Assessment of metal pollution of roadside landscapes in the north of Western Siberia using statistical modeling

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The article presents an assessment of roadside soil and plant pollution by motor vehicles in the Arctic zone of Western Siberia. The studies were conducted on the Surgut-Salekhard motorway near Novy Urengoy and on one of the winter roads south of Tazovsky. A detailed geochemical characteristic of the parent rocks and soils of the study areas was provided. Chemical pollution was usually mild, since northern roads were often characterized by low and medium traffic intensity. Statistical modeling based on the consistent application of factor and discriminant analysis methods of multivariate statistics was used to detect and identify pollutants and the pollution level. It was established that the Cd–Pb–Zn–Cu–Ni association in soils indicates the motor vehicles pollution. An additional source of impact in the urban area was residential construction through the Ca–Mn–Co–Sr–Zn association. Similar parageneses were identified in the study of the solid phase of snow collected at the soil sampling sites, indicating the decisive role of aerotechnogenic transfer of metals in the pollution of natural-territorial complexes and the urban environment. Low activity of lateral and radial migration of metals was shown even in an acidic environment, which was explained by the widespread peat horizon that functions as a complex geochemical barrier – alkaline, biogeochemical and sorption. A change in the chemical composition of indicator plant species was established, caused mainly by aerotechnogenic transfer of metals, the source of which are motor transport and road surface. Soil pollution was localized within the former winter road and in roadside landscapes. However, there were traces of soil cover disturbance, soil thawing and an increase in the STS thickness were established. In general, chemical pollution caused by the impact of motor transport was weakly expressed, and the content of the studied metals did not exceed the standards established for soils (MPCs, TPCs). Calculation of the toxicity probability index (MERMQ) for contaminated soils showed low to moderate risk levels.

About the authors

A. Yu. Opekunov

Saint Petersburg State University

Email: a_opekunov@mail.ru
10 V.O. Line, 31–33, Saint Petersburg, 199178 Russia

M. G Opekunova

Saint Petersburg State University

10 V.O. Line, 31–33, Saint Petersburg, 199178 Russia

S. Yu. Kukushkin

Saint Petersburg State University

10 V.O. Line, 31–33, Saint Petersburg, 199178 Russia

S. A Lisenkov

Saint Petersburg State University

10 V.O. Line, 31–33, Saint Petersburg, 199178 Russia

References

  1. Атлас Ямало-Ненецкого автономного округа. Омск: ФГУП Омск. картогр. ф-ка, 2004. 303 с.
  2. Ганина А.А. Новые компоненты и присадки для производства автомобильных бензинов на базе доступного отечественного сырья. Дис. … канд. техн. наук. Иркутск, 2021. 138 с.
  3. Замотаев И.В., Иванов И.В., Михеев П.В., Никонова А.Н. Химическое загрязнение и трансформация почв в районах добычи углеводородного сырья (обзор литературы) // Почвоведение. 2015. № 12. С. 1505–1518.
  4. Кузьменкова Н.В., Кошелева Н.Е., Асадулин Э.Э. Тяжелые металлы в почвах и лишайниках тундровой и лесотундровой зон (северо-запад Кольского полуострова) // Почвоведение. 2015. № 2. С. 244–256. https://doi.org/10.7868/S0032180X14100062
  5. Леванчук А.В. Загрязнение окружающей среды продуктами эксплуатационного износа автомобильно-дорожного комплекса // Гигиена и санитария. 2014. № 6. С. 17–21.
  6. Лодыгин Е.Д. Сорбция ионов Cu2+ и Zn2+ гуминовыми кислотами тундровой торфяно-глеевой почвы // Почвоведение. 2019. № 7. С. 817–826.
  7. Наследов А.Д. IBM SPSS Statistics 20 и AMOS: профессиональный статистический анализ данных. СПб.: Питер, 2013. 416 с.
  8. Национальный доклад “Глобальный климат и почвенный покров России: арктическая зона, мерзлотные почвы – будущему России (сельское и лесное хозяйство)” / Под ред. Эдельгериева Р.С.-Х., Иванова А.Л. М.: Почв. ин-т им. В.В. Докучаева, 2024. Т. 4. 672 с.
  9. Опекунов А.Ю., Опекунова М.Г. Интегральная оценка загрязнения ландшафта с использованием функции желательности Харрингтона // Вестник СПб. ун-та. Сер. 7. 2014. Вып. 4. С. 101–113.
  10. 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. Минералого-геохимическая характеристика снежного покрова в районах горнорудного производства // Геохимия. 2021. Т. 66. № 7. С. 659–672.
  11. Опекунов А.Ю., Опекунова М.Г., Кукушкин С.Ю., Янсон С.Ю. Минералого-геохимические особенности снежного покрова на антропогенно нарушенных территориях Надым-Пуровского междуречья (север Западной Сибири) // Вестник Моск. ун-та. Сер. 5, география. 2024. Т. 79. № 3. С. 17–31.
  12. Опекунова М.Г., Опекунов А.Ю., Кукушкин С.Ю., Арестова И.Ю., Лисенков С.Р. Фоновое содержание химических элементов в растениях севера Западной Сибири и его изменение под влиянием нефтегазодобычи // Сибирский экологический журнал. 2024. № 2. С. 359–372.
  13. Опекунова М.Г., Опекунов А.Ю., Кукушкин С.Ю., Ганул А.Г. Фоновое содержание химических элементов в почвах и донных осадках севера Западной Сибири. Почвоведение. 2019. № 4. С. 422–439.
  14. Опекунова М.Г., Опекунов А.Ю., Кукушкин С.Ю., Лисенков С.Р., Власов С.В., Сомов В.В. Загрязнение почв севера Западной Сибири нефтяными и полициклическими ароматическими углеводородами: распределение и оценка экологического риска // Почвоведение. 2022. № 11. С. 1442–1460.
  15. Трегубов О.Д. Геохимические барьеры в почвах и ландшафтах Анадырской тундры // Вестник Моск. ун-та. Сер. 5, география. 2017. № 3. С. 70–79.
  16. Шаталова Н.В. Автодорожное сообщение арктической зоны Российской Федерации // Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе. 2014. Т. 1. С. 539–542.
  17. Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Геохимические индикаторы литогенеза (литологическая геохимия). Сыктывкар: Геопринт, 2011. 742 с.
  18. Adamiec E., Wieszała R., Strzebońska M., Jarosz-Krzemińska E. An attempt to identify traffic related elements in snow // Geol. Geophys. Environ. 2013. 39. P. 317–329.
  19. Goth A., Michelsen A., Rousk K. Railroad derived nitrogen and heavy metal pollution does not affect nitrogen fixation associated with mosses and lichens at a tundra site in Northern Sweden // Environ. Pollut. 2019. P. 857–865.
  20. Kluge B., Werkenthin M., Wessolek G. Metal leaching in a highway embankment on field and laboratory scale // Sci Total Environ. 2014. V. 493. P. 495–504.
  21. Kowalska J.B., Mazurek R., Gasiorek M., Zaleski T. Pollution indices as useful tools for the comprehensive evaluation of the degree of soil contamination – A review // Environ. Geochem. Health. 2018. 40. P. 2395–2420. https://doi.org/10.1007/s10653-018-0106-z
  22. Long E.R., Macdonald D.D., Severn C.G., Hong C.B. Classifying probabilities of acute toxicity in marine sediments with empirically derived sediment quality guidelines // Environ. Toxicol. Chem. 2000. V. 19. P. 2598–2601.
  23. Long E.R., Macdonald D.D., Smith S.L., Calder F.D. Incidence of adverse biological effects within ranges of chemical concentrations in marine and estuarine sediments // Environ. Managem. 1995. V. 19. P. 81–97.
  24. Meland S. Ecotoxic effects of highway and tunnel wash water runoff. PhD Thesis. As: Norwegian University of Life Sciences, 2010. 86 p. https://nmbu.brage.unit.no/nmbu-xmlui/handle/11250/2431910
  25. Mihailović A., Vučinić-Vasić M., Ninkov J., Erić S., Ralević N.M., Nemeš T., Antić A. Multivariate analysis of the contents of metals in urban snow near traffic lanes in Novi Sad, Serbia // J. Serbian. Chem. Soc. 2014. V. 79. P. 265–276. https://doi.org/10.2298/JSC130311052M
  26. Moskovchenko D., Pozhitkov R., Zakharchenko A., Tigeev A. Concentrations of major and trace elements within the snowpack of Tyumen, Russia // Minerals. 2021. V. 11. P. 709. https://doi.org/10.3390/min11070709
  27. Myers-Smith I.H., Arnesen B.K., Thompson R.M., Chapin III F.S. Cumulative impacts on Alaskan arctic tundra of a quarter century of road dust // Ecoscience. 2006. V. 13. P. 503–510.
  28. Müller A., Österlund H., Marsalek J., Viklander M. The pollution conveyed by urban runoff: A review of sources // Sci. Total. Environ. 2020. V. 709. P. 136125. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.136125
  29. Neitlich P.N., Wright W., Meglio E.D., Shiel A.E., Hampton-Miller C.J., Hooten M.B. Mixed trends in heavy metal-enriched fugitive dust on National Park Service lands along the Red Dog Mine haul road, Alaska, 2006–2017 // PLoS One. 2024. V. 19. P. e0297777. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0297777
  30. Opekunov A., Opekunova M., Kukushkin S., Lisenkov S. Impact of drilling waste pollution on land cover in a high subarctic forest-tundra zone // Pedosphere. 2022. V. 32. P. 414–425.
  31. Opekunova M., Opekunov A., Kukushkin S. Oil spill pollution in permafrost environments // Reference Module in Earth Systems and Environmental Sciences. 2025. https://doi.org/10.1016/B978-0-323-85242-5.00031-2
  32. Pozhitkov R., Moskovchenko D., Soromotin A., Kudryavtsev A., Tomilova E. Trace elements composition of surface snow in the polar zone of northwestern Siberia: the impact of urban and industrial emissions // Environ. Monit Assess. 2020. V. 192. P. 215.
  33. Ramakrishna D.M., Viraraghavan T. Environmental impact of chemical deicers –A review // Water Air Soil Poll. 2005. V. 166. P. 49–63.
  34. Vijayan A., Osterlund H., Marsalek J., Viklander M. Traffic-related metals in urban snow cover: A review of the literature data and the feasibility of filling gaps by field data collection // Sci. Total. Environ. 2024. V. 920. P. 170640.
  35. Werkenthin M., Kluge B., Wessolek G. Metals in European roadside soils and soil solution – A review // Environ. Pollut. 2014. V. 189. P. 98–110.
  36. Zhou J. The relationship between soil pH and geochemical components // Environ. Earth Sci. 2024. V. 83. P. 402. https://doi.org/10.1007/s12665-024-11711-1

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

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».