Прошлый век ознаменовался для человечества значительной демографической революцией и быстрым развитием городской среды. Сейчас более 50% всего мирового населения живет в городах. Такие решительные изменения не могут не вызывать ухудшения состояния окружающей среды в городских районах. Как следствие, во многих развитых странах остро стоит вопрос, касающийся политики «возвращения природы» в уже существующие города и сохранения природы в будущих урбанизированных районах, что, в свою очередь, требует лучшего понимания экологии городской среды. В частности, существует необходимость в более глубоких знаниях по работе с городскими почвами, выполняющими важнейшие экологические функции и во многом определяющими состояние городской экосистемы.
Фото: Из архива лаборатории
Фото: Из архива лаборатории
Фото: Из архива лаборатории
Фото: Из архива лаборатории
Фото: Из архива лаборатории
Многим еще из школьного курса по биологии известно, что почва — ключевое звено всех биологических процессов. Она служит домом для миллионов живых организмов, преобразовывает и утилизирует отходы жизнедеятельности растений и животных, а биоразнообразие организмов в значительной степени определяется разнообразием почв. В почве одновременно находятся вода, воздух, твердые вещества, элементы минерального и органического питания животных, растений и микроорганизмов. Важная роль почвы также определяется ее экологическими функциями, среди которых хранение и оборот углерода, фильтрация воды, аккумуляция важных для растений химических элементов (азот, фосфор, калий) и многое другое.
В условиях города экологические функции почвы играют такую же существенную роль, обеспечивая произрастание травы, деревьев и других растений, поглощая загрязняющие вещества и способствуя поддержанию чистого воздуха.
Однако при нарастающем антропогенном воздействии — строительстве новых жилых комплексов и районов, предприятий и дорог — природные ландшафты неизбежно подвергаются негативному влиянию и часто перестают функционировать, как прежде. Едва ли не первой удар последствий городского расширения принимает на себя почва.
Главным образом урбанизация воздействует на почвы за счет физического и химического загрязнения и захламления, а также механического воздействия на структуру почвы, что часто приводит к ее переуплотнению. К примеру, в процессе строительства происходит снятие и перемещение почвенного слоя, что приводит к нарушению структуры почвы и потере важных химических элементов. Постройка жилых комплексов, дорог и других сооружений, а также асфальтирование территорий приводит к запечатыванию почвы, нарушая ее водный баланс, дыхательную способность и функцию регуляции температуры воздуха, что создает эффект «теплового острова», то есть повышает среднюю температуру местности. В Москве, например, действует закон об охране и рациональном использовании городских почв, который в том числе устанавливает минимальный размер территорий с незапечатанными, то есть открытыми, почвами (закон г. Москвы от 4 июля 2007 года №31 «О городских почвах»). Тем не менее законодательное регулирование не может охватить и предотвратить многие негативные для почв последствия.
Вопрос землепользования новых неосвоенных территорий, застраиваемых под будущие города или отведенных для расширения уже существующих мегаполисов, вызывает особый интерес у почвоведов, климатологов и других ученых. Дело в том, что трансформации, которые переживают эти территории, и их почвенная жизнеспособность во многом определяют их будущую урбоэкосистему и качество жизни местных жителей.
Проект «Новая Москва» по расширению столичных территорий, который был запущен летом 2012 года, является ярким примером урбанизации близлежащих неосвоенных земель, среди которых преобладали пашни, пастбища и лесные массивы. За последние восемь лет территория Новой Москвы, составляющая более 1500 кв. км, подверглась существенному изменению в ее землепользовании. Если в начале 1980-х годов пахотные земли и естественные пастбища занимали более 30% территории современной Новой Москвы, то вследствие городского расширения эти земли потеряли 18% и 87% соответственно. Что касается лесных районов, то они были затронуты урбанизацией в меньшем масштабе: 71 кв. км (9%) лесов подверглись вырубке в результате застройки. Так, городские районы Новой Москвы, занимавшие в 1981 году только 4%, увеличились к 2018 году более чем в три раза (с 63 кв. км до 193 кв. км). Такие масштабные трансформации стали основным фактором антропогенной нагрузки на местные почвы и повлекли за собой ряд негативных последствий.
Одними из первых на эту проблему обратили внимание ученые из лаборатории РУДН «Смарт технологии устойчивого развития городских экосистем в условиях глобальных изменений». Целью их исследования стали анализ и моделирование влияния урбанизации на экологические функции почв Новой Москвы. Сама работа над изучением местных почв началась в 2016 году и проходила в несколько этапов. Первым делом исследователи провели оцифровку карт местности 1981 и 2016 годов, чтобы установить, какой тип территорий больше всего подвергся застройке. В дальнейшем исследование основывалось на сравнении 11 неурбанизированных и 11 урбанизированных участков нынешних и бывших лесных, пастбищных и пахотных почв. Например, городской газон, переоборудованный из естественного пастбища, сравнивали с прилегающим естественным пастбищем с аналогичным литологическим составом. В каждом из исследуемых участков были взяты пробы верхнего (0–10 см) и подпочвенного (10–30 см) слоев почвы. Далее ученые сравнивали свойства микробной биомассы почвы: уровень углерода и дыхания почвы, ее химические (кислотность, уровень углерода и азота) и физические (объемная плотность и текстура) свойства.
Как показало исследование, урбанизированные почвы подверглись серьезным физико-химическим изменениям, которые затронули как верхние слои почвы, так и ее недра. Например, было отмечено снижение содержания углерода и азота, повышение уровня кислотности, а также уплотнение почвы, что привело к сильному стрессу микробного сообщества или вовсе его уничтожению. Но несмотря на то что преобразование лесных и естественных пастбищных почв показало в целом негативный эффект, трансформация пахотных земель в городские газоны привела к значительному увеличению микробной активности почвы. Это объясняется тем, что почва искусственно сформированных газонов получает регулярный уход за счет ее орошения, внесения удобрений, органических веществ и компостов.
В целом, как показало исследование, основной территорией для застройки Новой Москвы послужили пашни. Данный выбор обоснован тем, что таким образом можно было сохранить больше лесов, а также освоение пашен требовало меньших ресурсных затрат. Тем не менее незначительная часть лесных массивов все же была вырублена под постройку дорог и проведение линий электропередачи.
Данное исследование стало первым шагом в изучении всей урбоэкосистемы Новой Москвы. Как отмечает София Демина, одна из руководителей исследования и победитель конкурса на лучшие проекты фундаментальных научных исследований, выполняемых молодыми учеными, обучающимися в аспирантуре, Российского фонда фундаментальных исследований, «проекты, подобные "Новой Москве",— редкий случай такого масштабного расширения столичных мегаполисов, который дает возможность ученым в режиме реального времени изучать особенности глобальных экосистемных трансформаций конкретных территорий». Полученные результаты дают старт будущим более подробным исследованиям, которые в перспективе могут привести к созданию официальных рекомендаций для использования и сохранения новых урбанизированных почв, зеленых насаждений и других важных для городской экологии природных объектов.
На данный момент лаборатория «Смарт технологии устойчивого развития городских экосистем в условиях глобальных изменений» продолжает и расширяет исследовательскую работу, выбрав следующим объектом изучения древесную растительность парков Новой Москвы, преобразованных из бывших пашен или лесопарковых территорий. В перспективе планируется проведение социологических опросов среди посетителей данных территорий. По мнению ученых РУДН, изучение экосистемы новых городских районов требует комплексного и междисциплинарного подхода, сотрудничества почвоведов, биологов, экологов, ландшафтных архитекторов и многих других специалистов.
Что же касается горожан, то их участие в поддержании здоровой городской среды не должно оставаться в стороне. Наши сегодняшние реалии требуют от каждого жителя повышенной осознанности и неравнодушия к его собственному району и двору. Развитие нашей экологической грамотности, поддержание чистоты в парках и лесах и даже выгул собак только в положенных местах не должны восприниматься как навязанные сверху правила, а должны стать нашим образом жизни. Ведь со школьного курса по биологии нам также известно, что почва — невозобновляемый ресурс.