Твердые атмосферные выпадения как источник гидрофобности городских почв и материал для их образования

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В городских условиях почва подвергается влиянию ряда неблагоприятных воздействий, оказывающих большое влияние на ее гидрофобно-гидрофильные свойства. Определены водоотталкивающие свойства образцов городской пыли и почв методом WDPT-теста, смоделирован процесс гидрофобизации дерново-подзолистых почв в условиях мегаполиса и оценена его скорость. В исследовании использовали три образца пыли с различными показателями WDPT-теста от 420 до 850 с. По результатам модельного опыта показано, что с увеличением количества твердых атмосферных выпадений в материале дерново-подзолистой почвы увеличивается и уровень ее гидрофобности. Скорость увеличения зависит от водоотталкивающих свойств образца пылевых выпадений. При загрязнении наиболее гидрофобной пылью максимальная гидрофобизация образца достигается при 70-летней нагрузке. Для других образцов пыли наблюдалось увеличение времени впитывания капли вплоть до максимального срока аэрального загрязнения почвы в рамках модельного опыта (200 лет). Показатели WDPT-теста для исследованных горизонтов почв составили от 2.4 с для фоновой почвы до 1493.5 с для городской почвы, формировавшейся около крупной автомагистрали в течение 90 лет. В почве жилой застройки 40-летнего возраста показатель составил 237.1 с. Соответствие уровней гидрофобности, степени антропогенной нагрузки и времени пребывания участков в городской среде в модельном опыте и в образцах реальных городских почв на участках исследования свидетельствует о том, что твердые атмосферные выпадения являются составляющей гумусово-аккумулятивных горизонтов городских почв и оказывают существенное влияние на их водоотталкивающие свойства.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Н. В. Гончаров

МГУ им. М.В. Ломоносова

Автор, ответственный за переписку.
Email: nvnv.goncharov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-7305-1605
Россия, Москва

Т. В. Прокофьева

МГУ им. М.В. Ломоносова

Email: nvnv.goncharov@gmail.com
Россия, Москва

Д. И. Потапов

МГУ им. М.В. Ломоносова

Email: nvnv.goncharov@gmail.com
Россия, Москва

Г. Н. Федотов

МГУ им. М.В. Ломоносова

Email: nvnv.goncharov@gmail.com
Россия, Москва

Список литературы

  1. Архипова Л.В., Кормилицына О.В., Бондаренко В.В., Коолен Д. Проблемы с гидрофобностью почвы и пути их решения // Вестник МГУЛ – Лесной вестник. 2007. № 7. С. 102–106.
  2. Ачкасов А.И., Башаркевич И.Л., Варава К.В., Самаев С.Б. Загрязнение снегового покрова под влиянием противогололедных реагентов // Разведка и охрана недр. 2006. № 9–10. С. 132–137.
  3. Безбердая Л.А., Касимов Н.С., Черницова О.В., Лычагин М.Ю., Ткаченко А.Н. Тяжелые металлы и металлоиды в почвах, дорожной пыли и их фракции РМ10 в Севастополе: уровни, источники и опасность загрязнения // Почвоведение. 2022. № 12. С. 1571–1591.
  4. Герасимова М.И., Строганова М.Н., Можарова Н.В., Прокофьева Т.В. Антропогенные почвы (генезис, география, рекультивация) М.: Ойкумена, 2003. 226 c.
  5. Гладышева М.А. Магнитная восприимчивость урбанизированных почв. Дис. … канд. биол. наук. М., 2007. 200 c.
  6. Добровольский Г.В., Строганова М.Н., Прокофьева Т.В., Стриганова Б.Р., Яковлев А.С. Почва, город, экология. М.: Фонд “За экономическую грамотность”, 1997. 320 с.
  7. Дымов А.А., Милановский Е.Ю., Холодов В.А. Состав и гидрофобные свойства органического вещества денсиметрических фракций почв Приполярного Урала // Почвоведение. 2015. № 11. С. 1335–1345.
  8. Захаров А.А., Бызова Ю.Б., Уваров А.В., Залесская Н.Т., Ланина В.В., Мазанцева Г.П., Орлова Т.А., Сергеева Т.К., Суворов А.А., Янушев В.В. Почвенные беспозвоночные рекреационных ельников Подмосковья. М.: Наука, 1989. 233 с.
  9. Климат Москвы: [Электронный ресурс]. https://cugms.ru/pogoda-i-klimat/klimat-moskvy/ (дата обращения: 10.07.2023).
  10. Климат региона: [Электронный ресурс]. URL: https://cugms.ru/pogoda-i-klimat/klimat-regiona/ (дата обращения: 10.07.2023).
  11. Количественный химический анализ почв. Методика выполнения измерений массовой доли нефтепродуктов в пробах почв и грунтов флуориметрическим методом с использованием анализатора жидкости “Флюорат-02”. М.: ООО “Люмэкс”, 1998. 26 с.
  12. Кошелева Н.Е., Власов Д.В., Шопина О.В. Индикация загрязнения полиароматическими углеводородами дорожной пыли г. Москвы // Инженерно-экологические изыскания – нормативно-правовая база, современные методы и оборудование: матер. Общерос. науч.-пр. конф. М.: Геомаркетинг, 2020. С. 39–44.
  13. Ладонин Д.В., Михайлова А.П. Тяжелые металлы и мышьяк в почвах и уличной пыли Юго-Восточного административного округа г. Москвы: результаты многолетних исследований // Почвоведение. 2020. № 11. С. 1401–1411.
  14. Матвеева Н.В., Милановский Е.Ю., Хайдапова Д.Д., Рогова О.Б. Краевой угол смачивания как интегральный показатель физико-химических свойств черноземов Каменной степи // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2020. № 101. С. 76–123.
  15. Методика измерений массовой доли кремния в пробах отходов производства и потребления, почв, грунтов и донных отложений методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. М.: ФГБУ “ЦЛАТИ”, 2016.
  16. Методы определения органического вещества. М.: Издательство стандартов, 1992. 6 с.
  17. Методы определения удельной электрической проводимости, рН и плотного остатка водной вытяжки. М.: Стандартинформ, 2011. 4 с.
  18. Миков О.А. Оценка техногенного загрязнения почв методом каппаметрии при эколого-геохимическом мониторинге. Дис. … канд. геол.-минер. наук. Томск, 1999. 148 с.
  19. Московченко Д.В., Пожитков Р.Ю., Соромотин А.В. Геохимическая характеристика снежного покрова г. Тобольск // Известия ТПУ. 2021. № 5. С. 156–159.
  20. Панина Л.В. Локальные сухие пятна на газонах гольф гринов как следствие дефицита воды и гидрофобности почвы // Вестник МГУЛ – Лесной вестник. 2010. № 7. С. 99–104.
  21. Попутников В.О. Тенденции антропогенной трансформации автоморфных почв территорий городских парков и прилегающих жилых кварталов. Дис. … канд. биол. наук. М., 2011. 232 c.
  22. Постановление Правительства Москвы от 27 июля 2004 г. № 514-ПП “О повышении качества почвогрунтов в городе Москве”. https://docs.cntd.ru/document/3654347 (дата обращения: 10.07.2023).
  23. Потапов Д.И. Влияние влажности на гидрофильно-гидрофобные свойства почв различных типов // Экологический вестник Северного Кавказа. 2022. Т. 18. № 1. С. 17–22.
  24. Прокофьева Т.В., Шоба С.А., Лысак Л.В., Иванова А.Е., Глушакова А.М., Шишков В.А., Лапыгина Е.В., Шилайка П.Д., Глебова А.А. Органические компоненты и биота в составе городского атмосферного пылеаэрозоля: потенциальное влияние на городские почвы // Почвоведение. 2021. № 10. С. 1247–1261. https://doi.org/10.31857/S0032180X21100099
  25. Прокофьева Т.В., Шишков В.А., Кирюшин А.В., Калушин И.Ю. Свойства твердых (пылеаэрозольных) атмосферных выпадений придорожных территорий г. Москвы // Известия РАН. Сер. Географическая. 2015. № 3. С. 107–120.
  26. Самаев С.Б., Морозова И.А., Якубов Х.Г. Влияние магистралей на состояние прилегающих территорий // Экология большого города. Альманах. 2001. № 5. С. 49–54.
  27. Софинская О.А., Костерин А.В., Костерина Е.А. Краевые углы смачивания на границе вода-воздух препаратов загрязненных углеводородами почв и глинистых минералов // Почвоведение. 2016. № 12. С. 1456–1463. https://doi.org/10.7868/S0032180X16120121
  28. Таловская А.В., Володина Д.А., Язиков Е.Г. Макроэлементный и минерально-фазовый состав пыли в зоне воздействия цементного завода по данным изучения снегового покрова (Кемеровская обл.) // Химия в интересах устойчивого развития. 2019. Т. 27. № 2. С. 201–210.
  29. Таловская А.В., Осипова Н.А., Язиков Е.Г., Осипов К.Ю., Сапрунова И.А. Редкоземельные элементы в уличной пыли моногорода с наличием угледобывающих предприятий (на примере г. Междуреченска, Кемеровская обл.) // Инженерная экология: Докл. междунар. симп. М.: РНТОРЭС им. А.С. Попова. 2021. С. 181–185
  30. Таловская А.В., Язиков Е.Г., Беспалова А.И. Пространственно-временные тренды пылевого загрязнения снежного покрова в многопрофильном промышленном городе (на примере г. Томск, юг Западной Сибири) // Инженерная экология: Докл. междунар. симп. РНТОРЭС им. А.С. Попова. 2021. С. 186–190.
  31. Тюгай З., Быкова Г.С., Милановский Е.Ю., Дембовецкий А.В., Мешалкина Ю.Л. Поверхностные свойства почв: краевой угол смачивания // Фундаментальные концепции физики почв: развитие, современные приложения и перспективы. Сб. науч. тр. Междун. науч. конф., посвященной 90-летию со дня рождения Анатолия Даниловича Воронина. М., 2019. С. 208–212.
  32. Федоров Ю.А., Кузнецов А.Н., Дмитрик Л.Ю., Кузнецова Е.В., Бэллинджер О.Ю. Особенности распределения содержания нефтепродуктов в почвах, дорожной пыли и снеге по мегапрофилю в Ростовской области // Антропогенная трансформация природной среды. 2022. Т. 8. № 2. С. 61–66.
  33. Холодов В.А., Ярославцева Н.В., Яшин М.А., Фрид А.С., Лазарев В.И., Тюгай З.Н., Милановский Е.Ю. Контактные углы смачивания и водоустойчивость почвенной структуры // Почвоведение. 2015. № 6. С. 693–701. https://doi.org/10.7868/S0032180X15060064
  34. Шеин Е.В., Карпачевский Л.О. Теории и методы физики почв. М.: Гриф и К, 2007. 616 с.
  35. Шеин Е.В. Курс физики почв. М.: Изд-во МГУ, 2005. 432 с.
  36. Шеин Е.В., Милановский Е.Ю. Органическое вещество и структура почвы: учение В. Р. Вильямса и современность // Известия ТСХА. 2014. № 1. С. 42–51.
  37. Bachmann J., Horton R., van der Ploeg R. R., Woche S. Modified sessile drop method for assessing initial soil–water contact angle of sandy soil // Soil Sci. Soc. Am. J. 2000. Т. 64. № 2. P. 564–567.
  38. Bisdom E.B.A., Dekker L.W., Schoute J.F.Th., Water repellency of sieve fractions from sandy soils and relationships with organic material and soil structure // Geoderma. 1993. V. 56. P. 105–118
  39. Bykova G.S., Umarova A.B., Guo P., Klepikova E.A., Zavgorodnyaya Ju.A. Urban Road dust properties and its effect on the model soil’s wettability // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. IOP Publishing, 2021. Т. 862. № 1. P. 12–40.
  40. Daniel N.R.R., Uddin S.M.M., Harper R.J., Henry D.J. Soil water repellency: A molecular-level perspective of a global environmental phenomenon // Geoderma. 2019. V. 338. P. 56–66.
  41. Doerr S.H., Shakesby, R.A., Walsh, R.P.D. Soil hydrophobicity variations with depth and particle size fraction in burned and unburned Eucalyptus globulus and Pinus pinaster forest terrain in the Águeda Basin, Portugal // Catena. 1996. V. 27. P. 25–47.
  42. Glushakova A.M., Prokof’eva T.V., Lysak L.V., Goncharov N.V., Belov A.A. Antibiotic-resistant strains of Escherichia coli in urban atmospheric dust aerosols of Moscow city–the potential human health risks // ProScience. 2021. V. № 8. P. 11–20.
  43. Harper R.J., McKissock I., Gilkes R.J., Carter D.J., Blackwell P.S. A multivariate framework for interpreting the effects of soil properties, soil management and landuse on water repellency // J. Hydrology. 2000. V. 231–232. P. 371–383.
  44. Huang J., Hartemink A.E. Soil and environmental issues in sandy soils // Earth-Science Reviews. 2020. V. 208. P. 103295.
  45. Hurraß J., Schaumann G.E. Properties of soil organic matter and aqueous extracts of actually water repellent and wettable soil samples // Geoderma. 2006. Т. 132. № 1–2. P. 222–239.
  46. Karpuhin M.M., Padalka S.A., Streletskiy R.A., Buzin I.S. Determination of total petroleum hydrocarbons, 3,4-benzo[a]pyrene and various factions of heavy metals concentrations in urban soils and city dust on the South-Eastern administrative district, Moscow // 9th International Congress on Soils of Urban Industrial Traffc Mining and Military Areas (SUITMA). RUDN University, 2017. P. 66–68.
  47. Kasimov N.S., Vlasov D.V., Kosheleva N.E. Enrichment of road dust particles and adjacent environments with metals and metalloids in eastern Moscow // Urban Climate. 2020. V. 32. P. 100638.
  48. Kosheleva N.E., Vlasov D.V., Timofeev I.V., Samsonov T.E., Kasimov N.S. Benzo[a]pyrene in Moscow Road dust: pollution levels and health risks // Environ. Geochem. Health. 2023. V. 45. P. 1669–1694.
  49. Kasimov N.S., Kosheleva N.E., Vlasov D.V., Nabelkina K.S. Physicochemical properties of road dust in Moscow // Geography, Environment, Sustainability. 2019. V. 12. P. 96–113.
  50. Leelamanie D.A.L., Karube J., Yoshida A. Characterizing water repellency indices: Contact angle and water drop penetration time of hydrophobized sand // Soil Sci. Plant Nutrition. 2008. Т. 54. № 2. P. 179–187.
  51. Mao, J., Nierop, K.G., Dekker, S.C., Dekker, L.W., Chen B. Understanding the mechanisms of soil water repellency from nanoscale to ecosystem scale: a review // J. Soils Sediments. 2019. V. 19. P. 171–185.
  52. Milanovskiy E.Yu., Protsenko E.P., Tyugai Z.N., Bykova G.S., Kosolapova N.I., Protsenko A. Aggregate composition and the contact angle of the soil solid phase after incubation with peat gel // Proceeding of the Internetional Congress on “Soil Science in International Year of Soil”. 2015. P. 274–278.
  53. Prokof’eva T.V., Kiryushin A.V., Shishkov V.A., Ivannikov F.A. The importance of dust material in urban soil formation: the experience on study of two young Technosols on dust depositions // J. Soils Sediments. 2017. Т. 17. P. 515–524.
  54. Zavgorodnyaya Y.A., Chikidova A.L., Biryukov M.V., Demin V.V. Polycyclic aromatic hydrocarbons in atmospheric particulate depositions and urban soils of Moscow, Russia // J. Soils Sediments. 2019. V. 19. P. 3155–3165.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Гранулометрический состав образцов пыли, участвующих в модельном опыте

Скачать (67KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Скорость просачивания водной капли в зависимости от концентрации пыли 1 (а), 2 (b), или 3 (c) в фоновом образце дерново-подзолистой почвы

Скачать (211KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Скорость просачивания водной капли в зависимости от концентрации пыли 1, 2, или 3 в фоновом образце дерново-подзолистой почвы по сравнению с гидрофобностью почв на участках исследования

Скачать (160KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

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».