных городах становятся площадками для экологической реставрации и создания новых центров биоразнообразия. Однако городские районы также могут быть очагами распространения инвазивных чужеродных видов, что требует взвешенного подхода к управлению городскими зелеными насаждениями.

Экосистемные услуги городских почв важны для устойчивого функционирования мегаполисов. Ярким примером является услуга регулирования водного баланса, которая становится ключевой в контексте повышения рисков городских наводнений. Высокая доля запечатанных (импервиальных) поверхностей многократно усиливает проблему поверхностного стока. В этой связи сохранение и восстановление гидрологических функций незапечатанных почв является жизненно важной стратегией адаптации к изменению климата. Повышение эффективности этих функций требует целостного понимания роли почвенной биоты и ее симбиотических взаимоотношений с растительным покровом в условиях урбоэкосистем.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Rebekka Artz, The Macaulay Land Use Research Institute, UK Dimos Anastasiou, Bio4met, Greece Dominique Arrouays, L’Institut National de la Recherche Agronomique, France Ana Catarina Bastos, Cranfield University, UK Anna Bendetti, Istituto Sperimentale per la Nutrizione delle Piante

Источник: European Atlas of Soil Biodiversity

Данные публикации будут полезны студентам и аспирантам биологических и экологических специальностей, почвоведам, экологам-практикам, а также всем, кто интересуется основами почвенного биоразнообразия и функционирования наземных экосистем.