Поморский государственный университет

Эта работа опубликована в сборнике научных трудов «Естествознание и гуманизм» (2005 год, Том 2, выпуск 4), под редакцией проф., д.б.н. Ильинских Н.Н. Посмотреть титульный лист сборника

В городах с развитой химической промышленностью и в регионах Севера наблюдается значительное ухудшение состояния городских почв. Важнейшим фактором загрязнения почв являются тяжелые металлы. Среди них следует выделить естественную группу элементов периодической системы Д.И. Менделеева – элементы триады железа (Fe, Co, Ni).
В связи с тем, что основным источником поступления в почву тяжелых металлов является разрушение материнских пород, содержание  их в почвах определяется, прежде всего, содержанием этих металлов в земной коре, о чем явно свидетельствуют данные таблицы 1.
Железо по распространенности в природе занимает четвертое место после кислорода, кремния и алюминия, поэтому его содержание в почвах особенно велико. При окислительном выветривании и почвообразовании образуются и накапливаются в биосфере соединения  железа (II) и (III), слаборастворимые и геохимически относительно инертные. В почвах обнаружены многие минералы железа, в том числе: оксиды, гидроксиды, сульфиды, силикаты, фосфаты, арсенаты, органожелезистые соединения. Различные соединения железа играют существенную и весьма сложную роль в почвенных процессах в связи со способностью менять степень окисления, с образованием соединений различной растворимости, окисленности, подвижности.
Кларки кобальта и никеля значительно ниже, что сразу сказывается на их содержании в почвах (Табл. 1). В природных условиях кобальт встречается в двух степенях окисления: Со+2 и Со+3, а никель – Ni+2. Значительная часть кобальта и никеля находится в почвах в рассеянном состоянии в решетках силикатов и  алюмосиликатов. Кроме того, эти элементы могут образовывать прочные комплексные соединения с гумусовыми веществами и сорбироваться на оксидах железа и марганца. К особенностям следует отнести совместное нахождение элементов триады.

Таблица 1. Содержание и ПДК в почвах подвижных форм элементов триады железа

	Fe	Co	Ni
Кларк элемента в земной коре	4,7 % масс	4 ×10-3% масс	8 ×10-3% масс
Содержание в почве подвижных форм элемента	5 – 50 г/кг	0,1 - 13 мг/кг	0,5 – 5 мг/кг
ПДК (подвижных форм)	-	5,0 мг/кг	4,0 мг/кг

Тяжелые металлы поступают в окружающую среду и вследствие техногенного рассеяния: выброс при высокотемпературных процессах (обжиг цементного сырья, сжигание топлива), с бытовыми  сточными водами, при внесении органических и минеральных удобрений. Следует  иметь в виду, что металлы триады железа в очень высокой степени вовлечены в антропогенную деятельность. Само железо отличается настолько высокой технофильностью, что нередко говорят о современном «ожелезнении» биосферы. В техносферу в процессе антропогенной деятельности вовлечено более 10 млрд т железа, 60% которого рассеяно в пространстве.
Нами исследовано содержание подвижных форм железа, кобальта и никеля в почвах г. Архангельска. Для химического анализа были взяты пробы почв с 9-ти пробных площадей с различной степенью антропогенной нагрузки (интенсивностью транспортного потока) из 3-х разновозрастных районов в жилой и парковой зонах города. Кроме того, исследуемые почвы могут быть отнесены к трем типам городских почв: урбаноземы, реплантоземы и культуроземы.
В качестве контроля использовали природную дерновую маломощную легкосуглинистую почву, сформировавшуюся на суходольном лугу в районе деревни Бабонегово.  Почвенные образцы отбирались из двух горизонтов (0 – 5 см и 5 – 20 см).  Содержание элементов  определяли фотометрическим методом. Определение железа проводилось роданидным способом, кобальта - с использованием нитрозо-R-соли, никель определялся с использованием диметилглиоксима. Определение проводилось в 3–5 повторностях с последующей математической обработкой данных. Полученные результаты представлены в таблицах 2–5.

Таблица 2.Содержание железа (в г/кг) в образцах почв на пробных площадях     в различных районах г. Архангельска.

		I (Централь- ный  район)	II (Привок- зальный ми- крорайон)	III (8-Микро- район)
А (Высокая антропоген- ная нагрузка)	0 –5 см	17,2 ± 1,1	8,6 ± 0,9	3,6 ± 1,1
	5- 20 см	15,4 ± 1,8	7,5 ± 1,8	3,5 ± 1,0
	Среднее	16,3	8,1	3,6
Б (Средняя антропоген- ная нагрузка)	0 – 5 см	19,8 ± 1,2	9,1 ± 0,6	4,8 ± 1,1
	5 – 20 см	12,2 ± 2,1	17,7±  0,7	4,10 ± 1,5
	Среднее	16,0	13,4	4,9
С (Низкая антропоген- ная нагрузка)	0 – 5 см	15,4 ± 1,4	11,1 ± 1,8	10,8 ± 2,0
	5 – 20 см	20,3 ± 1,6	9,1 ± 1,8	9,9 ± 1,4
	Среднее	17,9	10,1	10,4

 

Таблица 3.Содержание кобальта (в мг/кг) в образцах почв на пробных площадях      в различных районах г. Архангельска.

		I (Централь- ный  район)	II (Привок- зальный ми- крорайон)	III (8-Микро- район)
А (Высокая антропоген- ная нагрузка)	0 –5 см	3,45 ± 0,09	2,97 ± 0,09	2,16 ± 0,09
	5- 20 см	4,02 ± 0,12	3,26 ± 0,07	1,51 ± 0,09
	Среднее	3,74	3,12	1,84
Б (Средняя антропоген- ная нагрузка)	0 – 5 см	2,88 ± 0,09	2,15 ± 0,09	1,03 ± 0,09
	5 – 20 см	2,98 ± 0,10	2,48 ± 0,09	0,89 ± 0,07
	Среднее	2,93	2,32	0,96
С (Низкая антропоген- ная нагрузка)	0 – 5 см	2,23 ± 0,09	1,21 ± 0,08	1,00 ± 0,07
	5 – 20 см	2,26 ± 0,12	1,24 ± 0,10	0,85 ± 0,07
	Среднее	2,25	1,23	0,93

 

Таблица 4.Содержание никеля (в мг/кг) в образцах почв на пробных площадях  в различных районах г. Архангельска.

		I (Централь- ный  район)	II (Привок- зальный ми- крорайон)	III (8-Микро- район)
А (Высокая антропоген- ная нагрузка)	0 –5 см	2,43 ± 0,04	1,92 ± 0,03	0,94 ± 0,02
	5- 20 см	1,73 ± 0,02	1,43 ± 0,03	0,86 ± 0,04
	Среднее	2,08	1,68	0,90
Б (Средняя антропоген- ная нагрузка)	0 – 5 см	1,66 ± 0,03	0,82 ± 0,03	0,57 ± 0,03
	5 – 20 см	1,62 ± 0,01	0,60 ± 0,02	0,32 ± 0,03
	Среднее	1,64	0,71	0,45
С (Низкая антропоген- ная нагрузка)	0 – 5 см	1,13 ± 0,03	0,39 ± 0,01	0,25 ± 0,01
	5 – 20 см	0,88 ± 0,03	0,26 ± 0,01	0,21 ± 0,01
	Среднее	1,01	0,33	0,23

 

Таблица 5. Содержание элементов триады железа в контрольных образцах

Fe	Co	Ni
9,2 г/кг	0,86 мг/кг	0,12 мг/кг

Анализ экспериментальных данных показал:
•    Содержание элементов триады железа в 19 почвенных образцах  не превышает средние показатели, указанные в литературе, а для кобальта и никеля не превышает  ПДК (Табл. 1);
•    Содержание металлов   в почвах зависит от возраста района, а следовательно, от длительности процесса почвообразования. Наибольшее содержание всех трех элементов отмечается в наиболее старом  Центральном районе;
•     Во всех районах города наблюдается снижение содержания кобальта и никеля в почвах вслед за уменьшением антропогенной нагрузки. Для железа такая закономерность строго не проявляется. Видимо, интенсивность транспортного потока не оказывает существенного влияния на поступление железа в окру-жающую среду;
•    Содержание железа, кобальта и никеля в верхних и нижних горизонтах почв старых районов совпадает в пределах погрешности. В более молодом рай-оне содержание металлов в верхних горизонтах несколько выше. Это подтверждает слабую миграционную способность элементов;
•    Анализируемые нами почвенные образцы относятся к трем типам городских почв. Сравнение полученных данных указывает на то, что минимальное количество всех трех элементов содержат реплантоземы, содержание элементов в урбаноземах и культуроземах значительно выше и мало отличается  между собой.
•    Сравнение содержания всех трех элементов в городских почвах с контрольными пробами указывает на то, что в городских почвах (особенно в районах старой застройки) содержание элементов значительно выше, чем в природных почвах, или почвах сельскохозяйственного назначения.
    Данная работа поддержана грантом РФФИ и администрации Архангельской области № 05 – 04 – 97531.