Тяжелые металлы в почвах на золоторудном месторождении Улюк-Бар (Южный Урал)

Проведена оценка компонентного состава литозёмов и повышенных в них концентраций тяжелых металлов на золоторудном месторождении Улюк-Бар. Минеральные компоненты почв представлены кварцем, иллитом, каолинитом, гетитом и железо-марганцевыми конкрециями. Минералами-концентраторами As, представляющего самую большую потенциальную опасность на месторождении и превышающего ПДК для почв в 159.5 раза, являются гетит и редко каолинит. Химический состав почв близок к составу почвообразующих песчаников. В целом в процессе почвообразования по большинству элементов идет накопление, либо незначительный вынос. Содержания As, Co, Pb, K, Zr, Cu, Mn, Zn, Ni превышают кларк для почв континентов. Степень подвижности для элементов почв уменьшается в ряду: Sb (46.25) – Ca (36.84) – S (31.48) – Sr (27.91) – Mn (15.38) – Pb (8.84) – Ba (5.41) – Mg (2.88) – Zn (2.70) – Ni (1.70) – P (1.55) – Cu (0.76) – Cr (0.45) – Si (0.42) – K (0.39) – Na (0.20) – Al (0.07) – Fe (0.05) – Co (0.05); Ti, V, Zr, As – неподвижны. Подвижные формы Mn в 2.22 раза, валовые содержания S в 3.71 раза превышают ПДК. Концентрации таких тяжелых металлов как Fe, Mn, Sr, Ba и Cr в почвенных ацетатно-аммонийных вытяжках увеличиваются с ростом щелочности солевой вытяжки, а Zn, Cu, Pb и Sb − кислотности. Для предотвращения подвижности тяжелых металлов до экологически устойчивого уровня эффективная программа мелиорации должна включать комплекс методов по подбору оптимальных соотношений химических веществ, добавляемых в почву.

1. Астахова Н.В. Барий в железомарганцевых образованиях Японского моря: особенности выделения и взаимоотношение с основными рудными фазами // Вестник Института геологии Коми НЦ УрО РАН. 2019. № 3(291). С. 31−40.

2. Виноградов А.П. Геохимия редких и рассеянных химических элементов в почвах. М.: Изд-во Акад. наук СССР, 1957. 238 с.

3. Водяницкий Ю.Н. Оксиды марганца в почвах. М.: Почв. ин-т им. В.В. Докучаева, 2005. 95 с.

4. Водяницкий Ю.Н. Тяжелые металлы и металлоиды в почвах. М.: ГНУ Почвенный институт им. В.В. Докучаева РАСХН, 2008. 85 с.

5. Водяницкий Ю.Н. Соединения железа и их роль в охране почв. М.: ГНУ Почвенный институт им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии, 2010. 155 с.

6. Гаврилова И.П., Касимов Н.С. Практикум по геохимии ландшафта. М.: Издательство МГУ, 1989. 72 с.

7. Иовчева А.Д., Семенков И.Н. Оценка барьерной функции чернозема и серой почвы в рамках экспериментального загрязнения ионами меди // Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. 2023. Вып. 116. C. 76–108. DOI: https://doi.org/10.19047/0136-1694-2023-116-76-108.

8. Казбулатова Г.М., Мичурин С.В. Оценка экологической опасности золоторудного месторождения Улюк-Бар (Южный Урал) // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2024. Т. 335 (5). C. 142–157.

9. Казбулатова Г.М., Мичурин С.В., Карамова А.М. Геоэкологическая оценка состояния поверхностных вод Авзянского золоторудного района Республики Башкортостан // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2022. Т. 333 (8). C. 139–152.

10. Козлова А.А., Халбаев В.Л., Айсуева Т.С., Егодуров А.Е., Нечаева В.В., Мокрушина А.С., Чиркова Е.Г., Винокурова А.В. Содержание различных форм железа в почвах Южного Предбайкалья // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. № 5 (2). С. 56–61.

11. Костенков Н.М., Пуртова Л.Н. Общие закономерности формирования почв на отвальных породах и их гумусовое состояние // Вестник КрасГАУ. 2009. № 6. С. 17–22.

12. Костенков Н.М., Пуртова Л.Н. Посттехногенное почвообразование на отвальных породах как фактор восстановления природных ландшафтов // Известия Самарского научного центра РАН. 2010. № 1 (4). С. 1032–1038.

13. Лепокурова О.Е., Иванова И.С., Трифонов Н.С., Колубаева Ю.В., Соколов Д.А. Растворенные формы миграций гумусовых кислот в поверхностных водных объектах Ямало-Ненецкого автономного округа // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2022. Т. 333 (5). C. 56–69.

14. Матыченков И.В., Хомяков Д.М., Пахненко Е.П., Бочарникова Е.А., Матыченков В.В. Подвижные кремниевые соединения в системе почва-растение и методы их определения // Вестник Московского университета. Серия 17. Почвоведение. 2016. № 3. С. 37–45.

15. Овсянникова С.В. Анализ содержания подвижных форм марганца в почвах (на примере Кемеровской области) // Глобальная энергия. 2011. № 1 (117). С. 184–189.

16. Осовецкий Б.М., Молоштанова Н.Е. Описание осадочных пород. Пермь: Перм. ун-т., 2006. 116 с.

17. Савич В.И., Белопухов С.Л., Котенко М.Е., Гукалов В.В., Ильичева П.И., Федорова Т.А. Агроэкологическая оценка минералогического состава почв // Вестник РУДН. Серия: Агрономия и животноводство. 2016. № 3. С. 30–39.

18. Соколов Д.А., Кулижский С.П., Лойко С.В., Доможакова Е.А. Использование сканирующей электронной микроскопии для диагностики процессов почвообразования на поверхности отвалов каменноугольных разрезов Сибири // Вестн. Том. гос. ун-та. Биология. 2014. № 3 (27). С. 36–52.

19. Федоров И.А., Таскина Л.В. Гумусовые кислоты и их миграционные формы в водах озер Восточного Забайкалья // Химия в интересах устойчивого развития. 2020. Т. 28 (5). С. 515–526.

20. Холодов В.А., Рогова О.Б., Лебедева М.П., Варламов Е.Б., Волков Д.С., Зиганшина А.Р., Ярославцева Н.В. Органическое вещество и минеральная матрица почв: современные подходы, определения терминов и методы изучения (обзор) // Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. 2023. Вып. 117. С. 52–100. DOI: https://doi.org/10.19047/0136-1694-2023-117-52-100.

21. Шишов Л.Л., Тонконогов В.Д., Лебедева И.И., Герасимова М.И. Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена, 2004. 341 с.

22. Cabral Pinto M.M.S., Silva E.F., Silva M.M., Melo ‐ Gonçalves P., Candeias C. Environmental risk assessment based on high-resolution spatial maps of potentially toxic elements sampled on stream sediments of Santiago, Cape Verde // Geosciences. 2014. Vol. 4 (4). P. 297–315. DOI: https://doi.org/10.3390/geosciences4040297.

23. Cox S., Rollinson G., McKinley J. Mineralogical characterisation to improve understanding of oral bioaccessibility of Cr and Ni in basaltic soils in Northern Ireland // Journal of Geochemical Exploration. 2017. Vol. 183. P. 166–177. DOI: https://doi.org/10.1016/j.gexplo.2017.02.006.

24. Dixon J.B., Golden D.C., Uzochukwu G.A., Chen C.C. Soil manganese oxides // Soil colloids and their associations in aggregates. Texas: Department of Soil and Crop Sciences. 1990. Vol. 214. P. 141–163. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4899-2611-1_7.

25. Fernandez-Landero S., Fernandez-Caliani J.C., Giráldez M.I., Morales E., Barba-Brioso C., Gonzalez I. Soil contaminated with hazardous waste materials at Rio Tinto Mine (Spain) is a persistent secondary source of acid and heavy metals to the environment // Minerals. 2023. Vol. 13. P. 456–477. DOI: https://doi.org/10.3390/min13040456.

26. IUSS Working Group WRB. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. 2022. 236 p.

27. Jinling X., Luuk K.K., Mingxia W., Juan X., Jingtao H., Yan L., Wenfeng T. Phosphate speciation on Al-substituted goethite: ATR-FTIR/2D-COS and CD-MUSIC modeling // Environ. Sci. Nano. 2019. Vol. 6. P. 3625–3637.

28. Karimian N., Burton E., Johnston S. Antimony speciation and mobility during Fe(II)-induced transformation of humic acid-antimony(V)-iron(III) coprecipitates // Environmental pollution. 2019. Vol. 254. P. 113112–113122. DOI: https://doi.org/10.1016/j.envpol.2019.113112.

29. Li Yu., Zhang H., Chen X., Tu Ch., Luo Yo., Christie P. Distribution of heavy metals in soils of the Yellow River Delta: Concentrations in different soil horizons and source identification // Journal of soils and sediments. 2014. Vol. 14. P. 1158–1168. DOI: https://doi.org/10.1007/s11368-014-0861-0.

30. Makarov D.V., Svetlov A.V., Goryachev A.A., Krasavtseva E.A., Denisova Yu.L., Masloboev V.A. Geochemical barriers for wastewater purification and recovery of nonferrous metals. Apatity: FRC KSC RAS, 2019. 53 p.

31. Mаnceau A., Marcus M.A., Tamura N. Quantitative speciation of heavy metals in soils and sediments by synchrotron X-ray techniques / Applications of synchrotron radiation in low-temperature geochemistry and environmental science // Reviews in mineralogy and geochemistry. 2002. Vol. 49. P. 341–428.

32. Morin G., Juillot F., Casiot C., Bruneel O., Persone J.-C., Elbaz-Рoulichet F., Leblanc M., Ildefonse P., Calas G. Bacterial formation of tooeleite and mixed arsenic (III) or arsenic (V)-iron (III) gels in the Carnoules acid mine drainage, France. A XANES, XRD, and SEM study // Environ. Sci. Technol. 2003. Vol. 37. P. 1705–1712.

33. Norrish K., Taylor R. The isomorphous replacement of iron by aluminum in soil goethites // J. Soil Sci. 1961. Vol. 12 (2). P. 294–306.

34. Paktunc D., Foster A., Laflamme G. Speciation and characterization of arsenic in Ketza river mine tailings using X-ray absorption spectroscopy // Environmental science and technology. 2003. Vol. 37 (10). P. 2067–2074.

35. Pedersen H.D., Postma D., Jakobsen R. Release of arsenic associated with the reduction and transformation of iron oxides // Geochim. Cosmochim. Acta. 2006. Vol. 70. P. 4116–4129.

36. Tume P., Cornejo O., Rubio C., Sepulveda B., Roca N., Bech J. Analysis and evaluation of concentrations of potentially toxic elements in landfills in the Araucania Region, Chile // Minerals. 2023. Vol. 13 (8). P. 1033–1059. DOI: https://doi.org/10.3390/min13081033.

37. Elyahyaoui A., Razzouki B., El Hajjaji S., Bouhlassa S. Arsenic coagulation/flocculation with iron (III) hydroxide: Adsorption mechanisms and stability constants of surface complexes // International journal of development research. 2016. Vol. 6 (11). P. 10013–10018.

38. Rietra R.P.J.J., Hiemstra T., van Riemsdijk W.H. Interaction between calcium and phosphate adsorption on goethite // Environ. Sci. Technol. 2001. Vol. 35 (16). P. 3369–3374.

39. Schulze D., Kruger A., Segebade Ch. Stability and mobility of metal-humic complexes isolated from different soils // Journal of radioanalytical and nuclear chemistry. 2000. Vol. 244. P. 51–53. DOI: https://doi.org/10.1023/A:1006758503784.

40. Shaaban M. Acidic soils // Planet Earth: scientific proposals to solve urgent issues. 2024. P. 293–306. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-031-53208-5_13.

41. Shuqi Y., Xiaorui Ch., Xu C., Bing Y., Wei H. Influencing factors and environmental effects of interactions between goethite and organic matter: A critical review // Frontiers in environmental science. 2022. Vol. 10. 17 p. DOI: https://doi.org/10.3389/fenvs.2022.1023277.

42. Slawomir W., Makuchowska-Fryc J., Klos A., Ziembik Z., Ochedzan-Siodlak W. Role of calcium carbonate in the process of heavy metal biosorption from solutions: synergy of metal removal mechanisms // Scientific reports. 2022. Vol. 12 (1). P. 17668–17682. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-22603-4.

43. Wang S., Mulligan C.N. Effect of natural organic matter on arsenic release from soils and sediments into groundwater // Environ. Geochem. Health. 2006. Vol. 28. P. 197–214. DOI: https://doi.org/10.1007/s10653-005-9032-y.

44. Zhang L., McKinley J., Cooper M., Peng M., Wang Q., Song Y., Cheng H. A regional soil and river sediment geochemical study in Baoshan area, Yunnan province, southwest China // Journal of geochemical exploration. 2020. Vol. 217. P. 106557. DOI: https://doi.org/10.1016/j.gexplo.2020.106557.

45. Zhang L., Zhang Q., Zheng Y., Zheng M. Interaction of manganese oxides with multiple valences heavy metals in environmental remediation // Huanjing Kexue Xuebao. Acta Scientiae Circumstantiae. 2013. Vol. 33. P. 1519–1526.