ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.09.2020
Просмотров: 5869
Скачиваний: 9
Доклады Всероссийской научной конференции
155
Литература
1. Крючков В.В. Закономерности изменения экосистем Севера при его хозяйственном освоении //
Экология. 1983. № 6. С. 65-67.
2. Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена. 2004. 342 с.
3. Виноградов А.П. Геохимия редких и рассеянных химических элементов в почвах. М.: Изд-во АН
СССР. 1957. 238 с.
4. Крештапова В.Н. Агрогеохимия торфяных почв Нечерноземной зоны Европейской части РСФСР //
Автореф. дис. …д-ра с.-х.н. М. 1991. 44 с.
5. Сыроечковский Е.Е., Куваев В.Б. и др. Большой Арктический заповедник //Заповедники России.
Заповедники Сибири. М.: Логата. 2000. С. 56-81.
УДК 631.4
ПРИМЕНИМОСТЬ 1Н HNO
3
ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ТЕХНОГЕННЫХ ФОРМ
ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ ПОЧВ
М.М. Карпухин, Д.В. Ладонин
ф-т почвоведения МГУ, Москва, e-mail: kmm82@yandex.ru
1 н. HNO
3
вытяжка была рекомендована Я.В. Пейве и Г.Я. Ринькисом для извлечения из некарбонатных
и малокарбонатных почв Нечерноземной зоны России «подвижных» форм соединений кобальта, а 1 н. HCl –
меди [1]. Дальнейшие исследования показали, что обе вытяжки не только практически равноценны по степени
извлечения из почвы кобальта и меди, но и подходят для большого набора элементов. Считается, что 1 н. азотная
кислота растворяет такие соединения тяжелых металлов (ТМ) техногенного происхождения, как оксиды и
сульфиды. Именно в виде этих соединений ТМ поступают в почву в зоне воздействия газо-пылевых выбросов
промышленных предприятий и транспорта. При высоком уровне загрязнения в 1 н. HNO
3
вытяжку может
переходить до 90-95% от валового содержания ТМ в почве. Применение данного экстрагирующего раствора
должно выявлять загрязнение почв ТМ, которое потенциально опасно, т.е. извлекать не только легкоподвижные
соединения ТМ, но и запас более прочно связанных с почвой соединений, которые, претерпевая химические
превращения, могут поступать в окружающую среду.
В нашей работе мы попытались выяснить, какие же формы соединений ТМ извлекает 1 н. HNO
3
вытяжка из почвы. Для этого был поставлен модельный эксперимент. Объектами исследования выступали
образцы гумусовых горизонтов двух почв: дерново-среднеподзолистой легкосуглинистой почвы и чернозема
выщелоченного среднесуглинистого.
Таблица 1
Некоторые химические свойства горизонтов А дерново-подзолистой почвы и чернозема
выщелоченного
Почва
С орг., % pH
H2O
ЕКО
станд.
, ммоль(+)/100 г Fe по Тамму, %
Дерново-подзолистая
1,71
5,42
9,17
1,25
Чернозем выщелоченный
5,48
5,82
38,50
2,74
В почвы были внесены Ni, Zn, Cu, Pb
в форме легкорастворимых солей либо оксидов этих металлов в
концентрациях:
4 г/кг; 0,4 г/кг и 0,04 г/кг. Модельный эксперимент продолжался полгода [2].
С целью установления форм соединений ТМ, присутствовавших в почве после окончания модельного
эксперимента, была использована методика фракционирования BCR (табл.2), разработанная Бюро эталонов
Европейского Союза.
Таблица 2
Схема фракционирования по методике BCR
№
Название фракции
Экстрагенты
1
Кислоторастворимая (наименее прочно связанная с
почвенными компонентами часть ТМ)
0,11 М CH
3
COOH,
pH 3
2
Восстанавливаемая (связанная с гидроксидами и
оксидами Fe и Mn)
0,1 М NH
2
OH-HCl
в 25% CH
3
COOH
3
Окисляемая (связанная с органическим
веществом)
27% H
2
O
2
+1M CH
3
COONH
4
4
Остаточная (связанная с алюмосиликатами)
H
2
O
2
+ HNO
3
В ходе анализа полученных результатов мы не будем останавливаться на фракционной картине
извлечения ТМ методом BCR, а сравним излечение металлов из почвы обоими методами. Предполагается,
что в 1 н. HNO
3
вытяжку должны переходить ионы ТМ, попавшие в почву при загрязнении, в том числе и
слабоподвижные, т.е. достаточно прочно связанные [3, 4]. Таким образом, стоит предположить, что суммарное
количество ТМ, извлекаемое из почвы по методу BCR, за исключением остаточной фракции, должно
соответствовать количеству ТМ, извлекаемых 1 н. HNO
3
вытяжкой.
Исходя из наших данных (табл. 3), мы видим, что такая картина в общих чертах наблюдается только для
цинка во всех вариантах опыта, с натяжкой можно сказать, что и для меди в дерново-подзолистой почве мы
имеем схожие результаты. Свинца по методу BCR извлекается в среднем треть от внесенного количества, в то
время как 1н HNO
3
извлекает около 90-100% внесенного свинца во всех вариантах опыта.
Геохимия ландшафтов и география почв (к 100-летию М.А. Глазовской)
156
Таблица 3
Доля извлечения ТМ из почв, в процентах от внесенного количества в зависимости от варианта
эксперимента
Варианты опыта
Элемент
Вносимая
доза, мг/кг
Доля
извлеченного
металла, %
Элемент
Доля извлеченного
металла, %
1н
HNO
3
BCR
1н HNO
3
BCR
д/п
нитрат
Zn
40
45,4
60,8
Pb
100,0
25,2
400
53,5
58,6
96,7
40,7
4000
86,1
87,1
100,0
28,1
оксид
40
41,8
63,2
91,2
22,8
400
53,5
68,0
85,9
16,1
4000
70,9
85,6
99,3
33,0
чернозем
нитрат
40
75,9
75,5
90,5
14,5
400
71,5
97,9
88,1
23,6
4000
94,9
100,0
94,4
35,6
оксид
40
73,2
100,0
99,6
16,0
400
63,0
65,3
90,3
22,8
4000
93,0
75,0
96,1
35,7
д/п
нитрат
Cu
40
69,8
60,3
Ni
92,9
64,3
400
61,1
72,2
99,9
66,2
4000
61,2
76,6
100,0
64,9
оксид
40
22,9
16,2
2,7
7,5
400
22,5
21,2
0,9
0,8
4000
15,4
15,9
0,4
0,3
чернозем
нитрат
40
65,4
52,2
100,0
88,1
400
60,5
39,7
100,0
75,5
4000
59,4
52,6
99,8
66,8
оксид
40
41,4
40,4
2,7
19,6
400
32,7
24,1
3,5
2,3
4000
19,5
17,7
0,5
0,7
Такая же картина наблюдается и для никеля, в вариантах с внесением его в форме нитрата в почву, т.е.
кислота извлекает весь внесенный никель, а метод BCR – только 60-70% от внесенного количества.
Наибольший интерес представляют результаты извлечения меди и никеля, внесенных в почву в форме
оксидов. Для обоих методов результаты практически совпадают. При этом видно, что меди извлекается 15-40% от
внесенной в почву, в то время как в варианте с внесением меди в форме нитратов ее извлекалось 60-70%. Такая
же зависимость повторяется и для никеля, только здесь результаты еще более контрастны, в варианте внесения
никеля в форме оксида его извлекается из почвы 1н HNO
3
до 3,5%, в то время как внесенного в виде нитратов –
до 100%. Существует несколько возможных причин объяснения полученных результатов для каждого элемента.
Сосредоточение меди в остаточной фракции, по-видимому, вызвано слабым растворением CuO.
Такое предположение подкрепляется тем фактом, что оксид меди обладает наименьшим произведением
растворимости (ПР) из всех исследуемых ТМ и, следовательно, растворим хуже всего.
Таблица 4
Растворимость оксидов ТМ [5]
Элемент
Реакция
pПР
Ni
NiO(т) + 7H
2
O ↔ [Ni(H
2
O)
6
]
2+
+ 2OH
-
15,77
Cu
CuO(т) + 5H
2
O ↔ [Cu(H
2
O)
4
]
2+
+ 2OH
-
20,32
Zn
ZnO(т) + 5H
2
O ↔ [Zn(H
2
O)
4
]
2+
+ 2OH
-
16,66
Pb
PbO(т) + 4H
2
O ↔ [Pb(H
2
O)
3
]
2+
+ 2OH
-
15,42
Казалось бы слабое извлечение никеля из почвы по обоим методам также должно быть связано с малой
растворимостью оксидов никеля, но это не так. Термодинамическое произведение растворимости NiO (табл. 4)
практически совпадает с ПР PbO, дающего совершенно другие результаты. К такому же выводу относительно
растворимости NiO мы приходим, если сравнивать энергии Гиббса растворения оксидов (табл. 5).
Возможно, причина слабого извлечения никеля кроется в том, что реальная растворимость NiO
может существенно отличается от табличного значения, в том числе и потому, что её трудно рассчитать, т.к.
монооксид никеля представляет собой нестехиометрическое кристаллическое соединение вида NiO
x
, где х≈1,
существующее в α и β-формах, различающихся по строению кристаллической решетки и некоторым физико-
химическим свойствам.
Доклады Всероссийской научной конференции
157
Таблица 5
Энергии Гиббса реакций растворения оксидов ТМ [5]
Элемент
Реакция
G, кДж/моль
Ni
NiO + 2H
+
=Ni
2+
+ H
2
O
- 89,8
Cu
CuO + 2H
+
=Cu
2+
+ H
2
O
- 42,6
Zn
ZnO + 2H
+
=Zn
2+
+ H
2
O
- 63,7
Pb
PbO + 2H
+
=Pb
2+
+ H
2
O
- 72,3
Другой причиной может быть образование α-Ni(OH)
2
и/или Ni/Al слоистых двойных гидроксидов
(СДГ), скорость образования и устойчивость которых в почве очень высока [6]. При внесении никеля в форме
оксидов образование этих соединений протекает особенно быстро, так как первой его стадией является их
гидратация.
Итак, по данным модельного эксперимента можно заключить, что ни один из двух методов извлечения
ТМ из почвы не является универсальным для всех ТМ. Так, 1н HNO
3
можно рекомендовать для извлечения
из почвы техногенных соединений Pb и
Zn
, в то время как Cu и Ni, попадающие в почву в виде оксидов,
слабо подвержены извлечению 1н. HNO
3
, хотя известно, что в условиях техногенного загрязнения большое
количество ТМ попадает в почву именно в этой форме. Безусловно, эта форма соединения является опасным
источником ионов ТМ для растений и почвенной фауны, т.к. растворение оксидов может существенно ускорится
под действием изменяющихся условий окружающей среды. Нельзя рекомендовать 1н HNO
3
, как единственную
универсальную вытяжку для извлечения из почвы любых ТМ, поступивших в результате загрязнения, т.к. не
все техногенные формы соединений или продукты их трансформации данная вытяжка может разрушить и
перевести в раствор. При почвенно-экологическом мониторинге не стоит отказываться от трудоемкого, но
надежного метода определения валового содержания ТМ, а также от определения фракционного состава
соединений ТМ методами последовательных селективных вытяжек. Совместное использование разных
методов позволяет получить более объективную картину поведения в почве техногенных соединений ТМ.
Литература
1. Методические рекомендации по проведению полевых и лабораторных исследований почв и
растений при контроле загрязнения окружающей среды металлами // Москва, Гидрометеоиздат,
1981.
2. Ладонин Д.В., Карпухин М.М. Фракционный состав соединений никеля, меди, цинка и свинца в
почвах, загрязненных оксидами и растворимыми солями металлов // Почвоведение, №8, 2011, с. 953-
965.
3. Ильин В.Б. Оценка существующих экологических нормативов содержания тяжелых металлов в
почве // Агрохимия, № 9, 2000, с. 74-79.
4. Коршиков А.А., Безгина Ю.А. Проблемы нормирования содежания тяжелых металлов в почвах и
растениях // Защита и карантин растений, Ставрополь, 2003, с. 128-132.
5. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. М., Химия, 1971 г, с. 456.
6. Scheckel K.G., Scheinost A.C., Ford, R.G., Sparks, D.L. Stability of layered Ni hydroxide surface
precipitates-a dissolution kinetics study // Geochimica et Cosmochimica Acta, 2000, V. 64 (16), p.2727-
2735.
УДК 911.2:631.4
ТИПОМОРФНЫЙ КОМПЛЕКС ГЕОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ЛАГУННО-МАРШЕВЫХ
ЛАНДШАФТАХ ЗАПАДНОГО ПРИКАСПИЯ
М.С. Касатенкова, Н.С. Касимов, М.Ю. Лычагин
Географический факультет МГУ имени М.В.Ломоносова, Москва, e-mail: kasatenkova2010@yandex.ru
Геохимическая трансформация прибрежных почв при подъеме уровня моря связана со сложным
сочетанием ландшафтно-геохимических и эпигенетических процессов, которые были проанализированы
в плане их стадиальности, количественной выраженности и скорости протекания при изучении лагунно-
маршевых ландшафтов участка «Турали» (побережье Дагестана) [1]. Для описания и объяснения поведения
веществ в прибрежных ландшафтах использовались представления М.А.Глазовской [2] о ландшафтно-
геохимических процессах (ЛГП) как совокупности биогеохимических и физико-химических явлений,
сопровождающихся пространственной дифференциацией химических элементов. В прибрежной зоне
протекают главным образом гидрогенные и биогенные ЛГП с преобладанием водной и биогенной миграции,
с нахождением элементов преимущественно в миграционно-активных, подвижных формах (сульфидогенез,
глеегенез, гумусонакопление, оксидогенез, галогенез).
При изучении геохимических изменений, связанных с подъемом уровня моря, в почвах и отложениях
лагунно-маршевых ландшафтов на ключевых участках Западного Прикаспия (Апшеронский п-ов, Кура-
Араксинская и Ленкоранская низменности) было выявлено, что затопление и подтопление почв также ведет к
возникновению ряда ЛГП, и можно выделить типоморфный комплекс геохимических процессов, характерных
для лагунно-маршевых ландшафтов западного побережья Каспийского моря.
Одним из основных ЛГП в аридных областях является
галогенез.
При подъеме уровня моря в результате
затопления и подтопления прибрежных ландшафтов солеными морскими водами происходит накопление
Геохимия ландшафтов и география почв (к 100-летию М.А. Глазовской)
158
легкорастворимых солей в почвах и отложениях. Особенно ярко галогенез проявляется в субаридных и
аридных прибрежных ландшафтах полупустынь (участки «Турали» и Апшеронский п-ов) и сухих субтропиков
(Кура-Араксинская низменность), где испаряемость превышает количество осадков и возможна испарительная
концентрация природных растворов. Во влажных субтропиках в пределах Ленкоранской низменности данный
процесс выражен слабо.
Ведущим ЛГП, влияющим на дифференциацию химических элементов в ландшафтах лагунных берегов
Каспийского моря, является
сульфидогенез
. В почвах и отложениях прибрежных ландшафтов протекает
процесс гетеротрофной сульфатредукции с окислением органического вещества, в результате которого
происходит образование сульфидов. Таким образом, основными факторами, определяющими интенсивность
протекания сульфидогенеза в прибрежных ландшафтах, являются количество органического вещества в
почвах и сульфатов в поверхностных и грунтовых водах. Наиболее интенсивно данный процесс протекает
на участке «Турали» и Ленкоранской низменности, что связано с большой продуктивностью растительных
ассоциаций. По значениям
Eh
, интенсивности окраски и запаху сероводорода можно выделить несколько
стадий развития сульфидогенеза в прибрежных ландшафтах.
Процессы
оксидогенеза
в прибрежных ландшафтах лагунных берегов связаны с окислением сульфидов
в верхних горизонтах маршевых почв и накоплением гидроксидов железа и других металлов. Оксиды железа
при осаждении образуют такие минералы, как ферригидрит и гидрогетит, которые придают охристую,
оранжевую и кирпично-красную окраску ожелезненному горизонту (Ofe).
В результате развития лугово-болотной растительности в пределах лагунно-маршевых ландшафтов при
подъеме уровня моря произошло усиление процесса
гумусонакопления
в прибрежных почвах. Содержание
гумуса во влажно-луговых и маршевых сульфидных почвах по сравнению со слаборазвитыми субаэральными
песчаными почвами увеличилось в 3-4 раза.
Степень проявления и интенсивность развития ЛГП различаются на изученных участках западного
побережья Каспия. Биогеохимическое окисление двухвалентного железа наиболее ярко проявляется на
участке «Турали», где мощность сформировавшегося ожелезненного горизонта может достигать 1-3 см. На
интенсивность протекания оксидогенеза указывают значения коэффициента накопления железа Ka в горизонте
Ofe, которые снижаются от 7,2 до 1,3 по направлению от участка «Турали» до Кура-Араксинской низменности.
Содержание валового железа в горизонте Ofe возрастает в 7,2 раза по сравнению с его содержанием в
песчаных пляжевых отложениях. На остальных участках интенсивность оксидогенеза меньше и мощность
ожелезненных горизонтов не превышает 1 см.
По интенсивности развития галогенеза в прибрежных ландшафтах Кура-Араксинской низменности
можно выделить две зоны. Первая – это болотные и солончаковые ландшафты, где минерализация почвенных
растворов составляет 2-6 г/л. Вторая зона – это донные отложения лагуны с большей минерализацией (до 10
г/л). В лагунных водах этого района по сравнению с лагуной участка «Турали» увеличивается доля хлоридов,
поэтому тип засоления донных отложений становится сульфатно-хлоридным.
В маршевой зоне прибрежной катены Кура-Араксинской низменности установлены две стадии
эволюции сульфидогенеза. В донных гидротроилитовых отложениях лагуны Eh опускается до -320
мВ. В маршевых отложениях возникает ярко выраженная слоистость, чередование пляжевых осадков с
темно-серыми сульфидными песчаными отложениями, что связано с динамическим состоянием лагуны
(затопление-осушение), с намывом и эоловым перевеванием незакрепленных пляжевых отложений. Процесс
гумусонакопления в приморских солончаках выражен слабо, содержание гумуса составляет менее 1%. В
почвах болотных ландшафтов его интенсивность возрастает: содержание гумуса здесь до 3-4%.
На Ленкоранской низменности в условиях влажных субтропиков происходят в основном процессы
рассоления почв луговых ландшафтов. Грунтовые воды преимущественно слабоминерализованы и имеют
гидрокарбонатно-сульфатно-хлоридный состав. Только в болотных и лагунных ландшафтах происходит
накопление легкорастворимых солей (до 3 г/л). Самыми низкими значениями Eh и наибольшей мощностью
сульфидизированных отложений (до 30-40 см) на ленкоранском побережье характеризуются современные
лагунные отложения. В болотных и луговых ландшафтах происходит постепенное понижение уровня
грунтовых вод, что способствует повышению Eh и формированию переходных сульфидно-глеевых горизонтов
во влажно-луговых и маршевых почвах.
Процесс оксидогенеза на ленкоранском побережье выражен слабо, поэтому ожелезненный горизонт
для маршевых почв этого района не характерен.
Гумусонакопление в этом части Прикаспия протекает весьма интенсивно: даже в слаборазвитых
гидроморфных почвах содержание гумуса составляет около 3%, а в прибрежных болотных ландшафтах оно
повышается до 5-9% (иногда до 12-14%). Это объясняется высокой продуктивностью растительных сообществ
в условиях влажных субтропиков.
В прибрежных ландшафтах Апшеронского полуострова наиболее ярко выражен процесс галогенеза:
содержание солей в почвах и отложениях может достигать 90 г/л.
Эволюция сульфидогенеза здесь также включает три стадии. Первая стадия характерна для донных
отложений лагуны, где господство восстановительных условий и присутствие сульфатов морской воды
приводит к понижению Eh до -200 мВ и образованию гидротроилита. Вторая стадия проявляется в маршевой
зоне, где формируются маршевые слоистые почвы и сульфидно-глеевые слоистые приморские солончаки. В
результате штормовых нагонов происходит переслаивание сульфидных горизонтов со свежими песчаными
наносами. В луговых ландшафтах в глеево-сульфидных горизонтах влажно-луговых почв развивается третья
стадия сульфидогенеза.
Доклады Всероссийской научной конференции
159
Процесс оксидогенеза на этом участке побережья выражен слабо: мощность ожелезненного горизонта
в маршевых сульфидных почвах в среднем всего 0,3 см, при этом валовое содержание Fe возрастает в 1,7 раза
относительно пляжевого фона.
Условия гумусонакопления на апшеронском побережье близки к наблюдаемым на участке «Турали». В
слаборазвитых гидроморфных почвах, формирующихся на современной морской террасе, содержание гумуса
низкое, а в маршевых почвах болотных ландшафтов оно составляет до 3-4 %.
Таким образом, направленность и интенсивность ЛГП в лагунно-маршевых ландшафтах на разных
участках западного побережья Каспия определяются биоклиматическими и гидрогеохимическими факторами
(рис.1). На Апшеронском полуострове и Кура-Араксинской низменности в условиях сухих субтропиков
интенсивно протекает процесс галогенеза, приводящий к увеличению минерализации почвенных растворов
до 90 г/л. На Ленкоранской низменности в зоне влажных субтропиков интенсивно протекают процессы
гумусонакопления (до 14 % в маршевых сульфидных почвах) и сульфидогенеза. На дагестанском побережье
(участок «Турали») в зоне полупустынь умеренного пояса наиболее ярко проявляется оксидогенез,
увеличивающий валовое содержание Fe в верхних горизонтах маршевых почв в 7 раз.
Рисунок 1 - Ландшафтно-геохимические процессы на западном побережье Каспия
Литература
1. Касимов Н.С., Геннадиев А.Н., Лычагин М.Ю., Крооненберг С.Б., Кучеряева В.В. Геохимические
изменения прибрежных почв Центрального Дагестана при подъеме уровня Каспийского моря.//
Почвоведение. 2000. №1.С. 16-27.
2. Глазовская М.А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов СССР. М.: Высшая школа. 1988.
324 с.
УДК 631.82
ПРОДУКТИВНОСТЬ ФИТОЦЕНОЗОВ ЛУГОВЫХ ЛАНДШАФТОВ ДЕЛЬТЫ РЕКИ СЕЛЕНГИ
И НАКОПЛЕНИЕ В НИХ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ
В.К. Кашин, С.Б. Сосорова
Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН, Улан-Удэ, e-mail: vladkashin2008@rambler.ru
Поймы и дельты рек – это особые типы ландшафтов, резко отличающиеся от окружающих их
ландшафтов водораздельных территорий. Главными причинами их самобытности являются периодические
затопления паводковыми водами (поемность) и отложение на поверхности песчаных и илистых осадков
(аллювиальность).
Дельта р. Селенги (площадь 1120 км
2
) представляет собой весьма важный участок для всей экосистемы
оз. Байкал. Это определяется тем, что: 1) через нее проходит 50 % среднего годового стока речных вод в озеро,
2) экосистемы дельты являются своеобразным «биологическим фильтром», в значительной мере очищающим
воду р. Селенги от различных примесей, в том числе и от тяжелых металлов. Кроме того, дельта р. Селенги,
несмотря на то, что относится к зоне особого режима природопользования, является объектом интенсивного
сельскохозяйственного использования, имеющим большое значение в экономике Кабанского района Республики
Бурятия. Здесь осуществляется сенокос, выпас скота, часть болот осушена для выращивания трав.
Исследования проводили в 2001–2005 гг. Ключевые пробные площадки (14) закладывали на
типичных участках луговых ландшафтов дельты. Пробы почв и растений отбирали в период наибольшей
биопродуктивности (массового цветения растений-доминантов). Продуктивность надземной массы
луговых фитоценозов изменялась в пределах 240–924 г/м
2
воздушно-сухого вещества (среднее 442
± 52 г/м
2
), коэффициент вариации составил 44 %. Такие значительные колебания продуктивности
фитоценозов обусловлены особенностями орографических факторов и обеспеченностью почв
элементами минерального питания и условиями водоснабжения. Для дельты р. Селенги характерны
следующие основные группы экосистем – экосистемы лугово-болотных травянистых сообществ,