CC BY
19
Электронное научное издание Альманах Пространство и Время Т. 15. Вып. 1 • 2017
STUDIA STUDIOSORUM: УСПЕХИ МОЛОДЫХ ИССЛЕДОВАТЕЛЕЙ
Тематический выпуск в рамках года подготовки и проведения XIX Всемирного фестиваля молодежи и студентов в России
Electronic Scientific Edition Almanac Space and Time volume 15, issue 1
STUDIA STUDIOSORUM: Achievements of Young Researchers
Thematic Issue in the run-up to the year of preparation and holding the 19th World Festival of Youth and Students in Russia Elektronische wissenschaftliche Auflage Almanach 'Raum und Zeit Band 15, Ausgb. 1.
STUDIA STUDIOSORUM: Fortschritte der Nachwuchsforscher
Thematische Ausgabe im Rahmen des Jahres der Vorbereitung und Durchführung des XIX. Weltfestivals der Jugend und Studenten in Russland
Успехи в науках о природе
УДК 631.41
Кривцова В.Н.
Роль физических свойств почв в перераспределении загрязняющих веществ в почвенном профиле
Кривцова Виктория Николаевна, студентка 4 курса факультета почвоведения Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова
ORCID ID https://orcid.org/0000-0002-8589-1580
E-mail: viktoriya-n-krivtsova@j-spacetime.com; owl-cat@mail.ru
Оценка загрязнения почв базируется на химических свойствах почвы. Физические свойства учитываются лишь в некоторых региональных оценках загрязнения. Представленная работа рассматривает роль гранулометрического состава в распределении загрязняющих веществ в почвенном профиле. Показано, что в тяжелосуглинистых почвах Башкортостана частота встречаемости тяжёлых металлов в верхних горизонтах составляет 45—50%, в нижних — 35—40%. В среднесу-глинистых почвах вероятность встречаемости элементов выше в нижних горизонтах. Для свинца, селена, молибдена, стронция и марганца не обнаружено связей между их содержанием и гранулометрическим составом горизонтов.
Ключевые слова: загрязнение почв; физические свойства почв; тяжёлые металлы; гранулометрический состав; почвы Республики Башкортостан.
Целью данной работы является оценка влияния физических свойств почв на перераспределение загрязняющих веществ в профиле почв Республики Башкортостан.
Загрязнение почв — это вид антропогенной деградации почв, при которой содержание химических веществ в почвах, подверженных антропогенному воздействию, превышает природный региональный фоновый уровень их содержания в почвах [Мотузова, Безуглова 2007]. Под химическим загрязнением почв следует понимать изменение её химического состава в результате антропогенной деятельности, сопровождающееся ухудшением или потерей её естественных свойств [Трифонов, Девисилов 2007].
Загрязняющее вещество (поллютант) — это любой продукт (вещество), попадающий в окружающую среду или возникающий в ней в количествах, выходящих за рамки обычного содержания, предельных естественных колебаний или среднего природного фона в рассматриваемое время [Бондалетова, Бондалетов 2008].
Загрязнению подвержены все компоненты окружающей среды. Наибольшее влияние загрязняющие вещества оказывают на почвенный покров. Почва аккумулирует поллютанты в профиле, выполняя важную санитарно-гигиеническую функцию, которая в настоящее время исчерпывается [Орлов и др. 1991; Сазонова и др. 2012]. Отражая распределение загрязняющих веществ в ландшафте, почва является наиболее стабильным индикатором загрязнения [Мотузова,
Achievements in Natural Sciences / Fortschritte in der N aturw issenschaften
Electronic Scientific Edition Almanac Space and Time volume 15, issue 1 'STUPIA STUPIOSORUM: Achievements of Young Researchers'
Achievements in Natural Sciences
Elektronische wissenschaftliche Auflage Almanach 'Raum und Zeit Bd. 15, Ausgb. 1. 'STUPIA STUPIOSORUM: Fortschritte der Nachwuchsforscher'
Fortschritte in der Naturwissenschaften
Кривцова В.Н. Роль физических свойств почв в перераспределении загрязняющих веществ в почвенном профиле
Безуглова 2007]. При оценке почвенных загрязнений необходимо учитывать не только химические свойства почв [Орлов и др. 1991]. Малое количество работ посвящено изменению физических свойств почв и их влиянию на перераспределение загрязнителей в почвенном профиле.
Особенности распределения веществ рассматривались на примере поведения тяжёлых металлов. Для исследования использовались данные (графики распределения тяжёлых металлов в почвенных профилях, описания почвенных разрезов) докторской диссертации И.Г. Асылбаева [Асылбаев 2015]. Объекты исследования — почвы Республики Башкортостан: серые лесные, дерновые, лугово-чернозёмные, горные почвы и чернозёмы. Всего проанализировано 313 графиков распределения металлов по 62-м почвенным профилям.
Экспериментальная работа проводилась на основе сравнительно-географических маршрутных и обзорно-площадных экспедиционных исследований позволяющих учитывать закономерности формирования почвенного покрова в ландшафтах. Образцы для анализа отбирали из каждого генетического горизонта почвенного профиля. Генетические горизонты выделяли визуально и ориентировочно по мощности, отбирали пробы массой около 300 г, и после высушивания и просеивания через сита проводили лабораторный анализ. Для оценки элементного состава применяли метод масс-спектро-метрии с индуктивно-связанной плазмой ICP-MS на масс-спектрометре марки VG Plasma Quad и Elan-6100 в стандартных условиях изменения с использованием импортных эталонных образцов. Погрешность определения элементов на уровне единиц и сотых долей составляет не более 15% [Асылбаев 2015].
На основе данных распределения тяжёлых металлов (Pb, Hg, Cd, Se, As, Zn, Cu, Cr, Co, Ni, Mo, Ba, Sr, Mn, V, W) в почвенном профиле, для каждого элемента нами были составлены таблицы с выделением глубин их максимальной и минимальной аккумуляций (табл. 1). На следующем этапе были рассчитаны вероятности встречаемости максимальной аккумуляции металлов в зависимости от гранулометрического состава почвы и глубины залегания горизонта (табл. 2, 3).
Таблица 1
Зауральский пенеплен
Почва Гранулометрический состав, % содержания физической глины* [Розанов 2004] Глубина максимального содержания элемента Глубина минимального содержания элемента
Дерновая неполноразвитая (Р.20-2000) Средний суглинок (30—40%) На поверхности 20 см (горизонт АС)
Тёмно-серая лесная неполно- развитая (Р.15-2000) Тяжёлый суглинок (40—50%) В породе 40 см (горизонт ВС)
Тёмно-серая лесная неполно- развитая (Р.16-2000) Средний суглинок (30—40%) На поверхности 45—47 см (переход от горизонта АВ к ВС)
Тёмно-серая лесная неполно-развитая на метаморфизиро-ванных сланцах-эклогитах (Р.17-2000) Средний суглинок (30—40%) 25 см (горизонт АВ) В породе
Дерновая неполноразвитая (Р.18-2000) Средний суглинок (30—40%) 33 см (переходный горизонт к породе) На поверхности
Примечание: *Физическая глина — совокупность частиц в почве менее 0,01 мм.
Таблица 2
Вероятность аккумуляции элемента (%) на разных глубинах в почвах одного гранулометрического состава
(100% — встречаемость в почвах одного гранулометрического состава)
Гранулометрический состав Глубина, см
0-5 6-20 21-50 > 50 Всего:
Тяжёлый суглинок 45 11 11 33 100
Средний суглинок 39 0 46 15 100
Лёгкий суглинок* — — — — —
*
Примечание: В приведённом примере отсутствуют легкосуглинистые почвы.
Electronic Scientific Edition Almanac Space and Time volume 15, issue 1 'STUPIA STUPIOSORUM: Achievements of Young Researchers'
Achievements in Natural Sciences
Elektronische wissenschaftliche Auflage Almanach 'Raum und Zeit Bd. 15., Ausgb. 1. 'STUPIA STUPIOSORUM: Fortschritte der Nachwuchsforscher'
Fortschritte in der Naturwissenschaften
Кривцова В.Н. Роль физических свойств почв в перераспределении загрязняющих веществ в почвенном профиле
Таблица 3
Вероятность аккумуляции элемента (%) на определённой глубине в зависимости от гранулометрического состава
(100% — встречаемость на данной глубине)
Гранулометрический состав Глубина, см
0-5 6-20 21-50 > 50
Тяжёлый суглинок 44 100 14 60
Средний суглинок 56 0 86 40
Лёгкий суглинок** — — — —
Всего: 100 100 100 100
Примечание: В приведённом примере отсутствуют легкосуглинистые почвы.
Исследуемые почвы представлены в основном двумя гранулометрическими составами — тяжёлым и средним суглинками (легкосуглинистые почвы представлены одним разрезом). С учётом этого обстоятельства построены графики зависимости вероятности аккумуляции от глубины, которые позволяют оценить различия аккумуляции в тяжело- и средне-суглинистых почвах.
По максимальной аккумуляции тяжёлых металлов в верхних горизонтах почв в зависимости от гранулометрического состава установлены достоверные различия для следующих элементов: свинец, ртуть, кадмий, селен, мышьяк, медь, никель, молибден, барий, марганец, вольфрам (рис. 1).
Рис. 1. Химические элементы-загрязнители с максимальными различиями вероятностей их аккумуляции
в тяжело- и среднесуглинистых почвах
Electronic Scientific Edition Almanac Space and Time volume 15, issue 1 'STUPIA STUPIOSORUM: Achievements of Young Research ers'
Achievements in Natural Sciences
Elektronische wissenschaftliche Auflage Almanach 'Raum und Zeit Bd. 15, Ausgb. 1. 'STUPIA STUPIOSORUM: Fortschritte der Nachwuchsforscher'
Fortschritte in der Naturwissenschaften
Кривцова В.Н. Роль физических свойств почв в перераспределении загрязняющих веществ в почвенном профиле
Однако для хрома, кобальта, стронция и ванадия различия оказались недостоверными (рис. 2).
Рис. 2. Химические элементы-загрязнители с минимальными различиями вероятностей их аккумуляции
в тяжело- и среднесуглинистых почвах
Таким образом, прослеживается определённое влияние гранулометрического состава почв на распределение тяжёлых металлов в почвах Республики Башкортостан. Общей для большинства исследуемых элементов является высокая вероятность аккумуляции в поверхностных горизонтах почв и в породах (пермских глинах, известняках). Последнее обстоятельство чаще всего обусловлено изначально высоким содержанием металла в породе. В верхних горизонтах тяжелосуглинистых почв средняя вероятность аккумуляции тяжёлых металлов составляет 45%, для среднесуглинистых почв — 25 %. Следовательно, аккумуляция элементов в поверхностных горизонтах наиболее вероятна в тяжёлых по гранулометрическому составу почвах, то есть в почвах с высоким содержанием физической глины.
ЛИТЕРАТУРА
1. Асылбаев И.Г. Оценка геохимического состояния почв Южного Урала. Дисс. ... д. биол. н. Уфа, 2015. 448 с.
2. Бондалетова Л.И., Бондалетов В.Г. Промышленная экология. Томск: Изд-во Томского политехнического
университета, 2008. 247 с.
3. Мотузова Г.В., Безуглова О.С. Экологический мониторинг почв: Учебник. М.: Гаудеамус, 2007. 237 с.
4. Сазонова О.В., Сухачева И.Ф., Березин И.И., Орлова Л.Е., Дроздова Н.И. Репрезентативность результатов
эколого-гигиенической оценки почвы и риски здоровью населения Самарской области // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2012. Т. 14. № 5 -3. С. 633 — 637.
5. Розанов Б.Г. Морфология почв. М.: Академический Проект, 2004. 432 с.
6. Трифонов К.И., Девисилов В.А. Физико-химические процессы в техносфере. М.: ФОРУМ — ИНФРА-М,
2007. 240 с.
7. Орлов Д.С., Малинина М.С., Мотузова Г.В., Соколова Т.А., Садовникова Л.К. Химическое загрязнение
почв и их охрана: Словарь-справочник. М.: Агропромиздат, 1991. 303 с.
8. Alloway B.J., ed. Heavy Metals in Soils: Trace Metals and Metalloids in Soils and their Bioavailability. Dordrecht:
Springer Science+Business Media, 2013. 614 p.
9. Schaetzl R.J., Thompson M.L. Soils: Genesis and Geomorphology. New York: Cambridge University Press, 2015. 795 p.
Цитирование по ГОСТ Р 7.0.11—2011:
Кривцова, В. Н. Роль физических свойств почв в перераспределении загрязняющих веществ в почвенном профиле [Электронный ресурс] / В.Н. Кривцова // Электронное научное издание Альманах Пространство и Время. — 2017. — Т. 15. — Вып. 1: Studia studiosorum: успехи молодых исследователей. — Стационарный сетевой адрес: 2227-9490e-aprovr_e-ast15-1.2017.12.
Electronic Scientific Edition Almanac Space and Time volume 15, issue 1 'STUPIA STUPIOSORUM: Achievements of Young Research ers'
Achievements in Natural Sciences
Elektronische wissenschaftliche Auflage Almanach 'Raum und Zeit Bd. 15., Ausgb. 1. 'STUPIA STUPIOSORUM: Fortschritte der Nachwuchsforscher'
Fortschritte in der Naturwissenschaften
Кривцова В.Н. Роль физических свойств почв в перераспределении загрязняющих веществ в почвенном профиле
THE ROLE OF SOILS PHYSICAL PROPERTIES IN POLLUTANTS REDISTRIBUTION IN SOIL PROFILE
Victoriya N. Krivtsova, 4th year student at Soil Science Department of Lomonosov Moscow State University
ORCID ID https://orcid.org/0000-0002-8589-1580
E-mail: viktoriya-n-krivtsova@j-spacetime.com; owl-cat@mail.ru
Soils are the most stable indicators of environmental pollution. For the characterization of contamination, chemical soil properties are taken into account, but considerably less attention has been given to physical properties. Therefore, the determination of the role of physical soil properties is a relevant problem. The subject of my study is distribution of heavy metals. In this article, using source and probabilistic environmental analysis, and descriptive method, I examined the role of granulo-metric composition in distribution of heavy metals in the soils profiles of the Bashkortostan Republic.
As a source of data on the elemental composition of soils, I used studies published in 2015 in the form of a doctoral dissertation (for the evaluation of the elemental composition, the author of doctoral thesis used ICP-MS inductively coupled plasma mass spectrometry on the VG Plasma Quad and Elan-6100 under standard conditions of change using imported reference samples). Based on the heavy metals distribution data (62 soil profiles and 313 distribution graphs), I compiled the tables with determined depth of minimum and maximum metals accumulation. I also calculated the likelihood of occurrence of maximum accumulation of heavy metals depending on the granulometric composition of soils and the depths of the horizons. The distribution of heavy metals in the soil profile correlates with the granulometric composition of the soil. The average likelihood of accumulation in the upper horizons of heavy loam soils is equals to 45%, and in medium loam soils it was 25%. It allows me make the conclusion that accumulation of elements in the upper horizons is most likely in soils with a high content of the physical clay.
Keywords: soil contamination; physical properties of soil; heavy metals; granulometric composition of soil; soils in Bashkortostan Republic.
References:
1. Alloway B.J., ed. Heavy Metals in Soils: Trace Metals and Metalloids in Soils and their Bioavailability. Dordrecht:
Springer Science+Business Media, 2013. 614 p.
2. Asylbaev I.G. The Estimation of Soils Geochemical State in Southern Ural. Doctoral diss. Ufa, 2015. 448 p. (In Russian).
3. Bondaletova L.I., Bondaletov V.G. Industrial Ecology. Tomsk: Tomsk Polytechnical University Publisher, 2008.
247 p. (In Russian).
4. Motuzova G.V., Bezuglova O.S. Environmental Monitoring of Soils. Moscow: Gaudeamus Publisher, 2007. 237 p.
(In Russian).
5. Orlov D.S., Malinina M.S., Motuzova G.V., Sokplova T.A., Sadovnikova L.K. Chemical Pollution of Soils and Its
Conservation. Moscow: Agropromizdat Publisher, 1991. 303 p. (In Russian).
6. Rozanov B.G. Soils Morphology. Moscow: Akademichesky proekt Publisher, 2004. 432 p. (In Russian).
7. Sazonova O.V., Sukhacheva I.F., Berezin I.I., Orlova L.E., Drozdova N.I. "The Representativeness of Ecologo-
Hygienic Estimation of Soil Results and Health Risks for Population of the Samara Region." News of Samara Scientific Center of Russian Academy of Sciences 14.5-3 (2012): 633 — 637. (In Russian).
8. Schaetzl R.J., Thompson M.L. Soils: Genesis and Geomorphology. New York: Cambridge University Press, 2015. 795 p.
9. Trifonov K.I., Devisilov V.A. Glossary on Physicochemical Processes in Technosphere. Moscow: FORUM - INFRA-M
Publisher, 2007. 240 p. (In Russian).
Cite MLA 7:
Krivtsova, V. N. "The Role of Soils Physical Properties in Pollutants Redistribution in Soil Profile." Electronic Scientific Edition Almanac Space and Time 15.1 (Studia Studiosorum: Achievements of Young Researchers) (2017). Web. <2227-9490e-aprovr_e-ast15-1.2017.12>. (In Russian).
