Speciation of metals in soils of steppe landscapes affected by mining (Southern Urals)
DOI:
https://doi.org/10.21638/spbu07.2023.409Abstract
Speciation of ore and accompanying elements (Cu, Zn, Fe, Ni, Pb, Cd, Cr, V, Ba, Sr) in steppe soils of the Transurals (vicinity of city of Sibay, Bashkortostan) was studied with sequential extraction method. Attention was given to change of elements’ speciation in area affected by mining (Cu-Zn deposit). The results are supplemented by chemical analysis of humic acids (isolated by alkaline extraction) and granulometric fractions. It was revealed that the soils of background areas are characterized by low mobility of studied elements and a relatively uniform distribution over soil profile. Residual fraction percentage (fraction’s share in element’s total content) is the highest. Percentage of exchangeable and carbonate fractions is insignificant (Sr and Ba are exceptions). Percentage of fraction of crystalline Fe hydroxides, reduceable and oxidizable fractions varies from shares of a percent to 15%. Cd stands out for a high percentage of oxidizable fraction (up to 30% of Cd total content) and relatively low percentage of residual fraction (up to 50%). Comparison of obtained results allows us to suggest that near objects of mining industry dust enriched with Cu, Zn, Cd, Pb and Sb comes to the surface. This leads to shard increase of Cu, Zn, Cd content in the upper layer of chernic horizon, change of these elements’ speciation and distribution among granulometric fractions. Increase of elements content is not only due to prevailing residual fraction; Cu, Zn, Cd of oxidizable fraction, reducible fraction and Fe hydroxides fraction significantly increase. Sharp increase of oxidizable fraction percentage (largely due to sulfides) is noted.
Keywords:
chemical elements speciation, soils, mining, pollution, Southern Urals
Downloads
References
Абрамов, Б. Н. и Цыренов, Т. Г. (2022). Закономерности распределения токсичных элементов в почвах населенных пунктов горнорудных территорий Восточного Забайкалья. Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология, 5, 39-48. https://doi.org/10.31857/S0869780922050022
Бурачевская, М. В., Минкина, Т. М., Назаренко, О. Г., Манджиева, С. С., Бакоев, С. Ю. (2011). Сравнительный анализ методов последовательного фракционирования при загрязнении почвы тяжелыми металлами. Плодородие, 6, 43-45.
Водяницкий, Ю. Н. (2010). Изучение фаз-носителей Zn и Pb в почвах методами химического фракционирования и синхротронного рентгеновского анализа. Агрохимия, 8, 77-86.
Водяницкий, Ю. Н., Плеханова, И. О., Прокопович, Е. В., Савичев, А. Т. (2011). Загрязнение почв выбросами предприятий цветной металлургии. Почвоведение, 2, 240-249.
Емлин, Э. Ф. (2005). Прикладная геохимия. Миграция Zn и Cd в геотехногенных системах сульфофильного ряда: учебное пособие. Екатеринбург: Изд-во УГГУ.
Заварзина, А. Г., Данченко, Н. Н., Демин, В. В., Артемьева, З. С., Когут, Б. М. (2021). Гуминовые вещества - гипотезы и реальность (обзор). Почвоведение, 12, 1449-1480. https://doi.org/10.31857/S0032180X21120169
Заварзина, А. Г., Кравченко, Е. Г., Константинов, А. И., Перминова, И. В., Чуков, С. Н., Демин, В. В. (2019). Сравнение свойств препаратов гуминовых кислот, выделенных из почв щелочной экстракцией в присутствии и отсутствии кислорода. Почвоведение, 8, 910-922. https://doi.org/10.1134/S0032180X19080161
Касимов, Н. С. (1988). Геохимия степных и пустынных ландшафтов. М.: Изд-во МГУ.
Когут, Б. М. (2017). Органическое вещество чернозема. Бюллетень Почвенного института им. В. В. Докучаева, 90, 39-55.
Когут, Б. М., Шульц, Э., Титова, Н. А., Холодов, В. А. (2010). Органическое вещество гранулоденсиметрических фракций целинного и пахотного типичного чернозема. Агрохимия, 8, 3-9.
Кошелева, Н. Е., Тимофеев, И. В., Касимов, Н. С. (2019). Распределение тяжелых металлов и металлоидов в почвенных катенах горнопромышленных ландшафтов на примере Закаменска (Россия) и Эрдэнэта (Монголия). Вестник Московского университета. Серия 5: География, 2, 16-32.
Кузнецов, В. А. и Шимко, Г. А. (1990). Метод постадийных вытяжек при геохимических исследованиях. Минск: Навука i тэхнiка.
Майорова, Л. П., Черенцова, А. А., Крупская, Л. Т., Голубев, Д. А., Колобанов, К. А. (2021). Оценка техногенного загрязнения воздушного бассейна при пылении хвостохранилищ. Горный информационно-аналитический бюллетень, 1, 5-20.
Меньшикова, Е. А., Караваева, Т. И., Хайрулина, Е. А., Митракова, Н. В. (2021). Особенности грунтов и потенциал восстановления природно-технической системы «Хвостохранилище ЕВРАЗ КГОК». Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов, 332 (9), 54-66. https://doi.org/10.18799/24131830/2021/9/3353
Минкина, Т. М., Пинский, Д. Л., Манджиева, С. С., Антоненко, Е. М., Сушкова, С. Н. (2011). Влияние гранулометрического состава на поглощение меди, свинца и цинка черноземными почвами Ростовской области. Почвоведение, 11, 1304-1311.
Омара, Р., Чарыкова, М. В., Волина, О. В., Фокина, Е. Л. (2020). Подвижные формы Zn, Pb и Cd в почвах и техногенных отложениях района месторождения Шаабет-эль-Хамра, Алжир. Записки Российского минералогического общества, Ч. CXLIX(3), 142-157. https://doi.org/10.31857/S0869605520030065
Опекунов, А. Ю., Опекунова, М. Г., Кукушкин, С. Ю., Янсон, С. Ю., Арестова, И. Ю., Шейнерман, Н. А., Спасский, В. В., Папян, Э. Э., Елсукова, Е. Ю. (2021а). Минералого-геохимическая характеристика снежного покрова в районах горнорудного производства. Геохимия, 66 (7), 659-672.
Опекунов, А. Ю., Опекунова, М. Г., Сомов, В. В., Митрофанова, Е. С., Кукушкин, С. Ю. (2018). Влияние разработки Сибайского месторождения (Южный Урал) на трансформацию потока металлов в подчиненных ландшафтах. Вестник Московского университета. Серия 5, География, 1, 14-24.
Опекунов, А. Ю., Опекунова, М. Г., Шейнерман, Н. А., Джораева, А. Н., Лисенков, С. А. (2021б). Формы металлов в донных осадках рек Карповка и Черная речка (Санкт-Петербург). В: Динамика и взаимодействие геосфер Земли. Материалы Всероссийской конференции с международным участием, посвященной 100-летию подготовки в Томском государственном университете специалистов в области наук о Земле. В 3-х томах, Т. I, 200-203.
Опекунова, М. Г., Сомов, В. В., Папян, Э. Э. (2017). Загрязнение почв в районе воздействия горнорудных предприятий Башкирского Зауралья. Почвоведение, 6, 744-758.
Орлов, Д. С. и Гришина, Л. А. (1981). Практикум по химии гумуса. Москва: Изд-во МГУ.
Пинский, Д. Л., Минкина, Т. М., Бауэр, Т. В., Невидомская, Д. Г., Шуваева, В. А., Манджиева, С. С., Цицуашвили, В. С., Бурачевская, М. В., Чаплыгин, В. А., Барахов, А. В., Велигжанин, А. А., Светогоров, Р. Д., Храмов, Е. В., Иовчева, А. Д. (2022). Идентификация соединений тяжелых металлов в техногенно преобразованных почвах методами последовательного фракционирования, XAFS-спектроскопии и XRD порошковой дифракции. Почвоведение, 5, 600-614. https://doi.org/10.31857/S0032180X22050070
Семенова, И. Н. и Рафикова, Ю. С. (2022). Оценка показателей репродуктивного здоровья населения Зауралья Республики Башкортостан в 2000-2020 гг. Экология человека, 11, 771-781. https://doi.org/10.17816/humeco105718.
Сиромля, Т. И. (2009). К вопросу о подвижных формах соединений химических элементов в почвах. Сибирский экологический журнал, 2, 307-318.
Суюндуков, Я. Т., Семенова, И. Н., Зулкарнаев, А. Б. (2013). Физическая и химическая деградация почв города Сибай в зоне влияния предприятий горнорудной промышленности (Южный Урал). Экология урбанизированных территорий, 1, 50-54.
Суюндуков, Я. Т., Суюндукова, М. Б., Безуглова, О. С., Хабиров, И. К., Хасанова, Р. Ф., Семенова, И. Н., Рафикова, Ю. С., Ильбулова, Г. Р. (2022). Физические свойства почв города Сибай Республики Башкортостан. Почвоведение, 1, 33-43. https://doi.org/10.31857/S0032180X22010129.
Федотов, Г. Н. и Шоба, С. А. (2013). Существующие представления о возможных путях формирования гумусовых веществ в почвах. Почвоведение, 12, 1523-1529.
Уфа. Республика Башкортостан. Автомобильный атлас (2008). М.: РУЗ Ко.
Чуков, С. Н. (2001). Структурно-функциональные параметры органического вещества почв в условиях антропогенного воздействия. СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та.
Baron, S., Carignan, J., Ploquin, A. (2006). Dispersion of heavy metals (metalloids) in soils from 800-year-sold pollution (Mont-Lozere, France). Environmental Science & Technology, 40 (17), 5319-5326.
Kabata-Pendias, A. (2011). Trace elements in soils and plants. 4th ed. Boca Raton, Florida: CRC Press; Taylor & Fransis Group.
Jiang, Y., Hu, B., Shi, H., Yi, L., Chen, S., Zhou, Y., Cheng, J., Huang, M., Yu, W., Shi, Z. (2023). Pollution and risk assessment of potentially toxic elements in soils from industrial and mining sites across China. Journal of Environmental Management, 117672. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2023.117672
Kosheleva, N. E., Timofeev, I. V., Kasimov, N. S., Sandag, E. A. (2019). Geochemical transformation of soil cover and woody vegetation in the largest industrial and transport center of Northern Mongolia (Darkhan). Applied Geochemistry, 107, 80-90. https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2019.05.017
Miller, P. W., Martens, D. C., Zelazny, L. W. (1986). Effect of sequence in extraction of trace metals from soils. Soil Science Society of America Journal, 50 (3), 598-601. https://doi.org/10.2136/sssaj1986.03615995005000030011x
Opekunov, A. Y., Opekunova, M. G., Janson, S. Y., Bychinskii, V. A., Somov, V. V., Kukushkin, S. Y., Papyan, E. E. (2021). Mineral and geochemical characteristics of soils and bottom sediments in the area affected by mining dumps (a case study of the Sibay ore deposit). IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 817, 012078. https://doi.org/10.1088/1755-1315/817/1/012078
Opekunova, M. G., Opekunov, A. Y., Somov, V. V., Kukushkin, S. Y., Papyan, E. E. (2020). Transformation of metals migration and biogeochemical cycling under the influence of copper mining production (the Southern Urals). Catena, 189, 104512. https://doi.org/10.1016/j.catena.2020.104512
Pueyo, M., Mateu, J., Rigol, A., Vidal, M., López-Sánchez, J. F., Rauret, G. (2008). Use of the modified BCR three-step sequential extraction procedure for the study of trace element dynamics in contaminated soils. Environmental Pollution, 152 (2), 330-341. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2007.06.020a
Raksasataya, M., Langon, A. G., Kim, N. D. (1996). Assessment of extent of lead redistribution during sequential extraction by two different methods. Analytica Chimica Acta, 332, 1-14.
Tessier, A., Campbell, P. G. C., Bisson, M. (1979). Sequential extraction procedure for the speciation of particulate trace metals. Analytical Chemistry, 51 (7), 844-850.
Vázquez-Arias, A., Martín-Peinado, F. J., Parviainen, A. (2023). Effect of parent material and atmospheric deposition on the potential pollution of urban soils close to mining areas. Journal of Geochemical Exploration, 107131. https://doi.org/10.1016/j.gexplo.2022.107131
Wu, L., Yue, W., Wu, J., Cao, C., Liu, H., Teng, Y. (2023). Metal-mining-induced sediment pollution presents a potential ecological risk and threat to human health across China: A meta-analysis. Journal of Environmental Management, 329, 117058. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2022.117058
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Articles of "Vestnik of Saint Petersburg University. Earth Sciences" are open access distributed under the terms of the License Agreement with Saint Petersburg State University, which permits to the authors unrestricted distribution and self-archiving free of charge.
