See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/264158265
Natural landscapes degradation and chemical contamination in the near zone
of Karabash copper-smelting industrial complex
Article · January 2013
DOI: 10.13140/2.1.3533.3767
CITATIONS
READS
6
200
3 authors, including:
Linnik Vitaly
Vitaliy Y. Khoroshavin
Russian Academy of Sciences
University of Tyumen
181 PUBLICATIONS 499 CITATIONS
12 PUBLICATIONS 69 CITATIONS
SEE PROFILE
SEE PROFILE
Some of the authors of this publication are also working on these related projects:
Spatial specificity of distribution and migration of anthropogenic elements in the environment View project
Biogeochemistry of trace elements View project
All content following this page was uploaded by Linnik Vitaly on 13 July 2017.
The user has requested enhancement of the downloaded file.
РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК
ОТДЕЛЕНИЕ НАУК О ЗЕМЛЕ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ
ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ
ИНСТИТУТ ГЕОХИМИИ И АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ
ИМЕНИ В.И. ВЕРНАДСКОГО РАН (ГЕОХИ РАН)
ТРУДЫ БИОГЕОХИМИЧЕСКОЙ ЛАБОРАТОРИИ
Том 26
СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ
СОСТОЯНИЯ И ЭВОЛЮЦИИ
ТАКСОНОВ БИОСФЕРЫ
посвященные 70-летию
Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН
Москва - ГЕОХИ РАН – 2017
RUSSIAN ACADEMY OF SCIENCES
DEPARTMENT OF EARTH SCIENCES
VERNADSKY INSTITUTE OF GEOCHEMISTRY AND ANALYTICAL
CHEMISTRY OF THE RUSSIAN ACADEMУ OF SCIENCES (GEOKHI RAS)
PROCEEDINGS OF THE BIOGEOCHEMICAL LABORATORY
Volume 26
CURRENT PROBLEMS
OF STATUS AND EVOLUTION OF
TAXONS OF THE BIOSPHERE
dedicated to the 70th anniversary
V.I. Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry RAS
Moscow – GEOKHI RAS – 2017
3
УДК 550.4.574
ББК 28.080.3
T38
Ответственный редактор
доктор биологических наук В.В. Ермаков
Рецензенты:
доктор биологических наук Г.В. Мотузова,
доктор геолого-минералогических наук Е.А. Романкевич
доктор химических наук В.П. Колотов
Современные проблемы состояния и эволюции таксонов биосферы.
М.: ГЕОХИ РАН, 2017. – 495 с. – (Тр. Биогеохим. лаб.; Т. 26).
ISBN 978-5-905049-17-0
Освещены проблемы техногенного преобразования таксонов биосферы,
эволюции элементного состава почв, растений и животных, биогеохимического
выветривания и геохимической экологии организмов. Ряд статей посвящен
особенностям миграции тяжелых металлов в природно-техногенных ландшафтах и
районированию территорий. Рассмотрены вопросы биогеохимии и биогеохимической
роли микроэлементов, биогеохимической индикации и коррекции микроэлементозов.
Для специалистов в области биогеохимии, экологии, медицины и сельского
хозяйства.
Current problems of status and evolution of taxons of the biosphere.
M.: GEOKHI RAS, 2017. – 495 p. – (Proc. Biogeochem. Lab.; Vol. 26).
ISBN 978-5-905049-17-0
The problems of man-made transformation of the biospheres’ taxons, the evolution of
the elemental composition of soils, plants and animal, biogeochemical weathering and
geochemical ecology of organisms are covered. A number of the articles devoted to the
peculiarities of migration of heavy metals in natural-man-made landscapes. The questions of
biogeochemistry and biogeochemical role trace elements, biogeochemical indication and
correction of microelementhoses are reviewed.
For specialists in the field of biogeochemistry, ecology, medicine and agriculture.
Печатается по решению Оргкомитета ХХ международной биогеохимической школы,
при финансовой поддержке гранта РФФИ № 17-05-20156
ISBN 978-5-905049-17-0
© Институт геохимии и аналитической
химии им. В.И. Вернадского РАН
(ГЕОХИ РАН), 2017
На обложке рисунок В.В. Ковальского «Соната Равеля в виртуозном исполнении
Давида Ойстраха». Ватман. Гуашь. 285х402. Узкое. 25 сентября 1964 г.
4
RARE-EARTH ELEMENTS IN THE SOILS OF POST-GLACIAL LANDSCAPE
OF THE EUROPEAN PART OF RUSSIA
E.V. Dabakh
Abstract
The content and distribution of rare-earth elements (REE) in the profile of soils formed on
rocks with different parts of the moraine component was studied. In soils on morainic loams, the total
REE concentration is low - 50-100 mg/kg. The degree of participation of REE in podzolization is
estimated as moderate. A high correlation was found between the lanthanides of the first tetrad,
between Y and Sc. The dependence of the concentration of Y and Sc on the total content of iron in
soils was noted.
Key words: rare earth elements (REE), lanthanides, soils
УДК 631.416.8(9)
ФОРМЫ СОЕДИНЕНИЙ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ ЗОНЫ
ВОЗДЕЙСТВИЯ МЕДЕПЛАВИЛЬНОГО КОМБИНАТА «КАРАБАШМЕДЬ»
Т.М. Минкина1, В.Г. Линник2, Д.Г. Невидомская1, Т.В. Бауэр1, В.Ю. Хорошавин3
1
Южный федеральный университет, 344090, г. Ростов-на-Дону,
e-mail: tminkina@mail.ru
2
Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН, 117975,
г. Москва
3
Тюменский государственный университет, Институт наук о Земле, 625008, г. Тюмень
Длительная эксплуатация Карабашского медеплавильного комбината (Южный
Урал) привела к деградации естественных почв и формированию техногеннонарушенных хемоземов с высоким уровнем загрязнения. Хемоземы характеризуются
повышенной кислотностью и концентрацией Fe2O3, низким содержанием
органического вещества. Установлено, что содержания Cu, Zn и As в данных почвах
превышают кларки литосферы в сотни раз, Pb, Cu и Ni – в десятки раз. Распределение
Cu, Zn и Pb по фракциям соединений в техногенно-нарушенных почвах обусловлено
комплексом физико-химических свойств, определяющих буферные свойства
полидисперсной системы хемоземов (содержание ила, органического вещества, рН).
Показано, что для Cu характерно накопление в наиболее подвижных обменных формах,
которое возрастает с повышением техногенной нагрузки на почву. Основным
стабилизатором подвижности Zn и Pb в исследуемых техногенно-нарушенных почвах
выступают Fe-Mn (гидро)оксиды, Cu – органическое вещество. В иммобилизации Zn
также активное участие принимают глинистые минералы.
Ключевые слова: формы соединений металлов, загрязнение, хемоземы,
Южный Урал.
Введение
Разработка крупных месторождений цветных металлов сопровождается
возникновением
геотехнических
систем,
характеризующихся
коренной
трансформацией миграционных циклов вещества и энергии в депонирующих средах.
Карабашский медеплавильный комбинат (КМК) – это крупнейший медеплавильный
промышленный комплекс на Южном Урале, являющийся лидером российской цветной
металлургии [5, 7, 9]. С 1910 года в окрестностях города Карабаша Челябинской
294
области происходит добыча и переработка медных руд. КМК загрязняет окружающую
среду в виде газообразных, жидких и твердых отходов. В составе газовой фазы
преобладают сернистые газы (до 98%). В результате выбросов КМК в атмосферу также
поступают медь, цинк, свинец, галлий, мышьяк, кадмий, теллур, селен [7]. Суммарные
выбросы загрязняющих веществ в атмосферу за время функционирования предприятия
составляют – 14.5 млн т [9].
Цель настоящей работы – изучение форм соединений Cu (II), Zn (II) и Pb (II) в
хемоземах, прилегающих к КМК.
Методы
Окрестности г. Карабаш относятся к Южноуральской горной ландшафтной
провинции с преобладанием серых и темно-серых лесных почв, первичная
растительность представлена сосново-березовыми лесами.
В рамках работ по изучению современной геоэкологической обстановки в
окрестностях г. Карабаш в июле 2012 г. были заложены площадки мониторинга. Все
четыре площадки для отбора проб (рис. 1) выбраны в зоне техногенного бедленда (ТБ)
и характеризуют условия геохимического переноса веществ водными потоками, но в
разных ландшафтных условиях (рис. 1). Общим для всех выбранных 4-х участков
мониторинга является то, что верхние органогенные горизонты почвы, включая
подстилку, полностью уничтожены. Материнская (почвообразующая) порода
начинается непосредственно с поверхности.
Рисунок 1. Схема расположения площадок мониторинга в окрестностях КМК
Площадка мониторинга Т1 расположена у первого крупного хвостохранилища,
которое содержит 5.7 млн. т пиритсодержащих хвостов. В этом месте формируется
химический сток «Рыжего» ручья. Площадка мониторинга Т2 заложена в средней части
ручья от истока до его впадения в р. Сак-Элга. Это зона транзита химического стока,
295
поступающего из хвостохранилища (площадка мониторинга № 1) на пути к реке СакЭлга. Площадка мониторинга Т3 расположена на удалении 1.5 км от зоны смешения
естественных природных вод р. Сак-Элга с техногенными водами, поступающими из
«Рыжего» ручья, формирующимися в различных физико-химических условиях.
Площадка мониторинга Т4 расположена в нижней части западного (наветренного)
склона Золотой Горы на минимальном удалении от комбината (около 0.92 км) и
является классическим орографическим геохимическим барьером [5] для атмосферных
выбросов, поступающих с комбината.
Отбор почвенных образцов для физико-химических анализов и их последующая
камеральная обработка производились согласно рекомендациям [4]. В соответствии с
указаниями [1] были определены: содержание органического вещества, карбонатов,
обменных Са2+ и Mg2+, рН и гранулометрический состав почв.
Оценку экологического состояния исследованных техногенно-нарушенных почв
проводили по величине валового содержания химических элементов в почвах и по
составу соединений металлов почвах. Валовое содержание Mn, Cr, Ni, Cu, Zn, Pb, Cd и
As в почвах определяли рентген-флюоресцентным методом. Оценку уровня
загрязнения почв тяжелыми металлами (ТМ) проводили на основе сопоставления с
кларком литосферы [2].
Состав соединений Cu, Pb и Zn в почвах определен методом последовательного
фракционирования, предложенным Tessier et al. [13]. Данный метод обеспечивает
выделение пяти фракций соединений ТМ: обменной (1M MgCl2), связанной с
карбонатами (1M CH3COONa), связанной с (гидр)оксидами Fe и Mn (0.04M
NH2OH·HCl в 25% CH3COOH), связанной с органическим веществом (0.02M
HNO3+30% H2O2, pH 2, затем 3.2 M CH3COONH4 в 20% HNO3) и остаточной фракции
(HF+HClO4, затем HNO3конц.). Анализ содержания Cu, Pb и Zn в вытяжках проводили
методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии (ААС). Все анализы выполнены в
трехкратной аналитической повторности.
Результаты
По гранулометрическому составу исследуемые объекты выделены в две группы: 1)
аллювиальные отложения ручья «Рыжий» (площадки мониторинга Т1 и Т2) и пойма р.
Сак-Элга (площадка мониторинга Т3) и 2) делювиальные отложения нижней части
склона Золотой горы (площадка мониторинга Т4).
Хемоземы характеризуются следующими химическими свойствами: Cорг варьирует по
площадкам мониторинга от 0.7 до 1.1%, а содержание pH –3.9-4.4 (табл. 1).
Таблица 1. Физико-химические свойства в хемоземах района Карабашского
медеплавильного комбината, Южный Урал
Показатель
Органическое вещество,%
рН водн.
СаСО3, %
MgСО3, %
296
Площадки мониторинга, расстояние от КМК
Т1
Т2
Т3
Т4
(1.38 км,
(2.0 км,
(3.95 км,
(0.92 км,
155○)
160○)
145○)
115○)
0.4
0.6
0.5
0.6
3.9
4.2
4.5
4.4
0.8
1.1
0.9
1.3
0.2
0.3
0.3
0.4
мм
1-0.25
0,25 – 0,05
0,05 – 0,01
Гранулометрический
0,01 –
состав, %
0,005
0,005 –
0,001
<0,001
<0,01
Pb (16)
Cr (83)
Ni (58)
Валовое содержание
тяжелых металлов и Mn (1000)
металлоидов, мг/кг
Zn (83)
Cu (47)
As (1.72))
34.1
62.9
0.5
39.3
56.7
3.3
8.0
40.8
27.4
9.7
30.1
35.6
2.2
0.6
2.5
17.2
0.3
0.1
0.2
7.3
н/о1)
2.5
687.8
131.6
80.8
724.6
3843.8
349.8
131.53)
н/о
2.5
842.2
149.1
42.5
229.8
2404.8
214.2
161.0
н/о
2.7
72.8
700.9
293.3
508.2
313.3
276.8
18.2
0.1
24.6
1233.6
436.8
991.5
3374.8
10953.2
1066.9
235.8
1)
н/о – не обнаружено;
- Кларк литосферы [2];
3)
- жирным шрифтом выделено превышение над Кларком
2)
Важно отметить, что во всех образцах наблюдается полиэлементное загрязнение
(табл. 1), при котором обнаружены превышения кларков литосферы по Zn и As - в
сотни раз и Pb, Cu, Ni – в десятки раз и только для почвы площадки T4 отмечено
превышение Mn в несколько раз.
Анализ фракционного состава соединений ТМ выполнен для двух площадок
мониторинга с наиболее высоким уровнем загрязнения (площадка Т1 (русло ручья
«Рыжий») и площадка Т4 (склон горы Золотая)) (табл. 1). Фракционный состав
представлен для Cu, Zn и Pb, в связи с их наибольшим превышением над кларком
литосферы и различным характером взаимодействия с почвой.
Результаты фракционного состава Cu в хемоземах показали (рис. 2), что для нее
преобладающей является обменная фракция, на долю которой приходится от 39% (Т1)
до 44% (Т4) от общего содержания металла. Высокая подвижность металла связана не
только с очень высоким содержанием его в почве, но с кислой pH (4.4) (T4) и
сильнокислой pH (3.9) (T1) реакцией среды, которая способствует увеличению
мобильности в почвах и доступности ТМ в растениях [8, 14].
Фракция, связанная с карбонатами, является самой низкой и не превышает 2% в
исследуемых хемоземах (рис. 2), так как присутствие карбонатов обеспечивается не
природным, а аутигенным минералообразованием.
Доля Cu, связанная с органическим веществом, варьирует от 21 (Т4) до 34% (Т1)
(рис. 2). Высокое сродство Cu к органическому веществу описано в работах [6, 10, 12].
Органофильность меди в условиях низкого содержания органического вещества в
почве четко проявляется при содержании металла около 350 мг/кг. Увеличение
содержания Cu в почве (более 1000 мг/кг) способствует формированию растворимых
комплексов с органическим веществом, что приводит к большему увеличению
обменной фракции металла по сравнению с возрастанием фракции металла, связанной с
органическим веществом [10].
Доля Cu, связанная с Fe-Mn (гидро)оксидами, составляет 4-17% от общего
содержания в почвах (рис. 2). С увеличением уровня загрязнения возрастает сродство
297
Cu с данными компонентами Показано, что оксиды Fe и Mn обладают высокой
удерживающей способностью в отношении Сu [14].
Медь, идентифицируемая в остаточной фракции, занимает четвертое место
после обменной, и связанной с органическим веществом и Fe-Mn (гидро)оксидами
фракций.
С увеличением уровня загрязнения почвы (Т4) Cu характерно наибольшее
накопление металла в обменных наиболее мобильных формах. Закрепление Сu
происходит преимущественно за счет фиксации органическим веществом и
гидр(оксидами) Fe и Mn. Распределение Cu по фракциям следующее: обменная
фракция > связанная с органическим веществом ≥ связанная с (гидр)оксидами Fe и Mn
> остаточная фракция > связанная с карбонатами.
Свинец в согласно классификации Гольдшмидта [3] является сидерофилом и
манганофилом. Выявленное распределение Pb по фракциям в исследованных почвах
отвечает данным положениям (рис. 2).
Свинец преимущественно накапливается фракцией, связанной с (гидр)оксидами Fe и
Mn, доля которой является доминирующей и составляет от 75 до 81% от суммы
фракций. На взаимодействие Pb с оксидами и гидроксидами Fe и Mn влияют различные
факторы: состав и строение (гидр)оксидов, физико-химические свойства и реакция
среды почв [12].
Активное участие в закреплении Pb принимает органическое вещество, на долю
соединений с которым приходится от 12 (Т4) до 15% (Т1) металла (рис. 2). Содержание
Pb в обменной фракции, характеризующей подвижность элемента в почве, не превышает
3%. При этом в остаточной фракции определяется всего 4-8% металла (рис. 2).
Рисунок 2. Фракционный состав Сu, Zn и Pb в техногенно-нарушенных почвах (район
Карабашского медеплавильного комбината), % от суммы фракций
298
Распределение Pb в образцах техногенных отложений г. Карабаш следующее:
связанная с (гидр)оксидами Fe и Mn > связанная с органическим веществом ≥
остаточная фракция > обменная фракция > связанная с карбонатами.
В почве с меньшим уровнем техногенного загрязнения (Т1) наибольшая доля Zn
находится в остаточной фракции (49% от общего содержания), тогда как в почве с
высоким уровнем загрязнения (Т4) –доля металла в остаточной фракции занимает
второе место после фракции, связанной с Fe-Mn (гидр)оксидами и составляет 28%
(рис. 2). Глинистые минералы обладают высокой сорбционной способностью по
отношению к Zn [6, 10, 12]. Особенностью фаз слоистых силикатов является
химическая и энергетическая неоднородность их поверхности, характеризующаяся
наличием структурных дефектов и функциональных групп различного состава, которые
могут выступать в качестве активных центров при поглощении металла [11].
С ростом общего содержания Zn в почве (Т4) одновременно с относительным
уменьшением доли металла в остаточной фракции происходит увеличение доли
наиболее подвижной обменной фракции металла (рис. 2).
Следующая после остаточной фракции по относительному и абсолютному
содержанию идет фракция, связанная с (гидр)оксидами Fe и Mn. В почве с более
высокой техногенной нагрузкой (Т4) данная фракция доминирует в составе соединений
металла, достигая 43% от общего содержания (рис. 2). Высокая степень сродства Zn к
реакционным центрам железистых минералов с ростом техногенного загрязнения
отмечалась в работе [10].
На долю фракций Zn, связанной с карбонатами и органическим веществом,
приходится всего от 1 до 3% (рис. 2). Цинк отличается слабой способностью к
образованию прочных хелатных комплексов с органическими соединениями. Это
связано с тем, что существует “конкуренция” среди тяжелых металлов. При высоком
содержании органического вещества в почве образуются металлоорганические
комплексы, прежде всего, с металлами-органофилами, при незначительном содержании
органического вещества, металлы сорбируются на поверхности других фаз [12].
Наблюдается следующее относительное распределение Zn по фракциям
соединений в почвах: 1) с более высоким уровнем техногенного загрязнения (Т4):
связанная с (гидр)оксидами Fe и Mn > остаточная > обменная > связанная с
карбонатами > связанная с органическим веществом; 2) в почве с меньшей техногенной
нагрузкой (Т1): остаточная > связанная с (гидр)оксидами Fe и Mn > обменная >
связанная с карбонатами = связанная с органическим веществом.
Заключение
Установлено, что в исследуемых техногенно-трансформированных почвах,
прилегающих к Карабашскому медеплавильному комбинату, содержания Cu, Zn и As
превышают кларки литосферы в сотни раз, Pb, Cu и Ni – в десятки раз. Распределение
Cu, Zn и Pb по фракциям нарушенных почв обусловлено комплексом физикохимических свойств, определяющих буферные свойства полидисперсной системы
хемоземов (содержание ила, органического вещества, рН). Показано, что для Cu
характерно накопление в наиболее подвижных обменных формах, которое возрастает с
повышением техногенной нагрузки на почву. Основным стабилизатором подвижности
Zn и Pb в исследуемых техногенно-нарушенных почвах выступают Fe-Mn
(гидро)оксиды, Cu – органическое вещество. В иммобилизации Zn также активное
участие принимают глинистые минералы.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного
фонда в рамках научного проекта № 16-14-10217.
299
Литература
1. Агрохимические методы исследования почв. М.: Наука, 1975. 656 с.
2. Виноградов А.П. Геохимия редких и рассеянных химических элементов в почвах.
М.: Изд-во АН СССР, 1957. 237 с.
3. Гольдшмит В.М. Принципы распределения химических элементов в минералах и
горных породах // Геохимия редких элементов. М.-Л.: ГОНТИ НКТП СССР, 1930. С. 215-242.
4. ГОСТ 28168-89. Почвы. Отбор проб. Введ. 1990-04-01 М.: Стандартинформ, 2012. 7 с.
5. Линник В.Г., Хорошавин В.Ю., Пологрудова О.А. Деградация природных
ландшафтов и химическое загрязнение в ближней зоне влияния Карабашского
медеплавильного комбината // Вестник Тюменского государственного университета. 2013. № 4.
С. 105-114.
6. Минкина Т.М., Солдатов А.В., Невидомская Д.Г., Мотузова Г.В., Подковырина Ю.С.,
Манджиева С.С. Новые подходы в изучении соединений тяжелых металлов в почвах с
применением рентгеноспектрального анализа и экстракционного фракционирования //
Геохимия, 2016. № 2. С. 212-219.
7. Удачин В.Н. Экогеохимия горнопромышленного техногенеза Южного Урала:
Автореф. дисс… д-ра. геол.-минерал. наук по специальности 25.00.09. Томск, 2012. 48 с.
8. Cerqueira B., Vega F.A., Serra C., Silva L.F.O., Andrade M.L. Time of flight secondary
ionmass spectrometry and high-resolution transmission lectronmicroscopy/energy dispersive
spectroscopy: A preliminary study of the distribution of Cu2+ and Cu2+ /Pb2+ on a Bt horizon surfaces //
Journal of Hazardous Materials, 2011. Vol. 195. P. 422-431.
9. Gashkina N.A, Tatsii Yu.G., Udachin V.N., Aminov P.G. Biogeochemical Indication of
Environmental Contamination: A Case Study of a Large Copper Smelter // Geochemistry
International, 2015. Vol. 53. No. 3. P. 253-264.
10. Minkina T.M., Bauer T.V., Batukaev A.A., Mandzhieva S.S., Burachevskaya M.V.,
Sushkova S.N., Varduni T.V., Sherstnev A.K., Kalinichenko V.P. Transformation of technogenic Cu
and Zn compounds in chernozem // Environmental Engineering and Management Journal, 2015. Vol.
14. No. 2. P. 481-486.
11. Myers J., Thorbjornsen K. Identifying metals contamination in soil: A geochemical
approach // Soil and Sediment Contamination, 2004. Vol. 13. P. 1-16.
12. Pinskii D.L., Minkina T.M., 2013. Regularities of Cu, Pb and Zn adsorption by
chernozems of the South of Russia // Eurasian Journal of Soil Science, 2013. Vol. 2. P. 59-68.
13. Tessier A., Campbell P.G.C., Bisson M. Sequential extraction procedure for the speciation
of particulate trace metals // Analytical Chemistry, 1979. Vol. 51. P. 844-850.
14. Vega F.A., Andrade M.L., Covelo E.F. Influence of soil properties on the sorption and
retention of cadmium, copper and lead, separately and together, by 20 soil horizons: comparison of
linear regression and tree regression analyses // Journal of Hazardous Materials, 2010. Vol. 174. P.
522-533.
HEAVY METALS COMPOUNDS IN SOILS IN THE ZONE OF KARABASH COPPER
SMELTER
T.M. Minkina, V.G. Linnik, D.G. Nevidomskaya, T.V. Bauer, V.Yu. Khoroshavin
Abstract
The Karabash copper smelter located in the Southern Urals, Russia, causes environmental
impacts resulting in the destruction of natural soils and the creation of new technogenically
transformed soils known as Technosols, with a very high level of contamination. Technosols have
severe chemical, physical, and biological limitations and are characterized by increased acidity and
Fe2O3 concentration and a low content of organic matter. It is found that the contents of heavy metals
in the technogenically transformed soils adjacent to the Karabash copper smelter exceed the
lithosphere clarks in hundreds of times for Cu, Zn, and As and in tens of times for Pb, Cu, and Ni. It is
shown that for Cu is characterized by the accumulation in the most exchangeable forms, which
increases with level of soil contamination. In the technogenically transformed soils, the basic
300
stabilizers of the mobility of Cu is organic matter, for Pb it is Fe-Mn (hydro) oxides, and for Zn - it is
clay minerals.
Keywords: forms of Cu, Zn, Pb compounds, heavy metals, Technosols, contamination, South
Urals.
УДК 631.416.8
СТАБИЛИЗАЦИЯ ТЕХНОГЕННЫХ СОЕДИНЕНИЙ ЦИНКА В ТВЕРДЫХ
ФАЗАХ ЧЕРНОЗЕМА ОБЫКНОВЕННОГО
Т.В. Бауэр, Т.М. Минкина, С.С. Манджиева, Д.Г. Невидомская,
Н.В. Громакова, К.Р. Уразгульдиева
Южный федеральный университет, 344090, г. Ростов-на-Дону,
e-mail: bauertatyana@mail.ru
В условиях длительного модельного эксперимента изучена стабилизация
техногенных соединений цинка, внесенного в почву в виде нитратов и оксидов. В
незагрязненном черноземе обыкновенном установлена низкая подвижность элемента.
Непрочно связанные соединения Zn в основном представлены специфически
сорбированными формами. Внесение Zn в почву приводит к увеличению подвижности
металла. Равновесие в системе устанавливается в течение длительного времени. На
процессы стабилизации соединений Zn в черноземе обыкновенном влияет форма
поступления и время взаимодействия металла с твердыми фазами почвы.
Ключевые слова: стабилизация, цинк, нитраты, оксиды, подвижность,
загрязнение, чернозем обыкновенный.
Введение
Возрастающее с каждым годом загрязнение объектов окружающей среды
сопровождается поступлением в почвы тяжелых металлов (ТМ) в форме различных
соединений [5, 16]. Химические свойства сопутствующих анионов оказывают влияние
на механизмы взаимодействия их с минеральными и органоминеральными
компонентами почв, играющими ключевую роль в процессе стабилизации химических
веществ техногенной природы. Под стабилизацией ТМ в почвах понимается их
взаимодействие с компонентами твердых фаз почвы, приводящее к образованию
прочно связанных соединений металлов. Стабилизация химических соединений,
поступающих в почву из антропогенных источников, является исключительно важным
процессом, поскольку выполняет протекторные функции, связывая вредные вещества в
малоподвижные и малодоступные формы и, таким образом, снижает их токсическое
действие на живые организмы [15].
В настоящее время влияние химической формы поступления ТМ в почву на их
дальнейшее поведение практически не изучено. Научные работы в основном
посвящены изучению стабилизации хорошо растворимых соединений ТМ. О
подвижности ТМ, внесенных в почвы в виде разных по растворимости соединений,
опубликовано мало данных [3, 5, 8, 13].
Методы
Для проведения исследований отбирался верхний гумусовый горизонт почвы
целинного участка, представленный черноземом обыкновенным тяжелосуглинистым на
лессовидных суглинках (Ростовская область, Октябрьский р-н). Исследуемая почва
характеризуется следующими физическими и химическими свойствами: гумус . – 6,3%;
301
View publication stats