Вот один из примеров почвенного разреза в городе (Москва, Новые Кузьминки): сверху — метровая толща перемешанного почвогрунта, потерявшего естественную структуру, с различными примесями (битый кирпич, камень, осколки стекла, кусочки битума, цемента, дерева и т. д. — всего до 15-20% объема почвы) и с малым содержанием мелких (до 0,01 мм) частиц — основных носителей питательных веществ и микроэлементов. И только ниже лежат слои естественной дерново-подзолистой почвы, но на метровой глубине они уже почти не содержат гумуса.
Ясно, что в этих случаях растениям приходится довольствоваться субстратом, по своим свойствам весьма далеким от естественных зональных почв. Но даже если последние и сохранятся, они подвергаются в городских условиях различным влияниям, изменяющим их качество с точки зрения пригодности для растений. Выше уже было упомянуто о тех трудностях, которые создает для городских растений водный и тепловой режим почвы. Добавим к этому сильное уплотнение почв, приводящее к ограничению воздухо- и водообмена, а также всевозможные загрязнения. Например, в Москве талые снеговые моды, стекающие в почву, содержат на 2-3 порядка больше механических примесей, чем в подмосковных лесах. Городские почвы, кроме того, поглощают и удерживают большие дозы различных химических загрязнителей из воздуха (о них речь пойдет ниже).
Особенно губительно для городских растений применение и зимнее время солей для быстрого освобождения дорожных покрытий от снега — "снегосгона". Во многих странах с этой целью используют хлористый натрий (поваренную соль) или различные смеси с его участием, а иногда (при температурах до -20°С) и хлористый кальций. Солевой раствор, стекающий и почву, приводит не только к коррозии подземных коммуникаций (и в основном с этой точки зрения считается нежелательным в городском хозяйстве), но и к искусственному засолению почвенного слоя. В результате в городах и вдоль автомагистралей появляются столь же засоленные почвы, как где-нибудь в сухих степях или на морских побережьях. Об этом сигнализирует сама растительность. Так, по обочинам шоссейных дорог Великобритании в последние годы стали и массе распространяться типичные приморские растения-галофиты (подорожник морской, астра приморская, бескильница и др.). Но если галофиты "привыкли" и хорошо приспособлены к засолению (у них даже, например, снижается всхожесть семян на незасоленных почвах), то этого нельзя сказать о деревьях и травах, выращиваемых в городах.
Насколько губительно для городских растений такое искусственное засоление, показывают результаты своеобразного эксперимента", невольно поставленного коммунальным хозяйством одного из наших крупных городов. Было замечено, что на оживленной центральной магистрали начали усыхать деревья, но только по одной стороне улицы, хотя все условия как будто были полностью одинаковыми по обеим ее сторонам. Разгадка этого различия крылась в том, что посередине улицы проходила граница между двумя городскими районами, в одном из которых было запрещено применение соли для очистки улиц, а в другом разрешено (нетрудно догадаться, в каком).
Использование соли на улицах встречает все большее сопротивление практиков городского озеленения (достаточно привести такой нередко мелькающий заголовок критических газетных статей, как "Пересол на асфальте"). Этой проблеме посвящены многочисленные публикации в научной литературе и международные симпозиумы. Предлагаются различные заменители соли, безвредные для растений, в том числе отходы промышленности (например, фосфорсодержащая зола).
Оригинальное решение для борьбы со снегом на тротуарах предложили и использовали в г. Тойяма японские ученые, заставив работать в роли уличных снегоочистителей... микробов, выделяющих много тепла в процессе жизнедеятельности. Резервуары с культурой этих микробов применяются в системе нагрева воды, которая затем проходит по трубам, проложенным под тротуаром, — и можно уже не заботиться об уборке снега.
В городах оставляет желать много лучшего и важнейшее для растений качество почвы — ее плодородие. Причин здесь несколько. Если в естественных экосистемах постоянное плодородие почвы поддерживается за счет такого важного звена биологического круговорота, как ежегодно поступающие в почву органические остатки, то в городах — помните известную песню "Листья жгут, листья жгут, листья прошлогодние..."? В этих словах — не только одна из фенологических примет городской осени, но и одна из причин обеднения городских почв. Ежегодная уборка опавшей листвы, производимая в санитарно-гигиенических целях (опять-таки, исходя из интересов человека), для городской растительности означает не что иное, как размыкание естественных биогеохимических циклов, перекрывание канала возврата питательных веществ в почву. А это обрекает городские деревья на голодный паек почвенных питательных элементов. Такому же обеднению почвы способствует и ежегодное неоднократное скашивание травы на газонах.
Другая причина снижения плодородия почвы в городах заключается в неподходящих условиях для нормальной жизнедеятельности микробного населения — почвенной микрофлоры. Нередко городские почвы стерильны почти до метровой глубины. А ведь именно почвенные бактерии-редуценты переводят мертвые органические остатки в форму, удобную для усвоения питательных веществ корнями растений. Сильно угнетены в городских условиях и грибы-микоризообразователи, живущие в симбиозе с микотрофными древесными породами; для последних это также немаловажная причина ухудшения их состояния.
И еще одно затруднение — ограниченная площадь питания для тех крупномерных деревьев, которые пересаживают на улицы, в скверы и т. д. в уже достаточно взрослом состоянии (получила, например, широкое распространение посадка взрослых лип). Корневые системы при этом сильно подрезают, а деревья сажают в лунки с насыпной почвой, выкопанные в плотном грунте, так что они затем растут практически в условиях кадочной культуры. Еще меньшим объемом почвы приходится довольствоваться уличным декоративным посадкам в каменных или бетонных вазах и тем более случайным "поселенцам" в трещинах мостовых, на городских стенах, зданиях и т. д. Такие растения по почвенным условиям (и не только по ним) с полным правом можно сравнить с литофитами — обитателями скальных и каменистых грунтов в высокогорьях или на гранитных обнажениях в Карелии.
Важнейшим условием существования растений, как и человека, является воздушная среда (для последнего без нее невозможно дыхание, для первых — не только дыхание, но и "воздушное питание" — фотосинтез). Каковы особенности городского воздуха "с точки зрения" растений?
По основному газовому составу он мало чем отличается от воздуха естественных местообитаний: кислорода для дыхания хватает, углекислого газа для фотосинтеза тоже (вблизи предприятий — крупных потребителей топлива — его содержание в воздухе может быть даже повышено). Существенное отличие городского воздуха заключается в присутствии различных примесей-загрязнителей.
Долгое время главным загрязнителем городского воздуха были дымовые газы — продукт сжигания топлива — и двуокись серы, которая образуется при сжигании низкосортного угля, содержащего примеси серы. Еще в XIV в. в Саксонии запрещали использовать для отопления жилищ каменный уголь, дающий много дыма. Картины дымного Лондона нередки у писателей XVIII в. И в последующие столетия кто только не писал о печально знаменитом лондонском смоге! Любопытную иллюстрацию увеличения задымления атмосферы Петербурга-Петрограда-Ленинграда — своеобразное постепенное сгущение "дымовых туч" — можно видеть при сравнении городских пейзажей разных веков.
С середины XX в. началось массированное наступление индустриальных загрязнителей на городской воздушный бассейн. Источники этого загрязнения — прежде всего промышленные предприятия. Перелистав "Реферативные журналы" по тематике "Городская среда" и "Охрана природы" за последние несколько лет, можно встретить упоминания о выбросах в атмосферу отходов самых разнообразных производств, например полиграфического, лакокрасочного, пивоваренного и т. д., не говоря уже о металлургических и цементных заводах. Свою долю в загрязнение воздуха вносят электростанции, городские, непромышленные службы и организации, авто- и авиатранспорт.
И в наши дни дым составляет существенную часть загрязнений городского воздуха. Из космоса хорошо видно, что многие крупные города накрыты "дымовыми шапками", или "дымовыми облаками", а зимой вокруг городов ясно просматриваются "ореолы" загрязненного снега.
Появился и целый "букет" химических веществ — загрязнителей городского воздуха. В осадках, выпадающих над городом, концентрация только растворенных компонентов доходит до 100 мг/л. По оценкам некоторых ученых, на 1 км2 городской территории ежегодно выпадает до 20-30 т различных веществ; это в 4-6 раз больше, чем в сельской местности. К двуокиси серы, до сих пор не уступающей своих позиций, добавились озон, фтористый водород, окислы азота, периацетилнитрат (ПАН), тяжелые металлы, различные аэрозоли и пылевидные частицы. Специфически городское загрязнение — выхлопные газы автомобилей на улицах с интенсивным движением. Среди прочих загрязнений они включают угарный газ и много окислов свинца, источником которых служит тетраэтилсвинец, добавляемый в бензин для повышения октанового числа. По исследованиям западноевропейских ученых, 50-70% свинца, содержащегося в бензине, переходит с выхлопными газами в атмосферный воздух.
В последние годы нарастанию индустриальных загрязнений в городах все явственнее противостоит встречный процесс — развитие мер по контролю и снижению загрязнений. Так, в Москве действует служба Госкомгидромета и СЭС, включающая около 50 постоянных постов наблюдения и несколько передвижных, проведена инвентаризация источников загрязнения, принимаются меры к снижению выбросов. К 1980 г. приостановлен рост загрязнения московского воздуха, а по ряду показателей отмечено явное улучшение его чистоты. В Лондоне в результате использования природного газа вместо угля и нефти и сокращения числа теплоэлектростанций среднегодовое содержание двуокиси серы снизилось с 300 до 40 мкг/м