Статья: Комплексный анализ почв и зеленых насаждений в парках Новой Москвы, образованных на месте бывших сельскохозяйственных территорий и леса

Изучение состояния почв. Для каждого парка в 9--10 точках проводили бурение почвенным буром для суглинистой почвы (Eijkelkamp, Нидерланды) до глубины 50 см (в отдельных точках--до 100 см) для описания профиля. В каждой точке методом конверта отбирался смешанный образец для определения физико-химических свойств почв рекреационных зон (рис. 2). В качестве фоновых объектов были изучены лесные и залежные участки, расположенные вблизи парков с соответствующей историей землепользования.

Анализ физико-химических свойств почвы. Плотность почвы была рассчитана весовым методом как масса единицы объема почвы, высушенной при 105 °С Guidelines for soil description // Food and agriculture organization of the United Nations. Rome, 2006. Режим доступа: https:// www.fao.org/3/a0541e/a0541e.pdf Дата обращения: 21.03.2022.. Кислотность водной суспензии 1: 2.5 (pH_H2O) определяли с помощью pH-метра («Эконикс», Москва, Россия) по ГОСТ 26423--85. Валовое содержание тяжелых металлов определяли с использованием портативного рентген-флуоресцентного анализатора (РФА) Vanta С (Olympus, США)--метод, основанный на регистрации и последующем анализе спектра, полученного при облучении исследуемого образца рентгеновским излучением [42]. Для каждого образца измерения производили в трех повторностях, время экспозиции -- 120 секунд.

Рис. 2 Схема отбора почвенных проб в структуре рекреационных зон: парк 3-го микрорайона Московского (А); парк Южное Бутово (Б); Троицкая роща (В); парк «Сосны» (Г)

Для оценки комплексного загрязнения почвы тяжелыми металлами рассчитывали суммарный индекс загрязнения почвы Zc по формуле

где n--число определяемых суммируемых веществ; Kci--коэффициент концентрации йго компонента загрязнения.

Данные по результатам анализа свойств почв и состояния деревьев обрабатывались с использованием инструментов описательной статистки. Значимость различия показателей между парками проверяли с использованием однофакторного дисперсионного анализа, а различия для парков с разной историей землепользования определялись по t-критерию Стьюдента для независимых групп. Зависимость между свойствами почв и параметрами состояния зеленых насаждения изучали с использованием регрессионного анализа. Статистическую обработку и анализ данных проводили с использованием программного обеспечения Statistica 8.0 [43].

Результаты исследования и обсуждение

Состояние древесных насаждений. Парки с различной историей землепользования заметно отличались как по видовому разнообразию, так и по состоянию зеленых насаждений. Для лесопарка «Троицкая роща» показано наиболее высокое разнообразие -- 21 вид древесных растений в сравнении с 11--13 для других парков. Древесные насаждения лесопарков похожи по видовому составу, преобладающая порода в них -- клен платановидный (Acer platanoides), который растет во втором ярусе. В парке «Сосны» доминирующей породой является Ель обыкновенная (Picea abies), а в парке «Южное Бутово» -- Ива ломкая (Salix fragilis).

При том что общая площадь древесных насаждений и их видовое разнообразие было выше в лесопарках, состояние зеленых насаждений было лучше в парках, созданных на месте залежей. Так наиболее ослаблены были деревья в Троицкой роще; средний балл в парке 3-го микрорайона Московского также был выше, чем в парках «Сосны» и «Южное Бутово» (рис. 3).

Рис. 3 Распределение древесных насаждений по баллу состояния

Средний балл для пробных площадок внутри парков варьировал от 1,0 до 2,3 в Соснах, от 1,0 до 2,2 в Южном Бутово, от 1,3 до 2,1 в парке 3-го микрорайона Московского и от 1,5 до 2,4 в Троицкой роще, что подтверждает выявленную закономерность. Как правило, внутренняя неоднородность состояния зеленых насаждений объясняется зонированием парка и степенью антропогенной нагрузки. Так, самые низкие значения характерны для участков, расположенных близко к дороге (площадка № 10, парк «Южное Бутово») или парковке (площадка № 5, парк 3-го микрорайона Московского) (табл. 2).

Таблица 2

Состояние древесной растительности на площадках

По-видимому, лучшее состояние деревьев в парках, созданных на месте залежей, в сравнении с лесопарками объясняется как меньшей сомкнутостью и конкуренций за ресурсы, так и качеством посадочного материала [44]. Косвенно это подтверждается анализом возрастного состава деревьев. Например, в парке «Южное Бутово» преобладают молодые генеративные растения, а имматурные растения в пределах изученных территорий отсутствуют (рис. 4), поскольку для задач озеленения и благоустройства новых рекреационных зон используют посадочный материал, соответствующий виргинильному или молодому генеративному возрастным состояниям [45]. В лесопарках возрастные категории более выравнены, так как посадки имеют единичный характер, а естественная растительность представляет все этапы естественного жизненного цикла [46]. Для парка «Сосны» показан необычно высокий процент старых генеративных растений. Предположительно, это связано с тем, что часть парка прилегает к старому лесному массиву, деревья которого были включены в отдельные экспериментальные площадки (рис. 4).

Рис. 4 Распределение деревьев по возрастным группам

Анализ свойств почв. Результаты полевого описания почв парков также позволяют выделить характерные признаки, отличающиеся в зависимости от истории землепользования. В лесопарках преобладают естественные дерново-слабо и среднеподзолистые почвы, иногда с признаками оглеения в нижних горизонтах. Признаки антропогенного воздействия заметны только в верхних горизонтах -- для них характерны изменение окраски на более темную, появление включений кирпича, стекла, угля, строительного и бытового мусора. Наиболее заметно антропогенное воздействие проявляется на участках, где для создания газонов формировался насыпной горизонт RAT [47, 21], однако таких участков в лесопарках практически не встречается. В парках, созданных на месте залежей, наоборот, газоны занимают значительную часть площади (до 80 %). Кроме формирования одного или нескольких насыпных горизонтов в профиле почв можно отметить и характерные признаки агрогенных изменений, таких как ровная граница старопахотного горизонта. Подстилающие иллювиальные горизонты в меньшей степени подвержены воздействию землепользования [48], и несмотря на высокую неоднородность по цвету, гранулометрическому составу и наличию включений, характерных отличий между парками на месте залежей и лесопарками для них выявлено не было.

По химическим свойствам отличия почв парков с разной историей землепользования были еще более заметны. Реакция среды в почвах парков, образованных на месте залежей, была в среднем на 0,5...0,7 выше, чем для парков, образованных не месте леса. Общее увеличение pH_H2O от фоновой лесной территории к парку «Южное Бутово» (рис. 5А) иллюстрирует известную закономерность подщелачивания городских почв, показанную в т.ч. для почв Новой Москвы [32] и связанную с регулярным поступлением известь-содержащей пыли от строительства и транспорта [20, 49]. Другой причиной повышения pH_H2O может быть мелиорация и известкование почв сельскохозяйственного назначения, неоднократно проводившиеся на территории современного ТиНАО [50, 51]. Содержание С_орг также было значимо (t-критерий, p < 0,05) выше для парков на месте залежей. В данном случае основным фактором, по-видимому, является привнос органических субстратов при создании газонов и проведении других работ по озеленению и благоустройству [52, 53], так как фоновые почвы залежей содержали меньше С_орг в сравнении с лесными почвами (рис. 5Б). При этом в результате работ по озеленению и благоустройству заметно увеличивалась и пространственная неоднородность содержания С_орг--коэффициент вариации (CV%) в парке «Южное Бутово» достигал 80 %, в то время как для фоновых территорий от не превышал 10 %. Высокая пространственная неоднородность -- одна из типичных характеристик городских почв, связанная с различным (частно, контрастным) типом функционального использования и антропогенной нагрузкой [54, 55]. Плотность почв не превышала 1,0 г-см^-3 с минимальными значениями 0,8± 0,1 для парка 3-го микрорайона и фонового лесного участка. Таким образом, создание рекреационных зон привело к смещению реакции среды в сторону нейтральной и увеличению содержания органического углерода, что соответствует результатам исследований почв реконструированных парков в Москве [27] и Сеуле [34], Люблине [56] и Тель-Авиве [57]. При этом для более измененных и благоустроенных парков не месте залежи выявленное воздействие проявлялось в большей степени.

Рис. 5 Свойства почв парков в сравнении с лесом и залежью

Загрязнение почв тяжелыми металлами--одна из наиболее распространенных проблем городской экологии [58--60]. Как правило, рекреационные зоны в меньшей степени подвержены загрязнению, чем промышленные или селитебные зоны, но и для них концентрации тяжелых металлов могут превышать нормативные значения, как это, например, было показано для некоторых парков Пекина [61], Белграда [62], Нью-Йорка [63] и Москвы [22]. В изученных парках Новой Москвы отмечены отдельные превышения ориентировочно допустимых концентраций (ОДК) по никелю, цинку, мышьяку и кадмию. В парке «Сосны» для половины точек показаны превышения по всем четырем металлам, в парке «Южное Бутово» -- содержание мышьяка и кадмия превышали ОДК в 80 % случаев. Повышенное содержание тяжелых металлов выявлено и в парках, образованных на месте леса, но, как правило, незначительное. Для фоновых залежных и лесных участков превышение зафиксировано только в 10 % случаев. По интегральному показателю загрязнения Z_c фоновые почвы относятся к низкому уровню загрязнения (Z_c <12), а парки--к среднему и высокому. Загрязнение почв Новой Москвы тяжелыми металлами ранее отмечалось в отдельных публикациях [64, 65], однако полученные высокие значения для кадмия и мышьяка могут также быть связаны с методом исследования, основанным на применении портативного рентген-флу- оресцентного анализатора. Данный метод считается полуколичественным и в зависимости от условий измерения (влажность почвы, содержание органического вещества, гомогенизация образца) абсолютные значения могут как занижаться, так и завышаться [66--68].

Заключение

Рекреационные зоны играют определяющую роль в устойчивом развитии современных городов. Зеленые насаждения и почвы рекреационных зон обеспечивают важные экосистемные услуги, направленные на формирование экологически устойчивой и комфортной среды. Анализ состояния зеленых насаждений и почв парков Новой Москвы--наиболее «зеленого», но стремительно урбанизируемого округа Московского мегаполиса,--показал разные пути развития рекреационных зон в зависимости от истории землепользования. Лесопарки, сформированные на месте бывших лесных угодий, отличались более высоким видовым разнообразием, но худшим состоянием древесных насаждений в сравнении с более благоустроенными парками, созданными на месте залежей. Почвы лесопарков более кислые и содержат меньше органического вещества, при этом в меньшей степени загрязнены тяжелыми металлами. Таким образом, более высокий уровень благоустройства парков на месте залежных земель скорее способствует созданию новых урбанизированных экосистем, в то время как реорганизация лесов в лесопарки позволяет частично сохранить естественные экосистемы, устойчивость которых выше. По-видимому, поиск компромисса между интенсивным благоустройством и сохранением природного каркаса и станет основным вызовом, который определит внешний облик и экологическое состояние зеленых насаждений и почв Новой Москвы.

Библиографический список/ References

1. Klimanova OA, Kolbovsky EY, Illarionova OA. The ecological framework of Russian major cities: spatial structure, territorial planning and main problems of development. Vestnik of Saint Petersburg university. Earth sciences. 2018; 63(2):127--146. (In Russ.). doi: 10.21638/11701/spbu07.2018.201

Климанова О.А., Колбовский Е.Ю., Илларионова О.А. Экологический каркас крупнейших городов Российской Федерации: современная структура, территориальное планирование и проблемы развития // Вестник Санкт-Петербургского университета. Науки о Земле. 2018. № 63 (2). C. 127--146. doi: 10.21638/11701/spbu07.2018.201

2. Andersson E, Barthel S, Borgstro S, Colding J, Elmqvist T, Folke C, et al. Reconnecting cities to the biosphere: Stewardship of green infrastructure and urban ecosystem services. AMBIO. 2014; 43(4):445--453. doi: 10.1007/s13280-014-0506-y

3. Liu OY, Russo A. Assessing the contribution of urban green spaces in green infrastructure strategy planning for urban ecosystem conditions and services. Sustainable Cities and Society. 2021; 68:102772. doi:10.1016/j.scs.2021.102772

4. Manuel B, Mendez-Fernandez L, Pena L, Ametzaga-Arregi I. A new indicator of the effectiveness of urban green infrastructure based on ecosystem services assessment. Basic and Applied Ecology. 2021; 53:12--25. doi: 10.1016/j.baae.2021.02.012

5. Zhang S, Munoz Ramuez F. Assessing and mapping ecosystem services to support urban green infrastructure: The case of Barcelona, Spain. Cities. 2019; 92:59--70. doi: 10.1016/j.cities.2019.03.016

6. Bush J, Ashley G, Foster B, Hall G. Integrating green infrastructure into urban planning: Developing Melbourne's green factor tool. Urban Planning. 2021; 6(1):20--31. doi: 10.17645/up.v6i1.3515

7. Davies C, Lafortezza R. Urban green infrastructure in Europe: Is greenspace planning and policy compliant? Land Use Policy. 2017; 69:93--101. doi: 10.1016/j.landusepol.2017.08.018

8. Bell S, Montarzino A, Travlou P. Mapping research priorities for green and public urban space in the UK. Urban Forestry and Urban Greening. 2007; 6(2):103--115. doi: 10.1016/j.ufug.2007.03.005

9. Klimanova OA, Illarionova OI. Green infrastructure indicators for urban planning: Applying the integrated approach for russian largest cities. Geography, Environment, Sustainability. 2020; 13(1)251--259. doi: 10.24057/2071-9388-2019-123

10. Klimanova O, Kolbowsky E, Illarionova O. Impacts of urbanization on green infrastructure ecosystem services: the case study of post-soviet Moscow. Belgeo. 2018; (4). doi: 10.4000/belgeo.30889

12. Tratalos J, Fuller R, Warren P, Davies R, Gaston K. Urban form, biodiversity potential and ecosystem services. Landscape and Urban Planning. 2007; 83(4):308--317. doi: 10.1016/j.landurbplan.2007.05.003

13. Dye C. Health and urban living. Science. 2008; 319(5864):766--769. doi: 10.1126/science.1150198

14. Pytel S, Sitek S, Chmielewska M, Zuzanska-Zysko E, Runge A, Markiewicz-Patkowska J. Transformation directions of brownfields: The case of the gornosl^sko-zagi§biowska metropolis. Sustainability (Switzerland). 2021; 13(4)2075. doi: 10.3390/su13042075

15. Rodina E, Filatov V, Zaitseva N, Larionova A, Makarova L, Berezniakovskii V, et al. Revitalization of depressed industrial areas based on ecological industrial parks. Eurasian Journal of Analytical Chemistry. 2018; 13(1): em88.

16. Artuso A, Cossu E, He L, She Q. Rehabilitation of landfills. New functions and new shapes for the landfill of Guiyang, China. Detritus. 2020; 11:57--67. doi: 10.31025/2611-4135/2020.13971

17. Diugonski A, Dushkova D. The hidden potential of informal urban greenspace: An example of two former landfills in post-socialist cities (Central Poland). Sustainability (Switzerland). 2021;13(7):3691. doi: 10.3390/ su13073691

18. Bae J, Ryu Y. Land use and land cover changes explain spatial and temporal variations of the soil organic carbon stocks in a constructed urban park. Landscape and Urban Planning. 2015; 136:57--67. doi: 10.1016/j. landurbplan.2014.11.015

19. Kuznetsov VA, Ryzhova IM, Stoma GV. Transformation of forest ecosystems in Moscow megapolis under recreational impacts. Eurasian Soil Science. 2019; (5):633--642. (In Russ.). doi:10.1134/S 0032180X1905006X