Arsenic accumulation in spolic technosols in the area of a large copper smelting plant in the Middle Urals

Толық мәтін

Введение

Производство цветных металлов является серьезной угрозой для окружающей среды и риском для здоровья человека [1–3]. В результате переработки сульфидных руд с аэрозолями в атмосферу поступают не только тяжелые металлы, но и металлоиды, одним из которых является мышьяк. Известно, что данный элемент сохраняется в депонирующих средах в течение длительного периода времени [4]. Высокая токсичность мышьяка и его поступление в экосистемы является одной из острых проблем во всем мире, особенно при потенциально высоком риске его закрепления в средах. Основными средами с наиболее высокими рисками накопления в них данного элемента являются почвы, подземные и поверхностные воды, а также живые организмы. Мышьяк – один из наиболее распространенных металлоидов. Он встречается во многих аллотропных соединениях и присутствует на всех континентах более чем в 105 странах [5]. Широко распространен, но редко встречается в земной коре, его концентрация в пределах 2–10 ppm, хотя в некоторых районах сульфидных месторождений обнаружены более высокие концентрации – до 60 ppm [6, 7]. Согласно рекомендации Европейского союза, почва, которую можно использовать в сельскохозяйственных целях, должна содержать <20 ppm [8].

Миллионы людей проживают в зонах воздействия производственной деятельности комбинатов цветной металлургии и сталкиваются с угрозой отравления мышьяком через систему почва–растение. В ходе выплавки меди в атмосферу поставляется огромное количество газопылевых выбросов. Образуются шлакоотвалы, хвостохранилища и отвалы пустых пород. Мышьяк входит в состав перерабатываемой руды в виде изоморфной примеси и в процессе выплавки поступает в окружающую среду как с газопылевыми выбросами, так и гидрогенным путем с отвалов и хвостохранилища [9]. В результате воздействия комбината формируются техногенные ландшафты с высокими концентрациями загрязняющих веществ неорганической природы [10, 11]. Мышьяк может адсорбироваться почвенными агрегатами, гумусом и железисто-марганцовистыми конкрециями [12].

Токсичность и подвижность мышьяка зависят от его степени окисления [12], поэтому важно понимать, как влияют почвенные условия на закрепление металлоида в почве. Установлено, что данный элемент прекрасно адсорбируется железистыми и марганцовыми минералами, а также оксидами и гидроксидами железа и марганца. Железо и марганец являются типоморфными элементами многих почв [13]. Их соединения чувствительны к изменению окислительно-восстановительных условий и могут быть потенциальными индикаторами процессов почвообразования [14].

Железомарганцевые конкреции, ортштейны, являются обычными компонентами почв с низкой водопроницаемостью и образуются при сезонных изменениях окислительно-восстановительного потенциала (Eh) и pH почв [15]. В почвах они встречаются округлой или неправильной формы, содержат кристаллы первичных и вторичных минералов, таких как кварц, полевые шпаты, плагиоклазы и глинистые минералы, которые цементированы вместе с оксидами железа и марганца [16, 17]. Ортштейны имеют большое значение в геохимических процессах из-за их высокой адсорбционной способности, они содержат многие элементы, включая токсичные металлические загрязнители [18, 19], редкоземельные металлы [20] и питательные элементы для растений [21].

Таким образом, железомарганцевые конкреции являются одними из ключевых компонентов почвенной среды, регламентируют геохимическое поведение металлов и металлоидов и существенно влияют на их стабильность закрепления при изменении почвенных процессов. Данные обстоятельства исследовались рядом ученых [22–29], но мало кто рассматривал поведение структурных преобразований самих железомарганцевых конкреций при высоких концентрациях мышьяка в почвах.

В связи с вышеизложенной целью данной работы является установить влияние ортштейнов на накопление мышьяка в почве, подверженной высокой техногенной нагрузке.

Объекты и методы

Для исследования концентрации мышьяка в ортштейнах была выбрана северо-таежная зона Свердловской области в районе г. Красноуральске (рис. 1), где с 1931 г. функционирует медеплавильный комбинат. В результате многолетней деятельности из-за нарушений рационального землепользования, отсутствия современных методов очистки отходящих газов прилегающие ландшафты претерпели сильное видоизменение с образованием больших площадей нарушенных, загрязненных земель [30].

В качестве объектов исследования представлены Luvisols podzolic, gleic, сформированные под луговой и травянистой растительностью, а также под смешанными лесами с травянистой растительностью (рис. 1).

 

Рис. 1. Карта района работ, схема отбора почвенных образцов

Fig. 1. Map of the work area, soil sampling scheme

 

Всего на территории исследования был выделен один тип почв и два типа ландшафта в зависимости от степени антропогенного воздействия. Природные ландшафты – участки, подверженные минимальному воздействию и антропогенно-измененные вблизи медеплавильного комбината. Морфологический анализ почв проводили в полевых условиях. Для описания строения профиля и изучения морфологических горизонтов использовали морфогенетический метод. При изучении морфологических свойств почв основное внимание уделялось строению генетических горизонтов, которые в значительной степени определяют их генетическую принадлежность. Для аналитического изучения ортштейнов отбирали почвенные образцы, где визуально прослеживаются стяжения железа и марганца. Отбор проводился согласно ISO 18400-104.

В ходе работ было заложено пять разрезов на различном отдалении от источника эмиссии комбината (рис. 1). Вертикальный срез почвы до материнской породы. В качестве сравнения производился отбор проб почв на отдаленных участках от комбината (условно фоновых) – № 2/5, 5/21, и в зоне интенсивной техногенной нагрузки – № 1/3, 3/8, 4/11.

Для определения морфологии ортштейнов ненарушенный образец воздушно-сухой почвы размачивали в воде и затем пропускали через сито 0,25 мм путем мокрого просеивания, оставшиеся на сите ортштейны промывали дистиллированной водой и сушили при комнатной температуре.

Подготовленные вышеописанным способом образцы визуально очищали от примесей первичных минералов (кварц, полевой шпат обломки горных пород) и затем повторно отбирали примеси с помощью бинокулярного микроскопа Микромед 2-20. Определение рН в почвенной суспензии проводилось в соотношении почва/раствор 1:5 с помощью комбинированного хлорсеребрянного электрода в соответствии с ISO 10390. Содержание углерода органического вещества определялось по ISO 14235. Определение обменных катионов Ca²⁺ и Mg²⁺ проводилось в соответствии с ISO 23470. Гранулометрический состав почв определялся путем осаждения в водной суспензии фракций почв в различном интервале времени с отбором жидкости на различной высоте, расчеты проводились по формуле Стокса (1).

$V=\frac{2g(d_2-d_1)}{\mu },$                      (1)

где V – скорость седиментации почвенных частиц, см/с; g – ускорение силы тяжести, равное 981 см/с²; d₂ – средняя плотность минеральных частиц; d₁ – плотность воды при данной температуре; r – радиус частиц, см; µ – вязкость воды, Па, при данной температуре.

Определение валового мышьяка проводилось методом инверсионной вольтамперометрии по ПНД Ф 16.1:2:2.2:3.48-06. Для проведения анализа 1,000 г конкреций заливали 5 мл 50 % азотной кислоты и 2 мл концентрированной серной кислоты с последующим кипячением в течение 5 минут до удаления паров серной кислоты. После удаления паров добавлялось 5 мл 50 % азотной кислоты с последующим нагревом в течение 10 минут на песчаной бане. Вытяжку отфильтровывали в мерную колбу на 50 мл через складчатый фильтр белая лента, остатки почвы промывались бидистиллированной водой и доводилось до метки. В подготовленной таким образом вытяжке определялся мышьяк на вольтамперометрическом анализаторе ТА-Lab.

Для характеризации структуры и морфологии образцов был использован метод сканирующей электронной микроскопии (CЭМ) с помощью установки «Thermo Fisher Phenom XL G2 Desktop SEM» (США). С помощью настольного магнетронного напылителя «Cressington 108 auto Sputter Coater» (Великобритания) на подготовленные образцы в вакуумной камере (~0,01 мбар) наносился тонкий (5–10 нм) слой золота. Ускоряющее напряжение при съёмке микрофотографий составляло 15 кэВ.

Результаты и обсуждение

Физико-химическая характеристика почв

Разрезы 5/21 и 2/5 являются условно фоновыми, так как в них содержание мышьяка ниже или незначительно выше ОДК и мировых кларковых значений, составляющих 5,6–5,7 мг/кг [31, 32]. Находятся данные разрезы почв в отдалении от комбината на расстоянии >5 км. Разрезы 1/3, 3/8 и 4/11 расположены в непосредственной близости к комбинату. Почвы данных районов относятся к техногенно-трансформированным Spolic Technosols (рис. 1). Для фоновых почв Luvisols (5/21 и 2/5) среднее содержание углерода органического вещества в слое 0–15 см в пределах 5 % при кислой реакции среды. В элювиальном горизонте его содержание резко уменьшается (табл. 1). Аэропромвыбросы поставляют в окружающую среду газопылевые отходы плавки, помимо зональных элементов, катионов еще и анионы, среди которых присутствует серный ангидрид. В результате его взаимодействия с водяным паром атмосферы образуется серная кислота, которая поступает на поверхность Земли, происходит подкисление верхней части профиля. Серная кислота участвует в разрушении минеральной части профиля, в результате происходит вынос обменных катионов кальция и магния, а также илистых частиц в нижние слои почвы. Поэтому верхний пятнадцатисантиметровый слой преимущественно супесчаный, нижний элювиальный горизонт тяжелосуглинистый (табл. 1).

 

Таблица 1. Физико-химический свойства серогумусового (АY) и элювиального (Е) горизонтов исследуемых почв

Table 1. Physico-chemical properties of grey humus (AY) and eluvial (E) soil horizons

Образец/показатель Sample/indicator	Почвенный профиль №/Soil profile no.
	1/3	2/5	3/8	4/11	8/21
Горизонт/Horizon	AY
С органического вещества, %/Organic matter C, %	3,87±0,02	5,30±0,05	1,15±0,02	2,17±0,01	4,22±0,05
рНH2O	3,97±0,10	4,91±0,01	3,73±0,03	4,54±0,05	5,81±0,01
рНKCl	3,54±0,05	5,15±0,04	3,31±0,02	3,97±0,07	5,04±0,02
Са2+	7,50±0,15	3,10±0,03	3,75±0,01	12,25±0,20	19,73±0,88
Mg2+	5,00±0,18	8,69±0,19	5,52±0,20	12,24±0,35	14,37±0,88
Размер фракции <0,001 мм, %/Fraction size <0,001 mm, %	11,93±0,25	18,67±0,50	8,26±0,32	6,73±0,56	12,54±0,80
Размер фракции <0,01 мм, %/Fraction size <0,01 mm, %	39,48±0,58	15,61±0,65	16,22±0,72	5,81±0,74	11,93±0,82
Горизонт/Horizon	Eg	E			Eg
С органического вещества, %/Organic matter C, %	0,87±0,03	0,90±0,01	0,71±0,01	0,74±0,06	0,55±0,01
рНH2O	4,67±0,04	3,52±0,04	4,82±0,04	4,47±0,02	5,02±0,03
рНKCl	3,75±0,03	3,70±0,07	3,89±0,01	3,92±0,03	4,91±0,02
Са2+	4,38±0,08	3,35±0,40	5,25±0,30	6,25±0,10	21,25±1,77
Mg2+	1,63±0,02	5,67±0,03	8,13±0,24	5,00±0,08	12,50±1,20
Размер фракции <0,001 мм, %/Fraction size <0,001 mm, %	13,46±0,85	45,60±0,92	24,17±0,63	40,09±1,20	43,76±0,45
Размер фракции <0,01 мм, %/Fraction size <0,01 mm, %	39,48±1,25	47,13±0,20	47,74±1,15	55,32±2,17	43,46±1,54

 

В почвах Spolic Technosols характерно изменение реакции среды от очень сильнокислой до сильнокислой, содержание гумуса низкое (табл. 1). Также наблюдается обеднение обменными катионами кальция и магния и илистой фракцией.

Морфологические признаки конкреций

Важным фактором, определяющим многие свойства ортштейнов, является их морфология. Наличие ортштейнов в почве указывает на застойно-промывной водный режим. Верхний горизонт АY, который испытывает наибольшую кислотную нагрузку в результате аэропромвыбросов, обедняется илистой фракцией и, как следствие, приобретает легкий гранулометрический состав – супесчаный, нижний элювиальный горизонт тяжелосуглинистый, что обуславливает низкую водопроницаемость, поэтому вода атмосферных осадков долго застаивается в верхних горизонтах, обеспечивая анаэробные условия и конкрециообразования. Поэтому максимальное количество конкреций фиксируется в серогумусовых горизонтах, за исключением в разрезах № 2/5 и 4/11.

Опесчаненные верхние горизонты обладают низкой плотностью, в результате ортштейны в подавляющем большинстве ровные, округлые, а нижние элювиальные более тяжелые по гранулометрическому составу, из-за чего конкреции угловатые или угловато-уплощенные. Цвет конкреций серогумусового горизонта коричнево-черный за счет преобладания марганца (табл. 2), в элювиальном горизонте коричневые, за исключением разреза 4/11.

 

Таблица 2. Макро- и мезоморфологическая характеристика конкреций

Table 2. Macro- and mesomorphological characteristics of nodules

Почва № Soil no.	Цвет/код цвета по Mansell Mansell color/color code	10-кратное увеличение/10x zoom
		Форма/Form	Поверхность/Surface
Серогумусовый горизонт/grey humus (AY) soil horizon
1/3	Коричневато-черный/10YR3/4 Brownish black/10YR3/4	Округлые Rounded	Неровная, с вкраплениями кварцевых зерен Uneven, with flecks of quartz grains
2/5	Коричневато-черный/5YR2/4 Brownish black/5YR2/4
3/8	Коричневый/7,5YR4/3 Brown/7.5YR4/3		Ровная, с углублениями, единичные вкрапления кварца Flat, with depressions, single inclusions of quartz
4/11	Коричневато-черный/10YR2/3 Brownish black/10YR2/3		Неровная, трещиноватая, единичные вкрапления кварца Uneven, cracked, single quartz inclusions
5/21	Коричневый/7,5YR4/4 Brown/7.5YR4/4	Остроугольные Sharp	Неровная с углублениями, единичные вкрапления кварца Uneven with depressions, single quartz inclusions
Элювиальный горизонт/Eluvial (E) soil horizon
1/3	Коричневый/7,5YR4/4 Brown/7.5YR4/4	Угловато-округлые, уплощенные Angularly round, flattened	Неровная с многочисленными включениями кварца Uneven with numerous quartz inclusions
2/5	Коричневый/10YR4/4 Brown/10YR4/4	Угловато-округлые Angularly round	Неровная, трещиноватая, единичные включения кварца Uneven, cracked, single quartz inclusions
3/8	Коричневый/10YR4/4 Brown/10YR4/4		Неровная, шероховатая, единичные включения кварца Uneven, rough, single quartz inclusions
4/11	Коричневато-черный 10YR3/3 Brownish black 10YR3/3	Угловато-округлые, удлиненные, уплощенные Angularly round, elongated, flattened	Неровная, шероховатая, единичные включения кварца Uneven, rough, single quartz inclusions
5/21	Коричневый/10YR4/6 Brown/10YR4/6	Угловатые, уплощенные Angular, flattened	Неровная, трещиноватая с углублениями, единичные включения кварца Uneven, cracked with depressions, single quartz inclusions

 

Элементный состав ортштейнов

Оксиды Fe и Mn в конкрециях обладают высокой реакционной способностью из-за их большой площади поверхности и поверхностных зарядов, зависящих от pH, и поэтому способны контролировать доступность питательных и токсичных элементов для поглощения растениями.

На рис. 2 изображены снимки ортштейнов, полученных структурной электронной микроскопией с точки обора 3/8 и глубины 1–15 см – серогумусовый горизонт, на рис. 4 ортштейны из разреза № отбора 3/8 с глубины 15–30 см – элювиальный горизонт. Во всех изученных образцах на свежем изломе концентрической структуры не обнаружено. Материал ортштейнов состоит из органического, аморфного и кристаллического вещества. По данным EDXзонда основными химическими элементами являются О, C, Si, Fe, Al и Mn. На общем фоне отчетливо выделяются крупные кристаллические зоны 2, 3, 4 и 6 (рис. 2) и 2, 3, 4 и 5 (рис. 3), представленные первичными минералами. При визуальном осмотре с использованием микроскопа идентифицирован кварц, по данным расчетов – санидин и анортит. Цементирующим материалом являются аморфные изотропные формы железа и марганца. Они заполняют пустоты и трещины ортштейна и покрывают тонкой пленкой первичные минералы, по данным структурных расчетов представлены якобситом и маггемитом. Содержание железа в пределах от 5,5 до 27 %, марганца – от 3,5 до 10,5 %. Кроме этого, обнаруживается высокое содержание органического вещества.

 

Рис. 2. Сканирующая электронная микрофотография выбранной типичной конкреции (5 мм) из серо-гумусового горизонта AY, элементного состава с использованием EDS-анализа (5 точек). Химический состав по данным энергодисперсионной рентгеновской спектрометрии (Energy-dispersive X-ray spectroscopy – EDX)

Fig. 2. Scanning electron micrograph of a selected typical nodule (5 mm) from the grey humus AY horizon, element composition using EDS analysis (5 points). Chemical composition according to energy dispersive X-ray spectrometry (EDX) data

 

Рис. 3. Сканирующая электронная микрофотография выбранной типичной конкреции (1–2 мм) из серо-гумусового горизонта AY, элементного состава с использованием EDS-анализа (5 точек). Химический состав по данным энергодисперсионной рентгеновской спектрометрии ((Energy-dispersive X-ray spectroscopy – EDX)

Fig. 3. Scanning electron micrograph of a selected typical nodule (1–2 mm) from grey humus horizon AY, element composition using EDS analysis (5 points). Chemical composition according to energy dispersive X-ray spectrometry (EDX) data

 

По данным табл. 3 РФА содержание основных конкрециообразующих элементов Si, Fe и Al сильно варьирует. Максимальное содержание кремния – от 23,42 до 23,14 %, какой-либо закономерности распределения не обнаружено.

 

Таблица 3. Химический состав ортштейнов по данным рентгенструктурнофазового анализа

Table 3. Chemical composition of orthosteins according to X-ray structure-phase analysis data

Почва № Soil no.	Горизонт Horizon	Глубина, см Depth, cm	Si	Al	Fe	C	K	Na	Mg	Mn	Ca
			%
1/3	AY	3–15	26,41	6,92	7,64	3,36	1,49	1,04	0,64	1,16	0,45
	Elg	15–30	29,14	7,11	5,65	3,74	1,75	1,35	0,67	0,72	0,56
2/5	AY	4–12	26,20	8,07	7,11	4,78	1,68	1,07	0,70	0,50	0,57
	El	12–25	25,50	7,04	9,42	2,84	2,14	1,59	0,57	0,76	0,64
3/8	AY	1–15	29,14	7,13	5,88	5,91	1,52	1,00	0,67	0,33	0,39
	BEl	15–25	25,71	6,44	9,05	2,53	1,34	1,12	0,58	1,35	0,49
4/11	AY	3–11	29,06	7,12	6,85	4,49	1,50	0,99	0,70	0,66	0,47
	El	11–27	27,97	6,33	8,79	3,30	1,49	1,07	0,58	0,73	0,60
5/21	AY	2–30	23,42	6,07	9,06	5,40	1,29	1,09	0,60	0,63	0,82
	Elg	30–38	27,98	6,66	7,73	3,15	1,52	1,15	0,65	1,65	0,64

 

Содержание железа – от 5,65 до 9,42 %, марганца – от 0,33 до 1,65 %. Максимальное количество железа выявлено в элювиальном и субэлювиальном горизонтах, марганец преобладает в верхней части профиля.

Алюминий, калий и натрий, как видно из табл. 3, согласуются с содержанием кремния, что позволяет предположить, что в ортштейнах алюминий содержится в алюмосиликатах типа санидина и анортита.

Кальций и магний являются высокоподвижными элементами, поэтому они вымываются из верхней части профиля и переносятся вниз, вследствие чего их концентрации в элювиальном горизонте выше, чем в серогумусовом.

Содержание мышьяка в конкрециях

Во многих почвах мышьяк тесно связан с динамикой оксида железа. Хотя аморфные оксиды железа являются компонентами, которые преимущественно влияют на сорбцию мышьяка во многих различных типах почв и отложений, роль железа более важна в почвах с чередующимися окислительно-восстановительными условиями. Геохимия мышьяка в периодически анаэробных почвах очень сложна. Наступление бескислородных условий в почве может изменить равновесие мышьяка за счет растворения минералов. В первую очередь это зависит от различных химических реакций, таких как восстановительное растворение оксидов железа (III), которое первоначально высвобождает связанный мышьяк с последующим окислением железа (II), в результате формируются свежеобразованные оксигидроксиды железа, которые становятся более активными в качестве акцепторов электронов после каждого цикла окислительно-восстановительных эпизодов. Эти оксидные минералы сочетают в себе высокую удельную поверхность с высоким сродством к оксианионамп, но с более низкой энергией сцепления по сравнению с аэробной почвой.

Закрепление мышьяка в ортштейнах может происходить двумя однонаправленными способами. Это унаследованный мышьяк, который накапливается из почвенной массы в ходе конкрециообразования [33], и второй – это адсорбция, в результате чего образуются поверхностные комплексы [34]. А на количество закрепленного мышьяка влияет удаление от источника эмиссии. Как видно из данных табл. 4, процент мышьяка в конкрециях от массы почвы колеблется в широком диапазоне – от 2,20 до 74,5 %.

 

Таблица 4. Содержание мышьяка в исследуемых почвах и железисто-сегрегированных элементах

Table 4. Arsenic content in the studied soils and iron-segregated elements

Горизонт Horizon	Глубина, см Depth, cm		% конкреций от массы почвы nodules % in soil mass	As
				в почве, мг/кг in soil, mg/kg	в конкрециях, мг/кг  in nodules, mg/kg	в конкрециях от массы почвы, % in nodules in soil mass, %
Почва 1/3/Soil 1/3
AY		0–15	11,21	33,0 ±1,00	20,5 ± 0,20	3,42
ELg		15–30	1,17	5,30 ± 0,80	2,20 ± 0,50	0,27
Почва 2/5/Soil 2/5
AY		4–12	8,81	1,80 ± 0,40	16,16 ± 0,01	57,86
ELg		12–25	16,24	2,70 ± 0,50	22,56 ± 1,30	48,08
Почва 3/8/Soil 3/8
AY		1–15	7,83	450,0 ± 1,50	74,5 ± 1,50	0,81
BELg		12–25	0,79	17,0 ± 0,50	16,8 ±0,80	1,22
Почва 4/11/Soil 4/11
AY		5–11	1,39	150,0 ± 4,00	38,40 ± 1,50	0,51
EL		11–27	1,54	43,20 ± 0,02	14,50 ± 0,90	0,70
Почва 5/21/Soil 5/21
AY		2–30	7,64	2,75 ± 0,30	9,05 ± 0,20	44,49
EL		30–38	0,75	2,50 ± 0,10	42,9 ± 1,20	8,22

 

Концентрация мышьяка в почве варьирует от 1,80 до 450,0 мг/кг почвы, превышение ПДК в 200 раз. Мышьяк концентрируется в основном в верхней почвенной толще (0–15 см), вниз по профилю наблюдается его снижение (табл. 4).

Содержание и распределение ортштейнов также зависит от многих факторов, одним из которых является чередование аэробных и анаэробных условий. В почвах хемогенно-сегрегированные элементы в основном образуются либо в 0–15 см толще, либо в средней части профиля на границе серогумусового и субэлювиального горизонтов (табл. 4).

В ходе исследования выявлена взаимосвязь между реакцией почвенного раствора и содержания мышьяка в ортштейнах от массы почвы. В сильнокислых и кислых почвах (в радиусе до 5 км) адсорбируется максимальное его количество, за исключением разреза 8, где при тех же условиях показатель рН явно не способствует адсорбции, что, очевидно, связано с тем, что почвенный разрез имеет избыточное переувлажнение и даже в летний период почвенный профиль насыщен водой. В таких условиях в поверхностных горизонтах образуется грубогумусовые вещества (растительный детрит), которые в большей части адсорбируют на себе весь мышьяк.

На расстоянии от комбината более 5 км, разрез 8/21, такой зависимости не выявлено и содержание мышьяка в почвах значительно меньше (табл. 4). Процентное содержание конкреций в почвенном профиле также значительно ниже, и даже в условиях кислой реакции среды содержание мышьяка меньше.

Заключение

Анализ морфологических признаков исследуемых почв выявил различия в Luvisоls, расположенных в непосредственной близости от комбината, и условно фоновых районах. Вследствие увеличения кислотности почв под воздействием техногенных факторов заметно усиливается элювиальный процесс и увеличивается горизонт EL. С отдалением от комбината степень оподзолености снижается.

Мышьяк является неотъемлемым компонентом земной коры. При проявлении техногенеза его концентрации в экосистемах возрастают в том числе в почвах в сотни раз. Оказавшись совершенно в иных условиях, в почве он частично поглощается растениями, часть адсорбируется минеральной массой почвы. Одним из адсорбентов мышьяка являются железисто-марганцовистые ортштейны. Ортштейны обладают сложным физико-химическим и минералогическим составом, образуются в специфических условиях, обладают сложной структурой. Главным адсорбентом в ортштейнах являются соединения железа и марганца. В нашем исследовании во внутренней части ортштейнов мышьяк не выявлен, но в тот же момент его концентрация в конкрециях высока, что обусловлено поверхностной адсорбцией. Что свидетельствует о выступлении ортштейнов в качестве геохимических барьеров на пути миграции мышьяка в почве.

Изложенные результаты позволяют признать существование ряда закономерностей конкрециообразования и изменения свойств почв в зависимости от морфологических особенностей. Размер, форма, плотность претерпевают разные изменения в зависимости от условий почвообразования.

Тенденция аккумуляции мышьяка в хемогенно-сегрегированных элементах зависит в первую очередь от удаленности от источника загрязнения, а во вторую – от физических свойств. Наиболее интенсивно мышьяк накапливается в твердых хорошо сформированных конкрециях и составляет до 50 % от массы почвы, в рыхлых процесс аккумуляции слабый.

Кислотность почв также влияет на накопление мышьяка. В сильнокислых почвах, расположенных на удалении до 5 км, в хемогенно-сегрегированных элементах концентрируется до 50 % мышьяка от массы почвы. В слабокислых почвах такой зависимости не выявлено. Конкреции являются своеобразным геохимическим барьером на пути миграции мышьяка в почвенном профиле.

Авторлар туралы

Mikhail Shabanov

St. Petersburg State Agrarian University

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: geohim.spb@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-4725-3673

Cand. Sc., Associate Professor

Ресей, 2, Peterburgskoe highway, Pushkin, St. Petersburg, 196601

Maksim Marichev

St. Petersburg State Agrarian University

Email: m.s.marichev@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-0429-2234

Cand. Sc., Head of Biochemical Laboratory

Ресей, 2, Peterburgskoe highway, Pushkin, St. Petersburg, 196601

Әдебиет тізімі

Қосымша файлдар