Изучение физических свойств почв Михайловского сада Русского музея
|
Введение 3
Глава 1. Изучение почв городов 5
1.1. История изучения городских почв в России 5
1.2. Физические свойства городских почв 6
1.3. Изучение свойств почв Михайловского сада Санкт-Петербурга 9
Глава 2. Условия почвообразования в Санкт-Петербурге 11
2.1. Рельеф 11
2.2. Почвообразующие породы 11
2.3. Климат 12
2.4. Растительность 13
Глава 3. Объекты и методы исследования 14
3.1. Объекты исследования 14
3.2. Методы исследования 14
Глава 4. Результаты и обсуждение 16
4.1. Морфолого-генетические особенности исследуемых почв 16
4.2. Механические свойства почв, структурный состав, плотность почвы 18
4.3. Водно-физические свойства почв Михайловского сада 26
Выводы 30
Список литературы 32
Приложение 35
Глава 1. Изучение почв городов 5
1.1. История изучения городских почв в России 5
1.2. Физические свойства городских почв 6
1.3. Изучение свойств почв Михайловского сада Санкт-Петербурга 9
Глава 2. Условия почвообразования в Санкт-Петербурге 11
2.1. Рельеф 11
2.2. Почвообразующие породы 11
2.3. Климат 12
2.4. Растительность 13
Глава 3. Объекты и методы исследования 14
3.1. Объекты исследования 14
3.2. Методы исследования 14
Глава 4. Результаты и обсуждение 16
4.1. Морфолого-генетические особенности исследуемых почв 16
4.2. Механические свойства почв, структурный состав, плотность почвы 18
4.3. Водно-физические свойства почв Михайловского сада 26
Выводы 30
Список литературы 32
Приложение 35
Актуальность исследований. Оценка экологического состояния городских почв является одной из наиболее востребованных задач в современном почвоведении и урбоэкологии. Уровень урбанизации в Российской Федерации составляет 75%. Почвенный покров, являясь открытой буферной динамической системой, поддерживает функционирование и биоразнообразие флоры и педофауны, способствует депонированию и миграции загрязняющих веществ. Таким образом, почвы городов определяют экологическое состояние урбогеосистем в целом.
Михайловский сад, созданный в начале XVIII века, находится в центре Санкт- Петербурга, это уникальный памятник ландшафтной архитектуры. Сохранением зеленых насаждений и изучением почв Михайловского сада занимается служба Русского музея «Летний сад, Михайловский сад и зеленые территории музея». Для организации рационального использования почв городских садов и парков, а также управления их плодородием, необходимо опираться на результаты научного изучения исходных химических и физических параметров почв и их изменения во времени.
В результате сотрудничества с ведущими университетами Санкт-Петербурга на территории Михайловского сада изучены агрохимические свойства почв, оценено содержание тяжелых металлов и биологическая активность почв. Тема выпускной квалификационной работы предложена сотрудниками Русского музея: на территории сада раннее не были исследованы физические параметры почв, помогающие получить полное представление о состоянии почвенного покрова. Благодаря изучению физических свойств появляется возможность оценить водный, воздушный, температурный режимы почвы .
Высокая посещаемость территории, пересадки деревьев и реконструкции по новым проектам, перекрытие почв плотными строительными материалами - всё это может привести к ухудшению физических свойств почв, представленных в Михайловском саду насыпными грунтами. Физическая деградация проявляется в изменении гранулометрического состава, плотности, ухудшении механических свойств для обработки, разрушении почвенных агрегатов, возникновении непроницаемых слоев и переуплотненных горизонтов (Yang et al, 2015).
Таким образом, результаты работы по изучению физических свойств почв могут служить ориентиром при принятии решений о землеустройстве и мелиоративных мероприятиях на территории Михайловского сада.
Цель исследования: оценить физические свойства почв Михайловского сада Санкт- Петербурга.
Задачи исследования:
1. Проанализировать условия почвообразования в Михайловском саду с учетом доминирующего влияния антропогенного фактора.
2. Изучить морфологическое строение почв Михайловского сада.
3. Оценить водно-физические и физико-механические свойства почв.
4. Сделать выводы о влиянии антропогенной нагрузки на физические параметры городских почв.
Апробация результатов. Тезисы ВКР были доложены на XX Большом географическом фестивале Санкт-Петербургского государственного университета (2024), также результаты научно-исследовательской работы были представлены на отборочном и заключительном этапах Открытой международной олимпиады студентов и молодых специалистов Petropolitan Science (Re)Search 2024 по направлению «Науки о Земле».
Благодарности. Автор выражает глубокую признательность научному руководителю, Шешуковой Анастасии Анатольевне, к.с.-х.н., за ценные советы в написании и оформлении работы. Романову Олегу Васильевичу, к.б.н., и Русакову Алексею Валентиновичу, д.г.н., за помощь в организации полевых и лабораторных исследований. Ценный вклад в аналитическую часть работы внесли инженеры кафедры почвоведения и экологии почв СПбГУ - Александра Ивановна Нуретдинова, Ковалева Наталья Михайловна и Анастасия Алексеевна Воеводская.
Отдельно выражаю благодарность руководству Русского музея, службе «Летний сад, Михайловский сад и зеленые территории музея» за возможность проведения исследований: Екатерине Алексеевне Жуковой, к.б.н., за консультации, помощь в организации исследования, пробоотборе, анализе данных и Василисе Станиславовне Гончаровой за участие в полевых работах.
Михайловский сад, созданный в начале XVIII века, находится в центре Санкт- Петербурга, это уникальный памятник ландшафтной архитектуры. Сохранением зеленых насаждений и изучением почв Михайловского сада занимается служба Русского музея «Летний сад, Михайловский сад и зеленые территории музея». Для организации рационального использования почв городских садов и парков, а также управления их плодородием, необходимо опираться на результаты научного изучения исходных химических и физических параметров почв и их изменения во времени.
В результате сотрудничества с ведущими университетами Санкт-Петербурга на территории Михайловского сада изучены агрохимические свойства почв, оценено содержание тяжелых металлов и биологическая активность почв. Тема выпускной квалификационной работы предложена сотрудниками Русского музея: на территории сада раннее не были исследованы физические параметры почв, помогающие получить полное представление о состоянии почвенного покрова. Благодаря изучению физических свойств появляется возможность оценить водный, воздушный, температурный режимы почвы .
Высокая посещаемость территории, пересадки деревьев и реконструкции по новым проектам, перекрытие почв плотными строительными материалами - всё это может привести к ухудшению физических свойств почв, представленных в Михайловском саду насыпными грунтами. Физическая деградация проявляется в изменении гранулометрического состава, плотности, ухудшении механических свойств для обработки, разрушении почвенных агрегатов, возникновении непроницаемых слоев и переуплотненных горизонтов (Yang et al, 2015).
Таким образом, результаты работы по изучению физических свойств почв могут служить ориентиром при принятии решений о землеустройстве и мелиоративных мероприятиях на территории Михайловского сада.
Цель исследования: оценить физические свойства почв Михайловского сада Санкт- Петербурга.
Задачи исследования:
1. Проанализировать условия почвообразования в Михайловском саду с учетом доминирующего влияния антропогенного фактора.
2. Изучить морфологическое строение почв Михайловского сада.
3. Оценить водно-физические и физико-механические свойства почв.
4. Сделать выводы о влиянии антропогенной нагрузки на физические параметры городских почв.
Апробация результатов. Тезисы ВКР были доложены на XX Большом географическом фестивале Санкт-Петербургского государственного университета (2024), также результаты научно-исследовательской работы были представлены на отборочном и заключительном этапах Открытой международной олимпиады студентов и молодых специалистов Petropolitan Science (Re)Search 2024 по направлению «Науки о Земле».
Благодарности. Автор выражает глубокую признательность научному руководителю, Шешуковой Анастасии Анатольевне, к.с.-х.н., за ценные советы в написании и оформлении работы. Романову Олегу Васильевичу, к.б.н., и Русакову Алексею Валентиновичу, д.г.н., за помощь в организации полевых и лабораторных исследований. Ценный вклад в аналитическую часть работы внесли инженеры кафедры почвоведения и экологии почв СПбГУ - Александра Ивановна Нуретдинова, Ковалева Наталья Михайловна и Анастасия Алексеевна Воеводская.
Отдельно выражаю благодарность руководству Русского музея, службе «Летний сад, Михайловский сад и зеленые территории музея» за возможность проведения исследований: Екатерине Алексеевне Жуковой, к.б.н., за консультации, помощь в организации исследования, пробоотборе, анализе данных и Василисе Станиславовне Гончаровой за участие в полевых работах.
Таким образом, почвы Михайловского сада представляют собой типичные городские почвы с высокой степенью неоднородности, большой вертикальной и пространственной изменчивостью. Исходя из измерений физических свойств почв сделаны следующие выводы:
1) Почвы Михайловского сада на глубине 45(60)-70(80) см имеют техногенный горизонт, состоящий из песчаной фракции, обломков строительных материалов и кирпича. Состав техногенных горизонтов варьирует в каждом профиле. Привнесенный песчаный слой резко увеличивает скорость фильтрации почвенного раствора, в то время как плотный кирпичный слой ухудшает проницаемость почв для водных, воздушных и тепловых потоков, затрудняет проникновение корней растений, передвижение почвенных животных. Такие горизонты характеризуются низкой капиллярной и полной влагоемкостью, высокой плотностью твердой фазы (2,5-2,7 г/см3).
2) Антропогенные включения в виде обломков строительных материалов обнаруживаются во всей почвенной толще, влияют на твердость почв и плотность твердой фазы. Больше всего крупных включений (>10 мм) строительных материалов обнаружено на глубине 30-60 см, по объему они занимают от 5 до 15% горизонта.
3) В целом структурное состояние поверхностных горизонтов почв Михайловского сада благоприятное, однако срединные горизонты профиля МС-23.1 имеют удовлетворительное структурное состояние.
4) Для большинства исследованных точек отсутствует переуплотнение почв с
поверхности. Более плотные образцы (точки МС-3, МС-5) имеют удовлетворительную общую пористость и хорошую водопроницаемость, в то время как рыхлые образцы (МС-1, МС-2, МС-4) обладают отличной пористостью и излишней
водопроницаемостью.
5) Связь близости точек к пешеходным дорожкам Михайловского сада с их неблагоприятным структурным состоянием и небольшим уплотнением почв выявлена только для МС-5 и МС-23.1, расположенных в южной части парка. МС-4 наоборот имеет очень рыхлый и отлично структурированный поверхностный горизонт.
6) Для всех точек была определена высокая твердость почв с поверхности, что является ограничивающим фактором для роста корневых систем растений.
7) Рекреационная нагрузка, вытаптывание, строительные работы и прошлые этапы землепользования Михайловского сада повлияли на физические свойства почв. Основными неблагоприятными факторами являются высокая твердость почв, излишне высокая водопроницаемость с поверхности, неблагоприятное структурное состояние срединных горизонтов, повышенная плотность техногенных горизонтов.
Для рационального использования почвенно-растительных ресурсов Михайловского сада необходимы мелиоративные работы, улучшающие водный режим почв и исключающие сезонное переувлажнение. Повышение плодородия почв должно сопровождаться мероприятиями по улучшению структурного состояния. Для этого необходимы действия, направленные на поддержание дернового процесса - подбор газонных трав, устойчивых к твердости почв и образующих рыхлую дернину, внесение органического вещества, применение искусственных структурообразователей-полимеров. Также важно учитывать влажность почвы при ее механической обработке и в период зимнего промерзания.
1) Почвы Михайловского сада на глубине 45(60)-70(80) см имеют техногенный горизонт, состоящий из песчаной фракции, обломков строительных материалов и кирпича. Состав техногенных горизонтов варьирует в каждом профиле. Привнесенный песчаный слой резко увеличивает скорость фильтрации почвенного раствора, в то время как плотный кирпичный слой ухудшает проницаемость почв для водных, воздушных и тепловых потоков, затрудняет проникновение корней растений, передвижение почвенных животных. Такие горизонты характеризуются низкой капиллярной и полной влагоемкостью, высокой плотностью твердой фазы (2,5-2,7 г/см3).
2) Антропогенные включения в виде обломков строительных материалов обнаруживаются во всей почвенной толще, влияют на твердость почв и плотность твердой фазы. Больше всего крупных включений (>10 мм) строительных материалов обнаружено на глубине 30-60 см, по объему они занимают от 5 до 15% горизонта.
3) В целом структурное состояние поверхностных горизонтов почв Михайловского сада благоприятное, однако срединные горизонты профиля МС-23.1 имеют удовлетворительное структурное состояние.
4) Для большинства исследованных точек отсутствует переуплотнение почв с
поверхности. Более плотные образцы (точки МС-3, МС-5) имеют удовлетворительную общую пористость и хорошую водопроницаемость, в то время как рыхлые образцы (МС-1, МС-2, МС-4) обладают отличной пористостью и излишней
водопроницаемостью.
5) Связь близости точек к пешеходным дорожкам Михайловского сада с их неблагоприятным структурным состоянием и небольшим уплотнением почв выявлена только для МС-5 и МС-23.1, расположенных в южной части парка. МС-4 наоборот имеет очень рыхлый и отлично структурированный поверхностный горизонт.
6) Для всех точек была определена высокая твердость почв с поверхности, что является ограничивающим фактором для роста корневых систем растений.
7) Рекреационная нагрузка, вытаптывание, строительные работы и прошлые этапы землепользования Михайловского сада повлияли на физические свойства почв. Основными неблагоприятными факторами являются высокая твердость почв, излишне высокая водопроницаемость с поверхности, неблагоприятное структурное состояние срединных горизонтов, повышенная плотность техногенных горизонтов.
Для рационального использования почвенно-растительных ресурсов Михайловского сада необходимы мелиоративные работы, улучшающие водный режим почв и исключающие сезонное переувлажнение. Повышение плодородия почв должно сопровождаться мероприятиями по улучшению структурного состояния. Для этого необходимы действия, направленные на поддержание дернового процесса - подбор газонных трав, устойчивых к твердости почв и образующих рыхлую дернину, внесение органического вещества, применение искусственных структурообразователей-полимеров. Также важно учитывать влажность почвы при ее механической обработке и в период зимнего промерзания.