932

представленные высокоплодородными почвами, с развитием деградационных процессов слабой степени.

281

Поле № 14, расположенное на южном склоне, характеризуется высоким почвенным потенциалом, но итоговый балл ПРП снижен вследствие развития деградации средней степени, существенное влияние на подверженность почв эрозионным процессам оказали морфометрические характеристики и местоположение в рельефе, склоны данной экспозиции хозяйства эродированы больше, чем северные и северо-восточные, так как в весеннее время они более прогреваемы, вследствие чего на них происходит более интенсивное снеготаяние. В результате негативного прессинга средневзвешенное значение ПРП территории снижено с 47,17 до 42,73 балла.

Первым шагом к переходу к адаптивно-ландшафтной системе земледелия является противоэрозионная организация землепользования, предусматривающая типизацию земель и использование на них соответствующих технологий и мероприятий.

Выводы и предложения. Деградация является не только причиной снижения плодородия почв, но и способствует ухудшению экологической обстановки в целом. Установлено, что значение средневзвешенного ПРП ОПХ «Минино» снижено на 4,4 единицы, в результате развития деградационных процессов на территории. Землепользование нуждается в проведении противоэрозионных мероприятий для восстановления ПРП агроландшафтов и повышения продуктивности земледелия.

Литература

1.Барабанов А. Т., Дронова Т. Н., Павловский Е. С., Степанов А. М. Научные основы разработки почвозащитных мероприятий в адаптивно-ландшафтной системе земледелия // Известия НВ АУК. 2012. №1.

2.Дубовик Д.В. Эрозия почв – глобальная угроза для человечества // Актуальные проблемы земледелия и защиты почв от эрозии. Сборник докладов Международн. Науч.-практ. конф. 2017. С 3-7.

3.Шпедт А.А., Трубников Ю.Н., Методика оценки природно-ресурсного потенциала агроландшафтов России // Живые и биокосные системы. 2020. № 31.

ASSESSMENT OF THE NATURAL RESOURCE POTENTIAL OF DEGRADED

AGRICULTURAL LANDSCAPES

A.A. Spedt, V.V. Zlotnikova

FRC "KSC SB RAS", Krasnoyarsk, Russia

Abstract. Using the example of land use "Minino", an assessment of degraded agricultural landscapes was carried out to identify their natural resource potential. It was found that the value of the weighted average NRP was reduced by 4.4 units on average, as a result of the development of degradation processes of a weak and medium degree on the territory of the economy.

Keywords: natural resource potential, agricultural landscapes, soils, degradation, GIS

References

1.Barabanov A. T., Dronova T. N., Pavlovsky E. S., Stepanov A. M. Scientific bases for the development of soil protection measures in the adaptive landscape system of agriculture. Izvestiya NV AUK. 2012. №1.

2.Dubovik D.V. Soil erosion is a global threat to mankind // Actual problems of agriculture and soil protection from erosion. Collection of reports International. Scientific-practical. conf. 2017. P. 3-7.

3.Shpedt A. A., Trubnikov Yu. N., Methodology for assessing the natural resource potential of agrolandscapes in Russia // Living and biokosnye sistemy. 2020. No. 31.

282

СЕКЦИЯ 3. ГОРОДСКИЕ И ТЕХНОГЕННЫЕ ПОЧВЫ И ИХ ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА, ФОРМИРОВАНИЕ,

КЛАССИФИКАЦИЯ И ЭВОЛЮЦИЯ

SECTION 3. URBAN AND ANTHROPOGENIC SOILS: ECOLOGICAL AND GEOCHEMICAL SYSTEM, FORMATION, CLASSIFICATION, AND EVOLUTION

______________________________________________________________________

УДК 631.4

ТРАНСФОРМАЦИЯ ФОРМ СОЕДИНЕНИЙ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ЛАНДШАФТОВ ЦЧР

Т.И. Борисочкина, К.А. Колчанова, Н.С. Никитина ФИЦ ФГБНУ Почвенный институт им. В.В.Докучаева, Москва, Россия e-mail: geotibor@gmail.com

Аннотация. Исследованы фракционный состав тяжелых металлов агроселитебных ландшафтов Курска и Липецка, почв пойменных ландшафтов реки Воронеж, а также песчаных почв на боровых песках лесопарковых ландшафтов в импактных зонах воздействия промышленных комплексов.

Ключевые слова: тяжелые металлы, формы соединений, трансформация, почвы, урбанизированные ландшафты.

Длительное функционирование на урбанизированных территориях промышленных предприятий, связанных с производством или использованием в технологических процессах тяжелых металлов, часто влечет за собой процессы серьезной химической трансформации ландшафтов, а также приводит к трансформации форм соединений тяжелых металлов в компонентах ландшафтов. Задачей проводимых работ являлось исследование форм соединений тяжелых металлов и их трансформации в почвах в зонах воздействия промышленных агломераций для оценки состояния окружающей среды, качества почв и разработки критериев оценки рисков деградационных процессов.

Исследования проводились на почвах урбанизированных ландшафтов Центрально-Черноземного района (ЦЧР), находящихся в сфере воздействия промышленных комплексов. ЦЧР богат земельными ресурсами, и в то же время характеризуется развитой промышленностью. Особого внимания требуют городские и пригородные агроландшафты, а также урбанизированные рекреационные ландшафты, которые также испытывают антропогенную нагрузку и оказываются загрязненными ТМ. Предварительные экспертные оценки показали значительную роль урбанизированных агроландшафтов в обеспечении овощной продукцией населения малых и средних городов России.

Объекты и методы. Объектом исследований являлись почвы импактных зон воздействия Курского аккумуляторного завода (КАЗа), Липецкого

283

трубопрокатного завода “Свободный Сокол” и Новолипецкого металлургического комбината (НЛМК). Работы проводились в соответствии с Методическими рекомендациями по оценке загрязнения городских почв и снежного покрова, разработанных в Почвенном институте им. В.В. Докучаева [3]. Разложение почвенных проб для определения валового содержания ТМ велось с использованием микроволновой системы Milestone Start D. Определение ТМ выполнялось атомно-абсорбционным методом на анализаторе Agilent АА240. В процессе исследований был использован метод экстрагирования по Тессиеру [6] и выделены фракции:

1 фракция ТМ, извлекаемая растворами нейтральных солей (Ех), в авторской методике носит название обменной.

2 фракция ТМ, экстрагируемая ацетатом натрия при рН 5 (АсNa), в авторской интерпретации характеризует группу тяжелых металлов, связанных с карбонатами. Вопрос о связях элементов, переходящих в эту фракцию, является дискуссионным [6], поэтому ограничимся термином - непрочно связанные (экстрагируемые ацетатом натрия).

3 фракция (Ox) представлена соединениями тяжелых металлов, связанных с несиликатными соединениями Fe и Mn.

4 фракция (Or) характеризует тяжелые металлы, связанные с органическим веществом.

5 фракция, именуемая остаточной (Rs), представлена металлами прочно связанными с силикатами, карбидами, устойчивыми органоминеральными соединениями.

Полученные результаты. Исследованиями показано, что почвы агроселитебных ландшафтов Курска в импактной зоне КАЗа значительно загрязнены Cd, Pb, Ni, Zn. При этом в ряде случаев загрязнен не только верхний аккумулятивный горизонт, но и почвенный профиль (табл. 1).

Таблица 1

Средние значения содержаний подвижных форм ТМ, извлекаемых ацетатноаммонийным буфером (рН4,8) в почве агроселитебного ландшафта Южного района Курска (мг/кг)

В верхних аккумулятивных горизонтах наблюдается превышение ПДК для Cd, Pb, Ni, Zn. По всему профилю отмечено превышение концентраций ТМ по сравнению с концентрациями элементов в почве фоновой территории. Загрязнение кадмием фиксировалось до глубины 60 см.

284

Фракционирование по методу Тессиера показало, что в загрязненных почвах Курска (по сравнению с почвами незагрязненных фоновых ландшафтов) происходит трансформация форм соединений, при этом резко увеличивается доля непрочно связанных форм ТМ (фракции Ex и AcNa) и соответственно возрастает их биодоступность и подвижность, что проиллюстрировано на примере цинка на рисунке.

Рисунок. Сравнительный анализ фракционного состава цинка в почвах агроселитебного (А) и степного (В) ландшафтов Курского региона

Увеличение подвижности ТМ приводит к загрязнению растительной продукции, выращиваемой на почвах агроселитебных ландшафтов, находящихся в импактной зоне КАЗа. Наиболее опасно загрязнение кадмием, который является наиболее мобильным и токсичным элементом [2]. В почвах импактной зоны КАЗа непрочно связанные соединения Cd достигают 30-50 %.от валового содержания.

Проведены эколого-геохимические исследования почв урбанизированных ландшафтов импактных зон завода “Свободный сокол” и Новолипецкого металлургического комбината Липецкой промышленной агломерации. Исследованиями установлено, что коэффициенты концентрации валовых содержаний ТМ в почвах агроландшафтов (огородов и садов частных домов, прилегающих к заводу “Свободный сокол”) по отношению к фону составили для цинка -1,5 - 2,3, для кадмия - 2,6 – 4,4, для меди – 1,6 - 3,1 [1]. Показано, что почвы городских агроландшафтов, прилегающие к заводу “Свободный сокол”, характеризуются низкой обеспеченностью доступными и важными для питания растений микроэлементами (табл. 2), такими как Zn, Cu, Co, Mn.

Таблица 2

Содержание подвижных форм тяжелых металлов в почвах агроселитебного ландшафта в импактной зоне завода “Свободный сокол” (мг/кг)

Фракционный анализ (проведенный по методу Тессиера) соединений тяжелых металлов почв агроселитебного ландшафта Липецка, примыкающего к

285

заводу “Свободный Сокол”, показал, что основная часть ТМ приурочена к остаточной фракции (Rs), что объясняет низкую обеспеченность почв приусадебных участков микроэлементами. При этом на долю Fe в этой фракции приходится порядка 90% металла. Основная доля марганца в почвах ландшафта концентрируется оксидами и гидроксидами железа (Ox).

Впочвах л есопарковых ландшафтов и почвах прирусловой поймы, находящихся в импактной зоне НЛМК, зафиксированы повышенные концентрации валовых содержаний и подвижных форм цинка, свинца и кадмия.

Анализ фракционного состава почв лесопаркового и пойменного ландшафтов импактной зоны воздействия НЛМК, показал, что максимальное количество марганца, цинка, свинца, кадмия связываются гидроксидами железа и марганца. При этом порядка 22 % от валового содержания кадмия приходится на фракции непрочно связанные почвой - легко обменные (Ex) и специфически сорбированные, извлекаемые ацетатом натрия (AcNa). Установлено, что максимальная доля меди (44-54% от валового содержания) связана с органическим веществом.

Заключение. Проведенными исследованиями выявлены зоны экологического риска, к которым отнесены почвы приусадебных участков в импактной зоне КАЗа, почвы поймы реки Воронеж и сосновых лесопарковых ландшафтов на боровых песках в импактной зоне Новолипецкого металлургического комбината. Проведенное эколого-геохимическое обследование Южного района Курска показало, что в импактной зоне завода “Аккумулятор” сформировалась геохимическая аномалия, основными загрязнителями которой являются кадмий, свинец, цинк и никель. Под воздействием выбросов завода находятся коллективные садовые товарищества, и приусадебные участки частных домов, обеспечивающие своей продукцией население города. С увеличением интенсивности загрязнения почв Cd значительно возрастает его доля в лабильной фракции, что влечет за собой загрязнение почвенного профиля и растительной продукции в импактной зон КАЗа.

Впочвах поймы возрастает количество легко обменных (Ex) и экстрагируемых AcNa (специфически сорбированных) соединений кадмия – фракций непрочно связанных почвой, суммарная доля которых составляет 21 %.

Впочвах поймы максимальная доля основных металлов связана с гидроксидами железа и марганца. В то время как в суглинистых слабо загрязненных почвах агроселитебного ландшафта тяжелые металлы преимущественно приурочены к остаточной фракции прочно связанных соединений.

Исследование трансформации соединений ТМ и их связи с почвенными компонентами необходимы для прогнозной оценки последствий техногенеза.

Литература

1. Борисочкина Т.И., Колчанова К.А. Геохимия тяжелых металлов почв урбанизированных ландшафтов зон воздействия металлургических предприятий // Экология и промышленность России. 2021. Т. 25. №10. С. 50-56.

286

2.Жидеева В.А.Загрязнение тяжелыми металлами почв садовых агроценозов Курской области // Автореферат диссертации на соиск. уч. степ. канд. биол. н.. 2000. Курск. 24 с.

3.Методические рекомендации по оценке загрязненности городских почв и снежного покрова тяжелыми металлами / В.А. Большаков, Ю.Н. Водяницкий, Т.И. Борисочкина и др. М.: Почвенный ин-т им. В.В. Докучаева, 1999. 32 с.

4.Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения. М: ФГНУ “Росинформагротех”, 2003. 240 с.

5.Переломов Л.В., Пинский Д.Л. Формы Mn, Pb и Zn в серых лесных почвах Среднерусской возвышенности // Почвоведение. 2003. № 6. С. 682-691.

6.Tessier A., Campbell P.G.C., Bisson M. Sequential extraction procedure for speciation of particulate trace metals // Analytical chemistry. 1979. V. 51. N.7. P. 844-850.

TRANSFORMATION OF FORMS OF HEAVY METALS COMPOUNDS IN THE SOILS OF URBANIZED LANDSCAPES OF THE CENTRAL BLACK EARTH REGION

T.I. Borisochkina, K.A. Kolchanova, N.S. Nikitina

Soil Science Institute V.V. Dokuchaev, Moscow, Russia

Abstract. The fractional composition of heavy metals was studied: in agrolandscapes of Kursk and Lipetsk, in soils of floodplain landscapes of the Voronezh River, in sandy soils of forest-park landscapes in impact zones of industrial complexes.

Keywords: heavy metals, compound forms, transformation, soils, urban landscapes

References

1.Borisochkina T.I. Geochemistry of heavy metals in soils of urban landscapes in the impact area of metallurgical plants // Ecology and Industry in Russia. 2021. Vol. 25. N 10. P.50-56.

2.Zhideeva V.A. Contamination of garden agrocenoses with heavy metals Kursk region//(abstract of dissertation on competition of a scientific degree of candidate of biological sciences), 2000. Kursk. 24 p.

3.Bolshakov V.A., Vodianitsky Ju.N., Borisochkina T.I. et al. Methodological recommendations for evaluating the contamination of urban soils and snow cover with heavy metals. M.: Soil Science Institute V.V. Dokuchaev, 1999. 32 p.

4.Methodical instructions for conducting complex monitoring of soil fertility of agricultural land. M: FGNU “Rosinformagrotech”, 2003. 240 p.

5.Peremolov L.V., Pinsky D.L. Forms of Mn, Pb and Zn in grey forest soils of Central Russian Upland //

Soil science. 2003. N 6. P. 682-691.

6. Tessier A., Campbell P.G.C., Bisson M. Sequential extraction procedure for speciation of particulate trace metals//Analytical chemistry. 1979. V. 51. N.7. P. 844-850.

УДК 631.437.8+631.416

МАГНИТНАЯ ФРАКЦИЯ ПЕСЧАНИКОВ КАК ПРИРОДНЫЙ ИСТОЧНИК ПОСТУПЛЕНИЯ

ТЯЖЁЛЫХ МЕТАЛЛОВ В УРБО-АЛЛЮВИАЛЬНЫЕ ПОЧВЫ ПОЙМ МАЛЫХ РЕК ГОРОДА ПЕРМИ

А.А. Васильев, М.Н. Власов ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ, Пермь, Россия e-mail: a.a.vasilev@list.ru

Аннотация. Рассмотрено влияние минералогических и химических особенностей магнитной фракции коренных пород – песчаников нижнешешминской свиты на эколого-геохимическое состояние урбо-аллювиальных почв поймы реки Егошиха на территории города Перми.

287

Ключевые слова: песчаник, магнитная фракция, сферулы, тяжёлые металлы, урбо-аллювиальные почвы, город Пермь.

Введение. Почвы пойм малых рек города Перми испытывают природнотехногенное загрязнение тяжёлыми металлами (ТМ) [4]. В почвах носителями ТМ являются магнитные частицы и сферулы техногенного [1] и литогенного происхождения. Работ, исследующих литогенные магнитные частицы и сферулы заметно меньше, что определяет дополнительный интерес к последним. Литогенные магнитные частицы, несущие ТМ, поступают в почвы пойм малых рек города Перми из обнажений коренных пород при их денудации. Исследование частиц магнитной фракции в составе почвообразующих и коренных пород позволяет понять особенности их происхождения, морфологии, геохимии и оценить их влияние на эколого-геохимическое состояние почв пойм.

Цель: охарактеризовать особенности строения, минералогии и элементного состава магнитных частиц и сферул песчаников для уточнения их генезиса и влияния на эколого-геохимическое состояние почв пойм.

Объекты – магнитные частицы и сферулы входящие в состав серых полимиктовых, среднезернистых, известковых песчаников нижнешешминской подсвиты, шешминской свиты (P1ss), одноимённого горизонта уфимского яруса приуральского отдела пермской геологической системы палеозоя. Песчаники обнажаются в долине реки Егошихи на территории г. Перми. Продукты выветривания песчаников несут в своём составе магнитные частицы и сферулы, которые поступают в урбо-аллювиальные почвы.

Методика. Из разрушенных песчаников ферритовым магнитом, выделяли магнитную фракцию, содержащую обломочные минеральные агрегаты и сферулы. Морфологию и элементный химический состав частиц магнитной фракции песчаников диагностировали электронно-микрозондовым и энергодисперсионным анализом на комплексе Tescan Vega II (Tescan, Чехия). Валовое содержание Fe, Mn, Cr, Ni, Cu, Zn и Pb в магнитной фазе и мелкозёме песчаника и почв определено рентгенфлуоресцентным методом.

Результаты. Доля магнитной фракции в песчанике составляет 0,4%. Магнитная фаза песчаника представлена частицами сферической (сферулы) и неправильной форм (рис.). Сферулы размером от 10 до 60 мкм сложены минералами группы шпинели. Сферулы имеют кору и центральную часть (рисунок б, е). Кора сферул магнетитовая на что указывает ярко-серебристый цвет и содержание железа от 60 до 90%. Наличие магнетита в песчаниках подтверждается средней удельной магнитной восприимчивостью (147×10-8 м3/кг). Химический состав коры сферул чаще сложный. Но есть сферулы с корой из оксидов железа и интерметаллического сплава Fe-Na-Zn. Магнетит коры сферул имеет изоморфные примеси: Cr (0,5-12,1%), Zn (11,7%) и Ti (0,6-2,7%). Морфология поверхности кор сферул гладкая (снимок б, спектр 1; снимок д, спектр 2), бороздчатая (снимок а), гексогонально- и полигонально-зернистая, скелетная и дендритовидная (снимок б, спектр 3). В

288

верхней части снимка г поверхность сферулы сложена октаэдрическими кристаллами магнетита с заметными гранями и вершинами. Центральная часть у вскрытых сферул тёмно-серая с алюмосиликатным составом и незначительным включением высокомагнитных минералов железа. Содержание алюминия и кремния варьирует от 4 до 26% и от 23 до 39% соответственно. Среди примесей присутствуют: Cr (0,5-12,1%) и Ti (0,7-2,7%).

Рисунок. Микроснимки (а – е) магнитных частиц из песчаника

289

Магнитные частицы неправильной формы полиэдрические, угловатые либо окатанные или пластинчатые с рваными краями. Светлая окраска угловатых частиц, обеспеченность их железом от 50 до 85% и наличие примесей Cr (9,7- 29,4%), Zn (4,2%) и Ti (1,0-24,3%) указывает на присутствие минералов группы шпинели: магнетит, титаномагнетит, ильменит, ульвошпинель, хромит и хромит замещённый цинком.

Магнитные частицы и сферулы песчаников, содержащие ТМ, влияют на эколого-геохимическое состояние почв пойм. Концентрация Fe, Mn, Cr, Ni, Cu, Zn и Pb в составе магнитных частиц из песчаника выше, чем во вмещающей матрице мелкозёма песчаника. В геохимическом ряду коэффициентов концентрации ТМ в магнитной фракции песчаника, по данным рентгенфлуоресцентного анализа, преобладают хром, цинк, железо, никель и марганец:

Кк Cr 7,6 > Zn 6,9 > Fe 5,6 > Ni 5,0 > Mn 4,4 > Cu 2,0 > Pb 1,8

В геохимическом ряду коэффициентов концентрации ТМ в поверхностном горизонте AYg,ur, урбо-аллювиальной серогумусовой глеевой почвы поймы реки Егошиха, лидируют никель, цинк, хром, медь и железо:

Кк Ni 31,0 > Zn 11,2 > Cr 10,7 > Cu 9,4 > Fe 4,4 > Pb 3,8 > Mn 1,7

Близость элементного состава данных геохимических рядов подтверждает наследуемость ТМ почвами от литогенных магнитных частиц и сферул песчаников.

Обсуждение. Многие исследователи природу магнитных частиц считают литогенной [3, 7, 8]. В пермский период эрозия обнажала хромитоносные породы Сарановского комплекса уральских гор. Обломочный материал содержащий хромшпинелиды сносился палеореками с востока на запад и формировал нижнепермские осадочные породы на Западном Урале [5]. Химический состав магнитных частиц, выделенных нами из песчаника, по повышенной щёлочности, глинозёмистости, железистости, титанистости, наличию хрома и цинка схож с составом хромшпинелидов Сарановского комплекса, согласно данным Алексеева А.А. [2]. Если учесть, что формирование Сарановского комплекса гидротермальное [6], то можно предположить, что обнаруженные нами сферулы в песчаниках могут иметь литогенную природу. Механизм образования сферул за счёт кавитационных эффектов в гидротермальных растворах приводит М.И. Новгородова [7].

Оказавшись в почвах пойм, магнитные частицы постепенно разрушаются и высвобождают ТМ. Подвижные формы металлов могут поступать в почвенные растворы и представлять угрозу для биоты и гидросферы.

Выводы. Одним из источников поступления в почвы пойм малых рек города Перми потенциально опасных элементов можно считать литогенные магнитные частицы и сферулы содержащиеся в песчаниках.

Литература

1. Азина А.А., Васильев А.А. Состав магнитной фазы почв на территории ООПТ «Черняевский лес» (г. Пермь) // Проблемы минералогии, петрографии и металлогении. Научные чтения памяти П.Н. Чирвинского. 2021. № 24. С. 12-17.

290