Магнитная восприимчивость и эколого-геохимическая оценка почвенного покрова урбанизированных территорий восточной окраины русской равнины (стр. 5 )

Таким образом, дифференциация МВ магнетита/маггемита в почвах г. Перми связана не только и не столько с разнообразием его техногенных источников [, 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 разномагнитных почв, второй критерий – анализ взаимосвязи МВ и концентрации поллютантов.

Первый критерий. Дисперсионный анализ и оценка разницы концентрации поллютантов по t-критерию Стьюдента выявили достоверно более высокое содержание Ni, Cu, Pb, Cr, Zn и As в высокомагнитных почвах.

Центильный 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

ОМВ*10-3 СИ	n	Центиль	Zn	As	Pb	Cr	Ni	Cu
А (< 1,0)	50	25	65	5	17	48	35	31
75	124	9	52	137	65	69
В (>1,0)	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 Zn, Pb, Cu, Cr превышают ПДК. Концентрация As в интервалах «нормы» в разномагнитных почвах превышает ПДК, но существенно не различается. Суммарные показатели загрязнения (∑Ковал, ∑Коподв, Zc Сает, ZFe) достоверно выше в высокомагнитных почвах.

Техногенность (Тф) Ni, Cu, Zn и As в высокомагнитных почвах выше (табл. 11). В низкомагнитных почвах Cr не является техногенным элементом (Тф<50%).

Таблица 11 - Техногенность относительно фона (Тф) ТМ и As в низкомагнитных (А) и высокомагнитных (В) почвах г. Перми

Уровень МВ	Значение техногенности для химических элементов
А	As85 > Sr79 > Pb69 > Zn65 > Ni64 > Cu63 > Ga59 > Mn56 > Rb55 >Y54
В	As86>Ni85>Sr80>Zn77>Cu74>Pb72 = Cr72 > Mn63 > Ga61 > Rb55 > Y55

Взаимосвязь. Цинк в почвах ассоциирован с Cu, Pb и As. В геохимических парах Zn-Cu, Zn-Pb, Cu-Pb тесные связи (r=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).

В

А

r

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

Железо образует тесные геохимические парные ассоциации с Ni, Cr, Cu, As. В высокомагнитных почвах наиболее высокий r по Спирмену (>0,9) в парах элементов группы железа: Fe-Cr, Fe-Ni, Cr-Ni.

Тесная связь Fe и ТМ позволяет провести нормирование концентрации ТМ (табл. 12). Нормирование ТМ по Fe обычно используют для эколого-геохимической оценки донных отложений [, 2001]. Для городских почв нормирование по Fe нами проведено впервые. Высокие нормированные концентрации характерны для Pb и Cu. Региональные фоновые концентрации ТМ в почвах Предуралья выше кларка, что занижает оценку степени опасности по показателю Zc (табл. 12). Более объективно загрязнение почв отражает показатель ZFe. Для оценки суммарного показателя загрязнения ZFe предлагается использовать существующую шкалу Саета и соответствующие ей категории опасности. Показатель ZFe позволяет достоверно различить низкомагнитные и высокомагнитные почвы. В почвах г. Перми ZFe 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 As, нормированные по железу и суммарные показатели загрязнения (ZFe и Zc) в почвах г. Перми

№ обр.	ОМВ* 10--3 СИ	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 кларков, *103
		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-летия г. Перми; 4 - ; 5- Шоссе Космонавтов, 108; 6 - ул. Уральская, 78

Второй критерий. Содержание Ni, Cr, Cu, As и Mn в почвах города достоверно связано с величиной МВ (табл. 13). В высокомагнитных почвах r по Спирмену выше для Ni, Cr, As и Mn, но ниже для Cu.

Таблица 13 - Коэффициенты корреляции между величиной ОМВ и

концентрацией ТМ в почвах г. Перми, n=122

Zn

As

Pb

Cr

Ni

Cu

Mn

Sr

Ga

Rb

Y

Zr

ΣNi+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 Ni, Cr, Cu также достоверно связаны, r по Спирмену составляет 0,84; 0,78; 0,43, соответственно.

Кластерный анализ подтвердил, что наиболее высокий уровень сходства с величиной МВ имеет Ni, а затем Cr. Для кластера Zn-Pb-Cu 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 литогенного фактора и учитывать только техногенный фактор загрязнения городских почв ТМ (рис. 9, табл. 14). Для Ni и Cr уравнения регрессии характеризуются достоверным индексом корреляции, с высоко поднятой от оси Х линией тренда.

Ni Ci/Cф

y =3,9988x + 3,6471 R² = 0,5185

Cr Ci/Cф

Рисунок 9 - Связь, нормированных к фону, концентраций Ni, Cr и

УМВ в почвах г. Перми

Таблица 14 - Корреляционные зависимости между концентрацией ТМ и УМВ в почвах г. Перми, n=122

Элемент	Форма корреляционной связи, формула	R²	Элемент	Форма корреляционной связи, формула	R²
Ni	y= 1,6897x – 0,0086	0,6553	Zn	y = 1,8961x + 2,1473	0,1063
Сr	y = 3,9988x + 3,6471	0,5185	Pb	y = 0,2505х+4,9045	0,0312
Cu	y = 0,7x + 4,5836	0,1189	Zc	y = 0,442х+1,5443	0,4274

Линии тренда для Zn и Cu более приближены к оси Х, чем для Ni и Cr. Для Zn и Cu регрессионная зависимость проявляется в большей степени в низкомагнитных почвах, а для Ni и Cr – в высокомагнитных.

При оценке суммарного загрязнения почв ТМ по величине ОМВ установлены средняя и высокая достоверная связь МВ с суммарными показателями загрязнения – Zc, ∑ Ковал, ∑ Коподв.

Высокая и достоверная связь МВ и концентрации Ni позволила создать детальную картосхему содержания Ni в почвах г. Перми. Для этого по уравнению регрессии был проведен расчет содержания Ni 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 [ Н, , 2009], и это представляет серьезную угрозу для жителей города, так как почвы участвуют в формировании химического состава приземного слоя воздуха [, 2008; , 2008]. Так, по данным [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.

Заключение

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 – нестехиометричный магнетит/маггемит. Степень нестехиометричности магнетита/маггемита зависит от генезиса городских почв. Мартитизация магнетита сопровождается снижением его МВ.

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 Ca, Mg, S, Cl, P в почвах города значительно выше кларка и фона. Магний тесно ассоциирован с железосодержащей фазой почвы.

5. Техногенность Zn, Pb, Cr, Ni, Cu, Ga, As и Sr в почвах города высокая и возрастает с увеличением МВ почв.

6. Уровень загрязнения Zn, Pb, Cr, Ni, Cu и As части почвенного покрова г. Перми (более 25% площади) опасный как по валовому содержанию ТМ, так и по содержанию подвижных форм Cr, Ni Pb, Cu. В высокомагнитных почвах уровень загрязнения выше, чем в низкомагнитных.

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

8. Экспресс-методы измерения МВ позволяют достоверно определить в почвах г. Перми концентрацию Ni, Cr, содержание их подвижных форм и суммарное валовое содержание ТМ в составе техногенно-геохимической ассоциации элементов - Ni+Cr+Zn+Pb+Cu.

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, тяжелых металлов в почвах г. Перми / , , Е. С. Лобанова // Доклады РАСХ. – 2008. – № 4. – С. 37-40.

2.  Водяницкий, тяжелыми металлами и металлоидами почв г. Пермь / , , Е. С. Лобанова // Агрохимия. – 2009. – № 4. – С. 60-68.

3.  Водяницкий, тяжелых щелочноземельных (Sr, Ba) и редкоземельных (Y, La, Ce) металлов в промышленно загрязненных почвах / , , , , // Почвоведение. – 2010. – №7. – С. 8

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

5.  Лобанова, Е. С. Агрохимические свойства и валовой химический состав техногенных поверхностных образований центральной части г. Перми / // Материалы LXVI Всероссийской науч.-практ. конф. молод. уч., асп. и студ. – Пермь: Изд-во ФГОУ ВПО Пермская ГСХА, 2008. – Ч.1. – С. 68-69.

6.  Лобанова, Е. С. Магнитная восприимчивость почв придорожных территорий улиц города Перми / , // 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 / // Материалы LXIX Всероссийской науч.-практ. конф. молод. уч., асп. и студ. «Молодежная наука: технологии, инновации». – Пермь: Изд-во ФГОУ ВПО Пермская ГСХА, 2009. – Ч.1. – С. 102-103.

8.  Васильев, спектроскопия в диагностике загрязненных тяжелыми металлами почв г. Перми / , , // 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, элементного химического состава почв с применением методов математической статистики / , Е. С. Лобанова // Молодежная наука 2012: технологии, инновации, материалы Всероссийской науч.-практ. конф. – Пермь: Изд-во ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА, 2012. – Ч.1. – С. 213-216.

10.  Васильев, индикация загрязнения подвижными формами тяжелых металлов (Mn, Cr, Cu, Pb, Ni) почв г. Перми / , // Инновации аграрной науки – предприятиям АПК, материалы Международной науч.-практ. конф. Пермь: ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА, 2012. – Ч.1. – С. 163-166.

11.  Лобанова, Е. С. Неоднородность магнитной восприимчивости дерново-подзолистых почв южной окраины г. Перми / , // Молодежная наука 2013: технологии, инновации, материалы Всероссийской науч.-практ. конф. Пермь: Изд-во ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА, 2013. – Ч.1. – С. 177-180.

12.  Васильев, магнитной восприимчивости почвенного покрова г. Перми / А. А Васильев, // Пермский аграрный вестник. – 2013. – № 3. – С. 24-27.