Л. И. Сергиенко, Е. С. Брызгалина
Волжский гуманитарный институт (филиал) Волгоградского государственного университета
Волжский - город химии, машиностроения, металлургии и гидроэнергетики. Такое сочетание промышленности в городе с населением в 320 тыс. человек при существующих технологиях производства существенно сказывается на состоянии окружающей среды. Еще в 2004 г. Волжский вошел в перечень городов с наибольшим средним уровнем загрязнения атмосферного воздуха [7]. И в настоящее время продолжает оставаться в двадцатке самых неблагоприятных для жизни с точки зрения загрязнения атмосферного воздуха.
Ежегодно из-за выбросов промышленных предприятий фиксируются максимальные концентрации диоксида азота - 5 ПДК, формальдегида - 4 ПДК. Превышение более 5 ПДК регулярно отмечалось даже в селитебной зоне. Официальный мониторинг воздуха фиксирует частое превышение максимально допустимых концентраций оксида углерода (угарного газа), озона и других ингредиентов.
Для защиты жилой зоны от влияния промышленных выбросов в городе создана сеть санитарно-защитных зон (СЗЗ). Опыт проектирования и строительства СЗЗ в условиях сильной загазованности, полученный на базе комплексного решения задач планировочного, санитарно-гигиенического, эколого-лесоводственного порядка, свидетельствует не только о принципиальной возможности использования зеленых насаждений, но и о получении необходимой степени результативности при решении задач по оптимизации среды. Предварительное планирование функциональной нагрузки различных участков озеленения и определение диапазона возможной степени их влияния на состояние воздушного бассейна должно проводиться на основе анализа территорий, выделяемых под СЗЗ. В этой связи необходима оценка территорий СЗЗ с учетом лесорастительных и агропочвенных условий мест произрастания [9].
В 2009 году нами были выделены ключевые участки для определения водно-физических, агрохимических, агромелиоративных свойств почвы в санитарно-защитных зонах четырех наиболее проблемных с точки зрения влияния на окружающую среду промышленных предприятий: «Волжский оргсинтез», «Волжский абразивный завод», «Волжский трубный завод», «Волжский подшипниковый завод».
Исследования по агромелиоративному состоянию почвы проводили методом динамических площадок по К. П. Пак и Т. Т. Степанец. Динамические площадки состоят из пяти скважин, расположенных на одной линии с расстоянием 0,5 м, параллельные образцы по скважинам смешивались. Такая методика рекомендована для полевых опытов по мелиорации солонцов Почвенным институтом им. В. В. Докучаева. В каждой СЗЗ закладывалось по 4 динамические площадки на расстоянии 50, 100, 150 и 200 м от источника пром- выбросов.
Анализы почвы проводились по следующим методикам: объемная масса d буровым методом Качинского; удельная масса D пикнометрическим методом; порозность расчетным методом по формуле P = D—d * 100; водопроницаемость почв d
прибором Нестерова (ПВН); предельно-полевая (наименьшая) влагоемкость методом заливаемых площадок по Астапову; валовой гумус по И. В. Тюрину и М. М. Кононовой; усвояемый фосфор по Б. П. Мачигину; емкость поглощения по И. Н. Антипову-Каратаеву; поглощенный натрий методом пламенной фотометрии, микроэлементы и тяжелые металлы методом атомно-адсорбционной спектрофотометрии на приборе AAS-1.
Ключевой участок влияния промпредприятия «Волжский оргсинтез» расположен в подзоне светло-каштановых почв Волгоградского Заволжья, характерной особенностью которых является их комплексность со средне- и глубокостолбчатыми солонцами (20-40%). Гранулометрический состав почв тяжелосуглинистый, емкость поглощения невысокая (15...20 мг-экв/100 г почвы), в составе поглощенных оснований 3-15% составляет натрий. Засоление этих почв с поверхности хлорид- но-натриевое, с глубины 100 см - хлоридно-суль- фатное. Почвы слабо гумусированы (1,5-2,5 % гумуса), обеспеченность азотом и фосфором недостаточная, калием - высокая.
Для характеристики морфологического строения почв приводим описание почвенного разреза по генетическим горизонтам:
А1 (0-29 см) - сухой, коричневый с серым оттенком, тяжелосуглинистый, трещиноватость по всему горизонту, структура ореховато-призмати- ческая, мелкопористый, много корней, вскипание интенсивное, переход по плотности и окраске постепенный;
В1 (29-51 см) - увлажнен, коричневато-палевый, тяжелосуглинистый, очень плотный, структура ореховато-призматическая, отмечается трещиноватость, мелкопористый, много корней, вскипание интенсивное, переход по плотности и окраске постепенный;
В2 (51-78 см) - влажный, коричневый, тяжелосуглинистый, плотный, гумусовые затеки, структура призматически-комковатая, корни растений обильно, переход постепенный;
В2ВК (78-95 см) - влажный, темно-коричневый, имеются карбонатные конкреции, структура комковато-призматическая, мелкопористый, переход ясный;
ВК (95-116 см) - влажный, белесовато-палевый, тяжелосуглинистый с прожилками воднорастворимых солей, ореховато-призматический, крупнопористый, корни единичные, переход резкий;
В3 (116-146 см) - сырой, шоколадного цвета, уплотнен, пластинчато-плитчатый, глянец на структурных отдельностях, обильные железистомарганцевые конкреции, мелкопористый, корни единично, переход ясный;
В3С1 (146-156 см) - влажный, неоднородный по окраске - от темно-коричневого до палевого, уплотнен, пластинчато-плитчатый, переход заметный;
В3С2 (156-178 см) - влажный, неоднородный по окраске и по механическому составу (слои шоколадной глины чередуются с прослойками палевого суглинка), прожилки воднорастворимых солей, уплотнен, пластинчато-плитчатый, корни единичные, переход заметный;
С (178-300 см) - сырой, палево-желтый, уплотнен, комковатый, прожилки легкорастворимых солей в небольшом количестве, пористый, отмечаются вкрапления железа, корни единичные.
Водно-физические свойства почв района исследований близки к зональным для светло-каштановых почв, сформированных на хвалынских засоленных шоколадных глинах [1]. Коэффициент фильт - рации шоколадной глины составляет 0,03 м/сут, что создает определенные трудности в достижении естественного промывного эффекта.
Первопричиной, определяющей степень лесо- пригодности почв, является сухость климата, от которой зависит как глубина промачивания поч- вогрунта, так и общий запас продуктивной влаги в нем и засоленность. При этом там, где глубокие влагоемкие грунты являются более соленосными, а древесные насаждения пользуются влагой в основном верхних слоев почвогрунта, глубина залегания солевых горизонтов является определяющим фактором долговечности древесных насаждений. Это подтверждается исследованиями, проведенными в районе гослесополосы Саратов - Астрахань на территории Волгоградского Заволжья с засушливым климатом, солонцеватостью и засоленностью почвенного профиля, которые показали, что игнорирование степени солонцеватости, количественного и качественного состава солей, глубины залегания солевого горизонта в почве является одной из главных причин часто наблюдаемой недолговечности древесных насаждений [2].
Работами ВНИАЛМИ доказано, что одним из основных показателей лесопригодности почв для всех древесных пород является конкретная глубина залегания солевого горизонта (содержание воднорастворимых солей <0,6%): при глубине солевого горизонта до 1 м вяз погибает в возрасте 57 лет, на глубине 2 м - в 10-12 лет, а при незасо- ленности слоя почвогрунта 0-3 м - в 15 лет [3].
Эти данные необходимо учитывать при проектировании и создании СЗЗ в городах, расположенных на аридных почвах, природно засоленных и склонных к осолонцеванию.
Большое влияние на долговечность древесных насаждений оказывает солеустойчивость древесной породы, определяемая ее биологическими особенностями, возрастом и условиями среды обитания. Большинство деревьев и кустарников обладает слабой солеустойчивостью (тамариск, лох, вяз, акация белая, гледичия, тополь черный и др.).
Степень засоленности почвы обусловлена не только общим количеством минеральных солей, но и глубиной залегания солевого горизонта, мощностью солевого горизонта, типом химизма засоления, содержанием токсичных солей. Состав и концентрация солей в почвенном растворе определяет порог их токсичности, который для ионов СО32- составляет 0,001, НСО3- - 0,05, Cl- - 0,01, SO42- - 0,08%. Наиболее токсичны для растений карбонаты и хлориды, менее токсичны сульфаты [1].
Почвенное обследование динамических площадок в СЗЗ ОАО «Волжский оргсинтез» показало, что слой почвы 0-20 см был незасоленным на динамической площадке 3, слабозасоленным на площадках 1, 3 и 4. Причем, на площадке 1 слой почвы 40-60 см был сильно засолен, но уровень стабильного сильного засоления начинается с глубины 100 см, на остальных площадках уровень сильного засоления находится на глубине 80 см. В горизонте солевых максимумов преобладающими солями являются карбонаты кальция (белоглазка) и сульфаты кальция (друзы гипса). Легкорастворимые соли - сульфаты натрия, калия и магния, а также хлористые соединения этих металлов обнаруживаются по всему профилю, вплоть до материнской породы, что соответствует морфологическому описанию почвенного разреза.
В процессе естественного выщелачивания солей на природно засоленных почвах в первую очередь мигрируют наиболее растворимые соли. Менее растворимые сульфаты и карбонаты обычно отстают в темпах миграции от хлоридов натрия и кальция, что приводит к образованию конкреций в виде карбонатной плесени, мицелия, белоглазки, гипса и т.д. Кроме того, возникают обменные реакции между солями почвенного раствора и поглощающим комплексом почвы с вытеснением или поглощением обменного натрия и магния. Направленность этих процессов зависит от условий увлажнения, возделываемых культур, глубины залегания грунтовых вод и степени автоморфности почв.
В.А. Ковда вывел зависимость плодородия почвы от состава поглощающего комплекса (ППК) и щелочности водной вытяжки почвы, согласно которой почвы, содержащие обменного натрия в составе обменных катионов ППК 5% и pH 7,5-8,4 имеют плодородие 100%; 10-15% Na и pH 8,5-9,0 - 60-75 %; 25-30% Na и pH 9,5-10 - 0% [5].