ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2004, № 11, с. 1305-1312
УДК 631.423.4
ХИМИЯ
почв
ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПОЛИЦИКЛИЧЕСКИХ АРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ В ПОЧВАХ*
© 2004 г. Д. Н. Габов1, В. А. Безносиков1, Б. М. Кондратенок1, Д. А. Бушнев2
1Институт биологии Коми НЦ УрО РАН, 167982, Республика Коми, Сыктывкар, ул. Коммунистическая, 28 2Институт геологии Коми НЦ УрО РАН, 167982, Республика Коми, Сыктывкар, ул. Первомайская, 54 Поступила в редакцию 10.04.2003 г.
Разработан алгоритм определения полиароматических соединений в почвах: подобраны оптимальные условия экстракции и выделения фракции полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) из почвенных образцов. Методами флуориметрии и хромато-масс-спектрометрии выявлено распределение ПАУ по профилю торфянисто-подзолисто-глееватой почвы. Установлено, что в органогенных горизонтах присутствуют как низкомолекулярные, так и высокомолекулярные ПАУ, а в минеральных - в основном более легкие ПАУ.
В настоящее время почвы испытывают постоянно возрастающее антропогенное воздействие. Для того чтобы прогнозировать процессы, протекающие в почвах, требуется разнообразная и систематическая информация об их состоянии. Значительное внимание при этом должно уделяться мониторингу различных веществ антропогенного происхождения, в частности, полициклическим ароматическим углеводородам (ПАУ), в различных объектах природной среды, включая почвы. Большинство ПАУ являются токсичными, мутагенными и канцерогенными веществами и отличаются широкой распространенностью в окружающей среде, их относят к приоритетным загрязнителям. В настоящее время за рубежом рекомендуется контролировать в объектах окружающей среды 16 веществ из группы ПАУ, а в России только одно соединение этого класса - бенз(а)пирен [1].
Основные источники образования ПАУ связаны с различными высокотемпературными технологическими процессами: сжигание углеводородного топлива в промышленности и энергетике, производство кокса в металлургии, работа двигателей внутреннего сгорания и т.д. Поступая в атмосферу, углеводороды сорбируются частицами пыли и оседают на поверхность почв, мигрируют по почвенному профилю, накапливаются в растениях, вовлекаются в биогеохимические циклы трансформации органического вещества. Формирование фоновых концентраций ПАУ может быть связано и с естественными процессами (космические, геологические), а также с биохимическим разложением органических веществ [4].
*
Работа выполнена при финансовой поддержке РАН (Программа фундаментальных исследований Президиума РАН
"Научные основы сохранения биоразнообразия России").
Почвы представляют собой достаточно устойчивую среду, в которой можно вполне корректно осуществлять наблюдение за эволюцией состава ПАУ и использовать их как маркеры почвообразовательного процесса. Наличие ПАУ в почвах играет индикаторную роль, отражая источники загрязнения. Изучение качественного и количественного состава ПАУ перспективно для получения информации о путях образования, особенностях накопления и распределения ПАУ, что позволяет оценить функциональное состояние почв фоновых и техногенных территорий [4, 14, 17]. Однако методы определения ПАУ в почвах разработаны недостаточно. Наибольший интерес представляют публикации по определению ПАУ в почвах с использованием эффекта Шпольского и др. [2, 3, 5, 16], но отсутствие аппаратуры затрудняет их применение в почвенно-экологичес-ких исследованиях. Альтернативными методами количественного химического анализа экстрактов почв на содержание ПАУ следует считать хромато-масс-спектрометрию, высокоэффективную жидкостную хроматографию со спектр-флу-ориметрическим детектированием.
Цель данной работы - разработка и оптимизация алгоритма определения ПАУ в почвах и методы их идентификации.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Для разработки и оптимизации алгоритма определения ПАУ в почвах были использованы образцы торфянисто-подзолисто-глееватой почвы, сформированной на крупнопылеватом бескарбонатном покровном суглинке Максимовского стационара Института биологии Коми НЦ УрО
РАН. Данные почвы наиболее широко распространены на слабодренированных увалах, пологих склонах и плоских депрессиях Республики Коми [7]. Морфологическая и физико-химическая характеристика исследованных почв даны по разр. В12-94 [13].
Разрез заложен в 6 км к западу от г. Сыктывкара. Микролощина между низкими плоскими повышениями. Березово-еловый долгомошно-сфагновый лес. Вблизи разреза - сфагновый покров.
01, 0-8 см. Светло-коричневый сфагновый слаборазложившийся торф с включением веток, коры, хвои, листьев, много корней, свежий. Переход постепенный.
02, 8-12 см. Коричневый до темно-коричневого книзу, среднеразложившийся торф, переплетен корнями, в основании углистые остатки, влажный, переход резкий.
А2И§, 12-20 см. Бледно-коричневый с сизым оттенком, слоеватый, тиксотропный, легкосуглинистый крупнопылеватый, слабоуплотнен, влажный, обычны ортштейны диаметром 1-3 мм, есть вертикальные трещины с коричневой гумусовой пленкой и пропиткой стенок. Корни диаметром до 0.5 см.
А2§, 20-28(30) см. Мозаичный: на сизо-сером фоне ржавые и ржаво-охристые пятна, занимающие до 30% горизонта, бесструктурный, среднесуглинистый крупнопылеватый, плотный, влажный тиксотропный, пронизан вертикальными трещинами с коричневой гумусовой пропиткой стенок, обычны конкреции диаметром до 3 мм, их содержание выше на участках ржавого цвета, есть тонкие древесные корни. Переход постепенный по изменению окраски.
А22§, 28-37 см. Ржаво-палевый с сизыми прожилками, бесструктурный, плотный, легкий пылеватый суглинок, обильны тонкие внутриагрегатные поры, много коричневых конкреций, корни хвоща. Переход постепенный.
А2Б§, 37-50 см. Мозаичный: состоит из сизых и бурых участков с ржавыми пятнами, комковато-мелкоореховатый среднесуглинистый, пористость значительно меньше, чем в гр. А22§, много мелких конкреций, влажный, корни хвоща.
Б1§, 50-70 см. Бурый с ржавыми, сизыми и охристыми пятнами, призматически-плитчатый, тяжелый крупнопылеватый суглинок, плотный, внутрипедная масса бурая, поверхности имеют красноватый оттенок, на гранях пе-дов желтоватая пылеватая присыпка. Корней нет, переход постепенный.
Б2§, 70-98 см. Светлее предыдущего, сред-неореховатый с плитчатостью, среднесуглинистый, плотный, пленки выражены слабо, присыпки только по крупным вертикальным трещинам, много коричневых примазок. Переход нечеткий.
БС§, 98-120 см. Мозаичный: сизо-серая окраска преобладает над ржавой и охристой, последняя очень яркая. Пылеватый средний суглинок. Слабо оструктурен с признаками крупной ореховатости и плитчатости, поверхности плиток раковистые с множеством примазок. Переход нерезкий.
С§, 120-180 см. Отличается сизой фоновой окраской, отсутствием оструктуренности и неоднородностью гранулометрического состава: на глубине 120-140 см супесчаная линза, ниже -среднесуглинистый, сырой, плотный.
Данная почва относится к типу болотно-подзо-листых. Морфологически она отличается от подзолистых почв большей мощностью и двухслойным строением торфянистой подстилки, существенным усилением оглеения, возрастанием мощности потечно-гумусового горизонта, высокой плотностью и вертикальной трещиноватос-тью с гумусовой пропиткой стенок подзолистого горизонта. Эти специфические особенности тор-фянисто-подзолисто-глееватой почвы связаны с усилением увлажнения за счет латерального, поверхностного и внутрипочвенного притока влаги с микроповышений, занятых подзолистыми почвами, а также застаивания атмосферной влаги вследствие малого уклона дна лощины и наличия в ней заторфованных западин. В таких условиях формируется застойно-промывной водный режим с высоким увлажнением всего профиля. Во влажные годы верховодка исчезает лишь на короткий срок (в июле или августе), а влажность нижних горизонтов постоянно находится в интервале НВ-ПВ.
Интенсивность подзолистого и элювиально-глеевого процессов, а следовательно, интенсивность разрушения и выноса пылевато-илистых частиц в различных профилях болотно-подзолис-тых почв, по сравнению с подзолистыми, существенно варьирует. При преимущественно латеральном переувлажнении (ложбины, мезоскло-ны) эти процессы и дифференциация профилей выражены сильнее, чем при автономном застойном с малой площадью водосбора. В данном профиле, несмотря на более высокую актуальную и потенциальную кислотность, чем в профиле подзолистой поверхностно-глееватой почвы, степень гранулометрической и химической дифференциации оказалась ниже (табл. 1 и 2). Очевидно, это свидетельствует о преимущественно застойном характере увлажнения, затрудненном выносе из
ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПОЛИЦИКЛИЧЕСКИХ АРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ 1307 Таблица 1. Гранулометрический состав торфянисто-подзолисто-глееватой почвы, %
Горизонт Глубина, см Потеря от обработки 0.005 н. НС1, % Размер фракций, мм Сумма частиц <0.01
1.0-0.25 0.25-0.05 0.05-0.01 0.01-0.005 0.005-0.001 <0.001
12-20 2.0 0.7 75.5 4.9 2.8 1.7 14.4 18.9
20-28 1.0 0.6 19.0 47.8 7.8 10.0 14.8 32.6
А22§ 28-37 0.3 0.8 26.2 47.3 6.3 8.0 11.4 25.7
А2Б^ 37-50 0.6 0.7 21.5 45.4 8.1 8.4 15.9 32.4
Б^ 50-70 2.2 0.8 14.5 42.0 4.9 6.1 31.7 42.7
Б2§ 70-98 1.1 0.4 23.7 42.2 3.7 5.8 24.2 33.7
98-120 0.7 0.3 23.8 45.5 3.8 5.2 21.4 30.4
Cg >120 0.2 0.2 28.2 52.5 4.0 5.0 10.1 19.1
Таблица 2. Физико-химические свойства торфянисто-подзолисто-глееватой почвы
Горизонт Глубина, см Объемная масса, г/см3 рН Гумус, % Обменная кислотность Поглощенные основания Нг V, % Подвижные формы
водный солевой общая Н+ А12+ Са2+ Mg2+ сумма Р2О5 К2О
мг-экв/100 г почвы мг/100 г
О1 0-8 0.10 4.8 3.6 84.9* 9.50 0.50 9.00 18.6 4.7 23.3 73.7 24 106 170
О2 8-12 0.20 4.2 3.5 67.4* 8.00 0.30 7.7 16.4 2.6 19.0 68.9 22 31 61
12-20 1.67 4.8 3.9 1.3 3.60 0.10 3.50 0.8 0.1 0.9 5.9 13 12 5
А2^ 20-28 1.69 5.1 3.8 0.6 4.30 0.02 4.30 1.1 0.2 1.3 5.6 19 12 7
А22§ 28-37 1.53 5.1 3.9 0.4 3.00 0.01 2.90 1.7 0.3 2.0 4.4 31 15 6
А2Б^ 37-50 не опр. 5.3 3.9 0.5 2.60 0.01 2.60 3.8 1.5 5.3 5.3 50 14 7
Б^ 50-70 1.60 5.5 3.9 0.3 1.30 0.01 1.30 9.0 3.5 12.5 4.3 74 18 14
Б2§ 70-98 1.60 5.0 4.1 не опр. 0.50 0.01 0.50 9.5 3.3 12.8 2.6 83 29 14
БС§
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.