МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ
российской федерации
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сывтывкарский государственный университет»
кафедра экологии
ФАКУЛЬТЕТ ВЕЧЕРНЕГО И ЗАОЧНОГО ОБУЧЕНИЯ
Курсовая работа
Тема: Урбоэкология
г. Сывтывкар 2013 г.
ВВЕДЕНИЕ
В общем процессе антропогенного преобразования почвенного покрова Земли на разных уровнях его организации все более важное значение приобретает урбанизация. Городские территории представляют особый уникальный тип природно-технических геосистем, в пределах которых как в фокусе сконцентрировано максимальное разнообразие видов взаимодействий человека и почвы. В практике проведения экологических исследований городских территорий вопрос о роли почв в городских экосистемах в значительной степени игнорируется, и многие специфические проблемы «городского почвообразования» остаются недостаточно изученными. Городские почвы рассматриваются в основном либо с эколого-геохимических позиций как депонирующая среда, аккумулирующая техногенные загрязнения за многолетний период, что позволяет оценить степень загрязнения территории города, либо с инженерно-геологической точки зрения (почва-грунт) как основание зданий, сооружений и коммуникаций. Слабо разработаны вопросы изучения их генезиса и эволюции в условиях городской среды, свойств, экологических функций; отсутствуют общепринятые систематика городских почв и методика их картографирования, учета, экологической и ресурсно-экономической оценки.
Существующая в настоящее время система контроля качественного состояния городских почв (в основном поверхностного их слоя), осуществляемая службами архитектуры и градостроительства, землеустройства, санэпиднадзора и ряда других ведомств, не позволяет эффективно отслеживать и оценивать негативные изменения в почвах, существенно влияющие на жизнь и хозяйственную деятельность человека. Практики градоэкологии часто разобщены и слабо взаимодействуют с представителями фундаментальных наук -почвоведами, географами, биологами, химиками, медиками, изучающими отдельные аспекты экологического состояния городских почв.
Следует отметить, что в последнее десятилетие в отечественном почвоведении произошло осознание того, что городские почвы по своей пространственно-временной организации и структурно-функциональной роли в урбогеосистеме представляют собой принципиально новый объект исследования, требующий применения новых методологических подходов к их изучению. Хотя городские почвы слабо подходят под классическое докучаевское определение почвы как особого естественноисторического тела природы, тем не менее они остаются поверхностной многофазной биокосной системой, выполняющей, по мнению академика РАН Г.В. Добровольского, роль базовой составляющей урбогеосистемы, которая осуществляет ряд важнейших экологических функций и в значительной степени определяет формирование условий жизни человека в городе.
Таким образом, представления об экологической полифункциональности городских почв значительно расширяют круг исследовательских задач, обусловливая необходимость более глубокого, чем это было принято ранее, изучения процессов формирования их качественного состояния, количественных параметров этих процессов и их пространственно-временной изменчпности. Преодоление противоречия между очевидной значимостью почв в функционировании урбогеосистемы и недостаточностью информационного обеспечения для их объективной, научно обоснованной экологической оценки составило основное содержание настоящей книги. Особую актуальность комплекс указанных проблем имеет для г. Сывтывкара, являющегося крупным промышленным центром Республики Коми с весьма напряженной экологической обстановкой.
В книге авторы попытались по возможности более полно и комплексно рассмотреть широкий круг проблем по изучению специфических закономерностей трансформации почв и почвенного покрова крупного промышленного города и оценить их современное состояние с учетом многопланового и многоцелевого использования. При этом почвы города рассматриваются как единая природнотехногенная система (урбопедосистема), включающая в различной степени, измененные естественные почвы, а также искусственно созданные поверхностные почвоподобные образования, функционирующие в условиях городских экосистем.
Несомненно, изучение сложных процессов трансформации почв в городских условиях и оценка их экологического состояния требуют специально организованной системы на основе использования всего арсенала традиционных методов почвоведения, а также конструктивных подходов других отраслей знаний градостроительства, ландшафтной экологии, медицинской географии, геохимии ландшафтов и др. Учитывая ярко выраженный междисциплинарный характер проблемы, авторы попытались использовать интеграционный потенциал этих наук не только для упорядочения имеющейся фактической информации, но и для теоретического обоснования и методической проработки новых подходов к решению некоторых актуальных и дискуссионных вопросов почвенно-экологического анализа городских территорий, в частности классификации городских почв и их картографировании. Четко осознавая всю сложность указанных задач, авторы рассматривают предлагаемые методические подходы к их решению как предварительный этап работы, требующий всестороннего обсуждения и направленный на создание научных основ организации почвенно-экологического мониторинга городских земель в системе комплексной геоэкологической оценки городских территорий. Выделенная в процессе исследований серия ключевых участков городской территории с реперными почвенными разрезами может быть включена в систему почвенных эталонов для Красной книги почв Сывтывкарской области и РФ в целях проведения мониторинговых исследований и разработки регламентации режимов землепользования и мер по охране и оптимизации экологического состояния почвенных ресурсов города.
Основу настоящей монографии составили результаты многолетних совместных исследований почвенного покрова урбанизированных территорий Сывтывкарской области, проводимых лабораторией агроэкологии и мониторинга почв Института степи УрО РАН в сотрудничестве с кафедрой физической географии и ботаники Сывтывкарского госпедуниверситета, лабораторией природных микробиоценозов Института клеточного и внутриклеточного симбиоза УрОРАН, Комитетом по охране окружающей среды и природных
ресурсов Сывтывкарской области, Управлением землепользования и развития пригородного хозяйства администрации г. Сывтывкара в рамках различных целевых программ и хоздоговорных тем. В качестве дополнительной информационной базы в работе использованы материалы (описания почвенных разрезов и аналитические данные), полученные в ходе изучения опубликованной литературы, фондовых и архивных источников, отраслевых (тематических) и топографических карт различного масштаба городских и пригородных территорий.
Авторы выражают глубокую благодарность директору Агрохимцентра «Сывтывкарский» канд. с.-х. наук И.А. Батурину и заведующему лабораторией ВНИИМС канд. биол. наук Г.Б. Родионовой за помощь, оказанную при проведении химических анализов почв и растительности. Мы признательны также рецензентам проф. докт. биол. наук А.М. Русанову и проф. докт. географ, наук Ю.М. Нестеренко за ценные замечания и пожелания по улучшению качества книги.
II. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИЗУЧЕНИЯ ПОЧВ В УСЛОВИЯХ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ
1. КРАТКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ И СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВЕННО-ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ
Городские почвы как один из фрагментов современной педосферы Земли во многих отношениях представляют собой специфический объект научного исследования. В зависимости от практических задач отдельные аспекты их изучения рассматривались представителями разных научных направлений.
Первые достаточно достоверные сведения о почвах в пределах городских территорий мы находим в работах основоположников гигиенической науки второй половины XIX в.: в России Ф.Ф. Эрисмана, А.П. Доброславина, В. Португалова и их многочисленных учеников и последователей; за рубежом - М. Петтенкофера, К. Флюгге (Германия), Дж. Саймона, Э. Паркса (Англия) и др. В процессе проведения ими комплексных «медико-топографических» (в современном понимании — медико-географических или санитарно-гигиенических) исследований городских поселений они впервые выделили в качестве особого направления работ изучение санитарного состояния городских почв как важнейшего экологического фактора городской среды.
Ярким образцом подобных исследований является работа М.М. Кенигсберга «Опыт медико-топографического исследования г. Сывтывкара» (диссертация на степень доктора медицины), изданная в 1886 г. в Санкт-Петербурге. В разделах, посвященных анализу влияния различных природных факторов внешней среды на здоровье и условия жизни человека в городе, особое внимание уделяется почвам. Рассматривая почву, прежде всего с гигиенической точки зрения, автор на основе учета важнейших почвенных свойств - «как-то: степени порозности, влажности (почвенная вода) и степени загрязнения органическими веществами», разделяет территорию города на две большие части. Почва первой, относительно возвышенной части города, благодаря легкому механическому составу, хорошей порозности и «глубокому непромокаемому подпочвенному слою» признана почвой «здоровой». Почва же второй, низменной, части, где накапливается при весенних разливах много ила, «подвергающегося вместе с находящимися здесь кучами навоза (помнящими, пожалуй, еще времена Пугачева) постоянному разложению, при высоком, относительно непромокаемом подпочвенном слое, должна быть признана абсолютно нездоровой». Далее автор характеризует основные объекты городской инфраструктуры (заводы, бойни, кладбища, улицы, дворы, свалочные места и т. д.) как потенциальные источники загрязнения, приводит расчеты общего количества городских отходов, анализирует возможные пути миграции и механизмы накопления загрязнителей в почвах, подземных и поверхностных водах. Текстовую часть работы удачно дополняет прилагаемая санитарная карта города (в масштабе 300 саженей в дюйме, дающая наглядное представление о пространственном взаиморасположении описываемых объектов и процессов. На наш взгляд, данная карта и вся работа в целом до сих пор не потеряли научной ценности, так как представляют собой уникальный по своему значению сравнительный материал, позволяющий судить о направленности урбаногенного преобразования территории.
Несмотря на очевидные достижения врачей-гигиенистов в области изучения санитарного состояния городов, общий уровень подобных исследований в силу объективных причин был все же очень низким. Более глубокая проработка естественноисторических аспектов изучения городской среды, в том числе и городских почв, содержалась в программе комплексных исследований территории Санкт-Петербурга и его окрестностей, разработанная в течение ряда лет основоположником генетического почвоведения В.В. Докучаевым. Не останавливаясь на отдельных направлениях этой грандиозной по своему времени программы, к выполнению которой он привлек крупнейших российских ученых (А.И. Воейкова, И.В. Мушкетова, Ф.Ю. Левинсон-Лессинга, К.Д. Глинку, П.А. Земятченского и др.), отметим лишь фундаментальное теоретическое и методическое значение докучаевского почвоведения в целом для изучения специфики городского почвообразования. Хотя городские почвы формально не всегда подходят под классическое докучаевское определение почвы как особого естественноисторического тела природы, они продолжают сохранять все те базовые характеристики, которые обусловливают возможность эффективного применения методологии и множества подходов и методов, разработанных в недрах генетического почвоведения. Прежде всего, это относится к методам исследования горизонтной организации почвенных профилей и морфологического анализа как основы их последующей систематики. Почвы и грунты в пределах города продолжают оставаться функцией совокупного взаимодействия различных факторов, среди которых главное значение приобретает антропогенный. Эта ключевая докучаевская идея обусловила переход от аналитического способа мышления и изучения отдельных свойств почв к синтетическому, требующему сопряженного анализа совокупности почвенных свойств и тех факторов, в результате которых они образовались. Без учета этих принципов невозможно эффективное изучение особенностей формирования почв в условиях городских ландшафтов.
Значительный интерес к изучению городских почв проявился лишь во второй половине XX в. и был связан с прогрессирующим процессом урбанизации в мире. Бурный рост концентрации в городах людей, промышленного производства и автотранспорта сопровождался резким ухудшением экологических качеств городской среды. Экологическое неблагополучие городов стало одной из острейших глобальных проблем человечества.
В этих условиях при проведении разнообразных экологических исследований городские почвы рассматривались в основном с эколого-геохимических позиций как депонирующая среда, аккумулирующая техногенные загрязнения за многолетний период и позволяющая оценить степень загрязнения территории города. Особенно активное развитие в нашей стране данное направление получило в конце 70-х - начале 80-х годов XX в. после разработки коллективом ИМГРЭ АНСССР под научным руководством Ю.Е. Саета комплекса методических приемов, основанных на использовании понятийного аппарата и методов прикладной геохимии для геохимической оценки и картографирования загрязнения городской среды. За короткий период подобные исследования были проведены во многих крупных городах России и получены данные об уровнях накопления и составе элементов-загрязнителей в верхних горизонтах городских почв.
Параллельно с использованием методики ИМГРЭ в эколого-геохимических исследованиях городов стали применяться иные приемы, разработанные в различных ведомствах и учреждениях и отличающиеся друг от друга подходами к разработке критериев оценки загрязнения почв в условиях интенсивной антропогенной нагрузки. Оценить значение эколого-геохимического направления в изучении проблем городского почвообразования в целом достаточно сложно. С одной стороны, относительная простота этих методов (при наличии соответствующей аналитической базы) как на стадии отбора почвенных образцов (по определенной сетке), так и при последующих расчетах количественных показателей и составлении карт способствовала широкому внедрению почвенно-геохимического анализа городской среды в практику урбоэкологических исследований. С другой стороны, явное преобладание оценочных работ частного характера, выполненных специалистами разных наук (как это ни парадоксально, чаще всего не профессиональными почвоведами), разными методами и для разных целей, делают зачастую несопоставимыми результаты этих исследований, что затрудняет обмен научной информацией и практическим опытом и в конечном счете не позволяет получить объективную картину экологического состояния почвенного покрова города. Изучение лишь одного, хотя и очень важного аспекта урбаногенного преобразования почв - их загрязнения, причем только самого верхнего горизонта, в отрыве от рассмотрения комплекса других свойств, обеспечивающих выполнение ими важнейших экологических функций в городе, не соответствует общепринятым в почвоведении подходам и поэтому не может решить всего круга практических задач, связанных с оптимизацией экологического состояния городской среды.
Качественные изменения в содержании почвенно-экологических исследований городских территорий произошли во второй половине 80-х - 90х годах. В этот период впервые в отечественном почвоведении произошло осознание того, что почвы города, ранее характеризуемые как поверхностные почвоподобные тела, почвогрунты и т. д., по своей пространственно-временной организации и структурно-функциональной роли в урбогеосистеме представляют собой принципиально новый объект научного исследования. Приоритетное значение имели работы сотрудников факультета почвоведения МГУ (М.Н.Строгановой, М.Г. Агарковой, Т.В. Прокофьевой и др., в которых практически впервые нашли широкое отражение вопросы изучения морфологического строения, генезиса, свойств, экологических функций городских почв, разработаны оригинальные подходы к их систематике, номенклатуре и диагностике, предложены системы показателей и критериев их экологической оценки. Результаты исследований послужили основой для составления первой в России почвенной карты территории города (г. Москвы) и методических указаний по оценке городских почв при разработке градостроительной и архитектурно-строительной документации. В наиболее полной форме теоретическое обоснование и содержание предлагаемых методов исследования городских почв изложены в фундаментальном монографическом сборнике «Почвы, город, экология» (1997), изданном под редакцией академика РАН Г.В. Добровольского.
Таким образом, за последние 10-15 лет произошло по сути обособление нового направления в почвоведении, изучающего специфические закономерности формирования и функционирования почв в пределах городских техногеосистем. В основе этого направления лежит представление об урбопедогенезе как совокупности природно-техногенных процессов почвообразования и форм их проявления на территории города. Урбопедогенез можно также рассматривать как особый тип технопедогенеза в городских условиях. Данное понятие, на наш взгляд, должно стать базовой категорией в почвенно экологических исследованиях городских территорий и играть ключевую роль при теоретическом осмыслении специфики городского почвообразования.
Новые концептуальные идеи в почвоведении, рассмотренные выше, получили в последние годы широкое развитие при изучении почвенного покрова городов в целом, отдельных направлений техногенной трансформации почв разных функциональных зон города - рекреационных территорий, газонов и придорожных экосистем, детских садов, сельскохозяйственных земель в пределах города и т.д. Активно разрабатываются прикладные аспекты использования качественно новой информации о городских почвах при решении вопросов исчисления ущерба, вызываемого нарушением городских земель, уточнении кадастровой оценки и земельных платежей с учетом экологического состояния почв и ряд других направлений.
В последние 20 лет интенсивная работа по изучению почв городских территорий проводилась в ряде стран Западной Европы, США, Японии и других. Как и в России, в основном исследования были направлены на изучение процессов загрязнения почв (тяжелыми металлами, радионуклидами, углеводородами, хлорорганическими соединениями и т. д.), возможностей их рекультивации, санации, экологического нормирования. Наряду с этим опубликованы монографические работы по городским почвам общетеоретического характера. Ведутся активные работы по обоснованию принципов классификации городских почв и их картографированию.
Сегодня исследование городских почв - одно из наиболее динамично развивающихся направлений современного почвоведения. Об этом свидетельствует возрастающее количество научных публикаций, конференций, совещаний, в которых рассматриваются различные аспекты их изучения. Однако, несмотря на достигнутые результаты, число «белых пятен» еще остается очень большим. На пути развития почвенно-экологических исследований урбанизированных территорий возникает большое количество новых сложнейших проблем как общетеоретического, так и организационно-методического характера, связанных с
необходимостью решения разнообразных прикладных задач по рациональному использованию и охране почвенных ресурсов города.
2. ПРОБЛЕМА КЛАССИФИКАЦИИ ГОРОДСКИХ ПОЧВ
Наиболее существенной и до сих пор до конца нерешенной остается проблема построения классификационных моделей городских почв и разработки критериев разделения почвенного покрова города на структурные элементы, подлежащие экологической оценке и адекватно отражающие их существующее многообразие. Данная проблема чрезвычайно значима, так как является исходной при выполнении самых разнообразных урбоэкологических исследований. Наличие классификационной схемы уже на стадии постановки задач играет важную роль, позволяя конкретно определить «объекты оценки» (что оценивать) и «субъекты оценки» (для чего оценивать) и тем самым привести систему получаемой в ходе исследований почвенно-экологической информации к логически сопоставимому виду.
Первым шагом в создании обобщающей классификации городских почв является определение объекта классификации.
К сожалению, пока нет полной ясности в том, что считать специфическим объектом почвенно-экологических исследований урбанизированных территорий. Как отмечает М.Н. Строганова, «дискуссионным является само определение поверхностного субстрата, формирующегося в городе. Почва ли это?». Почвенный покров в пределах городской территории всегда представляет собой сложное сочетание в той или иной степени измененных в ходе градостроительного освоения естественных почв и различных по своему строению и свойствам почвоподобных тел («техногенные поверхностные образования», «урбиквазиземы», «урбопедоседимент» и т.д.). Преобладание последних в структуре почвенного покрова города, признание их «не почвами» ни в коей мере не должно рассматриваться как основание для отказа от их изучения. Все эти тела занимают пространство, обычно принадлежащее почвам, генетически связаны с ними постепенными переходами, обладают некоторыми характерными свойствами почв и выполняют ряд их биосферных, средообразующих и хозяйственных функций. Поэтому определение понятия
«городские почвы», на наш взгляд, должно не столько базироваться на отражении специфики их субстантивных признаков, как это было принято ранее, а трактоваться в более широком смысле как генеральная совокупность всех поверхностных субстратов (почв и почвоподобных тел), функционирующих в пределах города, независимо от их генетической принадлежности. Такой широкий подход соответствует происходящему в последнее время переосмыслению понятия почвы и характерен для большинства современных почвенно-классификационных построений.
В процессе построения классификации городских почв важное значение имеет проблема обоснования подходов к разработке критериев разделения почвенного покрова городской территории на составные элементы, соответствующие нашим представлениям об иерархии закономерностей формирования почв и техногенных поверхностных образований и степени сходства их состава, структуры, функционирования и т.д. Анализ отечественной и зарубежной литературы свидетельствует о большом разнообразии теоретических установок, подходов и принципов, применяемых в процессе классификации антропогенно-преобразованных почв в целом и городских почв, в частности. Нам представляется, что для классификации такого специфического и сложного по своей структурно-функциональной организации и вещественному составу природно-техногенного образования, каким являются городские почвы, едва ли правомерно применение какого-либо одного из существующих классификационных подходов. В этом случае могут быть полезны, очевидно, различные подходы, но они должны быть использованы в определенной последовательности, логически соответствующей общим закономерностям строения и функционирования городских почв и обеспечивающей наиболее эффективное решение различных теоретических и практических задач. В целом большинство исследователей отмечают невозможность применения принципов имеющихся классификационных систем для городских почв и необходимость разработки особых подходов к их систематике.
Учитывая существующий классификационный опыт и результаты собственных исследований, можно выделить следующие основные подходы, которые в разной степени сочетаются при построении предлагаемого нами рабочего варианта классификации городских почв, реализованной на примере г.Сывтывкара.
1. Наиболее фундаментальное значение для изучения городских почв в целом и решения проблемы их классификации, на наш взгляд, имеет функциональноэкологический подход, основные положения которого получили последовательное развитие в работах И.П. Герасимова, В.А. Ковды, Е.Д. Никитина, Г.В. Добровольского. Применение этого подхода позволяет под новым углом подойти к оценке городских почв как феномена почвенногеографической реальности, дает отчетливое понимание того, что, анализируя почвы, включенные в функционирование урбогеосистемы, мы имеем дело с принципиально иным классом научных проблем, при решении которых исследователю практически важно знать и определять не только свойства почв и степень их измененности как таковых, но и возможность выполнения ими тех или иных экологических или хозяйственных функций в условиях конкретных антропогенных нагрузок. Анализ экологических функций городских почв как внешних проявлений их субстантивных признаков в данной «человекоразмерной» системе отношений состоит в исследовании расчлененного целого на структурные элементы, каждый из которых характеризуется определенным набором функций. В этом случае функциональность выступает как наиболее существенная сторона организации почвенного покрова городской территории, каждый участок которой по мере его приспособления к заданным извне функциям приобретает свою специфику, т. е., говоря о применении функционального подхода, мы имеем в виду учет и сопряженный анализ двух видов функций - хозяйственных (социально-экономических) для данного участка территории и почв как его составного элемента.
Таким образом, использование данного подхода дает возможность упорядочить в первом приближении сложную гетерогенную структуру почвенного покрова города и выделить в нем определенное число структурнофункциональных элементов («центральных образов»), без сопоставления с которыми любые оценки экологического состояния почв, рациональности или нерациональности их использования теряют смысл или по крайней мере некорректны. При этом функциональный принцип имеет универсальное значение и может быть использован для разделения близких по некоторым свойствам почв любого таксономического уровня. Однако использование функциональных критериев для решения классификационной проблемы имеет определенные ограничения и сложности, связанные прежде всего со слабой разработанностью методов количественного описания функций (большинство данных имеет качественный характер), а также сложностью и динамичностью функциональной структуры города, и должно быть естественно дополнено другими подходами.
2. Факторный подход к систематике городских почв основывается на использовании в качестве классификационных критериев современных факторов, отражающих характер и интенсивность разнообразных урбаногенных воздействий, определяющих в свою очередь широкий круг почвенных свойств и протекающих в них процессов. Значение данного подхода обусловлено тем, что интенсивная и многофункциональная деятельность человека в городе является «пусковым механизмом и постоянным регулятором городского почвообразования». Однако этот подход нарушает привычную логику почвенных классификаций и часто подвергается критике, поскольку факторы как бы противопоставляются другим характеристикам почв, не являясь их свойствами как таковыми, т. е. объектом классификации уже становится не почва, а нечто другое. Тем не менее, нам представляется, что в решении данной конкретной проблемы факторный подход вполне оправдан как конструктивный способ (а иногда и единственная возможность) разделения внутренне разнородных территориальных единиц почвенного покрова города на высоких уровнях классификации. В последнее время уже накоплен определенный
позитивный опыт его использования для решения отдельных аспектов почвенноклассификационных проблем.
3. Субстантивный подход базируется на учете вещественного состава субстрата, слагающего почвенные тела, морфологических особенностей строения новообразованного и остаточного профилей и других относительно устойчивых субстантивных признаков. Применение субстантивных характеристик обеспечивает возможность диагностирования низших таксономических единиц классификации, играющих по своей экологической значимости зачастую не менее важную роль в функционировании урбогеосистемы, чем высшие таксоны.
Таким образом, сущность предлагаемого выше похода к классификации городских почв заключается в сопряженном учете условий (факторов) образования почв, их важнейших субстантивных признаков и выполняемых ими экологических функций. Отбор признака на той или иной ступени классификации зависит от роли характеризуемого им фактора в дифференциации почвенного покрова и определении свойств почв на этой ступени. Изложенные теоретические представления, а также учет материалов почвенно-экологических исследований г. Сывтывкара позволяет отразить реализацию предлагаемой классификационной схемы в виде эколого-функциональной модели урбопедогенеза, которая раскрывает наиболее существенные особенности формирования и пространственной организации почвенного покрова города. Номенклатура антропогенных модификаций городских почв нами заимствована в основном из работ М.Н. Строгановой, в которых проблема классификации городских почв рассмотрена наиболее глубоко и всесторонне и имеющих в нашей стране приоритетный характер.
Следует отметить, что принципиально важным, на наш взгляд, является выделение городских почв (урбаноземов в широком смысле слова) в качестве самостоятельной классификационной единицы на высоком таксономическом уровне. В соответствии с новой классификацией почв России большинство почвоподобных тел, формирующихся в пределах городских территорий, относится к выделенным в особую группу - техногенным поверхностным
образованиям (ТПО). В международной классификации ФАО в группе хотя по своему объему она трактуется более расширенно и включает в себя не только почвы городов, но и почвы свалок, отвалов и других отложений в местах добычи полезных ископаемых. В настоящее время городские почвы в существующих классификациях разбросаны на разных таксономических уровнях, что затрудняет их практическое изучение.
Поэтому, выделяя почвы города в отдельную классификационную единицу, мы фиксируем в почвенно-классификационном пространстве в форме особой категории ту реальность, которая представляет собой сложное целостное территориальное образование и является предметом специального изучения при районировании почвенного покрова на любом уровне генерализации.
Вся совокупность рассматриваемых в пределах почвенного покрова городской территории объектов по степени антропогенной трансформации разделяется на следующие классы, образующие верхнюю ступень классификации:
а) природные (естественные условно-ненарушенные) почвы в пределах города;
б) природно-техногенные почвы;
в) техногенно-природные почвы;
г) техногенные поверхностные образования.
а). Выделение группы природных (естественных) почв в пределах городской территории носит во многом условный характер, так как они не могут быть абсолютно изолированы от воздействия антропогенных факторов почвообразования, техногенных потоков веществ и т. д. Главным критерием для их выделения служит практически полное сохранение системы генетических горизонтов, характерных для зональных природных разновидностей, что диагностируется по ряду морфологических признаков, и приуроченностью данных почв в настоящее время к участкам с остаточной естественной растительностью (пойменные леса, лесопарковые зоны, охраняемые территории, пустыри в основном на периферии города и т.д.). Данная группа почв и
формирующиеся на них ландшафты составляют ядро экологического каркаса города и выполняют важнейшую роль в сохранении биоразнообразия и создании качественного с экологической точки зрения уровня жизни городского населения. Разделение этой группы почв на типы, подтипы и более низкие таксоны проводится на основе традиционных для почвоведения методов.
б). Природно-техногенные почвы в пределах города (урбопочвы) отличаются относительно слабой нарушенностью, при которой изменению, главным образом механического характера, подвергается лишь верхний горизонт почвы мощностью30-40 см, т.е. в пределах мощности гумусового горизонта (А+АВ) для южных черноземов, а характерное для исходной почвы строение профиля в средней и нижней частях сохраняется. Этой группе почв в экологофункциональной структуре города в основном соответствуют различные виды земель сельскохозяйственного использования (участки пашни, пригородные овощеводческие отноводческие комплексы и т. д.). Такие почвы наиболее близки по своим свойствам к естественным и поэтому могут сохранять свое типовое название с указанием характера антропогенной трансформации или воздействия, например: черноземы южные пахотные, лугово-черноземные зоотехногенны-загрязненные, аллювиальные дерновые орошения и т.д.
в) Техногенно-природные почвы в пределах города образуют тип собственно урбаназемов, которой рассматривается как особый генетический тип антропогенно-преобразованных почв, характеризующиеся более высокой степенью нарушенности. Для таких почв слой морфологически выраженных трансформации имеет мощность более 30-40 см и в связи с этим практически утрачиваются признаки их сходной типовой принадлежности.
Данные почвы соответствуют селитебным территориям и занимают доминирующее положение в урбогеосистеме. Разделение урбаноземов на уровне подтипов целесообразно производить с учетом косвенных признаков, а именно параметров жилой застройки (этажность, плотность, «возраст» застройки), определяющих их экологические характеристики. Кроме этого, в данной группе на уровне подтипов выделяются и специфические почвы: культуроземы - почвы озелененных территорий, плодопитомников и т. д.; реплантоземы -почвоподобные тела, в которых гумусовый слой нанесен на поверхность сильно срезанной почвы (формируются в районах нового строительства, при создании газонов); некроземы - почвы городских кладбищ. Деление урбаноземов на более низких уровнях может проводиться с учетом характера механических Нарушений (перемешанные, насыпные, срезанные), мощности и характера диагностического горизонта «урбик», мощности и свойств гумусирован-ного слоя и других субстантивных параметров. В целом к типу урбаноземов может быть отнесено любое почвоподобное образование в городе, классификационное положение которого по тем или иным причинам затруднено, а наличие морфологически выраженных трансформаций затрагивает все части вскрытого почвенного профиля.
г). Техногенные поверхностные почвоподобные образования (тип городских почв - урботехноземы) представляют собой искусственно созданные почвоподобные тела, почвогрунты, характеризующиеся максимальным уровнем техногенных трансформаций и соответствующие территориям наиболее интенсивного хозяйственного освоения - промышленным и транспортнокоммуникационным типам городских техногеосистем. На уровне подтипов в этой группе почв выделяются: индустриземы почвогрунты промышленнокоммунальных зон (дальнейшее разделение по степени экологической опасности отраслей промышленности для почвенного покрова); интруземы -почвогрунты, пропитанные различными органическими масляно-бензиновыми жидкостями и газами (территории некоторых АЗС, автостоянок, предприятий нефтеперерабатывающего профиля и др.)- В отдельный подтип должны быть выделены почвогрунты дорожных техногеосистем, характеризующиеся набором общих особенностей. По формальным признакам («степени разу-порядоченности матрицы почвенного тела») к типу урботехноземов могут быть отнесены конструктоземы - почвоподобные образования, в которых путем целенаправленного инженерного воздействия создается система слоев различного состава и происхождения и насыпного плодородного слоя, т. е.
формируется почвенно-грунтовая толща, максимально приближенная по своим свойствам и выполняемым функциям к определенному типу землепользования в городе. В данном случае факт искусственного генезиса почв и, следовательно, максимальной степени антропогенной трансформации исходного профиля отнюдь не свидетельствует об их деградации. Наоборот, создание таких искусственных почв с заданными свойствами, способными эффективно выполнять определенные функции в пределах города, должно рассматриваться как важнейшее направление экологической оптимизации городской среды.
К классу урботехноземов, возможно, могут быть отнесены так называемые запечатанные почвы (экраноземы), составляющие значительную часть почвенного покрова города и представляющие по своим свойствам, условиям функционирования и значению особую группу городских почв, учет которых, безусловно, необходим при проведении почвенно-экологических исследований и имеет определенный теоретический и практический интерес. В силу того, что их распространение носит повсеместный характер (в виде «интразональных» включений в любой функциональной зоне города).
Таким образом, построенная на предлагаемых принципах схема классификации отражает в первом приближении организацию и основные закономерности формирования почвенного покрова городской территории. Несмотря на объективную сложность проблемы, слабую разработанность методов количественной диагностики урбаногенно-преобразованных почв (выбор многих параметров возможен пока лишь экспертно-качественным методом), отход от жесткой однозначной трактовки принципа иерархичности и воспроизводимости и ряд других остродискуссионных вопросов, данная схема должна рассматриваться не как простое навешивание ярлыков и конечная цель изучения городских почв, а лишь как рабочий инструмент их дальнейшего познания, позволяющий придать смысл получаемым фактическим данным. Введение в систему диагностических критериев функционально-факторных показателей наравне с субстантивными ориентирует исследователя на то, что экологическая оценка городских почв не сводится к измерению их свойств, даже самому тщательному и точному, а требует соотнесения результатов измерения свойств с ценностями (требованиями) общесоциального характера, определяемыми положением участка в функциональной структуре города.
Проблема минимального объекта классификации (самого низкого таксона) при таком подходе должна решаться не на основе определения и теоретического обоснования их размеров, границ или количественных параметров свойств, а на основе учета его функциональной значимости в урбогеосистеме. Любой сколь угодно малый участок городской территории и почвенный покров в его пределах (например, детская площадка, открытая лунка среди тротуара, в которой растет дерево, узкая полоса газона вдоль автомагистрали и т. д.) могут быть объектом почвенного исследования и отдельной классификационной единицей, если он выполняет определенную функцию, т. е. обладает функциональным единством. При проведении различных почвенно-экологических исследований городских территорий использование данной классификации позволяет в каждом конкретном случае выбрать в качестве объекта тот уровень или ранг почв и почвоподобных тел, который наиболее отвечает решению конкретной практической или теоретической задачи. В зависимости от масштаба и задач исследования данная классификация может быть дополнена и детализирована.
Проблема комплексного изучения особенностей формирования и современного экологического состояния почвенного покрова урбанизированных территорий предполагает системное рассмотрение основных составляющих урбопедогенеза и широкое использование всего арсенала традиционных для почвоведения методов исследования (полевых, лабораторно-аналитических, картографических, математико-статистических и др.), а также привлечения методических подходов, разработанных другими науками. Анализ литературных материалов позволяет заключить, что хотя внешне любое исследование городских почв включает примерно схожие основные этапы проведения работ, однако пропорции отдельных блоков и их внутреннее содержание могут сильно отличаться. В силу тех или иных объективных и субъективных причин почти всегда возникает необходимость уточнения и корректировки методических приемов и способов на разных этапах работы. Поэтому чаще всего приходится решать проблему комплексирования различных методов в соответствии с задачами и программой исследований.
В наиболее общем виде организационно-методическая структура и содержание основных этапов проведенных исследований почвенного покрова территории г.Сывтывкар. В процессе реализации работ подготовительного этапа наибольшие методические трудности связаны с проблемой разработки способов взаимной увязки многообразной и разнокачественной информации, отражающей различные аспекты состояния и функционирования городской среды. Множественность и неупорядоченность в пространстве и времени воздействий выражается в практически бесконечно возможном сочетании природных и антропогенных факторов, формирующих почвенный покров города. Поэтому при почвенно-экологическом анализе всей городской территории первостепенное значение приобретает задача обработки исходных данных, направленная на «уплотнение» имеющейся информации и представление ее в виде, удобном для сопоставления. Наиболее эффективным способом решения этой задачи является
широкое использование картографического метода, позволяющего представить территориальные особенности совместного проявления качественно разных факторов урбопедогенеза.
При изучении природной подсистемы города использовались разномасштабные (1:25 000 - 1:200 000) тематические карты всей территории и отдельных участков, составленные ранее разными авторами и организациями (топографические, геологические, геоморфологические, гидрогеологические, гидрогеохимические, растительности), а также созданные специально в ходе работы: почвенная («восстановленного почвенного покрова»), водосборных бассейнов (поверхностного стока).
В итоге анализа антропогенной составляющей урбопедогенеза была разработана карта «эколого-функционального районирования территории г. Сывтывкара», составленная в масштабе 1:25 000 и представляющая территорию города как совокупность таксонов-выделов различного функционального назначения и экологического потенциала, ранжированных по характеру и степени антропогенного воздействия на почвы.
Сопряженный картографический анализ основных факторов почвообразования позволил более обоснованно решить важнейшую задачу подготовительного этапа - выбор системы ключевых (эталонных) участков, репрезентативно отражающих многообразие городских почв и служащих непосредственными объектами изучения, оценки и носителями информации их экологического состояния. Разумеется, почвенный покров города настолько сложен, богат по содержанию («информационно емкий») и неисчерпаем для изучения объект, что создание его «полного экологического портрета» можно представить лишь в виде некоторой идеальной цели. С учетом того, что изучение городских почв Сывтывкара впервые осуществлялось на основе применения «профильного подхода» и включало анализ всего комплекса базовых почвенных свойств (а не только их загрязнения), в качестве главных критериев при выборе ключевых участков, в первом приближении отражающих структуру почвенного покрова города, учитывались
основные типы хозяйственного использования территории и ее положение в системе природно-ландшафтного районирования.
Полевые исследования в течение 1999-2003 гг. базировались на использовании методов, широко применяющихся при изучении антропогенно-преобразованных почв и их загрязнении и изложенных в многочисленных методических руководствах. Полевое обследование собственно городских почв -урбаноземов, представляющих искусственные конструкции «урбиковых» горизонтов, производилось согласно методическим рекомендациям, разработанным М.Н. Строгановой. В ходе работ было заложено и обследовано 25 полнопрофильных разрезов, из них шесть (в том числе запечатанные почвы -экраноземы) обследованы по зачисткам в местах проведения ремонтностроительных работ (траншеи, котлованы). Отбор проб по профилю
производился с лицевой стороны разреза по горизонтам (слоям) путем составления смешанного из 5-8 проб почвенного образца общим весом 0,6-0,8 кг (для некоторых проб в целях проведения опытов по биотестированию городских почв вес образца увеличивался до 1 кг).
В образцах исследуемых почв определяли следующие показатели: гранулометрический состав - пипеточным методом по Качинскому; гигроскопическая влага - весовым методом; реакция почвенного раствора (рН водный) - потенциометрически; содержание гумуса - по Тюрину в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26213-91); содержание обменных оснований (Са, Мб) -трилонометрически в 1 н. МаС1, обменного натрия - на пламенном фотометре (вытеснение по Г едройцу) в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26950-86); емкость поглощения - по методу Бобко-Аскинази в модификации Алешина; подвижные формы фосфора и калия - по Мачигину в модификации ЦИНАО (ГОСТ 2620591); содержание легкорастворимых солей (анионно-катионный состав) - в водной вытяжке по ГОСТу 26423-85-26428-85. Подвижные формы тяжелых металлов (Си, 2п, РЬ, N1, Сг, Сё) определяли в вытяжке ацетатно-аммонийного буферного раствора (рН 4,8) атомно-абсорбционным методом на АА-спектрофото-метре СС 115 М1.
Параллельно с полевым обследованием почв в местах заложения основных почвенных разрезов произведен сбор наземных частей доминантных видов естественных и культурных растений (15 проб) для определения в них тяжелых металлов. Образцы растений были отобраны в сжатые сроки в течение одного вегетационного периода, чтобы исключить влияние фенологических изменений состава.
В качестве дополнительной информационной базы в работе использованы материалы (описания и аналитические данные (выборочно) по 70 разрезам) двух туров крупномасштабных почвенных исследований, проводимых институтом «ВолгоНИИгипрозем» в пределах сельскохозяйственных предприятий, расположенных в пригородной зоне г. Сывтывкара, а также некоторые материалы, собранные лично авторами в ходе полевых и камеральных работ, выполнявшихся
в пределах города и смежных территорий в конце 80-х - начале 90-х годов в рамках выполнения целевых программ и хоздоговорных тем.
Более детально некоторые специфические аспекты методики проведения отдельных этапов исследований рассматриваются ниже в соответствующих разделах работы.
III. АНАЛИЗ И ОЦЕНКА УСЛОВИЙ И ФАКТОРОВ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ ТЕРРИТОРИИ г. СЫВТЫВКАРА
Почвенный покров урбанизированных территорий формируется в условиях сложного взаимодействия разнообразных природных и антропогенных факторов. Ведущая роль антропогенных факторов, которые считаются «генератором и постоянным регулятором городского почвообразования», проявляется в непосредственном физическом и химическим воздействии на почвенные тела, а также косвенно, через измененные в разной степени градостроительством природные компоненты. Поэтому для эффективного анализа совместного проявления различных воздействий и экологической оценки тех новых свойств, которые приобретают почвы под влиянием урбанизации, необходимо иметь как можно более полную и четкую картину влияния всей совокупности как природных, так и антропогенных факторов на их формирование.
Территория г. Сывтывкара и его окрестностей в тектоническом отношении расположена в пределах юго-восточной окраины Восточно-Европейской платформы, в зоне сочленения трех структурно-тектонических форм высшего порядка: Волго-Уральской антиклизы, Предуральского краевого прогиба и бортовой зоны Прикаспийской синеклизы. Глубина погружения до-кембрийского кристаллического фундамента и мощность осадочного чехла составляют 4-6 км, нарастая в основном в южном и восточном направлениях. В осадочном чехле выделяется несколько внутриформационных структур более низкого порядка, к одной из которых, Сывтывкарскому валу, приурочено крупнейшее в Европе нефтегазоконденсатное месторождение (ОНГКМ), контур которого непосредственно примыкает к южной окраине города. Следует отметить, что осадочный чехол, сложенный субгоризонтально залегающими осадочными породами палеозойского, мезозойского и кайнозойского возрастов, часто нарушается проявлением солянокупольной тектоники, связанной с толщей сульфатно-галогенных пород кунгурско-го яруса пермской системы. Элементы соляного тектогенеза (в пределах города выделяются как минимум четыре подобные структуры, отчетливо выраженные в рельефе в виде отдельных изолированных холмов) оказывают существенное влияние на формирование морфологической структуры современных ландшафтов, а также и во многом определяют некоторые геохимические особенности всей зоны гипергенеза.
Поверхность исследуемой территории сложена горными породами, которые можно объединить в три крупных стратиграфо-генетических комплекса.
К коренным породам территории относятся верхнепермские образования уфимского, казанского и татарского ярусов, представленные в основном континентальными пролювиально-аллювиальными, иногда озерными отложениями. Лишь в казанском ярусе в разрезе присутствуют слои морского генезиса - известняки и доломиты. Наибольшую площадь занимают отложения татарского яруса, по составу и условиям образования соответствующие красноцветной формации и представленные песчаниками, алевролитами, аргиллитами, глинами с прослоями мергелей и известняков. В целом незасоленная красноцветная толща является благоприятным субстратом для почвообразования, и лишь отдельные слои глин, выходящие на поверхность в северо-восточной части города (на водоразделе балки Березовая Ростошь и оврага Красный), способствуют формированию очень тяжелых глинистых почв. Породы уфимского и казанского ярусов имеют ограниченное распространение и выходят на поверхность на вершинах и склонах солянокупольных холмов («горы»: Сулак - опорный разрез пестроцветных аргиллитов, мергелей и песчаников уфимского яруса и серо-цветных глин и известняков казанского яруса, Маяк, Хусаинова, Верблюжья).
Второй комплекс пород образуют ингрессионно-морские верхнеплиоценовые отложения акчагыльского яруса, распространенные на левобережьях Уральской и Сакмарской долин и нижних частях склонов водоразделов до уровня абсолютных высот 170-180 м (предполагаемого контура распространения акчагыльского моря). Акчагыльские отложения представлены глинами серого, зеленовато-серого, иногда красноватого или коричневого цветов, с линзами и прослоями кварцевых песков, гравия и галечников. Общая мощность отложений достигает 20-30 м. Тяжелый механический состав, сульфатная, местами хлоридная засоленность делают их неблагоприятным субстратом для почв. Локальное распространение имеют залегающие выше по разрезу, сохранившиеся от размыва морские глины апшеронского яруса мощностью 2-3 м.
Третий комплекс пород представлен разнообразными по генезису четвертичными отложениями, которые перекрывают с разной мощностью перечисленные дочетвертичные комплексы горных пород, наследуют ряд их экологически важных свойств и являются главным почвообразующим субстратом на исследуемой территории.
Наиболее широко распространены элювиально-делювиальные отложения позднеплейстоценового и современного возраста, развитые на склонах водоразделов и речных долин. Они сложены преимущественно желто-бурыми или красно-бурыми карбонатными суглинками, пористыми, с характерной столбчатой отдельностью. Мощность их в среднем составляет 1,5-2 м, в пределах долин увеличиваясь до 5-10 м, а иногда и более.
Элювиальные отложения сохранились лишь на плоских водоразделах и сложены лессовидными суглинками и глинами, реже супесями с включениями гальки или обломков коренных пород (мергелей, известняков и песчаников). Мощность элювия обычно невелика, составляя 0,5-1,5 м. Близость к поверхности плотного элювия коренных пород «тормозит» формирование полнопрофильных почв, усиливает процессы плоскостного смыва, способствует периодическому засолению почв.
Значительное распространение имеют аллювиальные отложения, слагающие пойму и надпойменные террасы долины Урала и устьевой части Сакмары. Верхнеплейстоценовый аллювий обнажается в цоколе 1 -й и 2-й надпойменных террас и представлен суглинками буровато-коричневых тонов, переслаивающихся с серовато-бурыми мелкозернистыми песками и супесями. Нижняя часть разреза, как правило, сложена гравийно-галечным слоем с заполнителем из крупнозернистого песка. Аллювий террас залегает с размывом на отложениях акчагыльского яруса или коренных верхнепермских породах. Современные (голоценовые) отложения, слагающие высокую и низкую поймы рек, представлены всеми фациями пойменного аллювия; видимая мощность для высокой поймы - 5-8 м, для низкой - 2,5-3,5 м. К современным отложениям отнесены также осадки, слагающие днища и конусы выноса оврагов и балок, впадающих в долины рек Урала и Сакмары. Они представлены супесчаносуглинистыми породами, с прослоями и линзами песков и щебенчато-гравийного материала мощностью 2,5-3 м.
Некоторые вопросы генезиса, стратиграфии и возраста рыхлых отложений территории района остаются дискуссионными и требуют дальнейшего изучения, так как анализ распространения четвертичных отложений, изменения их мощностей, литолого-фа-циального состава и физико-химических особенностей
имеет важное значение при оценке условий миграции природных и техногенных потоков веществ в городских ландшафтах, устойчивости последних к загрязнению, способности к самоочищению и т. д.
К наиболее важным факторам, влияющим на пространственную структуру и функционирование городских техногеосистем, относится рельеф, который наряду со слагающими его горными породами составляет морфолитогенную основу («геоструктурный каркас») городской территории. Как в естественных, так и в антропогенно-преобразованных геосистемах рельеф выполняет главную роль в перераспределении и контролировании вещественно-энергетических потоков в вертикальном (между компонентами) и горизонтальном (между сопряженными геосистемами) направлениях, что ставит его на ведущее место среди всех природных экологических факторов. Рельеф и почвы можно рассматривать как особую парагенетическую подсистему ландшафта, в которой, помимо общности пространственного положения (почва по существу является одновременно дневной поверхностью рельефа), наблюдается тесная генетическая взаимосвязь почвообразующих и геоморфологических процессов. Любые нарушения рельефа при градостроительном освоении - вертикальная планировка, подсыпки, срезания, террасирование улиц, прокладка магистралей, создание дамб и мостовых переходов и т. д. - оказывают непосредственное воздействие на почвенный покров территории. Поэтому анализ морфологических особенностей рельефа, его происхождения, современной экзодинамики и техногенной трансформации должен входить в качестве начальной стадии в круг объектов почвенно-экологических исследований городских территорий. Современные представления о геоморфологическом строении и истории развития рельефа центральной части Сывтывкарской области, в которой расположен город, сформировались в результате многочисленных работ, выполненных исследователями нескольких поколений. Особенно важное значение имели работы коллектива геоморфологов и геологов Саратовского университета (В.А. Гаряинов, В.Н. Зайонц, Г.П. Твердохлебов, А.Д. Наумов, Т.Я. Юнанидзе и др.), в результате которых были созданы на всю территорию области среднемасштабные геоморфологические карты, а также карты кайнозойских отложений и кор выветривания. К сожалению, специальных крупномасштабных инженерно-геоморфологических исследований на территории города не проводилось.
Территория Сывтывкара расположена на стыке трех геоморфологических районов. Северо-западная граница города примыкает к юго-восточным склонам возвышенности Общий Сырт (на правобережье р. Сакмары). Основная по площади часть городской территории располагается в пределах Урало-Сакмарского междуречья, представляющего западную, наиболее низкую окраину так называемых Слудных гор. Южная часть города расположена на левобережье Урала в пределах северных пологих склонов Илекского плато.
В геоморфологическом отношении территория города представляет собой типичную для юго-востока Восточно-Европейской платформы эрозионноденудационную равнину плиоцен-четвертичного возраста, основные черты рельефа которой сформировались в результате новейших тектонических движений колебательного характера при общей тенденции к воздыманию. Пересекающие территорию города реки Урал и Сакмара и создаваемые ими поименно-террасовые комплексы представляют аккумулятивный генетический тип рельефа и занимают значительные площади. В целом общий характер рельефа города хорошо укладывается в классическую схему «долина склон -водораздел», предопределяя тем самым особенности ландшафтногеохимической и катенарной дифференциации территории. Причем данные элементы мезорельефа практически остаются неизменными в процессе градостроительного освоения.
Водораздельная поверхность Урало-Сакмарского междуречья характеризуется пологоволнистым, реже слабовсхолмленным рельефом. Абсолютные высоты постепенно снижаются с северо-востока на юго-запад от 180-220 м (232,9 м - максимальная высота в пределах города) до 100-120 м. Основная застроенная часть города расположена на водоразделе в интервале высот 100-120 м. Колебание относительных высот над урезом воды в долине Урала составляет 20-40 м в придолинной части и 120-140 м - в центральной, наиболее возвышенной части водораздела. Самая низкая абсолютная отметка города - урез р. Урала при впадении в него Сакмары - составляет 82 м.
Поверхность водораздельных пространств имеет пологие (1,5-6°) задернованные склоны, преимущественно прямой или выпуклой формы, и расчленена достаточно густой сетью неглубоких балок, оврагов и более мелких эрозионных форм. Густота эрозионного расчленения составляет 1,0-1,2 км/км2. В нижних придолинных частях эрозионные формы приобретают более четкую выраженность в рельефе, часто наблюдаются вторичные врезы с выходом коренных пород.
Для рельефа Урало-Сакмарского междуречья и прилегающих долин характерно, как и для всего Сывтывкарского Предуралья, асимметричное строение: южный приуральский - склон более крутой, высокий и короткий, линия главного водораздела приближена к долине Урала, а северный -присакмарский склон везде более пологий и длинный, незаметно переходящий в верхние террасы Сакмары.
Другой особенностью Урало-Сакмарского водораздела в пределах города является наличие денудационных останцов изолированных поднятий округлой или слегка вытянутой формы. Их происхождение связано либо с литологическими особенностями рельефообразующего субстрата, либо с проявлениями солянокупольной тектоники. Наибольшая по размерам форма рельефа солянокупольного типа - гора Маяк, расположенная в пределах промышленно-селитебной зоны в северо-западной части города и представляющая собой плосковершинный холм (абсолютная высота - 155,4 м, относительная - 32 м), сложенный известняками нижнеказанского яруса верхней перми. Западный склон горы, подмываемый Сакмарой, более крутой и имеет форму обрывистого уступа. Вершина горы сработана карьером по добыче строительного камня. Три других холма подобного генезиса (горы Сулак, Хусаинова и Верблюжья) в периферийной части города имеют меньшие размеры и также несут следы техногенного преобразования в виде карьерных выработок.
Большое влияние на природно-ландшафтную и функциональнопланировочную структуру города оказывает широкое распространение аккумулятивного рельефа, представленного главным образом долинами рек Урала и Сакмары, окаймляющими городскую территорию с южной, западной и северо-западной сторон. Обе долины имеют сходные черты строения и характеризуются развитием двух надпойменных террас и повсеместным распространением высокой и низкой пойм.
Наиболее значительную по площади территорию занимает левобережная часть долины Сакмары, протягиваясь с северо-востока на юго-запад более чем на 20 км. Низкая пойма ограниченно распространена, хотя ее участки прослеживаются по всему отрезку долины. Относительная высота ее над меженным урезом воды составляет 2-4 м. Чаще всего она представляет собой пониженные и закрепленные ивняком участки песчаных островов, кос, отмелей, иногда протягивается узкими полосами вдоль русла. Низкая пойма сложена разнозернистыми песками с включениями гравия и гальки; видимая мощность -2-3 м.
Высокая пойма развита на левобережье сплошной полосой шириной от 0,5 до 3,5 км при относительной высоте от 4 до 8 м. От низкой поймы ее отделяет достаточно четкий выраженный уступ. Аллювий высокой поймы в видимых верхних двух третях разреза представлен в большинстве случаев переслаиванием суглинков, супесей, тонкозернистых песков, а внизу - средне- и крупнозернистыми песками с включениями гравия и гальки. Плоская в целом поверхность высокой поймы имеет сложный микрорельеф, образованный грядами, гривами, ложбинами, старичными понижениями, иногда заполненными водой, и прирусловыми валами. Наиболее пониженная притеррасная часть поймы неширокой прерывистой полосой (200-300 м) протягивается у подножия уступа первой надпойменной террасы или коренного берега. Некоторые части притеррасной поймы, особенно у коренного берега, заняты озерами-старицами - Сазанное, Подмогильное, Малахове, Суходол и др. Известно, что притеррасная часть поймы и почвы в ее пределах служит мощным естественным
механическим и биогеохимическим барьером на пути стока почвенно-грунтовых вод и аккумулируют смытые с прилегающих склонов водораздела различные химические вещества. Учитывая, что непосредственно к этой части поймы примыкают основные территории промышленной застройки города с высокой концентрацией экологически наиболее опасных предприятий (Сакмарская ТЭЦ, нефтемаслозавод, Гидропресс, РТИ и др.), участки притеррасной поймы относятся к зоне повышенного риска накопления техногенных загрязнений, деградации растительности и других негативных последствий.
Первая надпойменная терраса широко распространена на левобережных участках долин Сакмары (местами ширина достигает 2-3 км) и Урала. На правом берегу Урала сохранились лишь небольшие ее фрагменты. Относительная высота бровки террасы изменяется от 10 до 12м. Поверхность плоская или слабоволнистая, слегка наклонена в сторону русла. Колебание высот поверхности террасы в поперечном профиле невелико - в среднем 1,5-2,5 м. В прибровочной части наблюдаются короткие береговые овраги. Поверхность террасы расчленена небольшими балками с широким днищем и пологими склонами. Тыловой шов прослеживается более или менее отчетливо лишь на отдельных участках и перекрыт делювиальным шлейфом из суглинков и глин мощностью до 20-30 м. Поэтому некоторые авторы обе надпойменные террасы, различающиеся по высоте (высота второй террасы - 14-16 м), рассматривают как единый террасовый комплекс. Там, где тыловой шов выражен относительно отчетливо, отмечаются конуса выноса «слепых балок».
К числу основных экзогенных геоморфологических процессов, проявляющихся на исследуемой территории и оказывающих существенное влияние на формирование почвенного покрова, относятся боковая и линейная эрозия, плоскостной смыв, в меньшей степени - суффозия, карст и гравитационные процессы (оползни, осыпи). Наиболее интенсивно в пределах города протекают эрозионные процессы, связанные с деятельностью постоянных и временных водотоков.
Боковая эрозия наблюдается на значительных по протяженности участках берегов Урала и Сакмары. Скорость боковой эрозии резко увеличивается в периоды половодий и сопровождается разрушением (обрушением) подмываемых берегов и почвенного покрова в их пределах. В случае, когда боковая эрозия создает угрозу разрушения народнохозяйственных объектов (например, на Урале в районе СО «Дубки», п.Весенний и эксплуатационных скважин Ивановского водозабора), производятся различные берегоукрепительные мероприятия или спрямление русла, т.е. искусственное замыкание меандр.
Процессы линейной эрозии, сопровождающиеся развитием овражнобалочной сети, в значительной степени контролируются антропогенными факторами, особенно на застроенной части территории. Общая тенденция в изменении рельефа, направленная на его нивелировку и выполаживание, снизила активность эрозионных процессов. Анализ разновременных топографических карт показал, что в ходе градостроительного освоения наибольшему техногенному изменению подвергался рельеф придолинных частей территории, что проявилось в основном в засыпке мелких оврагов и балок, некогда расчленявших первую надпойменную террасу и нижние части водораздельных склонов, планации прибровочных перегибов. В результате снизились общая густота расчленения рельефа и углы наклона. Ликвидация овражно-балочной сети, выполняющей функции естественных дрен, приводит в ряде мест к повышению уровня грунтовых вод, развитию процессов подтопления, изменению физико-химических свойств почвенно-грунтовой толщи в сторону увеличения ее гидроморфности. На отдельных участках отмечено развитие свежей эрозионной сети, спровоцированной дорожным строительством. Процессы плоскостного смыва в основном проявляются на водораздельной части территории, в пределах участков сельскохозяйственного использования земель. Интенсивность этого процесса зависит от крутизны и экспозиции склонов и выражается в формировании в различной степени смытых разновидностей зональных почв.
Карстово-суффозионные процессы ограниченно распространены и не оказывают существенного влияния на почвообразование и хозяйственное освоение территории города. Проявления карста зафиксированы лишь на вершинах солянокупольных холмов, а также на участке поймы Сакмары, примыкающей к горе Гребени в северной части города. На Урало-Сакмарском водоразделе наблюдаются мелкие просадочные формы, развитые на покровных лессовидных суглинках и имеющие, по-видимому, суффозионную или карстово-суффозионную природу.
Гравитационные процессы (осыпи, оползни, обвалы) локально развиты на крутых обрывистых уступах коренного берега Урала (правый берег в районе Беловки) и Сакмары (в районе г. Маяк), а также в крутых откосах карьеров, в основном расположенных на вершинах солянокупольных холмов.