Fractional and group composition of Cr, Ni and Mn compounds in the main types of soils in background and contaminated areas of the forest-steppe zone of the Novosibirsk region

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The studies were conducted at 23 sites laid out on the soils of background and contaminated territories exposed to the Novosibirsk Stannum Plant, thermal power plant, highways of the forest-steppe zone of the Novosibirsk region. The soils are represented by alluvial, Rendzic Leptosols, Luvic Greyzemic Phaeozems, Luvic Chernozems, urbanozems, and agrozems. The total content of Cr and Mn in the studied soils does not exceed the approximate permissible concentration of metals. In sandy and sandy loam soils of the Novosibirsk agglomeration, the approximate permissible concentration for Ni was found to be exceeded. An increase in the mobility of heavy metals in soils of contaminated zones was revealed. Analysis of the fractional-group composition of Ni, Mn, and Cr compounds in soils using a the author’s combined fractionation scheme made it possible to trace in detail the transformation of heavy metal compounds in soils subject to anthropogenic influence. The group of loosely bound Mn compounds characterizing the bioavailability of the metal accounts for up to 38% of the sum of fractions, mainly due to active interaction it with Fe–Mn oxides and carbonates. The group of tightly bound Cr compounds accounts for up to 98% of the sum of fractions, with most of the metal concentrated in the residual fraction (up to 89% of the group). In the case of Ni, Fe–Mn oxides (up to 20%) and organic matter (up to 12%) play a major role in strong retention. Using the soil buffering capacity index with respect to heavy metals an assessment of the influence of soil properties on the accumulation and strength of element fixation is given. Active participation of non-silicate Fe compounds in alluvial sandy loam and sandy soils in the retention of the metals under consideration is established.

Full Text

Restricted Access

About the authors

T. I. Siromlya

Institute of Soil Science and Agrochemistry of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: chaplygin@sfedu.ru
Russian Federation, Novosibirsk, 630090

M. V. Burachevskaya

Southern Federal University

Email: chaplygin@sfedu.ru
Russian Federation, Rostov-on-Don, 344006

S. S. Mandzhieva

Southern Federal University

Email: chaplygin@sfedu.ru
Russian Federation, Rostov-on-Don, 344006

T. M. Minkina

Southern Federal University

Email: chaplygin@sfedu.ru
Russian Federation, Rostov-on-Don, 344006

N. P. Chernikova

Southern Federal University

Email: chaplygin@sfedu.ru
Russian Federation, Rostov-on-Don, 344006

A. V. Barakhov

Southern Federal University

Email: chaplygin@sfedu.ru
Russian Federation, Rostov-on-Don, 344006

V. A. Chaplygin

Southern Federal University

Author for correspondence.
Email: chaplygin@sfedu.ru
Russian Federation, Rostov-on-Don, 344006

References

  1. Андриевский В.С., Сысо А.И. Влияние различных типов антропогенного изменения почв на сообщества панцирных клещей в городских экосистемах // Сибирский экологический журнал. 2012. № 6. С. 811–818.
  2. Анисимов В.С., Кочетков И.В., Дикарев Д.В., Анисимова Л.Н., Корнеев Ю.Н., Фригидова Л.М. Влияние физико-химических характеристик почв на биологическую доступность природного и радиоактивного цинка // Почвоведение. 2016. № 8. С. 942–954.
  3. Артамонова В.С., Бортникова С.Б., Оплеухин А.В. Техногенное загрязнение почв под отвальными водами в районе угледобычи // Известия Коми научного центра УрО РАН. 2016. № 4. С. 38–45.
  4. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв и грунтов. М.: Агропромиздат, 1986. 416 с.
  5. Виноградов А.П. Геохимия редких и рассеянных химических элементов в почвах. М., 1957.
  6. Водяницкий Ю.Н. Индекс Шеннона-Уивера как интегральный показатель дифференциации металлов в образцах почв и растений. // Вестник Моск. ун-та. Сер. 17, почвоведение. 2017. № 4. С. 35–39.
  7. Воробьева Л.А. Теория и практика химического анализа почв. М.: ГЕОС, 2006. 400 с.
  8. Григорьев Н.А. Распределение химических элементов в верхней части континентальной коры. Екатеринбург: УрО РАН, 2009. 382 с.
  9. Даувальтер В.А. Оценка токсичности металлов, накопленных в донных отложениях озер // Водные ресурсы. 2000. Т. 27. № 4. С. 469–476.
  10. Кошелева Н.Е., Касимов Н.С., Власов Д.В. Факторы накопления тяжелых металлов и металлоидов на геохимических барьерах в городских почвах // Почвоведение. 2015. № 5. С. 536–536.
  11. Ермаков В.В., Тютиков С.Ф., Дегтярев А.П., Сафонов В.А., Данилова В.Н., Хушвахтова, С.Д., Кречетова Е.В. Биогеохимическая дифференциация живого вещества и биоразнообразия в условиях Ардонского полиметаллического субрегиона биосферы // Геохимия. 2018. № 4. С. 336–350.
  12. Ильин В.Б. Буферные свойства почвы и допустимый уровень ее загрязнения тяжелыми металлами // Агрохимия. 1997. 11. С. 65–70.
  13. Ильин В.Б. Оценка буферности почв по отношению к тяжелым металлам // Агрохимия. 1995. № 10. С. 109–113.
  14. Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение // Почвоведение. 2007. № 9. С. 1112–1119.
  15. Ильин В.Б. Тяжелые металлы и неметаллы в системе почва-растение. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2012. 218 с.
  16. Ильин В.Б., Сысо А.И. Микроэлементы и тяжелые металлы в почвах и растениях Новосибирской области. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2001. 229 с.
  17. Иовчева А.Д., Кречетов П.П., Семенков И.Н. Засоление как фактор дифференциации подвижных форм тяжелых металлов в почвах Барабинской лесостепи // Вестник Моск. ун-та. Сер. 5, география. 2022. № 3. С. 108–118.
  18. Минкина Т.М., Мотузова Г.В., Назаренко О.Г., Крыщенко В.С., Манджиева С.С. Комбинированный прием фракционирования соединений металлов в почвах // Почвоведение. 2008. № 11. С. 1324–1333.
  19. Сиромля Т.И., Худяев С.А., Сысо А.И. Использование метода РФА-СИ в почвенно-экологических исследованиях на территории г. Новосибирска // Известия РАН. Сер. физическая. 2015. Т. 79. № 1. С. 101. https://doi.org/10.7868/S0367676515010287
  20. Сысо А.И., Сиромля Т.И., Мяделец М.А., Черевко А.С. Эколого-биогеохимическая оценка элементного и биохимического состава растительности антропогенно нарушенных экосистем (на примере Achillea Millefolium L.) // Сибирский экологический журнал. 2016. Т. 23. № 5. С. 782–792.
  21. Шабанов М.В., Маричев М.С., Минкина Т.М., Раджпут В.Д., Бауэр Т.В. Изменение эколого-геохимического состояния донных отложений в районе медно-колчеданных месторождений (на примере Карабашских месторождений меди) // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2023. № 5. С. 117–134. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_51_0_117
  22. Шаймухаметов М.Ш. К методике определения поглощенных Са и Мg в черноземных почвах // Почвоведение. 1993. № 12. С. 105–111.
  23. Ahmad W., Alharthy R.D., Zubair M., Ahmed M., Hameed A., Rafique S. Toxic and heavy metals contamination assessment in soil and water to evaluate human health risk // Sci. Rep. 2021. V. 11. https://doi.org/10.1038/s41598-021-94616-4
  24. Berti W.R., Jacobs L.W. Chemistry and phytotoxicity of soil trace elements from repeated sewage sludge applications // American Society of Agronomy, Crop Science Society of America, and Soil Science Society of America. 1996. V. 25. P. 1025–1032.
  25. Decker D.J., Organ J.F, Jacobson C.A. Why should all Americans care about the North American model of wildlife conservation? // Trans. 78th North Am. Wildl. Nat. Resour. Conf. 2009. P. 32–36.
  26. Li G., Sun G.X., Ren Y., Luo X.S., Zhu Y.G. Urban soil and human health: a review // Eur. J. Soil Sci. 2018.V. 69. P. 196–215. https://doi.org/10.1111/ejss.12518
  27. McLaren R.G., Crawford D.V. Studies on soil copper: II. the specific adsorption of copper by soils // J. Soil Sci. 1973. V. 24. P. 443–452.
  28. Minkina T.M., Mandzhieva S.S., Burachevskaya M.V., Bauer T.V., Sushkova S.N. Method of determining loosely bound compounds of heavy metals in the soil // Methods X. 2018. V. 5. P. 217–226.
  29. Semenkov I., Sharapova A., Lednev S., Yudina N., Karpachevskiy A., Klink G., Koroleva T. Geochemical partitioning of heavy metals and metalloids in the ecosystems of abandoned mine sites: a case study within the Moscow Brown Coal Basin // Water. 2022. V. 14. P. 113.
  30. Slukovskaya M.V., Kremenetskaya I.P., Drogobuzhskaya S.V., Novikov A.I. Sequential extraction of potentially toxic metals: Alteration of method for Cu-Ni polluted peat soil of industrial barren // Toxics. V. 8. P. 39.
  31. Tessier A., Campbell P.G.C., Bisson M. Sequential extraction procedure for the speciation of particulate trace metals // Anal. Chem. 1979. V. 51. P. 844–851.
  32. Ure A.M., Quevauviller P.H., Muntau H., Griepink B. Speciation of heavy metals in soils and sediments. An account of the improvement and harmonization of extraction techniques undertaken under the auspices of the BCR of the Commission of the European Communities // Int. J. Environ. Analyt. Chem. 1993. V. 51. P. 135–151.
  33. Zhong X., Chen Z., Li Y., Ding K., Liu W., Liu Y., Yuan Y., Zhang M., Baker A.J.M., Yang W., Fei Y., Wang Y., Chao Y., Qiu R. Factors influencing heavy metal availability and risk assessment of soils at typical metal mines in Eastern China // J. Hazardous Mater. 2020. V. 400. P. 123289. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.123289

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Map-scheme of the location of sites on background and anthropogenically transformed soils of the Novosibirsk region.

Download (378KB)
3. Fig. 2. Fractional-group composition of Cr compounds in the soil in background and anthropogenically transformed soils of the Novosibirsk region, % of the sum of fractions.

Download (487KB)
4. Рис. 3. Фракционно-групповой состав соединений Mn в почве в фоновых и антропогенно-преобразованных почвах Новосибирской области, % от суммы фракций.

Download (525KB)
5. Fig. 4. Fractional-group composition of Ni compounds in the soil in background and anthropogenically transformed soils of the Novosibirsk region, % of the sum of fractions.

Download (560KB)

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».