Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Магнитная восприимчивость и эколого-геохимическая оценка почвенного покрова урбанизированных территорий восточной окраины Русской равнины

ВАК РФ 03.02.13, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Магнитная восприимчивость и эколого-геохимическая оценка почвенного покрова урбанизированных территорий восточной окраины Русской равнины"

На правах рукописи

ЛОБАНОВА Евгения Сергеевна

МАГНИТНАЯ ВОСПРИИМЧИВОСТЬ И ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ ВОСТОЧНОЙ ОКРАИНЫ РУССКОЙ РАВНИНЫ (на примере г. Перми)

Специальность 03.02.13 Почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

¡-'пп

' IV/!

?г>п

■ ■J¡J

005537958

Уфа 2013

005537958

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пермская государственная сельскохозяйственная академия имени академика Д.Н. Прянишникова»

Научный руководитель ВАСИЛЬЕВ Андрей Алексеевич

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент.

Официальные оппоненты: СУЛЕЙМАНОВ Руслан Римович

доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории почвоведения Учреждения Российской академии наук Институт биологии УНЦ РАН;

БУСОРГИНА Нина Александровна

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры лесоустройства и экологии ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА.

Ведущая организация ФГБОУ ВПО «Пермский государствен-

ный национальный исследовательский университет».

Защита диссертации состоится «11» декабря 2013 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.003.01 при ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет» по адресу: 450001, Россия, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. 50-летия Октября, 34. Тел./факс + 7(347) 228-08-98 E-mail: bgau@ufanet.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет»

Автореферат разослан «8» ноября 2013 г. и размещен на сайте Министерства образования и науки Российской Федерации www.vak.ed.gov.ru и сайте ФГБОУ ВПО Башкирский ГАУ www.bsau.ru

Ученый секретарь

диссертационного совета, /у) (

доктор сельскохозяйственных наук / |6w '

P.P. Гайфуллин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время элементное химическое загрязнение почвенного покрова урбанизированных территорий является одной из самых актуальных проблем для науки и общественности. Тяжелые металлы (ТМ) в почвах тесно ассоциированы с магнетитом, маггеми-том и другими ферримагнетиками (ФМ), что позволяет использовать полевые и лабораторные методы измерения магнитной восприимчивости (МВ) для диагностики загрязнения почв ТМ. Однако, в ряде случаев, из-за особенностей техногенной магнитно-геохимической специализации или геологических условий территории, между величиной МВ и концентрацией ТМ в почвах прямая связь отсутствует или она обратная [Молостовский ЭЛ., 1996; Матасова Г.Г., 2006; Ширкин Л.А., 2012; Кашш Я., 2011; Ха-\vadzki I, 2012], что определяет актуальность изучения этой проблемы на региональном уровне.

Степень разработанности темы. Город Пермь - мегаполис с населением свыше 1 млн. человек, является крупным центром многоотраслевой промышленности и энергетики на востоке Европейской части России. Несмотря на исследования Е.А. Ворончихиной [1998], О.З. Ерёмченко [2005], М.Н. Власова [2008], М.А. Шишкина [2009], Р.В. Кайгородова [2010], А.В. Романовой [2012], И.С Копылова [2012] и др., гетерогенность магнитной фазы и элементного химического состава почв г. Перми на профильном и территориальном уровне охарактеризована недостаточно, а закономерности взаимосвязи между величиной МВ и концентрацией ТМ в почвах города изучены не в полной мере. Сведения о МВ почв города до настоящего времени не были систематизированы, картографический анализ магнитного состояния почвенного покрова города не был выполнен.

Цели и задачи. Цель исследований - изучить особенности МВ, элементного химического состава почв г. Перми и теоретически обосновать применение магнитометрии для эколого-геохимической оценки почвенного покрова урбанизированных территорий восточной окраины Русской равнины.

Задачи: 1) Изучить профильную неоднородность МВ почв. 2) Выполнить каппаметрическую съемку и составить картосхему МВ почвенного покрова г. Перми. 3) Изучить сезонную динамику МВ поверхностного слоя почв. 4) Определить и оценить элементный химический состав почв. 5) Методом мессбауэровской спектроскопии исследовать железосодержащую фазу почв. 6) Установить индикационное значение МВ для эколого-геохимической оценки почвенного покрова г. Перми.

Научная новизна работы. В работе решена актуальная научная задача, имеющая значение для почвоведения - определены закономерности взаимосвязи МВ и концентрации потенциально токсичных элементов в почвенном покрове мегаполиса на территории природно-техногенной геохимической и геомагнитной аномалии в пределах восточной окраины Рус-

ской равнины. Впервые показана фазовая и количественная гетерогенность минералов железа в почвах придорожных и внутриквартальных территорий г. Перми. Впервые установлена фоновое значение MB, охарактеризованы магнитные профили основных типов почв и сезонная динамика MB, составлена оценочная шкала MB и создана картосхема MB почвенного покрова г. Перми. Впервые, для оценки содержания ТМ в городских почвах обосновано использование суммарного показателя загрязнения почв (ZFe), рассчитанного через нормирование концентрации ТМ и As по железу. Определена техногенность основных поллютантов в почвенном покрове города.

Теоретическая и практическая значимость работы. Выполнена оценка воздействия урбанизации на состояние почвенного покрова города с населением свыше 1 млн. человек, получены новые сведения о его магнитном и эколого-геохимическом состоянии. Базы данных состава и свойств почв, электронные картосхемы, выводы и практические предложения диссертационной работы могут быть использованы для совершенствования системы мониторинга, разработки природоохранных мероприятий. Результаты исследований нашли практическое применение в учебном процессе кафедры почвоведения ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА.

Методология и методы исследования. Теоретической основой исследований послужили идеи и принципы эколого-геохимической оценки почв, разработанные В.В. Глазовской [1988], Н.С. Касимовым [1990], В.Б. Ильиным [1991], В.В. Добровольским [1999], А.И. Перельманом [1999], Е.В. Алексеенко [2006], С.И. Колесниковым [2006], М.С. Паниным [2006], Ю.В. Робертус [2010], Е.Г. Язиковым [2010]. Были проанализированы и учтены результаты магнито-геохимических исследований Э.А. Молостов-ского [1996], В.П. Ковриго [2004], Ю.И. Кудрявцева [2004], М.А. Глады-шевой [2007], А.А. Нульман [2007], О.А. Страдиной [2008], А.Н. Чащина [2010], М.В. Решетникова [2011], М.Н. Строгановой [2012], J1.A. Ширкина [2012], L. Bityukova [1999], X. Ни [2010], J. Zawadzki [2012] и других.

В работе использован комплекс методов, включающий полевые и лабораторные исследования: профильно-генетический, морфологический, каппаметрический, трансект, стационарных режимных наблюдений, статистический, картографический; физические, физико-химические, химические лабораторные методы анализа состава и свойств почв. Для описания экспериментальных данных использованы стандартные методы [Дмитриев Е.А., 2009] и пакет прикладных программ (Microsoft Excel, Statistica 8,0, Mapln-fo Professional 6,5 и Vertical Mapper).

Основные положения, выносимые на защиту. 1) Высокая профильная и территориальная гетерогенность магнитной восприимчивости почвенного покрова г. Перми определяется генетическими и антропогенными факторами дифференциации количества и состава магнитной фазы в почвах. 2) Ферримагнитная фаза почв г. Перми представлена нестехиомет-

ричным магнетитом/маггемитом с разной концентрацией дефектов его структуры. 3) Тяжелые металлы (№, Сг, Ъп, РЬ, Си) - природно-техногенные поллютанты, а соединения Бе, Аэ, Бг, Са, Б, С1, Са, Р -антропогенные загрязнители почвенного покрова г. Перми. 4) Нестехио-метричный магнетит/маггемит почв связан с геохимическими ассоциациями ТМ: №-Сг и гп-Си-РЬ.

Степень достоверности результатов обеспечена использованием полевых инструментальных исследований в сочетании с применением современных методов для химического и минералогического анализа значительного объема образцов почв, проанализированных в аккредитованных лабораториях ГНУ Почвенного института им. В.В. Докучаева Рос-сельхозакадемии, ОАО «МНИИЭКО ТЭК», Московского института стали и сплавов (ФГАОУ ВПО «НИТУ МИСиС») на автоматизированном аналитическом оборудовании и приборах, а также сходимостью аналитических и экспериментальных результатов диссертации с исследованиями других авторов. Все экспериментальные результаты исследований обработаны методами математической статистики.

Апробация результатов. Результаты исследований докладывались на Всероссийской научно-практической конференции «Энергия и знания молодых - аграрному сектору» в ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА, г. Пермь, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011, 2012; Международной научно-практической конференции «Экология и научно-технический прогресс» в ФГБОУ ВПО Пермский ГТУ, г. Пермь, 2008; V Всероссийском съезде Общества почвоведов им. В.В. Докучаева, г. Ростов-на-Дону, 2008; Международной научно-практической конференции «Инновации аграрной науки - предприятиям АПК» в ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА, г. Пермь, 2011, 2012,2013.

Личный вклад автора. Соискатель непосредственно участвовал в разработке программы и выборе объектов исследований, в закладке разрезов и отборе образцов, их пробподготовке и химико-аналитических работах, каппаметрической съемке почвенного покрова г. Перми. Автором выполнены статистическая обработка и интерпретация результатов.

Благодарю за руководство исследованиями, всестороннюю помощь и поддержку моих наставников: научного руководителя - канд. с.-х. наук А. А. Васильева и научного консультанта - д-ра с.-х. наук. Ю.Н. Водяниц-кого. Благодарю за сотрудничество в проведении исследований д-ра с.-х. наук А.Т. Савичева, д-ра геолого-минерал, наук В.В. Коровушкина, канд. биол. наук А.Н. Чащина, канд. биол. наук Е.В. Прокопович и студентов агрохимического факультета ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА Н.В. Трегубову, М.А. Кривощекову, А.Н. Силину.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, практических предложений, списка литературы из 270 источников (из них 50 на иностранных языках), 5 приложений. Диссертация изложена на 174 страницах машинописного текста, содержит 54 таблицы и 37 рисунков.

1. ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ И МАГНИТНАЯ ВОСПРИИМЧИВОСТЬ В ПОЧВАХ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ

Рассмотрены источники и эколого-геохимическая оценка содержания ТМ в почвах урбанизированных территорий. Дана характеристика особенностей МВ городских почв и рассмотрена ее взаимосвязь с аккумуляцией ТМ.

2. ОБЪЕКТЫ, МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И УСЛОВИЯ

ФОРМИРОВАНИЯ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА Г. ПЕРМИ

Объекты и методы исследований. Объектом исследования являлся почвенный покров основных функциональных зон г. Перми. На территории структурных элементов функциональных зон города: бульвары и скверы «ПР», внутриквартальные территории «ПК», придорожные территории «ПД» и земли сельскохозяйственного значения «СХ» [Генеральный план города..., 2010], были заложены 10 разрезов, 20 полуям, 90 прикопок. Исследованы основные типы почв города: урбаноземы, урбо-дерново-подзолистые, агроземы, серогумусовые, агро-дерново-подзолистые и дерново-подзолистые почвы.

Морфогенетические признаки почв соответствуют их классификационному положению [Строганова М.Н., 1992; Классификация и диагностика..., 2004]. Поверхностные горизонты почв селитебно-транспортной части г. Перми характеризуются преимущественно нейтральной реакцией среды (рНнго 6,8-7,3), высоким содержанием Сорг (6,3-13,7%) и высокой ЕКО (32-55 МГ-ЭКВ./100 г).

Полевые методы. Магнитометрическая съемка осуществлялась по сетке квадратов 600 м, а в центре города шаг опробования составил 100 м. В каждом углу квадрата закладывалось по пять наблюдательных площадок площадью 1 м2. МВ придорожных почв изучена в трансектах. Площадки закладывались на расстоянии до 3, 3-5, 5-10 и более 10 м от проезжей части. Измерение ОМВ на каждой площадке проводилось каппаметром КТ - 6 с поверхности почвы в 10-кратной повторности [Гладышева М.А., 2007]. Всего за период 2006-2009 гг. было заложено более 2600 наблюдательных площадок, выполнено около 27 тыс. локальных измерений ОМВ. Фоновая величина ОМВ установлена в трансектах длиною 100 м на залежных и лесных дерново-подзолистых тяжелосуглинистых почвах на южной окраине г. Перми. В полнопрофильных разрезах (0-160 см) и полуямах (0-60 см) трансект измерение ОМВ проводилось непрерывно через каждые 6 см (диаметр измерительной части прибора) на трех стенках разреза в 4-кратной повторности на каждой глубине. Всего на условно фоновой территории выполнено около 2,6 тыс. локальных измерений ОМВ. Образцы почв для химических анализов отбирались из генетических горизонтов ос-

новных разрезов; смешанные образцы отбирались равномерно по территории города методом конверта с глубины 0-20 см [ГОСТ 17.4.3.01-83; МУ 2.1.7.730-99; СанПиН 2.1.7.1287-03, 2007].

Лабораторные методы. Были выполнены следующие анализы: физико-химические свойства и гранулометрический состав по стандартным методикам [ГОСТ 26213-91, ГОСТ 27800-93, ГОСТ 27821-88, ГОСТ 2621291, ГОСТ 26483-85, ГОСТ 26207-91, ГОСТ 26205-91, ГОСТ 12536-79]; валовой химический состав — рентгенфлуоресцентным методом, Tefa-6111 и методом спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой, iCAP-6000; валовое содержание La, Ва и Се - радиометрическим методом, Tefa-6111; подвижные формы ТМ и Fe в вытяжке ацетатно-аммонийного буфера (ААБ) при рН=4,8 - атомно-абсорбционным методом, AAS-3; удельная магнитная восприимчивость (УМВ) почв, Kappabrige KLY-2; мессбауэров-ская спектроскопия в режиме постоянных ускорений с источником 37Со в матрице хрома при комнатной температуре, Ms-1104 Em.

Расчеты. Оценка MB и эколого-геохимического состояния почвенного покрова проведена по следующим показателям: стехиометричность (S) магнетита и концентрации дефектов структуры магнетита (С) по Н. Topsoe [1974]; содержание магнетита в почве (мг/кг) по Ю.Н. Водяницко-му [2010]; коэффициент магнитности (КМ) по А.Э. Молостовскому [1996]; коэффициент изменчивости (Кэг) MB материнской породы по А.Ф. Вадю-ниной [1972]; суммарный показатель загрязнения (Zc) по Ю.Е. Саету [1990]; техногенность профильная (Тп) и относительно фона (Тф) по S. Baron [2006]; коэффициент профильной дифференциации ТМ по А.И. Пе-рельману [1999]. Нормирование содержания ТМ в почве по железу выполнено по Т.С. Папиной [2001]:

Ki = (Хпр / Fenp) / (Хщ, / FeKJI), (1)

где Ki - коэффициент обогащения ТМ, Хпр содержание ТМ в образце, Хкл - кларк ТМ для почв мира, Fenp - содержание железа в образце, FeK1 -кларк для почв мира. Суммарный показатель загрязнения почв (ZFe) рассчитан через нормирование концентрации ТМ и As по железу:

ZFe= (Ki+.. ,+Kn) - (n-1 ), (2)

где Ki — нормированная по железу концентрация элемента, п — количество элементов.

Оценка аккумуляции-рассеивания химических элементов была проведена по коэффициентам концентрации Кк, путем сравнения содержания элемента в изученном образце или среднеарифметического содержания в выборке образцов с рядом установленных показателей: Ккм - кларк почв мира [Виноградов А.П., 1957]; Кке - кларк почв Европы [Batista M.J., 2006]; Ккфр - региональный фон [Копылов И.С., 2011]; Ккуф - условный местный фон [Гилев В.Ю., 2007], Ккэт - содержание элементов в эталонных подзолистых почвах лесных ландшафтов Пермского края [Ворончи-хина Е.А., 2012], Ккреп - среднее содержание ТМ в почвах 15 реперных

участков ФГУП ГЦАС Пермский [Состояние и охрана..., 2008], Ко - ПДК [СанПиН 2.1.7.1287-03, 2007]. Для валового содержания Cr было принято ПДК 100 мг/кг [Панин М.С., 2006; Водяницкий Ю.Н., 2008].

Дендрограммы кластер-анализа построены по методу Варда, мера расстояния - коэффициент Пирсона. Уровень значимости оценки результатов статистической обработки достоверен при Р=0,95 (*).

Условия формирования и загрязнения почвенного покрова г. Перми. Антропогенное воздействие изменило ретроспективно-естественную структуру почвенного покрова г. Перми [Шестаков И.Е., 2012], в которой преобладали дерново-подзолистые тяжелосуглинистые почвы [Коротаев Н.Я., 1962;. Вологжанина Т.В, 1982]. По данным О.З. Еремченко [2005], в районах многоэтажной застройки г. Перми 76% почвенного покрова заняты урбаноземами, 14% - экраноземами и 10% - ре-плантоземами.

Техногенное загрязнение почвенного покрова городов восточной окраины Русской равнины происходит на фоне повышенного природного содержания ФМ [Молостовский Э.А., 1998; Болотов A.A., 2000; Бусоргина H.A., 2002; Обыденова Л.А., 2003; Ковриго В.П., 2004; Нургалиева Н.Г., 2006; Злобин A.A., 2012] и ряда ТМ [Кузнецов М.Ф., 1994; Москвина Н.В., 2004; Шихова JI.H., 2005; Копылов И.С., 2011] в отложениях пермской геологической системы и почвообразующих породах региона. На территории Пермского Предуралья в структуре почвенного покрова выделяется 15 крупных геохимических аномалий. Город Пермь расположен в пределах Среднекамской геохимической аномальной зоны [Копылов И.С., 2011].

В атмосферу города ежегодно поступает около 130 тыс. тонн пылегазо-вых выбросов, в состав которых входит свыше 457 наименований загрязняющих веществ [Зубарев А.Ю., 2011]. Среди основных примесей атмосферного воздуха на территории г. Перми преобладают органические загрязняющие вещества, а также Cr6*, Ni, Pb [Состояние и охрана..2004-2010],

3. МАГНИТНАЯ ВОСПРИИМЧИВОСТЬ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА Г. ПЕРМИ

Закономерности профильного и территориального распределения магнитной восприимчивости. Фон. Магнитная восприимчивость фоновых почв была исследована по всей мощности вскрытых разрезов, так как в результате проведения строительно-планировочных работ в процессе формирования городских почв вовлекаются все генетические горизонты естественных почв и их материнские породы. В генеральной совокупности измерений MB в профилях фоновых почв среднеарифметическое и медианное значения совпадают - 0,51±0,10* 10"3 СИ (табл. 1).

Таблица 1 - Статистические параметры ОМВ (* 10'3 СИ) __в профиле фоновых почв__

Глубина, см п | М1±т | а | Нт 1 | МИ

Генеральная совокупность

0-160 | 2580 | 0,51±0,10 | 0,13 | 0,10-1,26 1 26 | 0,51

Центильный интервал МВ «средняя» или «норма» в слое 0(2)-30 см (п=1020) составляет 0,43-0,62*10"3 СИ (табл. 3), среднеарифметические и медианные значения МВ в лесных и залежных почвах не различаются. Варьирование МВ среднее (У=25-29%). По совокупной оценке фоновая величина ОМВ составляет 0,50* 10'3 СИ, что в 2-3 раза выше, чем фон ОМВ для почв г. Москвы и г. Владимира, расположенных в центральной части Русской равнины [Строганова М.Н., 2012; Ширкин Л.А., 2012]. Пороговое значение МВ для разделения высокомагнитных и низкомагнитных почв г. Перми 1,0* 10"3 СИ - величина двукратного превышения местного фона.

Профильное распределение. Дифференциация магнитного профиля фоновых почв свидетельствует о низкой магнитно-техногенной нагрузке на почвы естественных и агрогенных ландшафтов города, Кэз на залежи и в лесу составляет 0,53-1,02* 10"3 СИ, соответственно.

Магнитный профиль урбо-дерново-подзолистых почв и агрозема имеет четко выраженный аккумулятивный характер (рис. 1). Коэффициент аномально высокий - 8 единиц.

*ю си

Урбо-дерново-подзолистые

*1<г си

Урбаноземы

*1<Г си

1 2

- раэр. 3

Агрозем (разр. 3) и серогуму-совая (разр. 8)

Рисунок 1 - Магнитные профили почв г. Перми по данным каппаметрии

Магнитные профили урбаноземов отражают синлитогенный характер их формирования. Максимальные значения МВ могут быть приурочены к любой части их профиля. В целях оценки магнитной структуры профилей урбаноземов нами предлагается использовать показатель Каесв -средневзвешенное значение МВ, рассчитанное через восприимчивость от-

дельных горизонтов и их мощность. Для урбаноземов г. Перми величины Каесв составляют от 2,0 до 4,6 единиц. В ядре городского центра Каесв в профиле урбаноземов выше, чем в урбаноземах микрорайонов, прилегающих к центру города, так как периоды техногенного воздействия на почвы существенно отличаются по продолжительности.

Территориальное распределение. В генеральной совокупности измерений МВ в селитебно-транспортной части города средняя арифметическая величина ОМВ в 3,6 раза выше фона. Стандартное отклонение и коэффициент вариации очень высокие (табл. 2).

Таблица 2 - Статистические параметры ОМВ (* 10"3 СИ) почв г. Перми

п М ±т а 1Ш1 V,0/» Мо ма

2636 1,83 1,42 2,12 0,07-19,31 116 0,90 1,10

Статистические параметры ОМВ и КМ свидетельствуют о значительной и крайне неоднородной магнитно-техногенной нагрузке на почвенный покров г. Перми.

Распределение ОМВ в почвенном покрове г. Перми не подчиняется нормальному гауссовому закону. Использование центильного анализа позволило создать объективную шкалу МВ почв г. Перми и оценить репрезентативность выборки образцов почв, подвергнутых химическому анализу (табл. 3). Репрезентативность выборки высокая, так как границы цен-тильных интервалов оценочной шкалы и выборки близки.

Таблица 3 - Шкала магнитной восприимчивости почв г. Перми

№ гр. Центиль. % Оценка МВ УМВ*10"8 м'/кг п=122* ОМВ* 10"'СИ п=122* Шкала ОМВ п=2636 Фон ОМВ п=1020

1 <5 очень низкая <22 <0,22 <0,21 <0,29

2 5-10 низкая 22-34 0,22-0,3 0,21-0,3 0,29-0,34

3 10-25 ниже средней 34-79 0,3-0,6 0,3-0,57 0,34-0,43

4 25-75 средняя «норма» 79-239 0,6-3,1 0,57-2,1 0,43-0,62

5 75-90 выше средней 239-447 3,1-5,4 2,1-4,5 0,62-0,70

6 90-95 высокая 447-568 5,4-7,4 4,5-6,3 0,70-0,75

7 >95 очень высокая >568 >7,4 >6,3 >0,75

* - дентальные интервалы МВ в образцах почв, подвергнутых химическому анализу

В большей мере ферримагнетики аккумулируются в почвах придорожных территорий, М±т=3,9±3,7*10'3 СИ, что в три раза выше, чем в почвах внутриквартальных и рекреационных территорий, где среднеарифметические значения ОМВ составляют 1,3±1,3*10'3 СИ и 1,2±0,9*10"3 СИ, соответственно. Внутри функциональных зон МВ почв также неоднородна и зависит от уровня техногенной нагрузки. Так, средние медианные значения ОМВ на 0,8*10'3 СИ выше в почвах на улицах с интенсивным движе-

нием автотранспорта (рис. 2). ОМВ достоверно выше в почвах на расстоянии до 3 м, чем на расстоянии 5 м и 10 м от проезжей части.

А В

Рисунок 2 - Статистические параметры ОМВ почв придорожных территорий улиц с интенсивным (А) и умеренным (В) движением автотранспорта

Картографический анализ территориального распределения MB показал, что почвы с «очень высокой» ОМВ в основном сформировались на территориях, прилегающих к цехам ОАО «Мотовилихинские заводы». Высокая ОМВ почв характерна и для центра города, где 40-45% площади почвенного покрова характеризуются MB в пределах центильных интервалов от «выше средней» до «очень высокая». Ареалы почв с «очень высокими» значениями ОМВ соотносятся с перекрестками на улицах: Попова, Петропавловская, Ленина, Куйбышева, Революции, Пушкина, Екатерининская и других, где движение транспорта интенсивное (рис. 3).

Почвы города с «очень низкой» и «низкой» ОМВ сформировались в пределах природных ландшафтов на первой и второй надпойменных террасах р. Камы, сложенных легкими по гранулометрическому составу породами.

Динамика объемной магнитной восприимчивости почв. Величина MB отражает многолетний характер загрязнения почв ФМ. За три года наблюдений на стационарных площадках в разных функциональных зонах города величина ОМВ оставалась практически на одном уровне (рис. 4).

Наблюдается тенденция увеличения ОМВ в весенний период, что отражает аккумуляцию ФМ в снежном покрове. Ранее было установлено, что за двадцатилетний период наблюдений, MB городских почв Предуралья достоверно увеличивалась [Страдина O.A., 2008].

Рисунок 3 - Картосхема объемной магнитной восприимчивости почвенного покрова г. Перми, М 1:1750, шаг опробования 600 м

.-ГШ гтт-8 г-гт-1 гП-Я 1-ГгМ гтт1

VII 2009 1X2010 V 2011 VII 2011 1X2011 У2012 □ Качканарская, 45 аСвиязева, 10 "1905 года, 35 В

VII 2009 1X2010 V 2011 VII 2011 1X2011 У2012

□ Черняевскмйлес ОМеньжинского, 30

□ Тургенева, 34а иЧердынская, 20

А

Рисунок 4 - Динамика ОМВ (ае * 10"3 СИ) в разномагнитных почвах г. Перми: А - низкомагнитные, В - высокомагнитные

4. ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПОЧВЕННОГО

ПОКРОВА Г. ПЕРМИ

Эколого-геохимическая оценка почвенного покрова рассматривается в работе как анализ содержания, распределения и взаимосвязи химических элементов в почвах на профильном и территориальном уровнях.

Макроэлементы, сера и хлор. Профильное распределение. В урбо-дерново-подзолистых почвах наиболее четко выражена аккумуляция Fe, Са, Mg в поверхностных горизонтах. Содержание Fe выше на 0,6-1,4% по сравнению с подповерхностными горизонтами, что свидетельствует о техногенном ожелезнении городских почв. Распределение S и С1 по профилю также аккумулятивное, и в горизонтах AYur и U содержание этих элементов превышает кларк, соответственно, до 1,5-5 раз. В урбаноземах ядра центра города концентрации Р2О5, SO3, С1 превышают кларк соответственно в 7-12,9-16 и 5-9 раз. Повышенное содержание S в почвах г. Перми и ее аккумулятивный характер распределения являются следствием загрязнения атмосферы города сернистым ангидридом, минеральной пылью (Состояние и охрана..., 2010), использованием торфа в ландшафтном строительстве.

Территориальное распределение. В почвах придорожных территорий (roadside soils) содержание Fe, Са, Mg, S достоверно выше, чем в почвах рекреационных и внутриквартальных территорий. «Норма» содержания Са, Mg, CI, S, Р выше кларка для почв Европы и почв мира (табл. 4).

Таблица 4 - Дентальные интервалы концентрации (%) макроэлементов, серы и хлора в поверхностных горизонтах почв г. Перми, п=122

Хим. эл-т Кларк почв Европы Номер группы, градации центильных интервалов и концентрация элементов

1 Очень низкая <5% 2 Низкая 5-10% 3 Ниже среднего 10-25% 4 Среднее «норма» 25-75 % 5 Выше среднего 75-90 % 6 Высокая 90-95 % 7 Очень высокая >95 %

SiOj 67,7 <40,4 40,4-44,3 44,3-52,2 52,2-68,1 6 8,1-71,5 71,5-75,3 >75,3

AljO, 11,0 <3,75 3,75-4,03 4,03-5,23 5,23-8,72 8,72-11,2 11,2-12,3 >12,3

Fe203 3,51 <2,19 2,19-2,82 2,82-3,22 3,22-4,57 4,57-5,12 5,12-5,63 >5,63

Т1О2 0,572 <0,23 0,23-0,27 0,27-0,39 039-0,65 0,65-0,84 0,84-1,2 >1.2

CaO 0,922 <0,31 0,31-1,44 1,44-2,17 2,17-5,22 5,22-7,16 7,16-8,31 >8,31

MgO 0,77 <0,49 0,49-0,93 0,93-1,22 1,22-3,19 3,19-5,84 5,84-8,83 >8,83

SO3 0,06 <0,11 0,11-0,17 0,17-0,27 0Д7-0.55 0,55-0,86 0,86-0,96 >0,96

P7O, 0,128 <0,06 0,06-0,1 0,1-0,16 0,16-0,51 0,51-0,84 0,84-1,0 >1,0

K?0 1,92 <0,08 0,08-0,55 0,55-0,87 0,87-1,53 1,53-1,86 1,86-2,08 >2,08

CI 0,009 <0,01 0,01-0,013 0,013-0,024 0,024-0,042 0,042-0,057 0,057-0,079 >0,079

Взаимосвязь. В поверхностных горизонтах почв города выделяется четыре группы геохимических ассоциаций с тесной связью элементов. Кластер БЮг-АЬОз-КгО характеризует химический состав глинистых минералов, гидрослюд, полевых шпатов. Кластер Ре20з-М§0 отражает их концентрацию в составе магниевых ферритов и хлоритов. Одновременное накопление Мл и Т1 в торфо-песчаных компонентах горизонтов и характеризует кластер МпО-ТСОг Закрепление анионов в составе солей кальция антигололедных смесей отражает кластер Са0-Р205-80з-С1.

Тяжелые металлы и мышьяк. Профильное распределение. Коэффициенты профильной дифференциации (Кд) для Ъп, Аэ, РЬ, Си в основном больше единицы. Так, в урбо-дерново-подзолистой почве Кд РЬ

достигает 45 единиц, Си - 6,2, в агроземе Кд Хп -11,5 единиц; а урбано-земе мелком Кд Аб и № 7,9 и 3,3, соответственно. В урбаноземах профильное распределение ТМ более сложное, так как они одновременно подвергаются аэральному и вейстогенному загрязнению (рис. 5).

Разрез 1. Урбо-дерново-подзолистая, Разрез 7. Урбанозем, ул. Кирова, 7а

ул. 25 Октября, 47

Рисунок 5 - Профильное распределение ТМ и Аз в почвах г. Перми.

Ккрф - концентрация элементов относительно регионального фона

В урбо-дерново-подзолистых почвах и агроземах Хп, РЬ, №, Си, Аз аккумулируются в поверхностных горизонтах АУ и АУиг, где их содержание выше фона в 1,2-6,5 раза и выше ПДК (рис. 5). Урбаноземы загрязнены 2п, РЬ, N1, Си, Аб по всему профилю.

Профильная техногенность (Тп) ТМ и Аз в почвах Перми образует ряд: РЬ > Хп = Си > № > Мп > Сг > Оа > вг .= Аз = У = Хт = ЫЬ = Ва= Ьа = Се [Водяницкий Ю.Н., Васильев А.А., Лобанова Е.С., 2009] (табл. 5).

Таблица 5 - Профильная техногенность (Тп) ТМ и Аэ в почвах г. Перми, %

Разрез гп Аэ РЬ Сг № Си Мп Эг Ва ва Юз У Ъх Ьа Се

Разр. 1. Урбо-дерново-подзол. 92 н 99 52 77 91 н н - н н н н - -

Разр. 2. Урбо-дерново-подзол. 55 н 64 н 62 57 н н н н н н н н н

Разр. 3. Агрозем 90 н 88 63 н 68 78 н н 55 н н н н н

Н - низкая и недостоверная техногенность, Тп <50%; «-» данные отсутствуют

Территориальное распределение. Валовое содержание Хп, РЬ, Аэ, Сг, № и Си выше в поверхностных горизонтах почв придорожных территорий, чем в почвах бульваров, скверов и внутриквартальных территорий.

Очень высокая территориальная неоднородность распределения характерна для Сг, Си, РЬ (V > 100%) (табл. 6). Средние арифметические и медианные значения концентрации Хп, Аэ, РЬ, Сг, N1, Си выше ПДК.

Таблица 6 - Статистические показатели содержания ТМ

и As в почвах г. Перми, п=122

M a lim V, % Md Кларк почв мира Кларк почв Европы Фон per Фон этап, per Реп. уч

Zn 141,7 84,1 19-528 59 114 50 52 70 63 45,6

As 8,1 4,3 4-24 52 7 5 7,1 0 1,8 0,37

Pb 59,4 83,8 4-630 141 36 10 22,6 22 21,5 25,9

Cr 162,7 352,9 7-3777 217 116 70 60 280 90 -

Ni 131,0 185,6 10-1907 142 86 40 18 35 18 -

Cu 99,4 172,3 10-1309 173 69 20 13 50 33 14,7

Mn 729,6 412,4 139-3874 57 697 850 504 900 273 -

Sr 192,1 41,6 70-320 22 194 300 89 70 138 -

Ga 9,8 4,5 4-25 46 9 30 13,5 13 - -

Rb 34,9 12,7 11-65 37 34 100 80 . - 53 -

Y 15,1 5,3 5-31 35 14 40 21 20 10 -

Zr 144,2 68,2 12-341 47 123 300 231 350 143 -

Nb 8,0 3,0 4-16 37 7 - 9,7 14 - -

La* 20 6 12-31 28 18 40 23,5 - - -

Ba* 401 86 292-627 21 377 500 345 300 360 -

Ce* 30 11 18-51 37 27 50 48,2 - 39 -

* - п=30, «-» данные отсутствуют

ТМ 1-3 класса опасности во всех геохимических рядах имеют коэффициенты концентрации (Кк) более единицы (табл. 7). Наиболее высокие Кк и Ко в рядах характерны для №, РЬ, Си, Аб, 2п и Сг, которые следует рассматривать как приоритетные поллютанты. Региональная фоновая концентрация для Сг очень высокая, и по установленным КкфР этот элемент относится к рассеянным. В загрязнении почвенного покрова г. Перми Шэ, У, Ът, №>, Ьа, Се не участвуют. Их содержание ниже кларка и фона, а тех-ногенность меньше 50%.

Таблица 7 - Геохимические ряды аккумуляции-рассеивания ТМ и As

Показ. Значения коэффициентов Кк для отдельных элементов

Кк„ РЬ5,9 > Си5,0 >№3,3 > Zn2,8 > Cr2,3 > Asi,6 > Mn0,9 > Ва0,8 > Sr0,6 = Се0,6> Zr0,5 = La0,5 > Rb0,4 = YO,4 > Ga0,3

ККе Cu7,6>№7,3 > Zn2,7 = Cr2,7 > Pb2,6> Sr2,2 > Bal,6 > Mnl,4 > Asl,l > La0,85 > Nb0,8 > Ga0,7 = YO,7 > Zr0,6 = Ce0,6 > Rb0,4

Ккфр №3,7 > Pb2,7 = Sr2,7 > Zn2,0 = Cu2,0 > Bal,3 > Mn0,8 = Ga0,8 = YO,8 > Cr0,6 = Nb0,6 > Zr0,4

Ккэт №7,3>As4,5>Cu3,0>Pb2,8 > Mn2,7 > Zn2,4 > Crl,8 > Yl,5 > Sri,4 > Bal,l >Zrl,0 > Ce0,8 > Rb0,7

ККреп As21,9 > Cu6,8 > Zn3,l > Pb2,3

Ко As4,l > Pbl,9 > Cul,8 > Cr 1,6 > №1,5 >Znl,3 > Mn0,5

Верхние границы центильного интервала «норма» и интервалы в группах 5, 6, 7 для основных поллютантов почв города характеризуются

превышением ПДК (табл. 8). Почвы г. Перми существенно загрязнены Аэ. По сравнению с почвами сельскохозяйственных угодий Пермского края средняя концентрация Ав в почвенном покрове Перми более чем в 20 раз выше. Региональное фоновое значение концентрации Аэ в гумусовых горизонтах (0-10 см) для выборки п=1730 равно нулю [Копылов И.С., 2011].

Таблица 8 - Градации дентальных интервалов концентрации (мг/кг)

поллютантов почв г. Перми, п=122

Хим. элемент Номер г руппы, градации дентальных интервалов и концентрации элементов

1 Очень низкая <5% 2 Низкая 5-10% 3 Ниже среднего 10-25 % 4 Среднее «Норма» 25-75 % 5 Выше среднего 75-90% 6 Высокая 90-95 % 7 Очень высокая >95 %

Zn <52 52-65 65-84 84-180 180-264 264-295 >295

As <4 4-4,5 4,5-5 5-9 9-14 14-19 >19

Pb <10 10-13 13-20 20-65 65-104,5 104,5-133 >133

Cr <21 21-41 41-68 68-164 164-212 212-315 >315

Ni <25 25-35 35-51 51-151 151-238 238-308 >308

Cu <23 23-29 29-43 43-86 86-141 141-186 >186

На картосхемах содержания поллютантов в почвах контуры геохимических аномалий в основном совпадают с контурами магнитных аномалий.

Содержание подвижных форм Ni, Cr, Си значительно выше в почвах придорожных территорий, где их концентрация превышает ПДК по Сг и Cu -1 ¡5-4,2, Ni -2,3-5,6 раза.

Взаимосвязь элементов. Высокие и средние достоверные коэффициенты корреляции по Спирмену выявлены в парах сравнения основных поллютантов почв г. Перми: Ni-Cr (i=0,9), Pb-Cu (r=0,52), Zn-Pb (r=0,49), Zn-Cu (r=0,48), Ni-Cu (r=0,35). Кластерный анализ подтвердил эти взаимосвязи и показал, что для поверхностных горизонтов почв г. Перми характерны следующие геохимические ассоциации: Cr-Ni, Zn-Pb-Cu, Zr-Y-Rb. Кластер Ni-Cr наиболее тесно ассоциирован с кластером As-Ga-Sr-Nb, который содержит техногенные для почв г. Перми элементы (As, Ga, Sr).

5. ИНДИКАЦИОННОЕ ЗНАЧЕНИЕ МАГНИТНОЙ ВОСПРИИМЧИВОСТИ ПОЧВ

Состав и содержание минералов железа. Мессбауэровская спектроскопия образцов урбаноземов придорожных территорий улиц Героев Хасана, 12 (обр. 2), Сибирской, 37 (обр. 3), Куйбышева, 105 (обр. 4), и внутридворо-вых территорий по улицам Лодыпша, 33 (обр. 1), Екатерининская, 133 (обр. 5), Куйбышева, 105 (обр. 6) показала, что состав минералов железа в почвах разнообразен (табл. 9). Основная часть железа в низкомагнитных почвах приходится на тонкодисперсные гидроксиды железа, которые обладают высокой поглотительной способностью по отношению к ТМ, но МВ этой

группы минералов низкая 36-70* 10"8 м3/кг [Оеагн^ I, 1999]. Основной вклад в МВ почв вносят магнитоупорядоченные оксиды железа: гематит, магнетит/маггемит. В высокомагнитных почвах содержание магнетита в среднем в пять раз выше, чем в низкомагнитных. МВ стехиометричного магнетита, в зависимости от его дисперсности, колеблется от 39000*10" м3/кг до 100000* 10"8 м3/кг [Осапг^ ]., 1999].

Таблица 9 - Мессбауэровские параметры железосодержащей фазы низкомагнитной (обр. 5) и высокомагнитной (обр. 3) почв г. Перми_

№ обр ОМВ/ УМВ Компонента спектра 8, мм/с д, мм/с Ре^ Нэф, Кэ И, % Ре фаз, % Содержание фазы, % Фаза

5 1,2* 10"3 С1(Ре3+) 0,41 -0,26 509 7,3 0,16 0,23 Гематит

СИ/ С2(Ре3+) А 0,28 -0,04 489 12,7 0,28 0,52 Магнетит

16,6* СЗ(Ре3+,Ре2+) В 0,63 0,06 475 4,4 0,10

10"8 ШСРе^) 1,12 2,69 0 12,8 0,29 - Хлорит Ре*""

м3/ кг 02(Ре3+) 0,37 0,63 0 62,8 1,41 - Т/д гидро-ксиды Ге

Гидрослюда

Хлорит Ре3+

3 11*10° С1(Ре3+) 0,38 -0,21 517 2,4 0,09 0,13 Гематит

СИ/ 1065* С2(Ре3+) А 0,26 -0,03 487 14,1 0,56 2,02 Магнетит

10"8 СЗ(Ре3+,Ре2+) В 0,68 0,01 458 22,9 0,90

м3/ кг Б1(Ре2+) 1,26 2,37 0 23,7 0,93 - Пироксен

Б2(Ре3+) 0,26 0,86 0 34,4 1,36 - Слюда с Ре3"1", Ре4+

1,01 0,74 0 2,5 0,10 - Ильменит

8 - изоморфный сдвиг тонкодисперсных гидроксидов железа; Д - квадрупольное расщепление; Ёе57 Нэф - магнитные поля на ядрах; Ш - площадь компонент; «-» означает не определяли

Магнетит в почвах г. Перми нестехиометричен. В большей степени нестехиометричность «Б» и концентрация дефектов структуры «С» выражены в низкомагнитных почвах внутриквартальных территорий (рис. 6). При высокой степени отклонения от стехиометрии структуры магнетита его МВ снижается до 14000*10'8 м3/кг. Увеличение нестехиометричности происходит в результате окисления ионов Ре+2 в подрешетке В [Чибирова Ф.Х., 2008], что приводит к образованию твердого раствора магнетит/маггемит. В магнетите высокомагнитных урбаноземов придорожных территорий степень отклонения от стехиометрии низкая, а его МВ достигает 45000* 10"8м3/кг.

номер образца

Рисунок 6 -Степень отклонения структуры магнетита от стехиометрии (Б) и концентрация дефектов структуры магнетита (С) в низкомагнитных (обр. 1, 5, 6) и высокомагнитных (обр. 2, 3,4) почвах г. Перми

Таким образом, дифференциация МВ магнетита/маггемита в почвах г. Перми связана не только и не столько с разнообразием его техногенных источников [Водяницкий Ю.Н., 2012], но прежде всего с генезисом городских почв.

Магнитная восприимчивость почв как индикатор их элементного химического состава. Индикационная роль МВ была выявлена по двум критериям: первый критерий - эколого-геохимическая оценка разномаг-нитных почв, второй критерий - анализ взаимосвязи МВ и концентрации поллютантов.

Первый критерий. Дисперсионный анализ и оценка разницы концентрации поллютантов по ^критерию Стьюдента выявили достоверно более высокое содержание N1, Си, РЬ, Сг, Ъл и Аб в высокомагнитных почвах.

Дентальный анализ показал, что верхняя и нижняя границы «нормы» содержания для всех поллютантов в высокомагнитных почвах выше и во всем диапазоне «нормы» превышают ПДК (табл. 10).

Таблица 10 - «Норма» содержания поллютантов в низкомагнитных (А) и _высокомагнитных (В) почвах, мг/кг __

Уровень ОМВ п Центиль Ъп Ав РЬ Сг № Си

А 50 25 65 5 17 48 35 31

75 124 9 52 137 65 69

В 72 25 102 5 23 103 93 59

75 205 12 76 182 204 109

ПДК 100 2 32 100 85 55

В низкомагнитных почвах только верхние границы «нормы» концентрации Ъп, РЬ, Си, Сг превышают ПДК. Концентрация Аэ в интервалах «нормы» в разномагнитных почвах превышает ПДК, но существенно не

различается. Суммарные показатели загрязнения С£Ковал, £КоП0ДВ, Ъо, Сает, достоверно выше в высокомагнитных почвах. Техногенность (Тф) Си, и Аэ в высокомагнитных почвах выше (табл. 11). В низкомагнитных почвах Сг не является техногенным элементом (Тф<50%).

Таблица 11 - Техногенность относительно фона (Тф) ТМ и Аэ в низкомаг-

нитных (А) и высокомагнитных (В) почвах г. Перми

Уровень МВ Значение техногенности для химических элементов

А Аз85 > Эг79 > РЬ69 > гп65 > N164 > СибЗ > Оа59 > Мп56 > Ш>55 >У54

В Аз86>№85>8г80>2п77>Си74>РЬ72 = Сг72 > МпбЗ > ва61 > ЯЬ55 > У55

Взаимосвязь. Цинк в почвах ассоциирован с Си, РЬ и Ав. В геохимических парах Zn-Cvi, гп-РЬ, Си-РЬ тесные связи (г=0,5-0,6) проявляются в высокомагнитных почвах, а в низкомагнитных связь в этих парах ТМ также достоверна, но на более низком уровне (рис. 7).

гп-Си гп-РЬ Си-РЬ Сг-Ы! Ре-1М1 Ре-Си Ре-Аз Ре-Сг 2п-Аэ Си-Аэ М-Си №-РЬ Сг-Си Сг-РЬ

1 А ■ В

Рисунок 7 - Коэффициенты корреляции по Спирмену концентрации ТМ, Аб, Ре в низкомагнитных (А) и высокомагнитных (В) почвах

Железо образует тесные геохимические парные ассоциации с №, Сг, Си, Аб. В высокомагнитных почвах наиболее высокий г по Спирмену (>0,9) в парах элементов группы железа: Бе-Сг, Ре-№, Сг-№.

Тесная связь Бе и ТМ позволяет провести нормирование концентрации ТМ (табл. 12). Нормирование ТМ по Бе обычно используют для эко-лого-геохимической оценки донных отложений [Папина Т.С., 2001]. Для городских почв нормирование по Бе нами проведено впервые. Высокие нормированные концентрации характерны для РЬ и Си. Региональные фоновые концентрации ТМ в почвах Предуралья выше кларка, что занижает оценку степени опасности по показателю ¿с (табл. 12). Более объективно загрязнение почв отражает показатель Для оценки суммарного показателя загрязнения гЕе предлагается использовать существующую шкалу Саета и соответствующие ей категории опасности. Показатель Ъ^ позволя-

ет достоверно различить низкомагнитные и высокомагнитные почвы. В почвах г. Перми изменяется в интервалах 16-32 и 32-128 и более, то есть характеризует умеренно опасную и опасную степень загрязнения почв.

Таблица 12 - Коэффициенты концентрации ТМ и Аб, нормированные по железу и суммарные показатели загрязнения (г^. и Ъс) в почвах г. Перми

№ обр. ОМВ* 10"3СИ Zn/Fe As/Fe Pb/Fe Cr/Fe Ni/Fe Cu/Fe Sr/Fe Ga/Fe ZFe Zc

А. Низкомагнитные

1 0,5 3,0 2,1 8,7 3,6 2,6 6,5 1,0 0,4 22 11

2 0,5 4,5 2,1 11,6 2,9 2,2 5,9 1,4 0,5 25 8

3 0,8 3,0 1,8 6,0 3,0 2,7 6,0 1,0 0,5 18 6

В. Высокомагнитные

4 9,7 4,3 н.п.о 5,8 4,1 8,7 13,0 0,9 0,3 32 13

5 2,5 6,2 2,1 20,0 2,1 3,9 4,3 1,3 0,7 34 12

6 3,7 7,8 3,1 54,2 1,9 4,5 69,3 0,6 0,8 136 63

Отношение кла жов, * 10J

1,3 1,0 2,0 1,8 1,0 5,0 0,8 0,1

Место отбора образцов: 1 - бульвар по ул. Сибирской; 2 - сквер «Театральный»; 3 - Сад имени 250-летая г. Перми; 4 - ул. П, Осипенко, 56; 5- ул. Шоссе Космонавтов, 108; 6 - ул. Уральская, 78

Второй критерий. Содержание №, Сг, Си, Аэ и Мп в почвах города достоверно связано с величиной МВ (табл. 13). В высокомагнитных почвах г по Спирмену выше для N1, Сг, Аэ и Мп, но ниже для Си.

Таблица 13 - Коэффициенты корреляции между величиной ОМВ и концентрацией ТМ в почвах г. Перми, п-122 _

Zn As Pb Cr Ni Cu Mn Sr Ga Rb Y Zr 2Ni+Cr+Zn+ Pb+Cu

0,23 0,38* 0 0,49* 0,67* 0,40* 0,32* -0,04 0,02 -0,35 -0,09 -0,1 0,59*

Величина ОМВ и концентрация подвижных форм N1, Сг, Си также достоверно связаны, г по Спирмену составляет 0,84; 0,78; 0,43, соответственно.

Кластерный анализ подтвердил, что наиболее высокий уровень сходства с величиной МВ имеет №, а затем Сг. Для кластера гп-РЬ-Си уровень сходства с МВ значительно ниже (рис. 8). В высокомагнитных почвах уровень сходства МВ и концентраций поллютантов выше.

Регрессионный анализ зависимости концентрации ТМ от величины УМВ был проведен по нормированным к фону значениям, что позволяет исключить влияние региональных особенностей литоген-ного фактора и учитывать только техногенный фактор загрязнения городских почв ТМ (рис. 9, табл. 14). Для № и Сг уравнения регрессии

характеризуются достоверным индексом корреляции, с высоко поднятой от оси X линией тренда.

1

Эг гп

ЫЬ ва

Си УМВ №

РЬ Сг ОМВ

Рисунок 8 - Дендрограмма кластер-анализа взаимосвязи ТМ и МВ в почвах г. Перми, п=122

N1 СУСф

у -З.дЭЗВх +3.647)

сг а/сф

Рисунок 9 - Связь, нормированных к фону, концентраций Сг и УМВ в почвах г. Перми

Таблица 14 - Корреляционные зависимости между концентрацией

ТМ и УМВ в почвах г. Перми, п=122

Элемент Форма корреляционной связи, формула Я2 Элемент Форма корреляционной связи, формула Я2

N1 у= 1,6897х-0,0086 0,6553 Ъъ у = 1,8961х +2,1473 0,1063

Сг у = 3,9988х + 3,6471 0,5185 Си у = 0,7х +4,5836 0,1189

1л у = 0,442х+1,5443 0,4274

Линии тренда для 2п и Си более приближены к оси X, чем для N1 и Сг. Дня 7п и Си регрессионная зависимость проявляется в большей степени в низкомагнитных почвах, а для № и Сг - в высокомагнитных.

При оценке суммарного загрязнения почв ТМ по величине ОМВ установлены средняя и высокая достоверная связь МВ с суммарными показателями загрязнения - Ъс, £ Ко8ал, £ Коп0дв.

Высокая и достоверная связь МВ и концентрации № позволила создать детальную картосхему содержания № в почвах г. Перми. Для этого по уравнению регрессии был проведен расчет содержания № в точках измерения МВ. Объем исходной информации для построения картосхемы составил 2600 значений (рис. 10).

Рисунок 10 - Картосхема концентрации Ni в почвах г. Перми, М 1 : 1750

Уровень загрязнения Ni части почвенного покрова г. Перми опасный [Водяницкий Ю.Н, Васильев A.A., Лобанова Е.С., 2009], и это представляет серьезную угрозу для жителей города, так как почвы участвуют в формировании химического состава приземного слоя воздуха [Трошина E.H., 2008; Боев В.М., 2008]. Так, по данным Т.П. Голдыревой [2005], в период с 1960 по 2002 гг. в щитовидной железе жителей г. Перми произошло увеличение содержания Ni в 56 раз. Таким образом, измерение величины МВ имеет высокое практическое значение для диагностики загрязнения почв города ТМ.

1. В результате сочетания высокой антропогенной нагрузки и геогенных условий восточной окраины Русской равнины на территории г. Перми сформировалась почвенная природно-техногенная магнитная аномалия.

2. Основной компонент ферримагнитной фазы почв г. Перми - не-стехиометричный магнетит/маггемит. Степень нестехиометричности маг-нетита/маггемита зависит от генезиса городских почв. Мартитизация магнетита сопровождается снижением его МВ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

3. Ландшафтно-функциональная и техногенная неоднородность распределения ферримагнитной фазы в почвенном покрове г. Перми является причиной формирования ареалов городских почв с разной степенью загрязнения ТМ и ФМ. Максимальная концентрация ТМ и ФМ происходит в придорожных почвах улиц города с интенсивным движением автотранспорта.

4. В результате техногенного загрязнения концентрация Са, Mg) Б, С1, Р в почвах города значительно выше кларка и фона. Магний тесно ассоциирован с железосодержащей фазой почвы. ■

5. Техногенность 2п, РЬ, Сг, №, Си, ва, Аб и Бг в почвах города высокая и возрастает с увеличением МВ почв.

6. Уровень загрязнения 1п, РЬ, Сг, №, Си и Аб части почвенного покрова г. Перми (более 25% площади) опасный как по валовому содержанию ТМ, так и по содержанию подвижных форм Сг, № РЬ, Си. В высокомагнитных почвах уровень загрязнения выше, чем в низкомагнитных.

7. Суммарный показатель загрязнения (гГе) целесообразно использовать в качестве критерия эколого-геохимической оценки городских почв Предуралья.

8. Экспресс-методы измерения МВ позволяют достоверно определить в почвах г. Перми концентрацию №, Сг, содержание их подвижных форм и суммарное валовое содержание ТМ в составе техногенно-геохимической ассоциации элементов - №+Сг+-2п+РЬ+Си.

ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Для исключения влияния геогенного фактора оценку концентрации ТМ по величине МВ почв урбанизированных территорий восточной окраины Русской равнины необходимо проводить по их значениям, нормированным относительно фона.

2. По кратности превышения местного фона МВ [ФОН м] рекомендуется выделять на уровне вида слабомагнитные (< 2 ФОН м) и сильномагнитные (>2 ФОН м) городские почвы. Сильномагнитные почвы следует диагностировать как химически загрязнённые.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Водяницкий, Ю.Н. Содержание тяжелых металлов в почвах г. Перми / Ю.Н. Водяницкий, А.А. Васильев, Е.С. Лобанова // Доклады РАСХ. -2008.-№4.-С. 37-40.

2. Водяницкий, Ю.Н. Загрязнение тяжелыми металлами и металлоидами почв г. Пермь / Ю.Н. Водяницкий, А.А. Васильев, Е.С. Лобанова // Агрохимия. - 2009. - № 4. - С. 60-68.

3. Водяницкий, Ю.Н. Содержание тяжелых щелочноземельных (Бг, Ва) и редкоземельных (У, Ъа, Се) металлов в промышленно загрязненных почвах

/ Ю.Н. Водяницкий, А.Т. Савичев, A.A. Васильев, Е.С. Лобанова, А.Н. Чащин, Е.В. Прокопович // Почвоведение. - 2010. - №7. _ с. 879- 890.

4. Лобанова, Е.С. Магнитная восприимчивость почв и техногенных поверхностных образований г. Перми / Е.С. Лобанова И Материалы V Всероссийского съезда почвоведов им. В.В. Докучаева. - Ростов-на-Дону, 2008.-С. 442.

5. Лобанова, Е.С. Агрохимические свойства и валовой химический состав техногенных поверхностных образований центральной части г. Перми / Е.С. Лобанова // Материалы LXVI Всероссийской науч.-практ. конф. молод. уч., асп. и студ. - Пермь: Изд-во ФГОУ ВПО Пермская ГСХА, 2008. -4.1. - С. 68-69.

6. Лобанова, Е.С. Магнитная восприимчивость почв придорожных территорий улиц города Перми / Е.С. Лобанова, Н.В. Трегубова // Материалы LXIX Всероссийской науч.-практ. конф. молод, уч., асп. и студ. - Пермь: Изд-во ФГОУ ВПО «Пермская ГСХА», 2009. - Ч. 1 - С. 104-105.

7. Лобанова, Е.С. Лантаноиды в почвах г. Перми / Е.С. Лобанова // Материалы LXIX Всероссийской науч.-практ. конф. молод, уч., асп. и студ. «Молодежная наука: технологии, инновации». - Пермь: Изд-во ФГОУ ВПО Пермская ГСХА, 2009. - 4.1. - С. 102-103.

8. Васильев, A.A. Мессбауэровская спектроскопия в диагностике загрязненных тяжелыми металлами почв г. Перми / A.A. Васильев, Е.С. Лобанова, В.В. Коровушкин // Материалы Всероссийской заочной науч.-практ. конф. «Инновационные научные решения - основа модернизации аграрной экономики». - Пермь: Изд-во ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА, 2011. - Ч. 1. -С. 65-71.

9. Кривощекова, М.И. Анализ элементного химического состава почв с применением методов математической статистики / М.И. Кривощекова, Е.С. Лобанова // Молодежная наука 2012: технологии, инновации, материалы Всероссийской науч.-практ. конф. - Пермь: Изд-во ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА, 2012.- 4.1. - С. 213-216.

10. Васильев, A.A. Магнитная индикация загрязнения подвижными формами тяжелых металлов (Mn, Cr, Си, Pb, Ni) почв г. Перми / A.A. Васильев, Е.С. Лобанова // Инновации аграрной науки - предприятиям АПК, материалы Международной науч.-практ. конф. Пермь: ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА, 2012.-4.1. - С. 163-166.

11. Лобанова, Е.С. Неоднородность магнитной восприимчивости дерново-подзолистых почв южной окраины г. Перми / Е.С. Лобанова, А.Н. Силина // Молодежная наука 2013: технологии, инновации, материалы Всероссийской науч.-практ. конф. Пермь: Изд-во ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА, 2013.-4.1. - С.177-180.

12. Васильев, A.A. Картосхема магнитной восприимчивости почвенного покрова г. Перми / А.А Васильев, Е.С. Лобанова // Пермский аграрный Вестник.-2013.— №3.-С.

Формат 60х84'/1бУсл. печ. л.1,5. Тираж130 экз. Заказ № 156

МЩ£«!ГТро1фостЪ» Пермской государственной сельскохозяйственной академии имени академика Д.Н.Прянишникова, 614990, Россия, г. Пермь, ул. Петропавловская, 23 тел. 210-35-34

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Лобанова, Евгения Сергеевна, Пермь

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермская государственная сельскохозяйственная академия имени академика Д.Н. Прянишникова»

На правах рукописи

04201365993

ЛОБАНОВА ЕВГЕНИЯ СЕРГЕЕВНА

МАГНИТНАЯ ВОСПРИИМЧИВОСТЬ И ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ ВОСТОЧНОЙ ОКРАИНЫ РУССКОЙ РАВНИНЫ (на примере г. Перми)

Специальность 03.02.13 Почвоведение

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель:

кандидат сельскохозяйственных наук,

доцент Васильев А. А.

Пермь 2013

Содержание

Введение................................................................................. 3

1. Тяжелые металлы и магнитная восприимчивость в почвах урбанизированных территорий............................................................. 7

1.1 Тяжелые металлы в почвах городов: источники и эколого-геохимическая оценка их содержания.................................... 7

1.2 Магнитная восприимчивость городских почв и ее эколого-геохимическое значение.................................................... 19

2. Объекты, методы исследования и условия формирования почвенного покрова г. Перми........................................................................ 27

2.1 Объекты и методы исследований........................................... 27

2.2 Условия формирования и загрязнения почвенного покрова

г. Перми............................................................................ 36

3. Магнитная восприимчивость почвенного покрова г. Перми............. 45

3.1 Закономерности профильного и территориального распределения магнитной восприимчивости................................... 45

3.2 Динамика объемной магнитной восприимчивости почв............. 64

4. Эколого-геохимическая оценка почвенного покрова г. Перми........... 68

4.1 Макроэлементы, сера и хлор............................................ 68

4.2 Тяжелые металлы и мышьяк.............................................. 75

5. Индикационное значение магнитной восприимчивости почв............. 99

5.1 Состав и содержание минералов железа.................................. 99

5.2 Магнитная восприимчивость почв как индикатор их элементного химического состава......................................................... 107

Заключение............................................................................. 132

Практические предложения........................................................ 133

Список литературы................................................................... 134

Приложения............................................................................. 164

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В настоящее время элементное химическое загрязнение почвенного покрова урбанизированных территорий является одной из самых актуальных проблем для науки и общественности. Тяжелые металлы (ТМ) в почвах тесно ассоциированы с магнетитом, маггемитом и другими фер-римагнетиками (ФМ), что позволяет использовать полевые и лабораторные методы измерения магнитной восприимчивости (МВ) для диагностики загрязнения почв ТМ. Однако, в ряде случаев, из-за особенностей техногенной магнитно-геохимической специализации или геологических условий территории, между величиной МВ и концентрацией ТМ в почвах прямая связь отсутствует или она обратная [114, 121, 211, 248, 269], что определяет актуальность изучения этой проблемы на региональном уровне.

Степень разработанности темы. Город Пермь - мегаполис с населением свыше 1 млн. человек - является крупным центром многоотраслевой промышленности и энергетики на востоке Европейской части России. Несмотря на исследования Е.А. Ворончихиной [32], 0.3. Ерёмченко [67], М.Н. Власова [22], М.А. Шишкина [212], Р.В. Кайгородова [89], А.В. Романовой [161], И.С Копы-лова [100] и др., гетерогенность магнитной фазы и элементного химического состава почв г. Перми на профильном и территориальном уровне охарактеризована недостаточно, а закономерности взаимосвязи между величиной МВ и концентрацией ТМ в почвах города изучены не в полной мере. Сведения о МВ почв города до настоящего времени не были систематизированы, картографический анализ магнитного состояния почвенного покрова города не был выполнен.

Цели и задачи. Цель исследований - изучить особенности МВ, элементного химического состава почв г. Перми и теоретически обосновать применение магнитометрии для эколого-геохимической оценки почвенного покрова урбанизированных территории восточной окраины Русской равнины.

Задачи: 1) Изучить профильную неоднородность МВ почв. 2) Выполнить каппаметрическую съемку и составить картосхему МВ почвенного покрова г.

Перми. 3) Изучить сезонную динамику МВ поверхностного слоя почв. 4) Определить и оценить элементный химический состав почв. 5) Методом мессбауэ-ровской спектроскопии исследовать железосодержащую фазу почв. 6) Установить индикационное значение МВ для эколого-геохимической оценки почвенного покрова г. Перми.

Научная новизна работы. В работе решена актуальная научная задача, имеющая значение для почвоведения: определены закономерности взаимосвязи МВ и концентрации потенциально токсичных элементов в почвенном покрове мегаполиса на территории природно-техногенной геохимической и геомагнитной аномалии в пределах восточной окраины Русской равнины. Впервые показана фазовая и количественная гетерогенность минералов железа в почвах придорожных и внутриквартальных территорий г. Перми. Впервые установлено фоновое значение МВ, охарактеризованы магнитные профили основных типов почв и сезонная динамика МВ, составлена оценочная шкала МВ и создана картосхема МВ почвенного покрова г. Перми. Впервые, для оценки содержания ТМ в городских почвах обосновано использование суммарного показателя загрязнения почв рассчитанного через нормирование концентрации ТМ и Аб по железу. Определена техногенность основных поллютантов в почвенном покрове города.

Теоритическая и практическая значимость работы. Выполнена оценка воздействия урбанизации на состояние почвенного покрова города с населением свыше 1 млн. человек, получены новые сведения о его магнитном и эко-лого-геохимическом состоянии. Базы данных состава и свойств почв, электронные картосхемы, выводы и практические предложения диссертационной работы могут быть использованы для совершенствования системы мониторинга, разработки природоохранных мероприятий. Результаты исследований нашли практическое применение в учебном процессе кафедры почвоведения ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА.

Методология и методы исследования. Теоретической основой исследований послужили идеи и принципы эколого-геохимической оценки почв, разработанные В.В. Глазовской [43], Н.С. Касимовым [92], В.Б. Ильиным [83], В.В.

Добровольским [65], А.И. Перельманом [142], Е.В. Алексеенко [5], С.И. Колесниковым [98], М.С. Паниным [138], Ю.В. Робертус [158], Е.Г. Язиковым [218]. Были проанализированы и учтены результаты магнито-геохимических исследований Э.А. Молостовского [121], В.П. Ковриго [96], Ю.И. Кудрявцева [106], М.А. Гладышевой [42], А.А. Нульман [133], О.А. Страдиной [181], А.Н. Чащи-на [203], М.В. Решетникова [157], М.Н. Строгановой [184], Л.А. Ширкина [211], L. Bityukova [227], X. Ни [242], J. Zawadzki [269] и других.

В работе использован комплекс методов, включающий полевые и лабораторные исследования: профильно-генетический, морфологический, каппамет-рический, трансект, стационарных режимных наблюдений, статистический, картографический, физические, физико-химические, химические лабораторные методы анализа состава и свойств почв. Для описания экспериментальных данных использованы стандартные методы [64] и пакет прикладных программ (Microsoft Excel, Statistica 8,0, Maplnfo Professional 6,5 и Vertical Mapper).

Основные положения выносимые на защиту. 1) Высокая профильная и территориальная гетерогенность магнитной восприимчивости почвенного покрова г. Перми определяется генетическими и антропогенными факторами дифференциации количества и состава магнитной фазы в почвах. 2) Ферримаг-нитная фаза почв г. Перми представлена нестехиометричным магнети-том/маггемитом с разной концентрацией дефектов его структуры. 3) Тяжелые металлы (Ni, Cr, Zn, Pb, Си) - природно-техногенные поллютанты, а соединения Fe, As, Sr, Ga, S, CI, Ca, Mg, P - антропогенные загрязнители почвенного покрова г. Перми. 4) Нестехиометричный магнетит/маггемит почв связан с геохимическими ассоциациями ТМ: Ni-Cr и Zn-Cu-Pb.

Степень достоверности результатов обеспечена использованием полевых инструментальных исследований в сочетании с применением современных методов для химического и минералогического анализа значительного объема образцов почв, проанализированных в аккредитованных лабораториях ГНУ Почвенного института им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии, ОАО «МНИИЭКО ТЭК», Московского института стали и сплавов (ФГАОУ ВПО

«НИТУ МИСиС») на автоматизированном аналитическом оборудовании и приборах, а также сходимостью аналитических и экспериментальных результатов диссертации с исследованиями других авторов. Все экспериментальные результаты исследований обработаны методами математической статистики.

Апробация результатов. Результаты исследований докладывались на Всероссийской научно-практической конференции «Энергия и знания молодых - аграрному сектору» в ФГОУ ВПО Пермская ГСХА, г. Пермь, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011, 2012; Международной научно-практической конференции «Экология и научно-технический прогресс» в ФГБОУ ВПО Пермский ГТУ, г. Пермь, 2008; V Всероссийском съезде Общества почвоведов им. В.В. Докучаева, г. Ростов-на-Дону, 2008; Международной научно-практической конференции «Инновации аграрной науки - предприятиям АПК» в ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА, г. Пермь, 2011, 2012, 2013.

Личный вклад автора. Соискатель непосредственно участвовал в разработке программы и выборе объектов исследований, в закладке разрезов и отборе образцов, их пробподготовке и химико-аналитических работах, каппаметри-ческой съемке почвенного покрова г. Перми. Автором выполнены статистическая обработка и интерпретация результатов.

Благодарю за руководство исследованиями, всестороннюю помощь и поддержку моих наставников: научного руководителя - канд. с.-х. наук A.A. Васильева и научного консультанта - д-ра с.-х. наук. Ю.Н. Водяницкого. Благодарю за сотрудничество в проведении исследований д-ра с.-х. наук А.Т. Савичева, д-ра геолого-минерал, наук В.В. Коровушкина, канд. биол. наук А.Н. Чащина, канд. биол. наук Е.В. Прокопович и студентов агрохимического факультета ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА Н.В. Трегубову, М.А. Кривощекову, А.Н. Силину.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, практических предложений, списка литературы из 270 источников (из них 50 на иностранных языках), 5 приложений. Диссертация изложена на 174 страницах машинописного текста, содержит 54 таблицы и 37 рисунков.

1. ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ И МАГНИТНАЯ ВОСПРИИМЧИВОСТЬ В ПОЧВАХ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ

1.1 Тяжелые металлы в почвах городов: источники и эколого-геохимическая оценка их содержания

Загрязнение ТМ, мышьяком, фосфором, серой, титаном и другими химическими элементами является одним из наиболее опасных видов антропогенной деградации городских почв [59, 126, 127, 183, 218].

Атомная масса ТМ превышает 50 единиц. Мышьяк (Аб) металлом не является, но при эколого-геохимической оценке почвенного покрова его часто рассматривают вместе с группой ТМ [12, 126, 127, 187 и др.]. Содержание и состав ТМ в почвах городов зависит от генезиса, химического состава и свойств геологических пород и почв региона, а также от ряда антропогенных факторов: возраста города, его размера, количества и специфики промышленных предприятий, объема потока автотранспорта [132, 149, 164]. Природными источникам поступления ТМ являются: высвобождение ТМ из минералов в результате их выветривания, а также перемещение ТМ при миграционных и эрозионных процессах [21, 159]. Природные источники ТМ формируют местный геохимический фон. В крупных городах фоновое содержание ТМ в почвах существенно изменяется в результате антропогенной деятельности. Основными источниками техногенного поступления металлов в почвы городов являются предприятия промышленности и транспорт [59, 92, 142, 198, 202, 239 и др.].

Промышленные выбросы поступают в почвы с атмосферными осадками, пылью, аэрозолями и в виде газообразных соединений, а также поглощаются из атмосферы растениями, накапливаются в них и передаются в почву вместе с опадом. До 95% ТМ ассоциированы в атмосфере с высокодисперсными аэрозолями [193, 199].

По данным Д.А. Лисовой [109], М.Н. Дурова [66], В.С. Груздева [58], А.Н. Чащина [203], предприятиям черной металлургии принадлежит ведущая роль в загрязнении ТМ почв городов Челябинска, Тулы, Череповца, Чусового и других. Почти на всех этапах производства черных металлов образуется пыль, содержащая Бе и ТМ. Соединения ТМ в составе пылевых выбросов выпадают из воздуха и в основном накапливаются в поверхностном слое почвы. В выбросах предприятий черной металлургии преобладают ТМ второго класса опасности - Со, N1, Си, БЬ, Сг. Из элементов первого класса опасности в почвах зоны влияния черной металлургии накапливается Ъ\\.

Аэрогенные источники загрязнения ТМ городских почв таежно-лесной зоны подробно изучены на примере г. Томска - крупного промышленного и административного центра Западной Сибири. В почвах этого города вблизи металлообрабатывающих предприятий аккумулируются Сг, Со, Мо, шпало-пропиточного производства - Си; радиотехнического - Бп и Сё [70]. По данным Е.Г. Язикова [218], при сжигании углей в котлах ТЭС происходит выброс в атмосферу широкого спектра загрязняющих веществ, в том числе РЬ, Ав, Сс1, Нд, Ве, Со, Сг, Мп, БЬ, ве, 8с, редкоземельных металлов. Специализация предприятий г. Томска на выпуске проводов с эмалевой, эмальволокнистой и стек-ловолокнистой изоляцией способствует поступлению в почвы Си, РЬ, Бе, Мп. Предприятия машиностроения с циклом металлообработки загрязняют городские почвы Бе, Сг, Мп, N1, Щ, Со. Выбросы ОАО «Томский электроламповый завод» обогащают почвы прилегающих территорий РЬ, Zn, Мо, Си, N1, Мп, Ва и другими ТМ.

В выбросах медно-никелевого производства вблизи городов Заполярный и Мончегорск преобладают N1, Си и Со. Высокая аккумуляционная способность этих элементов определяет очень высокий уровень загрязнения ТМ почв территории городов Кольского полуострова. Кроме того, в городских почвах региона наблюдается высокое содержание РЬ, источником которого являются не только медно-никелевое производство, но и крупные тепловые станции [93].

Значительный вклад в содержание пылевидных тяжелометальных веществ вносит цементное производство. Так, в г. A1 Oyoun (Саудовская Аравия) умеренно сильно загрязнены почвы As, Cd, Pb и Ni, сильно загрязнены Сг. Ряд ТМ в порядке убывания следующий: Fe> Cr> Zn> Ni> Cu> Pb> As> Cd [223]. На территории Пермского края в г. Горнозаводске загрязнению почв ТМ также способствуют выбросы цементного производства [212].

По мере удаления от источников загрязнения ассоциация элементов загрязнителей обедняется. Повышенное содержание токсичных элементов обнаруживается на расстоянии 16-30 км от источника загрязнения, а значительное повышение содержания локализуется в пределах 0-5 км [43, 219, 223].

В атмосфере происходит перераспределение ТМ от промышленных зон в селитебную часть городов и в дальнейшем их осаждение на поверхности почв [112]. Так, O.K. Поповым [148] установлено, что вблизи г. Тулы на расстоянии 2-5 км от города содержание ТМ в почвах на 15-20% больше, чем на расстоянии 10-12 км.

Почвы города Сибай в Башкирии, расположенные в радиусе 0,5 км от обогатительной фабрики, загрязнены Си, Zn, Cd и Pb, а уровень загрязнения почв в этой зоне относится к категории высокоопасного. В радиусе 5 км содержание Си, Zn и Cd в почве определяет ее умеренно-опасный уровень загрязнения [77].

Исследования почв территорий вблизи крупных аэрогенных источников поллютантов в районе городов Екатеринбург, Асбест, Ревда на Среднем Урале показали, что производственной пылью, состоящей из полиметаллических сфе-рул и частиц кварца, наиболее сильно загрязнены почвы импактных зон (1-2 км от источника), на расстоянии 20-30 км содержание сферул уменьшается более чем в 4000 раз [170].

Е.Г. Язиковым и соавторами [218] были проведены исследования пыле-аэрозолей в зоне воздействия Томской ГРЭС, на которой в качестве основного топлива используется каменный уголь. Было установлено, что на расстоянии от

электростанции 1300 м величина пылевой нагрузки на почвы уменьшается до четырех раз по сравнению с почвой на расстоянии 400 м от ГРЭС. Исследователи объясняют это тем, что более тяжелая фракция пылевых выбросов оседает на поверхности почвы вблизи источника загрязнения, а более легкая подвержена переносу воздушными массами на большие расстояния.

Аэрозоли конденсации содержат Zn, Си, РЬ. Они образуются при сжигании топлива, мусора, при плавке металлов, обжиговых процессах и способны к воздушной миграции на большие расстояния от источника выбросов, так как имеют размеры всего 0,01-2 мкм. Аэрозоли дезинтеграции, содержащие в своем составе Мп и другие ТМ, образуются при истирании машин и конструкций и имеют размеры 2-10 мкм. Крупные частицы мигрируют на небольшие расстояния от мест образования [192].

Трансп�