Концентрация подвижных форм тяжелых металлов и магнитные свойства почв г. Вольск Саратовской области

Цель. Магнитная восприимчивость – это быстрый, недорогой и надежный метод оценки и мониторинга антропогенного загрязнения почв тяжелыми металлами. Однако важно определить факторы, влияющие на магнитную восприимчивость, прежде чем применять этот метод к экологическим исследованиям. Целью настоящего исследования явилось изучение влияния материнских пород и землепользования на магнитную восприимчивость и концентрации Ni, Pb, Cr, Cd, Cu и Zn, и применения магнитной восприимчивости как показателя антропогенного загрязнения тяжелыми металлами почв г. Вольска Саратовской области Российской Федерации.

Материал и методы. Было взято 50 поверхностных образцов почвы (0‐10 см). 1M HNO3 экстрагировали Ni, Pb, Cr, Cd, Cu и Zn определяли методом атомно-абсорбционной спектроскопии. В почве определялась концентрация органического вещества. Измеряли магнитную восприимчивость на низких и высоких частотах (xlf и xhf) и рассчитывали частотно‐зависимую восприимчивость (xfd).

Результаты. Магнитная восприимчивость варьирует от 1,34 до 29.6 × 10^‐7 м³ кг⁻¹. Между Pb и xlf получена положительная сильная корреляция (P=0,01, r=0,55). Существуют значительные взаимосвязи между Pb и xlf, поэтому представляется, что на магнитную восприимчивость существенно повлияла антроогенная деятельность, которая увеличила концентрации Pb в городских почвах.

Выводы. В исследованных почвах магнитная восприимчивость может использоваться в качестве индикатора антропогенного загрязнения почв тяжелыми металлами.

1. Blaha U., Appel E., Stanjek H. Determination of anthropogenic boundary depth in industrially polluted soil and semi‐quantification of heavy metal loads using magnetic susceptibility // Environmental Pollution. 2008. V. 156. Iss. 2. P. 278‐289. DOI: 10.1016/j.envpol.2008.02.013

2. Magiera T., Strzyszcz Z., Kapicka A., Petrovsky E. Discrimination of lithogenic and anthropogenic influences on topsoil magnetic susceptibility in Central Europe // Geoderma. 2006. V. 130. Iss. 3‐4. P. 299‐311. DOI: 10.1016/j.geoderma.2005.02.002

3. Wang B., Xia D., Yu Y., Jia J., Xu S. Detection and differentiation of pollution in urban surface soils using magnetic properties in arid and semi‐arid regions of northwestern China // Environ. Pollut. 2014. V. 184. P. 335‐346. DOI: 10.1016/j.envpol.2013.08.024

4. Jordanova N.V., Jordanova D.V., Veneva L., Yorova K., Petrovsky E. Magnetic response of soils and heavy metal pollution – a case study // Environ. Sci. Technol. 2003. V. 37. Iss. 19. P. 4417‐4424. DOI: 10.1021/es0200645

5. El Baghdadi M., Barakat A., Sajieddine M., Nadem S. Heavy metal pollution and soil magnetic susceptibility in urban soil of Beni Mellal City (Morocco) // Environ. Earth Sci. 2012. V. 66. Iss. 1. P. 141‐155. DOI: 10.1007/s12665‐011‐1215‐5

6. Chan L.S., Ng S.L., Davis A.M., Yim W.W.S., Yeung C.H. Magnetic properties and heavy‐metal contents of contaminated seabed sediments of Penny’s Bay, Hong Kong // Mar. Pollut. Bull. 2001. V. 42. Iss. 7. P. 569‐583. DOI: 10.1016/S0025‐326X(00)00203‐4

7. Morton‐Bermea O., Hernandez E., Martinez‐Pichardo E., Soler‐Arechalde A.M., Lozano Santa‐Cruz R., Gonzalez‐Hernandez G., Beramendi‐Orosco L., Urrutia‐Fucugauchi J. Mexico City topsoils: heavy metals vs. magnetic susceptibility // Geoderma. 2009. V. 151. Iss. 3‐4. P. 121‐125. DOI: 10.1016/j.geoderma.2009.03.019

8. Lu S.G., Chen D.J., Wang S.Y., Liu Y.D. Rock magnetism investigation of highly magnetic soil developed on calcareous rock in Yun‐Gui Plateau, China: evidence for pedogenic magnetic minerals // J. Appl. Geophys. 2012. V. 77. P. 39‐50. DOI: 10.1016/j.jappgeo.2011.11.008

9. Strzyszcz Z., Magiera T. Magnetic susceptibility and heavy metals contamination in soils of Southern Poland // Phys. Chem. Earth. 1998. V. 23. Iss. 9‐10. P. 1127‐1131. DOI: 10.1016/S0079‐1946(98)00140‐2

10. Lu S.G., Bai S.Q., Fu L.X. Magnetic properties as indicators of Cu and Zn contamination in soils // Pedosphere. 2008. V. 18. Iss. 4. P. 479‐485. DOI: 10.1016/S1002‐0160(08)60038‐7

11. Gudadhe S.S., Sangode S.J., Patil S.K., Chate D.M., Meshram D.C., Badekar A.G. Pre‐ and post‐monsoon variations in the magnetic susceptibilities of soils of Mumbai metropolitan region: implications to surface redistribution of urban soils loaded with anthropogenic particulates // Environ. Earth Sci. 2012. V. 67. P. 813‐831. DOI: 10.1007/s12665‐012‐1528‐z

12. Lu S.G., Bai S.Q. Study on the correlation of magnetic properties and heavy metals content in urban soils of Hangzhou City, China // J. Appl. Geophys. 2006. V. 60. Iss. 1. P. 1‐12. DOI: 10.1016/j.jappgeo.2005.11.002

13. Botsou F., Karageorgis A.P., Dassenakis E., Scoullos M. Assessment of heavy metal contamination and mineral magnetic characterization of the Asopos River sediments (Central Greece) // Mar. Pollut. Bull. 2011. V. 62. Iss. 3. P. 547‐563. DOI: 10.1016/j.marpolbul.2010.11.029

14. Franciškovic‐Bilinski S., Bilinski H., Scholger R., Tomašić N., Maldini K. Magnetic spherules in sediments of the karstic Dobra River (Croatia) // J. Soils Sediments. 2014. V. 14. P. 600‐614. DOI: 10.1007/s11368‐013‐0808‐x

15. Canbay M., Aydin A., Kurtulus C. Magnetic susceptibility and heavy‐metal contamination in topsoils along the Izmit Gulf coastal area and IZAYTAS (Turkey) // J. Appl. Geophys. 2010. V. 70. Iss. 1. P. 46‐57. DOI: 10.1016/j.jappgeo.2009.11.002

16. Zhang C., Qiao Q., Appel E., Huang B. Discriminating sources of anthropogenic heavy metals in urban street dusts using magnetic and chemical methods // J. Geochem. Explor. 2012. V. 119‐120. P. 60‐75. DOI: 10.1016/j.gexplo.2012.06.014

17. Zhu Z., Han Z., Bi X., Yang W. The relationship between magnetic parameters and heavy metal contents of indoor dust in e‐waste recycling impacted area, Southeast China // Sci. Total Environ. 2012. V. 433. P. 302‐308. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2012.06.067

18. Zhu Z., Sun G., Bi X., Li Z., Yu G. Identification of trace metal pollution in urban dust from kindergartens using magnetic, geochemical and lead isotopic analyses // Atmos. Environ. 2013. V. 77. P. 9‐15. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2013.04.053

19. Alekseeva T., Alekseev A., Maher B.A., Demkin V. Late Holocene climate reconstructions for the Russian steppe, based on mineralogical and magnetic properties of buried paleosols // Paleogeogr., Paleoclimatol., Paleoecol. 2007. V. 249. Iss. 1. P. 103‐127. DOI: 10.1016/j.palaeo.2007.01.006

20. Blundell A., Dearing J.A., Boyle J.F., Hannam J.A. Controlling factors for the spatial variability of soil magnetic susceptibility across England and Wales // Earth Sci. Rev. 2009. V. 95. Iss. 3‐4. P. 158‐188. DOI: 10.1016/j.earscirev.2009.05.001

21. Maher B.A., Alekseev A., Alekseeva T. Variation of soil magnetism across the Russian steppe: its significance for use of soil magnetism as a paleorainfall proxy // Quatern. Sci. Rev. 2002. V. 21. Iss. 14. P. 1571‐1576. DOI: 10.1016/S0277‐3791(02)00022‐7

22. Maher B.A., Alekseev A., Alekseeva T. Magnetic mineralogy of soils across the Russian Steppe: climatic dependence of pedogenic magnetite formation // Paleogeogr., Paleoclimatol., Paleoecol. 2003. V. 201. Iss. 3‐4. P. 321‐341. DOI: 10.1016/S0031‐0182(03)00618‐7

23. Maher B.A., Hallam D.F. Paleomagnetic correlation and dating of Pilo/Pleistocene sediments at the southern margins of the North Sea Basin // J. Quat. Sci. 2005. V. 20. Iss. 1. P. 67‐77. DOI: 10.1002/jqs.890

24. Yang T., Liu Q., Zeng Q., Chan L. Relationship between magnetic properties and heavy metals of urban soils with different soil types and environmental settings: implications for magnetic mapping // Environ. Earth Sci. 2012. V. 66. P. 409‐420. DOI: 10.1007/s12665‐011‐1248‐9

25. Hanesch M., Scholger R. Mapping of heavy metal loadings in soils by means of magnetic susceptibility measurements // Environ. Geol. 2002. V. 42. P. 857‐870. DOI: 10.1007/s00254‐002‐0604‐1

26. Zawadzki J., Fabijańczyk P. Reduction of soil contamination uncertainty assessment using magnetic susceptibility measurements and co‐est method // Proc. ECOpole. 2008. V. 2. Iss. 1. P. 171‐174.

27. D’Emilio M., Macchiato M., Ragosta M., Simoniello T. A method for the integration of satellite vegetation activities observations and magnetic susceptibility measurements for monitoring heavy metals in soil // J. Hazard. Mater. 2012. V. 241‐242. P. 118‐126. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2012.09.021