CC BY
27
УДК 556.555.6:504.064.36
В.С. Валиев, Д.Е. Шамаев, Р.Р. Хасанов, В.В. Маланин
Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, podrost@mail.ru
ПОДВИЖНОСТЬ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ И ОСОБЕННОСТИ ИНТЕРПРЕТАЦИИ ЕЕ ИЗМЕНЧИВОСТИ
При оценке подвижности тяжелых металлов в системе «вода - донные отложения» важно не только понимать условия и особенности фазовых переходов, но и иметь надежные критерии для их оценки и интерпретации. Среди факторов иммобилизации металлов в донных отложениях обычно рассматривают присутствие в них органического вещества и тонкодисперсных фракций и рН среды. Целью исследования явилось построение репрезентативных моделей такой взаимосвязи.
Ключевые слова: тяжелые металлы; донные отложения; органическое вещество; гранулометрический состав; реакция среды.
DOI: https://doi.Org/10.24852/2411-7374.2022.2.61.67
Введение
Донные отложения являются основным буфером, важнейшим депонирующим звеном для поступающего в водные объекты вещества, интегрирующим в своем составе геохимические особенности самих водных объектов, их водосборных площадей, а также влияние техногенных сбросов. Буферной особенностью донных отложений является их способность, в зависимости от условий, сложившихся в водоеме, служить либо источником поступления химических соединений в толщу воды, либо их аккумулятором.
Особую роль играют донные отложения при распределении консервативных веществ, не подверженных деградации, таких как тяжелые металлы (ТМ). В связи с тем, что фазовый переход металлов в растворимую форму происходит как за счет их химических особенностей, так и за счет взаимодействия множества факторов и условий, в которых эти химические особенности реализуются, то перспективным направлением исследований является моделирование взаимодействия этих процессов и оценка основных переменных, характеризующих предполагаемые модели.
Такие факторы, как рН, Еh воды, содержание в ней растворенного кислорода, двуокиси углерода, сероводорода, органических, в том числе гумусовых, веществ, и др., находятся в динамическом равновесии и относительно стабильны, подвергаясь значительным колебаниям лишь в периоды сезонной изменчивости или в результате антропогенных воздействий, например, сброса сточных вод. Данные исследований (Кочарян и др., 2003; Толкачёв, 2012, 2017; М^а^И et а!.,
2019) указывают на то, что даже в самых неблагоприятных условиях, например, при резком уменьшении величины рН, реально перейти в поровый раствор может лишь относительно небольшая доля ионообменных форм ТМ, содержащихся в твердой фазе осадков. Поровый раствор оказывает существенное влияние на скорость выноса металлов, поскольку является связующим звеном между водной средой и донными отложениями, осуществляя роль буферного раствора в процессах обмена веществом (Бреховских, 2010). При этом принято считать, что именно кислотно-щелочное состояние порового раствора является устойчивым индикатором сложившегося динамического равновесия (Balls, 1989; Horowitz, 1985; Steell, Wagner, 1975; Vasiliev et al., 1990; Bantan et al., 2020).
В современных геохимических исследованиях сформировалась тенденция к приведению разнообразных физико-химических факторов иммобилизации ТМ на поверхности частиц донных отложений к единым обобщающим показателям, представляющим весь сложный спектр их взаимодействий с компонентами осадка в виде простой формализованной характеристики. Такую характеристику иногда рассматривают в качестве коэффициента или индекса химического сродства (chemical affinity index (CAF) (Vodyanitskii, Vlasov, 2021; Jablonska-Czapla et al., 2016), либо выделяют наиболее значимый фактор и используют его для нормирования всех остальных (Yanqi et al., 2021; Ming et al., 2019). Среди факторов обычно рассматривают содержание органического вещества и тонкодисперсных фракций (MacDonald et
2/2022
61
al., 2000; Royer, Burgos, 2002; Wasserman et al., 2003; Joshua, Oyebanjo, 2010; Даувальтер, 2012). Значительно меньшее число исследований посвящено построению эффективных моделей взаимосвязи сразу трех ключевых параметров - pH, гранулометрического состава и органического вещества - с показателями подвижности ТМ в донных отложениях.
Цель исследования - построение репрезентативной модели взаимосвязи подвижности ТМ (Cd, Pb, Co, Cu, Ni, Zn, Cr, Fe, Mn) в донных отложениях с их pH, содержанием пелитовой фракции (<0.01 мм) и органического вещества, определяемого сухим (по потерям при прокаливании - ППП) и мокрым озолением.
Материалы и методы исследования
В работе использованы материалы исследований состава и свойств донных отложений разнотипных водных объектов (реки, озера и водохранилища) бассейна Средней Волги (n=1269). Ожидалось, что значительный объем выборки позволит уточнить особенности распределения ТМ в системе «вода-донные отложения» в различных по дисперсному состоянию, насыщенности органическим веществом, кислотно-щелочному статусу условиях.
Общие формы ТМ экстрагировали 5М HNO3, подвижные формы - ацетатно-аммонийным буфером с pH 4.8. Экстракты анализировали методом пламенной атомно-абсорбционной спектро-
Таблица 1. Корреляционные взаимосвязи между подвижностью ТМ и содержанием органического вещества (ППП), пелитовых частиц и реакцией среды
донных отложений Table 1. Correlations between the share of mobile forms of metals, the of organic matter (loss on ignition - LOI), pelitic particles content and pH of bottom sediments
скопии на приборе Analyst 400 (Perkin Elmer).
Для характеристики степени мобилизации ТМ в донных отложениях использовался показатель подвижности, представленной в виде процентного содержания подвижных их форм относительно общих.
Статистическая обработка данных осуществлялась с помощью специализированного пакета «STATISTICA 6.0» (StatSoft Inc.).
Подвижность ТМ, % Mobility of heavy metals, % ШШ, % LOI, % pH <0.01 mm, %
Cd 0.12* 0.00 0.26
Pb -0.07 0.18 -0.23
Co 0.11 -0.33 -0.11
Cu -0.09 0.13 -0.29
Ni 0.13 -0.22 -0.01
Zn 0.24 -0.07 -0.22
Cr 0.00 0.01 -0.32
Mn 0.21 -0.15 0.22
Fe -0.08 -0.23 -0.05
* жирным шрифтом выделены статистически значимые коэффициенты (p<0.01)
* bold indicates statistically significant coefficients (p<0.01)
Результаты и их обсуждение
Между подвижностью ТМ, т.е. скоростью процессов их обмена между водной средой и донными отложениями, содержанием органического вещества и тонкодисперсных частиц осадка имеется корреляционная связь (табл. 1).
В присутствии органического вещества, если рассматривать его в качестве самостоятельного фактора, подвижность металлов, в частности, Cd. Со, №, 2п и Мп, возрастает. В то же время, увеличение содержания тонкодисперсных фракций для таких ТМ как РЬ, Со, Си, 2п, Сг является иммо-билизирующим фактором. При этом существует прямая корреляционная связь между ППП и содержанием пелитовой фракции: г=0.33 (р<0.01). Таким образом, полученные данные указывают на то, что с увеличением содержания органического вещества происходит рост подвижности большинства рассмотренных металлов. Одновременно, при увеличении доли тонкодисперсных фракций, наблюдается снижение подвижности ТМ, хотя значения ППП и пелита нарастают параллельно, четко коррелируя друг с другом.
Дело в том, что зависимость содержания органического вещества от содержания пе-литовых частиц не является линейной. На рисунке 1 хорошо заметны два диапазона содержания пелита, в которых эта зависимость носит линейный характер: до 25% и более 75%. В диапазоне 25-75% значения ППП практически не меняются.
Дальнейший анализ данных показал, что отмеченное выше противоречие можно объяснить только с учетом дополнительного показателя - рН водной вытяжки. Этот показатель является интегральной характеристикой множества химических реакций, протекающих в донных отложениях, и отражает текущее состояние их кислотно-щелочного равновесия, что необходимо учитывать при оценке обменных процессов в системе «вода-донные отложения», в частности, при определении сорбцион-ной способности осадков в отношении ТМ (НШеЫ^ et а1., 2007).
62
российский журннл ииой экологии
Рис. 1. Взаимосвязь ППП и пелитовой (<0.01 мм) фракции донных отложений (размах обозначает 95% доверительный интервал диапазона выборки) Fig. 1. Correlation of loss of ignition (LOI) values with the proportion of pelitic fraction (<0.01 mm) of sediments (range denotes 95% confidence interval of the sampling range)
Взаимосвязь pH и органической матрицы отложений обусловлена процессами деградации органического вещества, в результате которых образуются различные органические кислоты. При этом фульвокислоты практически полностью переходят в воду, а гуминовые кислоты связываются с тонкодисперсными частицами (Добровольский, 2004; Wu et al., 2011), обеспечивая дополнительное комплексообразование с металлами и формирование их окислительной фракции (Baran et al., 2019). Кроме того, известно, что фракция тонкого органического детрита имеет в основном альгогенное происхождение, а основной его объем сосредоточен во фракции 0.01-0.05 мм, обеспечивая непрерывное формирование гуминовых
коллоидов (Садчиков, 2016; Wolter, 1982).
Следует также отметить, что в присутствии ионов Fe(III) деградация органического вещества ускоряется (Xun et al., 2017), при этом гидрокси-ды железа и марганца, обладая сильными адсорбционными свойствами, связывают ионы многих металлов, формируя их так называемую восстановительную фракцию (Martínez-Santos et al., 2015; Kulbat, Sokolowska, 2019).
Рассматривая изменчивость рН донных отложений, можно отметить ее снижение по мере увеличения ППП, которое сопровождается значительной вариабельностью величины реакции среды (рис. 2). Если сопоставить pH осадков с содержанием в них органического вещества, определяемым мокрым озолением, то здесь отмечается аналогичная тенденция, но со значительно более устойчивым трендом. Это подтверждает, что величина pH донных отложений в значительной степени обусловлена содержанием органических кислот гумусовой природы.
Таким образом, сложная картина условий и факторов поведения ТМ в системе «вода-донные отложения» наиболее полно раскрывается при учете трех переменных: pH водной вытяжки, содержания органического вещества и частиц <0.01 мм в донных отложениях. При этом определяющее влияние на формы нахождения и уровень содержания ТМ оказывает рН среды, а также сульфат-сульфидное равновесие, которое, в свою очередь, определяется окислительно-восстановительными условиями осадка (Steell, Wagner, 1975; Vasiliev et al., 1990; Bantan et al., 2020).
Приведенные обобщения позволили сформировать регрессионную триаду, моделирующую изменчивость показателя подвижности ТМ в донных отложениях. При построении регрессионных
ППП (LOI), %
OB (ОМ). %
Рис. 2. Взаимосвязь pH и содержания органического вещества, определенного сухим (ППП) и мокрым
(ОВ) озолением
(размах обозначает 95% доверительный интервал диапазона выборки) Fig. 2. Correlation between pH values and organic matter content determined by dry (LOI) and wet (OM) ashing (range denotes 95% confidence interval of sample range)
mm
G3
Таблица 2. Регрессионные модели содержания показателя подвижности ТМ (%) в донных отложениях в различных условиях, стандартизованные весовые в-коэффициенты (модуль) и уровни
их значимости
Table 2. Regression models for the content of mobile forms of metals (%) in bottom sediments under various conditions, standardized weight в-coefficients and their significance levels
Модель множественной регрессии Multiple regression model Переменные Variables Р-коэффициенты P-coefficients p
Са=19.02+0Л7хППП+1.9хрН+0.303хПелит R=0.30; F=32.2; p=0.012 ППП pH Пелит 0.055 0.072 0.254* 0.16 0.06 <0.001
РЬ=11.4+0.074хППП+3.14хрН-0.199хПелит R=0.28; F=36.0; p=0.004 ППП pH Пелит 0.031 0.154 0.217 0.42 <0.001 <0.001
Co=32.5+0.081xППП-3.14xрН-0.085xПелит R=0.38; F=46.5; p=0.00032 ППП pH Пелит 0.078 0.350 0.212 0.038 <0.001 <0.001
Си=6.51+0.0082хППП+0.61хрН-0.097хПелит R=0.25; F=16.5; p=0.05 ППП pH Пелит 0.009 0.082 0.289 0.81 0.029 <0.001
№=15.62+0.045хППП-1.29хрН-0.028хПелит R=0.33; F=42.0; p=0.00033 ППП pH Пелит 0.069 0.230 0.112 0.079 <0.001 0.004
Zn=20.21+0.52xППП-0.54xрН-0.2xПелит R=0.36; F=44.4; p=0.002 ППП pH Пелит 0.322 0.038 0.323 <0.001 0.280 <0.001
Сг=6.52+0.057хППП-0.007хрН-0.074хПелит R=0.25; F=14.8; p=0.0054 ППП pH Пелит 0.103 0.001 0.347 0.007 0.968 <0.001
Ыи=39.0+0.31хППП-1.37хрН+0.14хПелит R=0.29; F=26.2; p=0.0006 ППП pH Пелит 0.136 0.070 0.162 <0.001 0.061 <0.001
Fe=5.27-0.026xППП-0.46xрН-0.0079xПелит R=0.34; F=43.6; p=0.00001 ППП pH Пелит 0.131 0.261 0.102 <0.001 <0.001 0.009
' жирным шрифтом выделены статистически значимые коэффициенты (p<0.01) : bold indicates statistically significant coefficients (p<0.01)
Рис. 3. Весовые коэффициенты вклада показателей состава и свойств донных отложений в подвижность ТМ, относящимся к разным геохимическим группам Fig. 3. Weight coefficients of contribution of the composition indicators and properties of sediments to the mobility of heavy metals belonging to different geochemical groups
моделей, помимо коэффициентов регрессии, рассчитывались стандартизованные весовые Р-коэф-фициенты предикторов и их статистическая значимость (табл. 2).
В изменчивость значений рН донных отложений приоритетный вклад вносит содержание органического вещества (Р=-0,22; р<0.001) в сравнении с пелитом (Р=-0,102; р<0.001).
Построенные модели указывают на то, что подвижность сидерофильных металлов, таких как Со, М и Бе, определяется в основном значениями рН. Подвижность халькофильных (Си, Zn, Cd, РЬ) и литофильных (Сг, Мп) ТМ очень сильно зависит от присутствия в донных отложениях тонкодисперсных фракций. Значения потерь при прокаливании оказывают значимое влияние на подвижность Zn, Сг, Мп и Бе, но практически не влияют на изменение доли подвижных форм Cd, РЬ, Со, Си и N (рис. 3).
Заключение
Таким образом, проведенное исследование позволило уточнить общепризнанную роль таких структурных компонентов донных отложений как органическое вещество и гранулометрический состав в регулировании подвижности, а значит и обмена ТМ в системе «вода - донные отложения», и обозначить особенности этой регуляторной функции. При этом подтверждается предположение о том, что pH является функцией взаимодействия органического вещества донных отложений и их гранулометрического состава. В регулировании подвижности сидерофильных металлов наиболее важную роль играет pH, а халькофильных и литофильных - содержание пелитовых частиц. Органическое вещество влияет на подвижность многих металлов, обладающих разными геохимическими свойствами.
Несмотря на то, что построенные модели множественной регрессии являются рекогносцировочными и охватывают относительно небольшую долю дисперсии, они позволили определить и статистически значимо оценить весовые коэффициенты вклада каждой переменной, подтвердив необходимость системного подхода при интерпретации показателей подвижности металлов в донных отложениях.
Список литературы
1. Бреховских В.Ф. Тяжёлые металлы в донных отложениях Нижней Волги и дельты реки // Вода: химия и экология. 2010. №2. С. 2-10.
2. Даувальтер В.А. Геоэкология донных отложений озер. Мурманск: МГТУ, 2012. 242 с.
3. Добровольский В.В. Роль гуминовых кислот в формировании миграционных массопотоков тяжелых металлов // Почвоведение. 2004. №1. С. 32-39.
4. Садчиков А.П. Структурные показатели бактерий и детрита в пресных водоемах (методические аспекты) // Материалы по флоре и фауне Республики Башкортостан / Сборник статей. Вып. XII. Уфа: РИЦ БашГУ, 2016. C. 37-42.
5. Кочарян А.Г., Веницианов Е.В., Сафронова Н.С., Серенькая Е.П. Сезонные изменения форм нахождения тяжёлых металлов в донных отложениях Куйбышевского водохранилища // Водные ресурсы. 2003. Т. 30, №4. С. 443-451.
6. Толкачёв Г.Ю. Сравнительная характеристика содержания и форм существования микроэлементов в донных отложениях различных районов р. Волга // Международный научно-исследовательский журнал. 2017. №3. С. 85-89.
7. Толкачёв Г.Ю. Тяжёлые металлы в системе «вода-донные отложения». Saarbrucken: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2012. 98 с.
8. Balls P.W. The partition of trace metals between dissolved and particulate phases in European coastal waters: A compilation of field data and comparison with laboratory studies // Netherlands journal of sea research. 1989. Vol. 23, iss. 1. Р. 7-14.
9. Bantan R.A., Al-Dubai T.A., Al-Zubieri A.G. Geo-envi-ronmental assessment of heavy metals in the bottom sediments of the Southern Corniche of Jeddah, Saudi Arabia // Marine pollution bulletin. 2020. Vol. 161(Pt A). 111721. doi: 10.1016/j.mar-polbul.2020.111721
10. Baran A., Mierzwa-Hersztek M., Gondek K., Tamawski M., Szara M. The influence of the quantity and quality of sediment organic matter on the potential mobility and toxicity of trace elements in bottom sediment // Environmental geochemistry and health. 2019. Vol. 41. P. 2893-2910. doi: 10.1007/ s10653-019-00359-7
11. Chen J., Gu B., Royer G.B., Burgos R.W. The roles of natural organic matter in chemical and microbial reduction of ferric ion // The science of total environment. 2003. Vol. 307, iss. 1-3. P. 167-178 p. doi: 10.1016/S0048-9697(02)00538-7
12. Horowitz A.J. A primer on trace metal-sediment chemistry. Alexandria, 1985. 67 p.
13. Steell K.F., Wagner G.H. Trace metal relationships in bottom sediments of freshwater stream the Buffalo River, Arkansas. J. Sediment Petrol. 1975. Vol. 45. №1. P. 310-319.
14. Hutchins C.M., Teasdale P.R., Lee J., Simpson S.L. The effect of manipulating sediment pH on the porewater chemistry of copper- and zinc-spiked sediments // Chemosphere. 2007. Vol. 69, №7. P. 1089-1099. doi: 10.1016/j.chemosphere.2007.04.029
15. Jabloñska-Czapla M., Nocoñ K., Szopa S., Lyko A. Impact of the Pb and Zn ore mining industry on the pollution of the Biala Przemsza River, Poland // Environmental monitoring and assessment. 2016. Vol. 188, №5. P. 262. doi: 10.1007/s10661-016-5233-3
16. Joshua E.O., Oyebanjo O.A. Grain-size and heavy mineral analysis of River Osun sediments // Australian journal of basic and applied science. 2010. №4(3). P. 498-501.
17. Kulbat E., Sokolowska A. Methods of assessment of metal contamination in bottom sediments (Case study: Straszyn Lake, Poland) // Archives of environmental contamination and toxicology. 2019. Vol. 77, №4. P. 605-618. doi: 10.1007/s00244-019-00662-5
18. MacDonald D.D., Ingersoll C.G., Berger T.A. Development and evaluation of consensus-based quality guidelines for freshwater ecosystem // Archives of environmental contamination and toxicology. 2000. Vol. 39. P. 20-31.
19. Martínez-Santos M., Probst A., García-García J., Ruiz-Romera E. Influence of anthropogenic inputs and a high-magnitude flood event on metal contamination pattern in surface bottom sediments from the Deba River urban catchment // The science of total environment. 2015. Vol. 514. P. 10-25.
20. Michalski R., Kostecki M., Kernert J., Pecyna P. Time and spatial variability in concentrations of selected metals and their species in water and bottom sediments of Dzierzno Duze (Poland) // Journal of environmental science and health. Part A. Toxic/Hazardous substances & environmental engineering. 2019. Vol. 54, №8. P. 728-735. doi: 10.1080/10934529.2019.1592530
21. Ming L., Jingbo C., Xueshi S., Zhizhou H., Dejiang F. Accumulation and transformation of heavy metals in surface sediments from the Yangtze River estuary to the East China Sea shelf // Environmental pollution. 2019. Vol. 245. P. 111-121. doi: 10.1016/j.envpol.2018.10.128
22. Steell K.F., Wagner G.H. Trace metal relationships in bottom sediments of freshwater stream the Buffalo River, Arkansas // Journal of sedimentary petrology. 1975. Vol. 45, №1. P. 310-319.
23. Vasiliev O.F., Papina T.S., Pozdnjakov Sh.R. Suspended sediment and associated mercury transport - the case study on the Katun River // Proc. 4 Int. Symp. on river sedimentation. Beijing. China: IRTCES, 1990. P. 155-162.
24. Vodyanitskii Y., Vlasov D. Integrated assessment of affinity to chemical fractions and environmental pollution with heavy metals: a new approach based on sequential extraction results // International journal of environmental research and public health. 2021. Vol. 10, №18(16). P. 8458. doi: 10.3390/ijerph18168458
25. Wasserman J., Oliveira F., Bidarra M. Cu and Fe associated with humic acids in sediments of a tropical coastal lagoon //
2/2122
65
Organic geochemistry. 2003. Vol. 28. P. 813-822.
26. Wolter K. Bacterial in corporation of organic substances released by natural phytoplankton population // Marine ecology progress series. 1982. Vol. 17, №3. P. 287-295.
27. Wu G.H., Cao S.S., Chen S.R., Cao F.T. Accumulation and remobilization of metals in superficial sediments in Tianjin, China // Environmental monitoring and assessment. 2011. Vol. 173, №1-4. P. 917-928. doi: 10.1007/s10661-010-1434-3
28. Xun X., Qingliang Z., Mingsong W., Jing D., Weixian Z. Biodegradation of organic matter and anodic microbial communities analysis in sediment microbial fuel cells with/without Fe(III) oxide addition // Bioresource technology. 2017. Vol. 225. P. 402-408. doi: 10.1016/j.biortech.2016.11.126
29. Yanqi Z., Ying Y., Rongkun D., Sobkowiak L., Xinyi W., Lizhi X. Adsorption and migration of heavy metals between sediments and overlying water in the Xinhe River in central China // Water science and technology. 2021. Vol. 84, №5. P. 1257-1269. doi: 10.2166/wst.2021.314.
References
1. Brekhovskih V.F. Tyazhyolye metally v donnyh otlozheniyah Nizhnej Volgi i del'ty reki [Heavy metals in bottom sediments of the Lower Volga and river delta] // Voda: himiya i ekologiya [Water: chemistry and ecology]. 2010. №2. P. 2-10.
2. Dauval'ter V.A. Geoekologiya donnyh otlozhenij ozer [Geoecology of lake sediments]. Murmansk: MGTU, 2012. 242 p.
3. Dobrovol'skij V.V. Rol' guminovyh kislot v formirovanii migracionnyh massopotokov tyazhelyh metallov [The role of humic acids in the formation of migration mass flows of heavy metals] // Pochvovedenie [Soil science]. 2004. №1. P. 32-39.
4. Sadchikov A.P. Strukturnye pokazateli bakterij i detrita v presnyh vodoemah (metodicheskie aspekty) [Structural indicators of bacteria and detritus in fresh water bodies (methodological aspects)] // Materialy po flore i faune Respubliki Bashkortostan [Materials on the flora and fauna of the Republic of Bashkortostan] / Sbornik statej [Collection of articles]. Iss. XII. Ufa: BashGU, 2016. P. 37-42.
5. Kocharyan A.G., Venicianov E.V., Safronova N.S., Seren'kaya E.P. Sezonnye izmeneniya form nahozhdeniya tyazhyolyh metallov v donnyh otlozheniyah Kujbyshevskogo vodohranilishcha [Seasonal changes in the forms of occurrence of heavy metals in the bottom sediments of the Kuibyshev reservoir] // Vodnye resursy [Water resources]. 2003. Vol. 30, №4. P. 443-451.
6. Tolkachyov G.YU. Sravnitel'naya harakteristika soderzhaniya i form sushchestvovaniya mikroelementov v donnyh otlozheniyah razlichnyh rajonov r. Volga [Comparative characteristics of the content and forms of existence of microelements in bottom sediments of various regions of the river. Volga] // Mezhdunarodnyj nauchno-issledovatel'skij zhurnal [International research journal]. 2017. №3. P. 85-89.
7. Tolkachyov G.Yu. Tyazhyolye metally v sisteme «voda-donnye otlozheniya» [Heavy metals in the «water-sediments» system.]. Saarbrucken: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2012. 98 p.
8. Balls P.W. The partition of trace metals between dissolved and particulate phases in European coastal waters: A compilation of field data and comparison with laboratory studies // Netherlands journal of sea research. 1989. Vol. 23, iss. 1. P. 7-14.
9. Bantan R.A., Al-Dubai T.A., Al-Zubieri A.G. Geo-environmental assessment of heavy metals in the bottom sediments of the Southern Corniche of Jeddah, Saudi Arabia // Marine pollution bulletin. 2020. Vol. 161(Pt A). 111721. doi: 10.1016/j.marpolbul.2020.111721
10. Baran A., Mierzwa-Hersztek M., Gondek K., Tarnawski
M., Szara M. The influence of the quantity and quality of sediment organic matter on the potential mobility and toxicity of trace elements in bottom sediment // Environmental geochemistry and health. 2019. Vol. 41. P. 2893-2910. doi: 10.1007/ s10653-019-00359-7
11. Chen J., Gu B., Royer G.B., Burgos R.W. The roles of natural organic matter in chemical and microbial reduction of ferric ion // The science of total environment. 2003. Vol. 307, iss. 1-3. P. 167-178 p. doi: 10.1016/S0048-9697(02)00538-7
12. Horowitz A.J. A primer on trace metal-sediment chemistry. Alexandria, 1985. 67 p.
13. Steell K.F., Wagner G.H. Trace metal relationships in bottom sediments of freshwater stream the Buffalo River, Arkansas. J. Sediment Petrol. 1975. Vol. 45. №1. P. 310-319.
14. Hutchins C.M., Teasdale P.R., Lee J., Simpson S.L. The effect of manipulating sediment pH on the porewater chemistry of copper- and zinc-spiked sediments // Chemosphere. 2007. Vol. 69, №7. P. 1089-1099. doi: 10.1016/j.chemosphere.2007.04.029
15. Jablonska-Czapla M., Nocon K., Szopa S., Lyko A. Impact of the Pb and Zn ore mining industry on the pollution of the Biala Przemsza River, Poland // Environmental monitoring and assessment. 2016. Vol. 188, №5. P. 262. doi: 10.1007/s10661-016-5233-3
16. Joshua E.O., Oyebanjo O.A. Grain-size and heavy mineral analysis of River Osun sediments // Australian journal of basic and applied science. 2010. №4(3). P. 498-501.
17. Kulbat E., Sokolowska A. Methods of assessment of metal contamination in bottom sediments (Case study: Straszyn Lake, Poland) // Archives of environmental contamination and toxicology. 2019. Vol. 77, №4. P. 605-618. doi: 10.1007/s00244-019-00662-5
18. MacDonald D.D., Ingersoll C.G., Berger T.A. Development and evaluation of consensus-based quality guidelines for freshwater ecosystem // Archives of environmental contamination and toxicology. 2000. Vol. 39. P. 20-31.
19. Martinez-Santos M., Probst A., Garcia-Garcia J., Ruiz-Romera E. Influence of anthropogenic inputs and a high-magnitude flood event on metal contamination pattern in surface bottom sediments from the Deba River urban catchment // The science of total environment. 2015. Vol. 514. P. 10-25.
20. Michalski R., Kostecki M., Kernert J., Pecyna P. Time and spatial variability in concentrations of selected metals and their species in water and bottom sediments of Dzierzno Duze (Poland) // Journal of environmental science and health. Part A. Toxic/Hazardous substances & environmental engineering. 2019. Vol. 54, №8. P. 728-735. doi: 10.1080/10934529.2019.1592530
21. Ming L., Jingbo C., Xueshi S., Zhizhou H., Dejiang F. Accumulation and transformation of heavy metals in surface sediments from the Yangtze River estuary to the East China Sea shelf // Environmental pollution. 2019. Vol. 245. P. 111-121. doi: 10.1016/j.envpol.2018.10.128
22. Steell K.F., Wagner G.H. Trace metal relationships in bottom sediments of freshwater stream the Buffalo River, Arkansas. J. Sediment Petrol. 1975. Vol. 45, №1. P. 310-319.
23. Vasiliev O.F., Papina T.S., Pozdnjakov Sh.R. Suspended sediment and associated mercury transport - the case study on the Katun River // Proc. 4 Int. Symp. on river sedimentation. Beijing. China: IRTCES, 1990. P. 155-162.
24. Vodyanitskii Y., Vlasov D. Integrated assessment of affinity to chemical fractions and environmental pollution with heavy metals: a new approach based on sequential extraction results // International journal of environmental research and public health. 2021.Vol. 10, №18(16). P. 8458. doi: 10.3390/ijerph18168458
25. Wasserman J., Oliveira F., Bidarra M. Cu and Fe associated with humic acids in sediments of a tropical coastal lagoon // Organic geochemistry. 2003. Vol. 28. P. 813-822.
26. Wolter K. Bacterial in corporation of organic substances
66
российски иол орииллй экологии
released by natural phytoplankton population // Marine ecology progress series. 1982. Vol. 17, №3. P. 287-295.
27. Wu G.H., Cao S.S., Chen S.R., Cao F.T. Accumulation and remobilization of metals in superficial sediments in Tianjin, China // Environmental monitoring and assessment. 2011. Vol. 173, №1-4. P. 917-928. doi: 10.1007/s10661-010-1434-3
28. Xun X., Qingliang Z., Mingsong W., Jing D., Weixian Z. Biodegradation of organic matter and anodic microbial communities analysis in sediment microbial fuel cells with/without Fe(III) oxide addition // Bioresource technology. 2017. Vol. 225. P. 402-408. doi: 10.1016/j.biortech.2016.11.126
29. Yanqi Z., Ying Y., Rongkun D., Sobkowiak L., Xinyi W., Lizhi X. Adsorption and migration of heavy metals between sediments and overlying water in the Xinhe River in central China // Water science and technology. 2021. Vol. 84, №5. P. 1257-1269. doi: 10.2166/wst.2021.314.
Valiev V.S., Shamaev D.E., Khasanov R.R., Mal-anin V.V. Heavy metals mobility in sediments and peculiarities of variability interpretation.
When assessing the mobility of heavy metals in the «water - sediments» system, it is important not only to understand the conditions and features of phase transitions, but also to have reliable criteria for their assessment and interpretation. Among the factors of metal immobilization in sediments, the presence of organic matter and fine fractions is usually considered. A much smaller number of studies are devoted to the construction of effective models of the relationship of three key parameters at once - pH, particle size distribution and organic matter - with heavy metals mobility indicators in sediments. The aim of the study was to build representative models of such a relationship.
Keywords: heavy metals; sediments; organic matter; grading; environment reaction.
Раскрытие информации о конфликте интересов: Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов / Disclosure of conflict of interest information: The author claims no conflict of interest
Информация о статье / Information about the article
Поступила в редакцию / Entered the editorial office: 29.04.2022
Одобрено рецензентами / Approved by reviewers: 11.05.2022
Принята к публикации / Accepted for publication: 17.05.2022
Информация об авторах
Валиев Всеволод Сергеевич, старший научный сотрудник, Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, 420087, Россия, г. Казань, ул. Даурская, 28, Е-mail: podrost@mail.ru.
Шамаев Денис Евгеньевич, младший научный сотрудник, Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, 420087, Россия, г. Казань, ул. Даурская, 28, Е-mail: ds1991n@gmail.com.
Хасанов Рустам Равилевич, научный сотрудник, Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, 420087, Россия, г. Казань, ул. Даурская, 28, Е-mail: Rustamkhasanov88@gmail.com.
Маланин Виталий Викторович, научный сотрудник, Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, 420087, Россия, г. Казань, ул. Даурская, 28, Е-mail: wizzle13@yandex.ru.
Information about the authors
Vsevolod S. Valiev, Senior Researcher, Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, 28, Daurskaya st., Kazan, 420087, Russia, E-mail: podrost@mail.ru.
Denis E. Shamaev, Junior Researcher, Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, 28, Daurskaya St., Kazan, 420087, Russia, E-mail: ds1991n@gmail.com.
Rustam R. Khasanov, Researcher, Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, 28, Daurskaya St., Kazan, 420087, Russia, E-mail: Rustamkhasanov88@gmail.com.
Vitalii V. Malanin, Researcher, Research Institute for Problems of Ecology and Mineral Wealth Use of Tatarstan Academy of Sciences, 28, Daurskaya st., Kazan, 420087, Russia, E-mail: wizzle13@yandex.ru.
2/2122
Gî
