Подход к интегральной оценке почв лесопарков Москвы в контексте экосистемных сервисов и диссервисов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Экосистемные сервисы (услуги) являются современным инструментом экологической оценки, планирования и проектирования в крупных городах. В городских лесопарках Москвы (Алешкинский, Битцевский, Лесная опытная дача, Тропаревский, Лианозовский, Юго-Западный) и пригородных (фоновых) лесах отбирали образцы верхнего слоя 0–10 см дерново-подзолистой почвы (Albic Retisols). В лесопарках отобрано 30 образцов (6 × 5 площадок), в фоновых лесах – 20 (4 × 5 площадок), всего 50. В почвенных образцах определяли содержание углерода (С), азота (N), фосфора (Р), тяжелых металлов (Pb, Cu, Ni, Zn), нитратного азота (N–NO3–); С, N, Р микробной биомассы (Смик, Nмик, Рмик) методом фумигации-экстракции и скорость базального (микробного) дыхания. Рассчитывали долю Смик, Nмик, Рмик в содержании этих элементов в почве (Смик/С, Nмик/N, Рмик/Р). Показатели базального дыхания, Смик/С, Nмик/N и Рмик/Р, которые могут характеризовать циклы биофильных элементов в почве, предложено ассоциировать с поддерживающим экосистемным сервисом, а загрязнение (ТМ, N–NO3–) – с экосистемным диссервисом. Выявлено, что значения базального дыхания, Смик/С, Nмик/N и Рмик/Р каждого изученного лесопарка были в среднем меньше фонового аналога на 4–72%, а содержание Pb, Cu, Ni, Zn, N–NO3– – напротив, больше на 14–194%. Для количественной оценки экологического состояния почв по перечисленным показателям предложен расчет интегрального индекса почвы в баллах, который в городских лесопарках был на 32–72% меньше фонового аналога, принятого за 1. Оказалось, что значение интегрального индекса почвы в Битцевском лесопарке (площадь 2208 га) было наибольшим (0.68 балла), а в Лианозовском (44 га) – наименьшим (0.28 балла).

Об авторах

Н. Д. Ананьева

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: ananyeva@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0002-0434-6071
Россия, Пущино, Московская область

К. В. Иващенко

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН; Российский университет дружбы народов

Email: ananyeva@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0002-3793-3977
Россия, Пущино, Московская область; Москва

С. А. Урабова

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН

Email: ananyeva@rambler.ru
ORCID iD: 0009-0009-7346-0853
Россия, Пущино, Московская область

В. И. Васенев

Российский университет дружбы народов; Группа географии почв и ландшафтов, Университет Вагенинген

Email: ananyeva@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0003-0286-3021
Россия, Москва; Вагенинген, Нидерланды

А. В. Долгих

Институт географии РАН

Email: ananyeva@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0002-9316-9440
Россия, Москва

А. Ю. Горбачева

МГУ им. М.В. Ломоносова

Email: ananyeva@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0002-7097-5378
Россия, Москва

Э А. Довлетярова

Российский университет дружбы народов

Email: ananyeva@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0003-4296-9015
Россия, Москва

Список литературы

  1. Ананьева Н.Д., Иващенко К.В., Сушко С.В. Микробные показатели городских почв и их роль в оценке экосистемных сервисов (обзор) // Почвоведение. 2021. № 10. С. 1231–1246. https://doi.org/10.31857/S0032180X21100038
  2. Ананьева Н.Д., Хатит Р.Ю., Иващенко К.В., Сушко С.В., Горбачева А.Ю., Долгих А.В., Кадулин М.С., Сотникова Ю.Л., Васенев В.И., Комарова А.Е., Юдина А.В., Довлетярова Э.А. Биофильные элементы (С, N, Р) и дыхательная активность микробного сообщества почв лесопарков Москвы и пригородных лесов // Почвоведение. 2023. № 1. С. 102–117. https://doi.org/10.31857/S0032180X22600780
  3. Васенев В.И., Ван Ауденховен А.П., Ромзайкина О.Н., Гаджиагаева Р.А. Экологические функции и экосистемные сервисы городских и техногенных почв: от теории к практическому применению (обзор) // Почвоведение. 2018. № 10. С. 1177–1191. https://doi.org/10.1134/S0032180X18100131
  4. Герасимова М.И., Строганова М.Н., Можарова Н.В., Прокофьева Т.В. Антропогенные почвы: генезис, география, рекультивация. Смоленск: Ойкумена, 2003. 268 с.
  5. Добровольская Т.Г., Звягинцев Д.Г., Чернов И.Ю., Головченко А.В., Зенова Г.М., Лысак Л.В., Манучарова Н.А., Марфенина О.Е., Полянская Л.М., Степанов А.Л., Умаров М.М. Роль микроорганизмов в экологических функциях почв // Почвоведение. 2015. № 9. С. 1087–1096. https://doi.org/10.7868/S0032180X15090038
  6. Доклад о состоянии окружающей среды в городе Москве в 2021 году / Под ред. Кульбачевского А.О. М., 2022. 234 с.
  7. ГН 2.1.7.2511-09 Ориентировочно-допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве: Гигиенические нормативы. М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора. 2009. 10 с.
  8. ГН 2.1.7.2041-06 Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве: Гигиенические нормативы. М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2006. 15 с.
  9. Кудреватых И.Ю., Иващенко К.В., Ананьева Н.Д., Иванищева Е.А. Атмосферные выпадения соединений азота и свойства почвы лесов Вологодской области // Почвоведение. 2018. № 2. С. 155–164. https://doi.org/10.7868/S0032180X1802003X
  10. Пляскина О.В., Ладонин Д.В. Загрязнение городских почв тяжёлыми металлами // Почвоведение. 2008. № 7. С. 877–885.
  11. Семенюк О.В., Бодров К.С., Стома Г.В., Яковлев А.С. Оценка стоимости экосистемных услуг природного парка “Битцевский лес” // Вестник Моск. ун-та. Сер. 17, почвоведение. 2019. № 3. С. 23–30.
  12. Семенюк О.В., Стома Г.В., Бодров К.С. Оценка стоимости экосистемных услуг городских ландшафтов (на примере г. Москвы) // Почвоведение. 2021. № 12. С. 1535–1548. https://doi.org/10.31857/S0032180X21120108
  13. Строганова М.Н., Прокофьева Т.В., Прохоров А.Н., Лысак Л.В., Сизов А.П., Яковлев А.С. Экологическое состояние городских почв и стоимостная оценка земель // Почвоведение. 2003. № 7. С. 867–875.
  14. Юдина А.В., Фомин Д.С., Валдес-Коровкин И.А., Чурилин Н.А. Александрова М.С., Головлева Ю.А., Филиппов Н.В., Ковда И.В., Дымов А.А., Милановский Е.Ю. Пути создания классификации почв по гранулометрическому составу на основе метода лазерной дифракции // Почвоведение. 2020. № 11. С. 1353–1371. https://doi.org/10.31857/S0032180X20110143
  15. Aber J., McDowell W., Nadelhoffer K., Magill A., Berntson G., Kamakea M., McNulty S., Currie W., Rustad L., Fernandez I. Nitrogen saturation in temperate forest ecosystems // BioScience. 1998. V. 48. Р. 921–934.
  16. Adhikari K., Hartemink A E. Linking soils to ecosystem services – A global review // Geoderma. 2016. V. 262. P. 101–111. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2015.08.009
  17. Agren G.I., Bosatta E. Nitrogen saturation of terrestrial ecosystems // Environ. Poll. 1988. V. 54. Р. 185–197.
  18. Aislabie J., Deslippe J.R. Soil microbes and their contribution to soil services // Ecosystem services in New Zealand – conditions and trends. Lincoln: Manaaki Whenua Press, 2013. P. 112–161.
  19. Bilyera N., Blagodatskaya E., Yevdokimov I., Kuzyakov Y. Towards a conversion factor for soil microbial phosphorus // Eur. J. Soil Biol. 2018. V. 87. P. 1–8. https://doi.org/10.1016/j.ejsobi.2018.03.002
  20. Brookes P.C., Landman A., Pruden G., Jenkinson D.S. Chloroform fumigation and the release of soil nitrogen: A rapid direct extraction method to measure microbial biomass nitrogen in soil // Soil Biol. Biochem. 1985. V. 17. P. 837–842. https://doi.org/10.1016/0038-0717(85)90144-0
  21. Chen F.-S., Yavitt J., Hu X.-F. Phosphorus enrichment helps increase soil carbon mineralization in vegetation along an urban-to-rural gradient, Nanchang, China // Appl. Soil Ecol. 2014. V. 75. P. 181–188. http://dx.doi.org/10.1016/j.apsoil.2013.11.011
  22. Comerford N.B., Franzluebbers A.J., Stromberger M.E., Morris L., Markewitz D., Moore R. Assessment and evaluation of soil ecosystem services // Soil Horizons. 2013. P. 1–14. https://doi.org/10.2136/sh12-10-0028
  23. Compton J.E., Watrud L.S., Porteous L.A., DeGrood S. Response of soil microbial biomass and community composition to chronic nitrogen additions at Harvard forest // Forest Ecology and Management. 2004. V. 196. P. 143–158. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2004.03.017
  24. Costanza R., d’Are R., de Groot R., Farber S., Grasso M., Hannon B., Limburg K., Naeem S., O’Neill R.V., Paruelo J., Raskin R.S., Sutton P., van den Belt M. The value of the world’s ecosystem services and natural capital // Nature. 1997. V. 387. P. 253–260. https://doi.org/10.1038/387253a0
  25. Environmental Assessment of Soil for Monitoring / Eds. Jones R.J.A. et al. Procedures & Protocols. EUR 23490 EN/5, Office for the Official Publications of the European Communities, Luxembourg. 2008. 165 р. https://doi.org/10.2788/94366
  26. EU Soil Strategy for 2030 – Reaping the benefits of healthy soils for people, food, nature and climate. Brussels. 17.11.2021 COM (2021) 699 final.
  27. Ghaley B.B., Porter J.R., Sandhu H.S. Soil-based ecosystem services: a synthesis of nutrient cycling and carbon sequestration assessment methods // Int. J. Biodiversity Science, Ecosystem Services & Management. 2014. V. 10. Р. 177–186. https://doi.org/10.1080/21513732.2014.926990
  28. Groffman P.M., Pouyat R.V., Cadenasso M.L., Zipperer W.C., Szlavecz K., Yesilonis I.D., Band L.E., Brush G.S. Land use context and natural soil controls on plant community composition and soil nitrogen and carbon dynamics in urban and rural forests // For. Ecol. Manage. 2006. V. 236. P. 177–192.
  29. Gu Y.-G., Gao Y.-P., Lin Q. Contamination, bioaccessibility and human health risk of heavy // Applied Geochemistry. 2016. V. 67. P. 52–58.
  30. http://dx.doi.org/10.1016/j.apgeochem.2016.02.004
  31. Guo R.-Z., Song Y.-B., Dong M. Progress and prospects of ecosystem disservices: an updated literature review // Sustainability. 2022. V. 14. P. 10396. https://doi.org/10.3390/su141610396
  32. Haines-Young R., Potschin M. The links between biodiversity, ecosystem services and human well-being // Ecosystem Ecology: A New Synthesis. Cambridge: University Press, 2010. P. 110–139. https://doi.org/10.1017/CBO9780511750458.007
  33. Hu Y., Chen M., Yang Z., Cong M., Zhu X., Jia H. Soil microbial community response to nitrogen application on a Swamp Meadow in the arid region of Central Asia // Front. Microbiol. 2022. V. 12. P. 797306. https://doi.org/10.3389/fmicb.2021.797306
  34. Hu Y.L., Zeng D.-H., Liu Y.-X., Yu-Lan Zhang Y.-X., Chen Z.-H., Wang Z.-Q. Responses of soil chemical and biological properties to nitrogen addition in a Dahurian larch plantation in Northeast China // Plant and Soil. 2010. V. 333. P. 81-92. https://doi.org/10.1007/s11104-010-0321-6
  35. ISO 14240-2: Soil quality – determination of soil microbial biomass – Part 2: fumigation-extraction method. Geneva: International Organization for Standardization, 1997.
  36. ISO 16072. Soil quality – laboratory methods for determination of microbial soil respiration. Geneva: International Organization for Standardization, 2002.
  37. Jiang Y., Shi L., Guang A. long, Mu Z., Zhan H., Wu Y. Contamination levels and human health risk assessment of toxic heavy metals in street dust in an industrial city in Northwest China // Environ. Geochem. Health. 2018. V. 40. P. 2007–2020.
  38. Joergensen R.G., Mueller T. The fumigation-extraction method to estimate soil microbial biomass: calibration of the kEN value // Soil Biol. Biochem. 1996. V. 28. P. 33–37. https://doi.org/10.1016/0038-0717(95)00101-8
  39. Kouno K., Tuchiya Y., Ando T. Measurement of soil microbial biomass phosphorus by an anion exchange membrane method // Soil Biol. Biochem. 1995. V. 27. P. 1353–1357. https://doi.org/10.1016/0038-0717(95)00057-L
  40. Langella G., Basile A., Giannecchini S., Moccia F.D., Mileti F.A., Munafó M., Pinto F., Terribile F. Soil Monitor: an internet platform to challenge soil sealing in Italy // Land Degradation and Development. 2020. V. 31. P. 2883–2900. https://doi.org/10.1002/ldr.3628
  41. Laumbach R.J., Kipen H.M. Respiratory health effects of air pollution: update on biomass smoke and traffic pollution // J. Allergy Clinical Immunology. 2012. V. 129. P. 3–11.
  42. Li D., Lu Q., Cai L., Chen L., Wang H. Characteristics of Soil Heavy Metal Pollution and Health Risk Assessment in Urban Parks at a Megacity of Central China // Toxics. 2023. V. 11. P. 257. https://doi.org/10.3390/toxics11030257
  43. Liu W., Jiang L., Yang S., Wang Z., Tian R., Peng Z., et al. Critical transition of soil bacterial diversity and composition triggered by nitrogen enrichment // Ecology. 2020. V. 101. P. 03053. https://doi.org/10.1002/ecy.3053
  44. Liu X., Duan L., Mo J., Du E., Shen J., Lu X., Zhang Y., Zhou X., He C., Zhang F. Nitrogen deposition and its ecological impact in China: an overview // Environ. Poll. 2011. V. 159. P. 2251–2264. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2010.08.002
  45. Lyytimäki J., Sipilä M. Hopping on one leg – The challenge of ecosystem disservices for urban green management // Urban Forestry Urban Greening. 2009. V. 8. P. 309–315. https://doi.org/10.1016/j.ufug.2009.09.003
  46. Makarov M.I., Malysheva T.I., Menyailo O.V., Soudzilovskaia N.A., Van Logtestijn R.S.P., Cornelissen J.H.C. Effect of K2SO4 concentration on extractability and isotope signature (δ13C and δ15N) of soil C and N fractions // Eur. J. Soil Sci. 2015. V. 66. Р. 417–426. https://doi.org/10.1111/ejss.12243
  47. MEA, Millennium Ecosystem Assessment: Ecosystems and human well-being: a framework for assessment. Washington, Covelo, London: Island Press, 2003. 155 p.
  48. Mielke H.W., Paltzeva A., Gonzales C.R. Novel policies are required to reduce pediatric lead exposure from legacy lead (Pb) in soil and air // Medical Research Archives. 2022. V. 10. https://doi.org/10.18103/mra.v10i10.3260
  49. Mikhailova E.A., Post C.J., Schlautman M.A., Post G.C., Hamdi A. Zurqani H.A. The Business Side of Ecosystem Services of Soil Systems // Earth. 2020. V. 1. P. 15–34. https://doi.org/10.3390/earth1010002
  50. Morel J.L., Chenu C., Lorenz K. Ecosystems services provided by soils of urban, industrial, traffic and military areas (SUITMAs) // J. Soils Sediments. 2015. V. 15. P. 1659–1666. https://doi.org/10.1007/s11368-014-0926-0
  51. Pickett S.T.A., Cadenasso M.L., Grove J.M., Boone C.G., Groffman P.M., Irwin E., Kaushal S.S., Marshall V., McGrath B.P., Nilon C.H., Pouyat R.V., Szlavecz K., Troy A., Warren P. Urban ecological systems: scientific foundations and a decade of progress // J. Environ. Management. 2011. V. 92. P. 331–362.
  52. Pinder R.W., Davidson E.A., Goodale C.L., Greaver T.L., Herrick J.D., Liu L. Climate change impacts of US reactive nitrogen // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2012. V. 109. Р. 7671–7675. https://doi.org/10.1073/pnas.1114243109
  53. Raza S., Na M., Wang P., Ju X., Chen Z., Zhou J., et al. Dramatic loss of inorganic carbon by nitrogen-induced soil acidification in Chinese croplands // Glob. Chang. Biol. 2020. V. 26. P. 3738–3751. https://doi.org/10.1111/gcb.15101
  54. Romzaykina O.N., Vasenev V.I., Paltseva A., Kuzyakov Y.V., Neaman A., Dovletyarova E.A. Assessing and mapping urban soils as geochemical barriers for contamination by heavy metal(loid)s in Moscow megapolis // J. Environ. Quality. 2021. V. 50. P. 22–37. https://doi.org/10.1002/jeq2.20142
  55. Saccá A., Caracciolo A.B., Di Lenola M., Grenni P. Ecosystem services provided by soil microorganisms // Soil Biological Communities and Ecosystem Resilience, Sustainability in Plant and Crop Protection. Springer Int. Publi. 2017. P. 9–24. https://doi.org/10.1007/978-3-319-63336-7_2.
  56. Shackleton C.M., Ruwanza S., Sanni G.K.S., Bennett S., De Lacy P., Modipa R., Mtati N., Sachikonye M., Thondhlana G. Unpacking Pandora’s Box: understanding and categorising ecosystem disservices for environmental management and human wellbeing // Ecosystems. 2016. V. 19. P. 587–600. https://doi.org/10.1007/s10021-015-9952-z
  57. Shapiro J., Báldi A. Accurate accounting: How to balance ecosystem services and disservices // Ecosystem Services. 2014. V. 7. P. 201–202. https://doi.org/10.1016/j.ecoser.2014.01.002
  58. Sutton M.A., Mason K.E., Sheppard L.J., Sverdrup H., Haeuber R., Hicks W.K. Nitrogen Deposition, Critical Loads and Biodiversity. Springer, 2014. 535 p.
  59. Varentsov M., Vasenev V., Dvornikov Y., Samsonov T., Klimanova O. Does size matter? Modeling the cooling effect of green infrastructures in a megacity during a heat wave // Sci. Total Environ. 2023. V. 902. P. 165966. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.
  60. Vasenev V.I., Stoorvogel J.J., Ananyeva N.D., Ivashchenko K.V., Sarzhanov D.A., Epikhina A.S., Vasenev I.I., Valentini R. Quantifying spatial-temporal variability of carbon stocks and fluxes in urban soils: from local monitoring to regional modelling // The carbon footprint handbook. Boca Raton: CRC Press, 2015. P. 185–222.
  61. von Döhren P., Haase D. Ecosystem disservices research: A review of the state of the art with a focus on cities // Ecological Indicators. 2015. V. 52. P. 490–497. http://dx.doi.org/10.1016/j.ecolind.2014.12.027
  62. Wallenstein М., McNulty S., Fernandez I.J., Boggs J., Schlesinger W.H. Nitrogen fertilization decreases forest soil fungal and bacterial biomass in three long-term experiments // Forest Ecology and Management. 2006. V. 222. P. 459–468. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2005.11.002
  63. Wang C., Liu D., Bai E. Decreasing soil microbial diversity is associated with decreasing microbial biomass under nitrogen addition // Soil Biol. Biochem. 2018. V. 120. Р. 126–133. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2018.02.003
  64. Yan Y., Wang C., Zhang J., Sun Y., et al. Response of soil microbial biomass C, N, and P and microbial quotient to agriculture and agricultural abandonment in a meadow steppe of northeast China // Soil Till. Res. 2022. V. 223. P. 105475. https://doi.org/10.1016/j.still.2022.105475
  65. Yang J-L, Zhang G-L. Formation, characteristics and eco-environmental implications of urban soils – A review // Soil Sci. Plant Nutr. 2015. V. 61. Р. 30–46. https://doi.org/10.1080/00380768.2015.1035622
  66. Yang X.J., Wittig V., Jain A.K., Post W. Integration of nitrogen cycle dynamics into the integrated science assessment model for the study of terrestrial ecosystem responses to global change // Global Biogeochem. Cycles. 2009. V. 23. Р. 18–21. https://doi.org/10.1029/2009GB003474
  67. Yevdokimov I., Larionova A., Blagodatskaya E. Microbial immobilisation of phosphorus in soils exposed to drying-rewetting and freeze-thawing cycles // Biol. Fertil. Soils. 2016. V. 52. P. 685–696. https://doi.org/10.1007/s00374-016-1112-x
  68. Zhang G., Burghardt W, Yang J. Chemical criteria to assess risk of phosphorous leaching from urban soils // Pedosphere. 2005. V. 15. Р. 72–77.
  69. Zhang T., Chen H.Y.H., Ruan H. Global negative effects of nitrogen deposition on soil microbes // ISME J. 2018. https://doi.org/10.1038/s41396-018-0096-y
  70. Zhou Z., Wang C., Zheng M., Luo Y. Patterns and mechanisms of responses by soil microbial communities to nitrogen addition // Soil Biol. Biochem. 2017. V. 115. Р. 433–441. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2017.09.015
  71. Zhuang Q., Lu Y., Chen M. An inventory of global N2O emissions from the soils of natural terrestrial ecosystems// Atmospheric Environment. 2012. V. 47. Р. 68–75.
  72. Zwetsloot M.J., Bongiorno G., Barel J.M., di Lonardo D.P., Creamer R.E. A flexible selection tool for the inclusion of soil biology methods in the assessment of soil multifunctionality // Soil Biol. Biochem. 2022. V. 166. P. 108514. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2021.108514

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024