Каждая полноразвитая почва характеризуется типичным для этой почвы структурным сложением, которое сформировалось в определенных экологических условиях генезиса ландшафтов и почв как их компонент. В природе не существуют бесструктурные почвы, разве что только среди песков [6]. В жилых районах городов на формирование структуры поверхностных слоев почв действуют климатические и биогенные факторы, а также разные виды деятельности человека, включая смену почвогрунтов при планировке поверхности и строительстве, уплотнение из-за вытаптывания, загрязнение механического и химического характера и др.
В ранее проведенных исследованиях экологическое состояние почв жилых районов г. Перми тестировали проростками кресс-салата, высота и масса которого коррелировали с агрохимическими и биохимическими свойствами [2]. В этой оценке почв неучтенным фактором оказалось влияние на растения структурного и гранулометрического состава почв.
Материалы и методы исследований
В жилом районе города Перми было отобрано 30 проб из поверхностных слоев (0–12 см) урбаноземов и реплантоземов. Органолептическим методом было установлено, что третья часть этих городских почв имела песчано-супесчаный гранулометрический состав, остальные были суглинистыми: от легкого до тяжелосуглинистого состава. Крупные фракции (более 10 мм) были удалены путем просеивания. Содержание фракций размером 10–3, 3–1, 1–0,5 0,5–,25 мм определено методом сухого просеивания – на приборе «Вибропривод – ВП 30Т». Поскольку кресс-салат отрицательно реагирует на почвенную кислотность [2], в почвах установили реакцию почвенной среды на рН-метре.
На почвенных пробах в течение 7 дней выращивали кресс-салат, у которого определены масса и высота в 30-кратной повторности.
Результаты и их обсуждение
Поверхностные слои урбаноземов и реплантоземов имели преимущественно нейтральную реакцию почвенного раствора (рис. 1). Достоверной связи между рН и состоянием кресс-салата не было обнаружено.
Рис. 1. Величина рН в поверхностных слоях урбаноземов и реплантоземов
В почвах с зернистой и комковатой структурой резко сокращается расход влаги на непродуктивное испарение, повышается устойчивость к водной эрозии и дефляции. создаются условия для прорастания семян, роста и развития растений [1]. С агрономической точки зрения структурной почвой называется лишь та, в которой преобладают агрегаты размером от 0,25 до 7(10) мм, а агрегаты более мелкие (пыль) либо более крупные отсутствуют или составляют ничтожную примесь; все другие почвы, как пылеватые, так и глыбистые или массивные, будут характеризоваться как бесструктурные [6].
Преобладающими видами структурных элементов в поверхностных слоях урбаноземов и реплантоземов г. Перми были комковато-пылеватые структуры. Кроме того, встречались почвы с преобладанием зернистых элементов. Почвы супесчано-песчаного состава были бесструктурными. В среднем в почвах преобладали структурные элементы размером 10–3 мм и 3–1 мм; остальные фракции встречались приблизительно в равной степени (рис. 2). Малоценные пылеватые агрегаты размером менее 0,25 мм составляли в среднем 17% от веса всех фракций. Однако структура легких почв существенно отличалась от средних величин. В песчано-супесчаных урбаноземах и реплантоземах большую долю составляла фракция 1–0,5 мм, которая включала крупный песок.
А
Б
Рис. 2. Соотношение фракций структурных элементов: А – среднее для почв, Б – в реплантоземе супесчаном; 1 – фракции размером 10-3 мм, 2 – 3–1 мм, 3 – 1–0,5 мм, 4 – 0,5–0,25 мм, 5 — < 0,25 мм
Высота тест-культуры варьировала в средней степени (рис. 3), коэффициент вариации около 15%. Средняя высота кресс-салата, выращенного на пробе из песчаного бесструктурного урбанозема, была в 3 раза ниже, чем на пробе из урбанозема суглинистого, имеющего комковатую структуру.
Рис. 2. Высота кресс-салата, выращенного на пробах из урбаноземов и реплантоземов
Средняя масса одного растения, выращенного на пробах из урбаноземов и реплантоземов, варьировала значительно (рис. 3), коэффициент вариации около 24%. Масса кресс-салата, выращенного на бесструктурном песчаном урбаноземе, была в несколько раз ниже, чем растений, выращенных на пробе легкосуглинистого комковатого реплантозема.
Рис. 3. Масса одного растения кресс-салата, выращенного на пробах из урбаноземов и реплантоземов
Корреляционный анализ показал, что высота растений не зависела от содержания фракций структурных элементов разного размера (табл. 1). На среднюю массу одного растения отрицательно влияла фракция 1–0,5 мм. Известно, что песчаная фракция гранулометрического состава крайне бедна питательными элементами, поэтому на урбаноземах и реплантоземах с высоким содержанием крупного песка тест-культура росла хуже. Некоторое положительное воздействие на среднюю массу одного растения оказали элементы размером 0,5–0,25 мм.
Таблица 1
Коэффициенты корреляции между состоянием растений и содержанием фракций структурных элементов
|
Состояние растений |
Размеры фракций структурных элементов |
||||
|
10–3 мм |
3–1 мм |
1–0,5 мм |
0,5–0,25 мм |
< 0,25 мм |
|
|
Масса одного растения |
–0,08 |
0,08 |
–0,68 |
0,38 |
0,03 |
|
Высота |
–0,17 |
–0,12 |
–0,15 |
0,12 |
0,02 |
Примечание. Полужирным выделены достоверные коэффициенты корреляции
Согласно полученному уравнению регрессии при относительном содержании фракции 1–0,5 мм около 10% средняя масса одного растения составляла 0,130 г, а при увеличении доли фракции до 40% средняя масса растений снизилась до 0,077 г.
Рис. 4. Зависимость массы одного растения от содержания структурных элементов размером 1–0,5 мм: у = 0,14 – 0,0016*х; R = –0,68; F = 23; Р = 0,0005
Содержание структурных элементов размером 1–0,5 мм, которые отрицательно повлияли на массу тест-культуры, в поверхностных слоях урбаноземов и реплантоземов изменялось в высокой степени (рис. 4), коэффициент вариации составлял более 50%.
Рис. 5. Содержание фракции структурных агрегатов размером 1–0,5 мм в поверхностных слоях урбаноземов и реплантоземов, %
Заключение
Таким образом, фитотестирование поверхностных слоев урбаноземов и реплантоземов жилого района г. Перми путем выращивания кресс-салата показало, что высота и масса растений зависят от структурного и гранулометрического состава. Отрицательное влияние на растения оказала беструктурность почв при высоком содержании крупного песка. Данная реакция растений указывает на негативные последствия «опесчанивания» городских почв.
Рецензенты:
Зиновьев Е.А., д.б.н., профессор кафедры зоологии позвоночных и экологии, Министерство образования и науки Российской Федерации ФГБОУ ВПО «Пермский государственный национальный исследовательский университет», г. Пермь;
Боронникова С.В., д.б.н., профессор, заведующая кафедрой ботаники и генетики растений, Министерство образования и науки Российской Федерации ФГБОУ ВПО «Пермский государственный национальный исследовательский университет», г. Пермь.