CC BY
24
Оригинальная статья / Original article УДК 631.437.1/.5
DOI: 10.18470/1992-1098-2020-1-60-68
Профильное распределение и миграция тяжелых металлов в почвах Курской агломерации (модельные опыты)
Николай П. Неведров
Курский государственный университет, Курск, Россия
Контактное лицо
Николай П. Неведров, кандидат биологических наук, младший научный сотрудник НИЛ экомониторинга ФГБОУ ВО «Курский государственный университет»; 305000 Россия, г. Курск, ул. Радищева, 33. Тел. +79513145941 Email 9202635354@mail.ru ORCID https://orcid.org/0000-0003-1121-0671
Формат цитирования
Неведров Н.П. Профильное распределение и миграция тяжелых металлов в почвах Курской агломерации (модельные опыты) // Юг России: экология, развитие. 2020. Т.15, N 1. C. 60-68. DOI: 10.18470/1992-1098-2020-1-60-68
Получена 13 мая 2019 г.
Прошла рецензирование 30 июля 2019 г.
Принята 26 сентября 2019 г.
Резюме
Цель. Лабораторная оценка особенностей пространственного распределения и миграции тяжелых металлов (ТМ) в модельных профилях почв различного генезиса по изменению электрокинетических свойств в почвенных растворах. Материал и методы. Исследовались фоновые ненарушенные почвы лесопарковых ландшафтов и материковых пойменных лугов Курской агломерации. Опыт проводился в лабораторных условиях. Исследовалась краткосрочная временная динамика вертикального распределения и миграции внесенных ТМ в модельных почвенных колонках, являющихся имитациями почвенных профилей.
Результаты. Анализ кинетики почвенных растворов и лизиметрических вод контрольных и загрязненных почв показал, что модельный профиль темно-серой типичной почвы отличался наименьшей способностью к извлечению ионов свинца из загрязненного почвенного раствора. Минимальная сорбцион-ная способностью по отношению к цинку характерна для профиля дерново-подзола песчаного иллювиально-железистого. Максимальная способность закреплять изучаемые ТМ рп и РЬ) выявлена у чернозема выщелоченного среднесуглинистого.
Заключение. Динамика и кинетика свинца и цинка в рассмотренных почвах Курской агломерации имеют существенные отличия и зависят от ряда почвенных факторов. В изучаемых почвах характер пространственного распределения и интенсивность миграции свинца и цинка была обусловлена показателями емкости и контрастности внутрипочвенных геохимических барьеров. Торможение процессов вертикальной миграции РЬ и 2п в почвах изучаемых модельных профилей отмечается как в гумусированных гумусово-аккумулятивных генетических горизонтах, так и в минеральных горизонтах с высокой контрастностью кислотно-основных и окислительно-восстановительных условий. Зоны выноса свинца и цинка формируются при значимом укрупнении гранулометрического состава и снижение показателя рНКС|. Ключевые слова
Почвенный профиль, тяжелые металлы, удельная электропроводность, вертикальная миграция, пространственное распределение тяжелых металлов.
© 2020 Авторы. Юг России: экология, развитие. Это статья открытого доступа в соответствии с условиями Creative Commons Attribution License, которая разрешает использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии правильного цитирования оригинальной работы.
Profile Distribution and Migration of Heavy Metals in the Soils of the Kursk Agglomeration (Model Experiments)
Nikolay P. Nevedrov
Kursk State University, Kursk, Russia
Principal Contact
Nikolay P. Nevedrov, Cand. Biol. Sci., Research Scientist, Environmental Monitoring Scientific Research Laboratory, Kursk State University; 33 Radishchev St, Kursk, 305000 Russia. Tel. +79513145941 Email 9202635354@mail.ru ORCID https://orcid.org/0000-0003-1121-0671
How to cite this article
Nevedrov N.P. Profile distribution and migration of heavy metals in the soils of the Kursk agglomeration (model experiments). South of Russia: ecology, development. 2020, vol. 15, no. 1, pp. 60-68. (In Russian) DOI: 10.18470/1992-10982020-1-60-68
Received 13 May 2019 Revised 30 July 2019 Accepted 26 September 2019
Abstract
Aim. Laboratory evaluation of the characteristics of spatial distribution and migration of heavy metals (HM) in model soil profiles of varied genesis through measurement of the electrokinetic potential of soil solutions.
Material and Methods. Undisturbed soils of forest parks landscapes and continental floodplain meadows of the Kursk agglomeration were studied. Experiments were carried out in laboratory conditions. The short-term temporal dynamics were studied of vertical distribution and migration of the introduced HMs in model soil columns which imitated soil profiles.
Results. Analysis of the kinetics of soil solutions and of lysimeter waters of control and polluted samples showed that the model profile of typical dark-gray soil has the least capacity to capture lead ions from polluted soil solutions. Minimum sorption capacity with respect to zinc was found to be characteristic of sod-podzol illuvial-ferruginous soil profiles. Maximum ability to deposit the HMs under analysis (Zn and Pb) was shown in leached chernozem medium loamy soils.
Conclusion. The dynamics and kinetics of lead and zinc in soils of the Kursk agglomeration differ significantly and depend on a number of soil factors. In the soils studied, the spatial distribution and the intensity of migration of lead and zinc were determined by the capacity and contrast indices of the internal soil geochemical barriers. Inhibition of the processes of vertical migration of Pb and Zn in the model soil profiles was observed in those rich in humusified humus-accumulative genetic horizons as well as in mineral horizons with highly contrasting acid-base and redox conditions. Adsorption zones of lead and zinc are formed with a significant increase in granulometric texture and a decrease in pHKCl. Key Words
Soil profile, heavy metals, electrical conductivity, vertical migration, spatial distribution heavy metals.
© 2020 The authors. South of Russia: ecology, development. This is an open access article under the terms of the Creative Commons Attribution License, which permits use, distribution and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
ВВЕДЕНИЕ
Формирование комфортной и экологически безопасной городской среды неразрывно связано с мероприятиями по созданию новых и обслуживанию имеющихся зеленых ландшафтов на территориях городов. Как правило, озелененные кластеры городских территорий обеспечивают экологическую безопасность окружающей среды. Однако далеко не все природно-антропогенные и антропогенные урбоэкосистемы способны длительное время поддерживать экосистемный баланс и обеспечивать безопасность и комфортность среды для проживания горожан. Уязвимость к растущему антропогенному воздействию определяет долго-срочность функционирования урболандшафтов. Базовым компонентом экосистем являются почвы. В результате городского землепользования почвы претерпевают значительные трансформационные преобразования (механические, физические, химические). Городские почвы и почвенные конструкции должны в полной мере выполнять свои утилитарные функции [1; 2].
Остро стоит проблема загрязнения почв городов тяжелыми металлами. Сценарии трансформации, миграции и транслокации ТМ обусловлены качеством почвенного покрова, т.е. набором базовых параметров, определяющих особенности и модели поведения ТМ в системах «почва-раствор», «почва-растение». Закрепление постепенно и залпово поступающих масс ТМ на геохимических барьерах почв позволяет поддерживать стабильность функционирования экосистем и нивелировать негативное воздействие на окружающую среду в целом [3; 4].
Почвенный покров Курска пестр и разнообразен. Он сочетает в себе как городские почвы, базирующиеся на трансформированных предшественниках различного генезиса, так и фоновые почвы без кардинального антропогенного вмешательства в почвообразовательные процессы. Наукой накоплено определенное количество данных о территориях города с различным характером и степенью загрязнения почв ТМ. Неоднократно отмечалось, что тяжелые металлы - РЬ, Cd и 2п считаются приоритетными загрязняющими для почв Курска [5; 6]. Однако данных, касающихся оценки интенсивности техногенной миграции загрязняющих почвы тяжелых металлов, на сегодняшний день не столь много.
Миграция ТМ представляет собой конвективный массоперенос растворов в пористой среде, а также соотношение внутренних и внешних факторов миграции, которые определяются, с одной стороны, распре-
делением самого элемента между твердой (инертная форма) и жидкой (растворимая форма) фазами почвы, и, с другой стороны, физико-химическими свойствами и режимами почвенных растворов [7]. Профильное распределение ТМ обусловлено рядом факторов: динамическим химическим равновесием между компонентами почвы [8], физико-химическими свойствами жидкой фазы [9; 10], особенностями водной и биогенной миграции ТМ [11].
Учитывая высокую пространственную неоднородность и временную динамику почвенного компонента техногенных экосистем, оценка интенсивности миграционных процессов ТМ в почвах позволит моделировать устойчивые почвенные конструкции с оптимальным набором факторов ограничивающих миграцию ТМ.
Качественная и количественная оценка протекторных функций различных типов почв Курска позволит приблизиться к решению важнейших практических задач по созданию экологически безопасной городской среды в региональном центре. При разработке и создании почвенных конструкций городских ландшафтов необходимо учитывать не только свойства почв, благоприятствующие вегетации тех или иных видов растений, но и рассматривать моделируемую почвенную конструкцию как динамичную систему, депонирующую и обезвреживающую поступающие поллютанты, в том числе ТМ. Получение большого количества фактических данных о почвенных механизмах детоксикации загрязнений ТМ придаст импульс для разработки и принятия управленческих решений по формированию экологически устойчивых конструктоземов.
Целью работы являлась лабораторная оценка особенностей пространственного распределения и миграции тяжелых металлов в модельных профилях почв различного генезиса по изменению электрокинетических свойств в почвенных растворах.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследовались фоновые ненарушенные почвы лесопарковых ландшафтов и материковых пойменных лугов Курской агломерации. Опыт проводился в лабораторных условиях. Исследовалась краткосрочная временная динамика вертикального распределения и миграции внесенных ТМ в модельных почвенных колонках, являющихся имитациями почвенных профилей. Структура моделей лабораторных почвенных колонок представлена в таблице 1.
Таблица 1. Схема моделей почвенных колонок (профилей) Table 1. Diagram of soil column models (profiles)
№ Тип почвы, локализация
п/п Soil type, location
1 Дерново-подзол
песчаный иллювиально-железистый, урочище «Горелый лес»
Sod-podzols illuvial-ferruginous, forest park: Gorelii forest
Модель почвенного профиля / Model Soil profile
Слой 1 / Layer 1
Слой 2 / Layer 2
Слой 3 / Layer 3
Горизонт AY гран. состав -песчаный, гумус -1,7%, рН - 3,2, насыпная плотность
- 1,2 г/см3 / Horizon AY granulometric texture - sand, humus
- 1,7%, pH - 3,2, bulk
Горизонт E гран. состав -песчаный, гумус -0,6%, рН - 3,9, насыпная плотность -1,5 г/см3 / Horizon E granulometric texture - sand, humus - 0,6%, pH - 3,9, bulk density
Вносимые вещества
Introduced substances
Горизонт Bf гран. состав -песчаный, гумус -0,1%, рН - 4,6, насыпная плотность - 1,5 г/см3 / Horizon Bf granulometric texture - sand, humus -0,1%, pH - 4,6, bulk
Zn(NO3)2 Pb(NO3)2 контроль (дист. вода) background (distilled water)
Аллювиально- пойменная глееватая, пойма реки Сейм
Alluvial gleyic soil, Flood-plain of Seim river
density - 1,2 g/cm3 Горизонт AU гран. состав -среднесуглинистый, гумус - 2,0%, рН - 6,1, насыпная плотность - 1,1 г/см3 / Horizon AU granu-lometric texture -medium loam, humus - 2,0%, pH - 6,1, bulk density - 1,1 g/cm3
-1,5 g/cm3 Горизонт AEL гран. состав -легкосуглини-стый,гумус - 0,8%, рН - 6,3, насыпная плотность - 1,3 г/см3 / Horizon AEL granu-lometric texture - light loam, humus - 0,8%, pH - 6,3, bulk density - 1,3 g/cm3
density -1,5 g/cm3 Горизонт Bg гран. состав -тяжелосуглинистый, гумус - 0,3%, рН - 6,5, насыпная плотность - 1,3 г/см3 / Horizon Bg granu-lometric texture - clay loam, humus - 0,3%, pH - 6,5, bulk density - 1,3 g/cm3
Zn(NO3)2 Pb(NO3)2 контроль (дист. вода) background (distilled water)
Чернозем выщелоченный, лесомелиоративная полоса в южной части пригорода Курска Leached Chernozem, a forest melioration strip in the southern part of the Kursk suburbs
Темно-серая типичная, урочище «Знаменская роща»
Dark-grey typical soil, forest park : Znamen-skaya Grove
Горизонт AU гран. состав -среднесуглинистый, гумус - 5,8%, рН - 6,6, насыпная плотность - 1,1 г/см3 / Horizon AU granu-lometric texture -medium loam humus
- 5,8%, pH - 6,6, bulk density - 1,1 g/cm3 Горизонт AU
гран. состав -среднесуглинистый гумус - 4,5%, рН - 5,2, насыпная плотность - 1,1 г/см3 / Horizon AU granu-lometric texture -medium loam, humus
- 4,5%, pH - 5,2, bulk density - 1,1 g/cm3
Горизонт AB гран. состав -среднесуглинистый, гумус - 2,9%, рН - 6,6, насыпная плотность -
1.1 г/см3 / Horizon AB granulometric texture
- medium loam, humus - 2,9%, pH - 6,6, bulk density - 1,1 g/cm3
Горизонт AB гран. состав -среднесуглинистый гумус - 1,3%, рН - 5,9, насыпная плотность -
1.2 г/см3 / Horizon АВ granulometric texture
- medium loam, humus - 1,3%, pH - 5,9, bulk density - 1,2 g/cm3_
Горизонт Bcah гран. состав -среднесуглинистый, гумус - 0,5%, рН - 6,9, насыпная плотность - 1,2 г/см3 / Horizon Bcah granu-lometric texture -medium loam, humus
- 0,5%, pH - 6,9, bulk density - 1,2 g/cm3 Горизонт Bh
гран. состав -среднесуглинистый, гумус - 0,3%, рН - 4,0, насыпная плотность - 1,2 г/см3 / Horizon Bh granu-lometric texture -medium loam, humus
- 0,3%, pH - 4,0, bulk density - 1,2 g/cm3
Zn(NO3)2 Pb(NO3)2 контроль (дист. вода) background (distilled water)
Zn(NO3)2 Pb(NO3)2 контроль (дист. вода) background (distilled water)
2
3
4
Предварительно просеянные через сито 2 мм воздушно-сухие образцы почв помещались в плотные полиэтиленовые сосуды диаметром 8 см. Мощность каждого моделируемого генетического горизонта составляла 6 см. В почвенные колонки с интервалом в 2 см устанавливались электроды из нержавеющей стали сечением 0,75 мм.
В опыте произведена попытка воссоздания климатического сценария июля 2018 года, при котором на территории Курска за 2 недели выпало около 180 мм осадков. При проведении лабораторного опыта моделируемые осадки распределялись неравномерно - 1-8 сутки - 80%, 9-12 сутки - 20%. Монометаллическое загрязнение почв осуществлялось путем ежедневного внесения растворенных РЬ(1\103)2 и Zn(NOз)2 в суммарных дозах, соответствующих 4 ПДК по каждому ТМ. Контрольные почвенные колонки поливались равными объемами дистиллированной воды (табл. 1).
Ежесуточно после полива почвенных колонок послойно замерялось электрическое сопротивление с использованием аналогового омметра. Производился расчет электропроводности (ЕС) для каждого слоя. Динамику миграции ТМ и их распределение в системе «почва - раствор ТМ» оценивали по отклику электрокинетических кривых ECзагр/ECmнтроль = у^, полученных на загрязненных (ЕСзагр) и незагрязненных (ЕСкон-троль) моделях почвенного профиля, т.е. по характеристике изменения содержания ионных форм металлов в равновесном почвенном растворе по глубине (х) и по времени (^ [7].
Способность почв к извлечению ионов свинца и цинка из вносимого загрязненного фильтрационного раствора оценивали по отношению величин удельного электрического сопротивления (R) элюентов (лизиметрических вод) незагрязненного (контрольного) модельного почвенного профиля Шконтроль) к загрязненному Шзагр) на 12 сутки опыта.
Диагностика и классификация почв проводились согласно современным представлениям [12; 13]. Отбор проб почв проводился согласно ГОСТ 17.4.4.02-84. При обработке данных по электропроводности применяли методы математической статистики и использовали средства пакета Microsoft Office Excel.
ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Подзол песчаный иллювиально-железистый имел преимущественно аккумулятивный характер распределения Zn. В течение всего расчетного периода исследования концентрация ионов Zn в почвенном растворе горизонта AY (0-6 см) возрастала и на 10-12 сутки достигала своего максимума в слое 0-2 см. В подзолистом горизонте E формировалась зона выноса элемента, где загрязнение равновесного почвенного раствора минимально или вовсе отсутствует. Постепенное увеличение количества Zn в почве, происходящее в результате его ежедневного внесения с поливающим раствором, а также уменьшение интенсивности промывного режима на 8 сутки приводило к образованию в иллювиально-железистом модельном горизонте подзола песчаного зоны загрязнения. Это обусловлено резкой контрастной сменой почвенных параметров модельного профиля,
тормозящих миграцию ТМ (повышение рНКС1 и содержания железистых минералов (рис. 1А).
При загрязнении почв свинцом его концентрации в почвенном растворе модельной почвенной колонки повышались по всему профилю. Отчетливых зон выноса элемента не наблюдалось. В течение первых двух суток ионы свинца достигали нижней границы модельного почвенного профиля (18 см). Более значимому загрязнению подвергались гумусово-аккумулятивный и подзолистый горизонты. При снижении интенсивности промывного режима в 8-12 сутки экспозиции опыта, отмечался стабильный рост загряз-
нения почвенного раствора гумусово-аккумулятивного горизонта ионами РЬ2+, на 10-12 сутки фиксировался рост загрязненности почвенного раствора уже на границе подзолистого и иллювиально-железистого горизонтов (рис. 1А).
В динамике, для изучаемого типа почв при исследуемом уровне загрязнения и объеме промывного режима характерна отчетливая вертикальная миграция свинца и цинка, интенсивность которой пропорциональна количеству поступающих в почву поллютантов (РЬ, Zn) (рис. 1).
А/А
Время, сутки l ime, Clav
6 7 '
Рисунок 1. Временная динамика и пространственное распределение подвижных форм тяжелых металлов в модельном профиле дерново-подзола песчаного иллювиально-железистого (AY-E-В), загрязненного раствором Zn(NO3)2 - (А), раствором Pb(NO3)2 - (Б)
Figure 1. The temporal dynamics and spatial distribution of mobile forms of heavy metals in the model profile of sod-podzol illuvial-ferruginous soil (AY - E - В) contaminated with Zn(NO3)2 - (A) solution, Pb(NO3)2 - (B) solution
В модельном почвенном профиле аллювиально-пойменной глееватой среднесуглинистой почвы в течение первых трех суток загрязнение Zn охватывало все горизонты, формируя небольшие зоны аккумуляции ионов на границах модельных горизонтов AU/ABEL и ABEL/Bg. Это может объясняться перераспределением ионов цинка между жидкой и твердой фазой, происходящей за счет резкой смены факторов сорбции металла на геохимических барьерах. При дальнейшем увеличении количества Zn в почве формируется 2 зоны загрязнения. В большей степени металл накапливается в гу-мусово-аккумулятивном горизонте (0-6 см) и верхнем слое гумусово-элювиального горизонта (6-8 см), под которыми проявляется зона выноса металла. Вторая зона загрязнения располагалась в нижнем слое оглее-ного иллювиального горизонта. Аккумуляция цинка в указанных зонах происходила за счет сорбции металла органическим веществом почв в горизонте AU, а также за счет изменения окислительно-восстановительных условий и сорбции на глинистых минералах в горизонте Bg. Вынос элемента в горизонте ABEL объясняется более легким гранулометрическим составом и, соответственно, высокой скоростью фильтрации вносимых растворов (рис. 2А).
Свинец в данном варианте опыта проявлял себя как исключительный органофил - элемент, обладающий высокой степень сродства к сорбции на гумусовом геохимическом барьере. На протяжении всего расчет-
ного периода исследования основная часть внесенного загрязняющего элемента депонировалась в гумусово-аккумулятивном горизонте. Однако наблюдалась некоторая «разгрузка» сорбционных центров темно-гумусового горизонта (Аи), в результате которой массы металла выносились в нижележащие горизонты формируя там временные «островки» загрязнения в 1, 2-5 и 9-11 сутки (рис. 2Б).
Чернозем выщелоченный среднесуглинистый в модельных условиях проявлял значительную способность к сорбции загрязняющих элементов РЬ и Zn и имел однотипные характеристики распределения изучаемых ионов в модельном почвенном профиле. Отклик электрокинетических кривых изучаемых ТМ свидетельствовал о формировании незагрязненной зоны в гумусово-аккумулятивном горизонте, что, по-видимому, обусловлено относительно высоким содержанием (5,8%) и качественным составом гумуса. Поступающие в почву ТМ, вероятно, прочно закреплялись органическим веществом горизонта Аи чернозема выщелоченного в результате образования комплексных соединений ионов ТМ с гуминовыми веществами. Загрязнение почвенного раствора свинцом и цинком охватывало генетические горизонты АВ и ВсаИ. Также на границе данных горизонтов в 8 и 10 сутки расчетного периода формировалась зона выноса РЬ и Zn, что обусловлено резкой сменой кислотно-основных условий (повышение рНКС1) в иллювиальном горизонте (рис. 3А, Б).
A/A
Время, сутки Time, day
10 11 12
Б/В
Время, сутки Time, day
1 2 3 4 5 6 7 2H—^-
10 11 12
Рисунок 2. Временная динамика и пространственное распределение подвижных форм тяжелых металлов в модельном профиле аллювиально-пойменной глееватой среднесуглинистой почвы (AU-AEl-Bg), загрязненного раствором Zn(NOs)2 - (А) раствором Pb(NOs)2 - (Б)
Figure 2. Temporal dynamics and spatial distribution of mobile forms of heavy metals in the model profile of alluvial gleyic medium loamy soil (AU - AEl - Bg) contaminated with a solution of Zn(NOs)2 - (A) with a solution of Pb(NO3)2 - (B)
Чернозем выщелоченный среднесуглинистый в модельных условиях проявлял значительную способность к сорбции загрязняющих элементов РЬ и 2п и имел однотипные характеристики распределения изучаемых ионов в модельном почвенном профиле. Отклик электрокинетических кривых изучаемых ТМ свидетельствовал о формировании незагрязненной зоны в гумусово-аккумулятивном горизонте, что, по-видимому, обусловлено относительно высоким содержанием (5,8%) и качественным составом гумуса. Поступающие в почву
ТМ, вероятно, прочно закреплялись органическим веществом горизонта Аи чернозема выщелоченного в результате образования комплексных соединений ионов ТМ с гуминовыми веществами. Загрязнение почвенного раствора свинцом и цинком охватывало генетические горизонты АВ и ВсаИ. Также на границе данных горизонтов в 8 и 10 сутки расчетного периода формировалась зона выноса РЬ и 2п, что обусловлено резкой сменой кислотно-основных условий (повышение рНкс|) в иллювиальном горизонте (рис. 3А, Б).
А/А
Время, сутки Time, day
1 2 3 4 5 6 7 8
5 3
я а
is &
9 10 11 12
л ¡ )
\ i
\
/ sf jr\_
: 4
\
К
! 1 1 X
□ 1.5-2
□ 1-1,5 i:i0,5-i
Б/В
Время, сутки Timo, day
2 3 4 5 ó 7 В 9 10 11 12
Рисунок 3. Временная динамика и пространственное распределение подвижных форм тяжелых металлов в модельном профиле чернозема выщелоченного среднесуглинистого (AU-AB-Bcah), загрязненного раствором Zn(NO3)2 - (А) раствором Pb(NO3)2 - (Б)
Figure 3. The temporal dynamics and spatial distribution of mobile forms of heavy metals in the model profile of leached chernozem medium loamy soil (AU - AB - Bah) contaminated with Zn(NO3)2 - (A) solution with Pb(NO3)2 - (B) solution
Темно-серая типичная почва имела более высокую кислотность среды (рНКС1=5,2) по сравнению с черноземом при содержании гумуса 4,5%. В условиях модельного загрязнения в темно-гумусовом горизонте возникала нестабильность в распределении ионов цинка и свинца между жидкой и твердой фазой почвы, что отражается чередованием периодов загрязнения/не загрязнения гумусово-аккумулятивных горизонтов на пространственно-временных диаграммах (рис. 4А, 4В).
Отчетливо-выраженная зона аккумуляции Zn возникает в горизонте Bt уже на 6 сутки экспозиции опыта. Стоит отметить, что при снижении интенсивности промывного режима «размазанность» зоны загрязнения снижается и составляет мощность 10-16 см. На 6 сутки зона загрязнения охватывала глубину модельного почвенного профиля с 9 до 18 см и имела локально-
повышенный отклик на границе горизонтов АВ-ВИ (рис. 4А). Зоны аккумуляции свинца дискретны, их возникновения эфимерны и локализованы в горизонтах АВ и ВИ.
При анализе отклика удельного электрического сопротивления лизиметрических вод контрольных и загрязненных почв установили, что модельный профиль темно-серой типичной почвы отличался наименьшей способностью к извлечению ионов свинца из загрязненного почвенного раствора (табл. 2).
Наименьшая сорбционная способностью по отношению к цинку характерна для профиля дерново-подзола песчаного иллювиально-железистого. Максимальная способность закреплять изучаемые ТМ Рп, РЬ) выявлялась у чернозема выщелоченного среднесугли-нистого (табл. 2).
А/А Б/В
в профиле темно-серой типичной среднесуглинистой почвы (AU-AB-Bh), загрязненного раствором Zn(NO3)2 - (А) раствором Pb(NO3)2 - (Б)
Figure 4. Temporal dynamics and spatial distribution of mobile forms of heavy metals in the profile of dark-gray typical medium loamy soil (AU - AB-Bh) contaminated with a solution of Zn(NO3)2 - (A) with a solution of Pb(NO3)2 - (B)
Таблица 2. Зависимость отношения величин удельного электрического сопротивления (R) элюентов (лизиметрических вод) не загрязненного (контрольного) модельного почвенного профиля ^контроль) к загрязненному ^загрязнение) от типа почв
Table 2. The dependence of the ratio of the values of electrical resistivity (R) of eluents (lysimetric waters) not contaminated (background) model soil profile (R background) to polluted (Rcontamination) on the soil type
Элемент Дерново-подзол- Аллювиально- Чернозем Темно-серая
Element песчаныи иллюви- поименная глееватая выщелоченный типичная
ально-железистый среднесуглинистая среднесуглинистый среднесуглин истая
Sod-podzols Alluvial gleyic medium Leached chernozem Dark-gray typical
illuvial-ferruginous loamy soil medium loamy soil medium loamy soil
Zn 5,2 3,1 1,8 4,7
Pb 1,8 1,7 1,4 2
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Динамика и кинетика свинца и цинка в рассмотренных почвах Курской агломерации имеют существенные отличия и зависят от ряда почвенных факторов. Определяющим условием снижения миграции и закрепления ТМ является оптимальное сочетание почвенных факторов - содержание органического вещества, кислотно-основные условия, гранулометрический состав. В
изучаемых почвах характер пространственного распределения и интенсивность миграции свинца и цинка была обусловлена показателями емкости и контрастности внутрипочвенных геохимических барьеров. Накопление ТМ, а, следовательно, и торможение процессов вертикальной миграции РЬ и Zn в почвах изучаемых модельных профилей отмечается как в гумусированных гумусово-аккумулятивных генетических горизонтах, так
и в минеральных горизонтах с высокой контрастностью кислотно-основных и окислительно-восстановительных условий. Зоны выноса свинца и цинка формируются при значимом укрупнении гранулометрического состава и снижение показателя рНш.
Загрязненность лизиметрических вод характеризует способность почвенного профиля извлекать ТМ из почвенного раствора и закреплять их на твердой фазе почв. По качеству выполнения протекторной функции и способности препятствовать миграции свинца почвы Курской агломерации, рассмотренные в данной работе, располагаются в убывающем ряду - чернозем выщелоченный>аллювиально-пойменная глеева-тая почва>дерново-подзол песчаный иллювиально-железистый>темно-серая типичная почва. По способности препятствовать миграции цинка - чернозем вы-щелоченный>аллювиально-пойменная глееватая поч-ва>темно-серая типичная почва>дерново-подзол песчаный иллювиально-железистый.
БЛАГОДАРНОСТЬ
Работа выполнена при поддержке Гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых - кандидатов наук МК-4086.2018.5. ACKNOWLEDGMENT
The research was carried out with support of a Grant of the President of the Russian Federation for Young Russian Scientists - Candidates of Sciences MK-4086.2018.5.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Шоба С.А., Яковлев А.С., Рыбальский Н.Г. Экологическое нормирование и управление качеством почв и земель. М.: НИА-Природа, 2013. 310 с.
2. Неведров Н.П., Проценко Е.П., Фомина М.Ю. Экологическая оценка почв ландшафтно-геохимических катен Сеймского округа г. Курска // Экология урбанизированных территорий. 2017. N 3. С. 18-26.
3. Langer M. The role of geological barrier in waste disposal projects // Proc. Int. Symp. on Engineering Geology and the Environment, Athens, Greece, 23-27 June 1997. A.A. Balkema. 2001. V. 4. P. 3617-3635.
4. Imperato M., Adamo P., Naimo D., Arienzo M., Stan-zione D., Violante P. Spatial distribution of heavy metals in urban soils of Naples city (Italy) // Environmental Pollution. 2003. V. 124. Iss. 2. P. 247-256. DOI: 10.1016/S0269-7491(02)00478-5
5. Nevedrov N.P., Protsenko E.P., Glebova I.V. The relationship between bulk and mobile forms of heavy metals in soils of Kursk // Eurasian Soil Science. 2018. V. 51. P. 112-119. DOI: 10.1134/S106422931801012X
6. Неведров Н.П. Количественная оценка состояния внутрипочвенных геохимических мезобарьеров города Курска // Юг России: экология, развитие. 2018. Т. 13. N 4. С. 97-107. DOI: 10.18470/1992-1098-2018-497-107
7. Груздков Д.Ю., Ширкин Л.А., Трифонова Т.А. Оценка миграции тяжелых металлов в почвах // Вестник Московского университета. Серия 17. Почвоведение. 2009. N 4. С. 40-45
8. Alloway B.J., Ayres D.C. Chemical principles of environmental pollution. Oxford, 1993. 293 p.
9. Перельман А.И., Касимов Н.С. Геохимия ландшафта. М.: Астрея-2000, 1999. 763 с.
10. Vernet J.P. Heavy metals in the environment. N.Y., 1991. 379 p.
11. Трегубов О.Д. Геохимические барьеры в почвах и ландшафтах анадырской тундры // Вестник Московского университета. Серия 5. География. 2017. N 3. С. 70-79.
12. Шишов Л.Л., Тонконогов В.Д., Лебедева И.И., Герасимова М.И. Классификация и диагностика почв России. Ойкумена, 2004. 342 с.
13. Единый государственный реестр почвенных ресурсов России. Версия 1.0. Коллективная монография. М.: Почвенный ин-т им В.В. Докучаева, 2014. 768 с.
REFERENCES
1. Shoba S.A., Yakovlev A.S., Rybalsky N.G. Ekologicheskoe normirovanie i upravlenie kachestvom pochv i zemel' [Ecological standardization and quality management of soils and lands]. Moscow, NIA-Nature Publ., 2013, 310 p. (In Russian)
2. Nevedrov N.P., Protsenko E.P., Fomina M.Yu. Ecological assessment of soils in the landscape-geochemical catena of the Seimsky district of Kursk. Ekologiya urban-izirovannykh territorii [Ecology of Urban Areas]. 2017, no.
3. pp. 18-26. (In Russian)
3. Langer M. The role of geological barrier in waste disposal projects. Proc. Int. Symp. on Engineering Geology and the Environment, Athens, Greece, 23-27 June 1997. A.A. Balkema, 2001, vol. 4, pp. 3617-3635.
4. Imperato M., Adamo P., Naimo D., Arienzo M., Stan-zione D., Violante P. Spatial distribution of heavy metals in urban soils of Naples city (Italy). Environmental Pollution, 2003, vol. 124, iss. 2, pp. 247-256. DOI: 10.1016/S0269-7491(02)00478-5
5. Nevedrov N.P., Protsenko E.P., Glebova I.V. The relationship between bulk and mobile forms of heavy metals in soils of Kursk. Eurasian Soil Science, 2018, vol. 51, pp. 112-119. DOI: 10.1134/S106422931801012X
6. Nevedrov N.P. Quantitative assessment of the condition of subsoil geochemical mesobarriers in Kursk. South of Russia: ecology, development, 2018, vol. 13, no. 4, pp. 97-107. (In Russian) DOI: 10.18470/1992-1098-2018-497-107
7. Gruzdkov D.Yu., Shirkin L.A., Trifonova T.A. Estimation of heavy metals migration. Vestnik Moskovskogo Universiteta. Seriya 17. Pochvovedenie [Moscow University Bulletin. Series 17, Soil science]. 2009, no. 4, pp. 4045. (In Russian)
8. Alloway B.J., Ayres D.C. Chemical principles of environmental pollution. Oxford, 1993, 293 p.
9. Perel'man A.I., Kasimov N.S. Geokhimiya landshafta [Landscape geochemistry]. Moscow, Astreya-2000 Publ., 1999, 763 p. (In Russian)
10. Vernet J.P. Heavy metals in the environment. N.Y., 1991, 379 p.
11. Tregubov O.D. Geochemical barriers in soils and landscapes of the Anadyr tundra. Vestnik Moskovskogo Universiteta. Seria 5, Geografia [Moscow University Bulletin. Series 5, Geography]. 2017, no. 3, pp. 70-79. (In Russian)
12. Shishov L.L., Tonkonogov V.D., Lebedeva I.I., Gerasi-mova M.I. Klassifikatsiya i diagnostika pochv Rossii [Soil classification and diagnostics in Russia]. Oikumena, 2004, 342 p. (In Russian)
13. Edinyi gosudarstvennyi reestr pochvennykh resursov Rossii. Versiya 1.0 [Unified State Register of Soil Resources of Russia. Version 1.0]. Moscow, Soil Institute named after V.V. Dokuchaev Publ., 2014, 768 p. (In Russian)
КРИТЕРИИ АВТОРСТВА
Николай П. Неведров выполнил все полевые и лабораторные исследования, написал статью. Автор несет ответственность за плагиат и самоплагиат.
КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ
Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.
AUTHOR CONTRIBUTIONS
Nikolay P. Nevedrov has undertaken all field and laboratory researches and has written the article. The author are responsible for plagiarism and self-plagiarism.
NO CONFLICT OF INTEREST DECLARATION
The author states that there is no conflict of interest.
ORCID
Николай П. Неведров / Nikolay P. Nevedrov https://orcid.org/0000-0003-1121-0671
