Статья: Оценка эколого-геохимического состояния аллювиальных почв пойм малых рек города Пермь

Результаты исследований

Окислительно-восстановительное состояние почв пойм

Морфология почв пойм в нижнем течении рек свидетельствует о микро- и макролокальной неоднородности окислительно-восстановительных условий. Микролокальность проявляется в формировании трубчатых железомарганцевых новообразований - роренштейнов. Оглеение в глееватых горизонтах представлено сизой окраской, охристыми примазками, потёками и пятнами. Глеевые горизонты G~ отражают анаэробные условия почвообразования (рис. 2).

Рис. 2. Строение профилей почв пойм нижних течений малых рек: Ива, Егошиха, Данилиха, Верхняя Мулянка и Ласьва г. Пермь (автор фото М.Н. Власов)

В почвах пойм малых рек г. Пермь периодически формируются устойчивые восстановительные условия. Периоды с окислительными процессами, при гН более 28 единиц, были кратковременны. В гумусовых горизонтах величина гН изменяется в интервале от интенсивно-восстановительных условий (7,3 единиц в почве поймы р. Ива) до окислительных (32,8 единиц в почве поймы р. Данилиха), а в глеевых горизонтах величина гН характеризует интенсивно-восстановительные условия. В то же время в глееватой почве поймы р. Ласьва в подповерхностном слое аллювия С~~, Х преобладали умеренно восстановительные условия (рис. 3).

Относительно стабильное окислительно-восстановительное состояние в интервале от интенсивно-восстановительных до умеренно восстановительных условий и нейтральная реакция среды способствуют закреплению в почвах пойм катионогенных потенциально токсичных элементов (РЬ, N1, 2п и др.).

Рис. 3. Динамика парциального давления водорода гН в почвах пойм малых рек: а) Ива,) Егошиха, с) Данилиха, б) Верхняя Мулянка и е) Ласьва; г. Пермь, 2006-2014 гг. По оси х - даты проведения режимных наблюдений; по оси у - значения показателя гН

Концентрация химических элементов в почвах пойм

Почвы пойм рек г. Пермь, по сравнению с условно фоновой почвой поймы в верхнем течении р. Малая Ива, имеют более высокую концентрацию ТМ и других химических элементов (табл. 1). В этом проявляется особенность урбопедогенеза в почвах пойм малых рек г. Пермь.

В пространственном распределении потенциальных токсикантов в наилках и почвах пойм г. Пермь выявлено не только значительное увеличение их общих концентраций в нижнем течении рек, но и высокий уровень их варьирования (V,%) (табл. 2).

Было установлено, что высокое варьирование концентраций характерно для техногенных элементов: S, Сг, РЬ, №, Р, Zn, Мg, Мп, Си, As, Са, среднее - у Ga и Zr и незначительное - у Rb, Y, Fe, А1, Si, Т^ Sr и К. Сильное варьирование содержания химических элементов в техногенных аномалиях по сравнению с фоновыми территориями отмечено Саетом [32].

Доли легкоподвижных (КНдАс с рН 4,8) и потенциально подвижных (оксалато- и дитиониторастворимых) форм ТМ от их валового содержания (%) в наилках и почвах пойм приведены в таблице 3.

Таблица 1

Валовой химический состав почв пойм малых рек г. Пермь

Примечание: х - среднее; тах - максимальное значение

Таблица 2

Ряды средних значений коэффициентов вариации (V,%) потенциальных токсикантов в почвах пойм малых рек г. Пермь

Таблица 3

Содержание легко- и потенциально подвижных форм тяжелых металлов в почвах пойм нижних течений малых рек г. Пермь,% от общей концентрации

Примечание: А - вытяжка ЫШАс с рН 4,8; О - вытяжка Тамма; Д - вытяжка Мера-Джексона; «-» - показатель не определялся; х и тах, соответственно, - средние и максимальные значения для почв пойм рек Ива, Егошиха и Данилиха.

В поймах рек Ива, Егошиха и Данилиха наибольшей подвижностью (КмА,%, средние и максимальные значения) обладают легкоподвижные формы Mn: 25-32%. Подвижность других элементов несколько ниже: РЬ 17-34% > Zn 16-31% > Си 11-23% > №6-15% > & 3-6% > Бе 1-2%. Низкая подвижность Сг, при его высоком общем содержании, ранее была установлена для аллювиальных почв поймы реки Одра в Польше [37]. Максимальная подвижность изученных металлов характерна для почв поймы р. Данилиха.

Доля потенциально подвижных оксалаторастворимых соединений ТМ в валовом содержании (КмО,%, средние и максимальные значения) высокая и составляет: для Zn - 38-72%, Си - 37-51%, №- 27-47%, Мп - 27-37%, Бе - 8-16%. Доля потенциально подвижных дитиониторастворимых соединений ТМ в валовом содержании (КмД,%, средние и максимальные значения) значительная и составляет: для Си - 66-97%, Мп - 5768%, Бе - 38-44%, Zn - 28-73%, №- 20-51%.

Фазовый состав минералов железа

Минералы железа, как и глинистые силикаты, а также гумус, являются фазами-носителями токсичных элементов в почвах. По данным мессбауэровской спектроскопии, было установлено, что в наилках и почве поймы р. Егошиха преобладают аморфные тонкодисперсные гидроксиды железа. Их доля достигает 60% от валового содержания железа. Среди оксидов железа на гематит приходится до 21%, а на магнетит - до 11% от общего Бе [38].

В магнитной фракции, выделенной из гумусового горизонта почвы поймы р. Егошиха электронно-микрозондовым и энергодисперсионным анализами, был диагностирован крупный магнетит неправильной формы и тонкодисперсный магнетит сферической формы (рис. 4). Магнетит в городских почвах на водоразделах г. Пермь ассоциирован прежде всего с никелем и медью, а также с хромом и цинком [39].

Химический состав частицы магнетита неправильной формы (рис. 4 а) в точке №1 характеризуется присутствием железа 70,11% от массы, кислорода - 23,40%, а также изоморфных примесей: Si - 0,90%, Са - 2,56, Сг - 2,23 и Мп - 0,79. В анализируемой точке №2 концентрация железа составляет 71,03% от массы, кислорода - 23,36%, в качестве изоморфных примесей присутствуют: А1 - 0,98%, Si - 0,70%, Са - 0,46, Сг - 0,91 и Мп - 2,56. Сферическая частица магнетита (рис. 4 Ь) в анализируемой точке №1 изоморфных примесей не содержит и состоит из железа - 76,16% и кислорода - 23,84% от массы.

Рис. 4. Электронно-микроскопические снимки частиц магнетита: а) неправильной и б)сферической формы в составе магнитной фракции поверхностного горизонта(ЛУ, иг, Х, 2-15 см) почвы поймы р. Егошиха

экологический геохимический токсичный почва река

Обсуждение результатов исследований

Эколого-геохимическое состояние почв пойм было оценено с помощью системы показателей содержания, внутрипочвенного и пространственного распределения, а также по взаимосвязи концентрации химических элементов.

Характеристика региональных концентраций химических элементов

Выявить особенности региональных концентраций химических элементов в почвах пойм позволяет их сравнение с уровнем кларка. Средние значения коэффициентов концентрации Кк (п = 62) химических элементов в наилках и почвах пойм промышленно-коммунальной зоны левобережной части г. Пермь образуют следующий геохимический ряд:

Кк среднее: Си 4,7 > 2п 4,0 > (РЬ, N1) 3,6 > Са 2,5 > Б 2,3 > М§ 1,5 > (Лб, Мп) 1,3 > Сг 1,1 >(Ре, Р) 1,0

Повышенное содержание в наилках и почвах пойм ТМ (Си, 2п, РЬ, N1, Сг), Лб, Мп и Р, по сравнению с уровнем кларка, объясняется влиянием не только местных геологических условий, но и мощным техногенным воздействием на компоненты окружающей среды города. Так, например, было ранее установлено, что Zn, Pb, №являются типичными техногенными токсикантами русловых осадков р. Данилиха [40]. Не случайно территория г. Пермь и его пригородов характеризуется некоторыми учеными как природно-техногенная Среднекамская литогеохимическая аномальная зона [23].

В почвах пойм верхних течений рек Ива, Егошиха, Данилиха и нижних течений рек Ива и Верхняя Мулянка на территории промышленно-коммунальной зоны периферии города формируются узкие и широкие полиэлементные геохимические аномалии с числом присутствующих элементов N более 7 и 10, соответственно, со слабой интенсивностью Ях от 1,3 до 2,3 единиц. В гумусовых и глеевых горизонтах почв пойм рек Егошиха и Данилиха на территории промышленно-коммунальной зоны центра города, формируются широкие полиэлементные аномалии Кк со средней (от 4,0 до 4,5) и высокой (6,3) интенсивностью Rх. Почвенные геохимические аномалии образуются при участии сточных промышленных и коммунальных вод, а также вод поверхностного стока с водораздельных городских ландшафтов и автомагистралей города.

В почвах поймы р. Ласьва в агропоселковой зоне правобережной части города формируются широкие полиэлементные аномалии Кк со средней интенсивностью Rх. Средние значения коэффициентов концентрации Кк (п = 18) образуют следующий геохимический ряд:

Кк среднее: п, Рб) 5,1 > Са 2,5 > Си 2,3 > Мп 2,1 > (Лб, N) 1,6 > Р 1,4

Наиболее высокие значения Кк в ассоциациях имеют халькофильные элементы, обладающие высокой технофильностью и токсичностью.