Везде

RAS BiologyПочвоведение Eurasian Soil Science

  • ISSN (Print) 0032-180X
  • ISSN (Online) 3034-5618

The Effect of Soil Buffering Capacity on the Transformation of Lead and Cadmium Compounds

You can
PII
10.31857/S0032180X24070029-1
DOI
10.31857/S0032180X24070029
Publication type
Article
Status
Published
Authors
M. V. Burachevskaya
  • Affiliation: Southern Federal University
Volume/ Edition
Volume / Issue number 7
Pages
936-949
Abstract
The aim of the work is to study the transformation of priority pollutants Lead (Pb) and Cadmium (Cd) in soils with different buffering capacities and pollution levels. The object of the study is the southern Chernozem (Haplic Chernozem) carbonate-heavy loamy soil, selected from a virgin site in the Rostov region, with a layer of 0 –20 cm. Lead and Cd nitrates were introduced separately in doses of 2, 5, and 10 approximately permissible concentrations (APC) of metal (for Pb 130 mg/kg and for Cd 2 mg/kg) into soil samples of the model experiment containing quartz sand in the ratios 1:0.25, 1:0.5, and 1:0.75 from the mass of the soil. The assessment of the buffer capacity of soils in relation to Pb and Cd was carried out according to the method of V.B. Ilyin (1995), based on the content of physical clay, humus, carbonates, R2O3, and pH. The ability of soils to firmly bound Pb and Cd was studied based on the results of the fractional group composition of metals using a combined fractionation method. In uncontaminated southern heavy loamy Chernozem, the buffering capacity of soils in relation to Pb and Cd is high and is ensured by the strong retention of metals by silicates and clay minerals (50 –64% of the sum of fractions). Dilution of the initial soil with quartz sand reduces its buffering capacity from high to medium and low. When soil is polluted, organic matter plays the most active role in the interaction with Pb, as in the case of Cd–Fe–Mn oxides. With a decrease in soil buffering and an increase in pollution, the group of loosely bound compounds increases by 6 –54%, mainly due to complex compounds in the case of Pb and exchangeable and specifically sorbed with Fe–Mn oxides in the case of Cd. At a dose of 10 APC of Pb, the gradation of soil buffering changes from low to very low. The data obtained are important for the prediction and normalization of soil pollution with various physico-chemical properties.
Keywords
буферность почвы черноземы почвенно-песчаные субстраты загрязнение тяжелыми металлами фракционный состав подвижность элементов
Date of publication
15.07.2024
Year of publication
2024
Number of purchasers
0
Views
39

References

  1. 1. Анисимов В.С., Кочетков И.В., Дикарев Д.В., Анисимова Л.Н., Корнеев Ю.Н., Фригидова Л.М. Влияние физико-химических характеристик почв на биологическую доступность природного и радиоактивного цинка // Почвоведение. 2016. № 8. С. 942–954.
  2. 2. Васильев А.А., Лобанова Е.С. Эколого-геохимическая оценка почвенного покрова г. Перми: тяжелые металлы и мышьяк // Пермский аграрный вестник. 2015. № 1. С. 34–49.
  3. 3. Водяницкий Ю.Н. Загрязнение почв тяжелыми металлами и металлоидами и их экологическая опасность (аналитический обзор) // Почвоведение. 2013. № 7. С. 872–872.
  4. 4. Воробьева Л.А. Теория и практика химического анализа почв. М.: ГЕОС, 2006. 400 c.
  5. 5. Ермаков В.В., Сарьян В.К. Развитие исследований по применению новых информационных технологий в экологическом мониторинге и биогеохимии // Доклады Томск. гос. ун-та систем управления и радиоэлектроники. 2018. Т. 21. № 3. С. 129–134.
  6. 6. Ильин В.Б. Оценка буферности почв по отношению к тяжелым металлам // Агрохимия. 1995. № 10. С. 109–113.
  7. 7. Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение // Почвоведение. 2007. № 9. С. 1112–1119.
  8. 8. Ильин В.Б. Тяжелые металлы и неметаллы в системе почва-растение. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2012. 218 с.
  9. 9. Ильин В.Б., Сысо А.И. Микроэлементы и тяжелые металлы в почвах и растениях Новосибирской области. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2001. 229 с.
  10. 10. Кошелева Н.Е., Касимов Н.С., Власов Д.В. Факторы накопления тяжелых металлов и металлоидов на геохимических барьерах в городских почвах // Почвоведение. 2015. № 5. С. 536–536.
  11. 11. Мамонтов В.Г., Гладков А.А., Кузелев М.М. Практическое руководство по химии почв. М.: Изд-во РГАУ-МСХА, 2012.225 с.
  12. 12. Методические рекомендации по гигиеническому обоснованию ПДК химических веществ в почве. М.: Минздрав СССР, 1982. 57 с.
  13. 13. Минкина Т.М., Мотузова Г.В., Манджиева С.С., Назаренко О.Г., Бурачевская М.В., Антоненко Е.М. Фракционно-групповой состав Mn, Cr, Ni и Cd в почвах техногенных ландшафтов (район Новочеркасской ГРЭС) // Почвоведение. 2013. № 4. С. 414–425.
  14. 14. Минкина Т.М., Мотузова Г.В., Назаренко О.Г., Крыщенко В.С., Манджиева С.С. Комбинированный прием фракционирования соединений металлов в почвах // Почвоведение. 2008. № 11. С. 1324–1333.
  15. 15. Минкина Т.М., Пинский Д.Л., Манджиева С.С., Бауэр Т.В., Сушкова С.Н., Кушнерева А.В. Влияние сопутствующего аниона на баланс катионов в системе почва раствор (на примере чернозема обыкновенного) // Почвоведение. 2014. № 8. С. 932–932.
  16. 16. Мирошниченко Н.Н., Пащенко Я.В., Фатеев А.И. Показатели буферности и устойчивости в оценке барьерной функции почв // Почвоведение. 2003. № 7. С. 808–817.
  17. 17. Пантюхин Д.В. Влияние свинца на здоровье человека и его содержание в г. Орле // Теоретические и практические аспекты научных исследований. Матер. междунар. (заочной) науч.-пр. конф. София, 19 апреля 2019 года. София, 2019. С. 25–30.
  18. 18. Пинский Д.Л., Минкина Т.М., Бауэр Т.В., Невидомская Д.Г., Шуваева В.А., Манджиева С.С., Цицуашвили В.С. и др. Идентификация соединений тяжелых металлов в техногенно преобразованных почвах методами последовательного фракционирования, XAFS-спектроскопии и XRD порошковой дифракции // Почвоведение. 2022. № 5. С. 600–614.
  19. 19. Пинский Д.Л., Шарый П.А., Манджиева С.С., Минкина Т.М., Переломов Л.В., Мальцева А.Н., Дудникова Т.С. Влияние состава и свойств почв и почвенно-песчаных субстратов, загрязненных медью, на морфометрические показатели растений ячменя // Почвоведение. 2023. № 3. С. 393–404.
  20. 20. Потатуева Ю.А., Прищеп Е.Г., Сидоренкова Н.К., Виндекер Т.А. Влияние карбоната кадмия на урожай сельскохозяйственных культур, подвижность кадмия в почве и накопление растениями // Агрохимия. 2005. № 8. С. 50–57
  21. 21. СанПиН 1.2.3685-21 Об утверждении санитарных правил и норм “Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания” постановление Главного государственного санитарного врача РФ от 28.01.2021 № 2.
  22. 22. Серегин И.В., КожевниковаА.Д., Жуковская Н.В., Схат Х. Устойчивость и накопление кадмия исключателем Thlaspiarvense и различными экотипами гипераккумулятора Noccaeacaerulescens // Физиология растений. 2015. Т. 62. № 6. С. 854–854.
  23. 23. Шаймухаметов М.Ш. К методике определения поглощенных Ca и Mg в черноземных почвах // Почвоведение. 1993. № 12. С. 105–112.
  24. 24. Acosta J., Gabarrón M., Faz A., Martínez-Martínez S., Zornoza R., Arocena J.M. Influence of population density on the concentration and speciation of metals in the soil and street dust from urban areas // Chemosphere. 2015. V. 134. P. 328–337. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2015.04.038
  25. 25. Amery F., Degryse F., Degeling W., Smolders E., Merckx R. The copper-mobilizing-potential of dissolved organic matter in soils varies 10-fold depending on soil incubation and extraction procedures // Environ. Sci. Technol. 2007. V. 41. P. 2277–2281. https://doi.org/10.1021/es062166r
  26. 26. Berti W.R., Jacobs L.W. Chemistry and phytotoxicity of soil trace elements from repeated sewage studge applications // J. Environ. Qual. 1996. V. 25. P. 1025–1032. https://doi.org/10.2134/jeq1996.00472425002500050014x
  27. 27. Fan H., Zhao C., Yang Y. A comprehensive analysis of the spatio-temporal variation of urban air pollution in China during 2014–2018 // Atmospheric Environ. 2020. V. 220. P. 117066. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2019.117066
  28. 28. Gomes F.P., Barreto M.S.C., Amoozegar A., Alleoni L.R.F. Immobilization of lead by amendments in a mine-waste impacted soil: Assessing Pb retention with desorption kinetic, sequential extraction and XANES spectroscopy // Sci. Total Environ. 2022. V. 807. P. 150711. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.150711
  29. 29. Gržetić I., Ghariani R.H.A. Potential health risk assessment for soil heavy metal contamination in the central zone of Belgrade (Serbia) // J. Serbian Chem. Soc. 2008. V. 73 (8–9). P. 923-934. https://doi.org/10.2298/JSC0809923G
  30. 30. Huang H., Yang Y., Yuan C.Y., Li Q., Ouyang K., Wang B., Wang Z.X. Pollution evaluation of heavy metals in soil near smelting area by index of geoaccumulation (Igeo) // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2017. V. 52. P. 012095. https://doi.org/10.1088/1742-6596/52/1/012095
  31. 31. Kabata-Pendias A., Szteke B. Trace elements in abiotic and biotic environments. Taylor & Francis, 2015. 468 p.
  32. 32. Lu A.X., Wang J.H., Qin X.Y., Wang K.Y., Han P., Zhang S.Z. Multivariate and geostatistical analyses of the spatial distribution and origin of heavy metals in the agricultural soils in Shunyi, Beijing, China // Sci. Total Environ. 2012. V. 425. P. 66–74. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2012.03.003
  33. 33. McLaren R.G., Crawford D.V. Studies on soil copper: II. the specific adsorption of copper by soils // J. Soil Science. 1973. V. 24(4). P. 443–452. https://doi.org/10.1111/j.1365-2389.1973.tb02311.x
  34. 34. Meng J., Wang L., Zhong L.B., Liu X.M., Brookes P.C., Xu J.M., Chen H.J. Contrasting effects of composting and pyrolysis on bioavailability and speciation of Cu and Zn in pig manure // Chemosphere. 2017. V. 180. P. 93–99. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2017.04.009
  35. 35. Minkina T.M., Nevidomskaya D.G., Pol’shina T.N., Fedorov Y.A., Mandzhieva S.S., Chaplygin V.A., Bauer T.V., Burachevskaya M.V. Heavy metals in the soil–plant system of the Don River estuarine region and the Taganrog Bay coast // J. Soils Sediments. 2017. V. 17 (5). P. 1474–1491. https://doi.org/10.1007/s11368-016-1381-x
  36. 36. Niu L., Yang F., Xu C., Yang H., Liu W. Status of metal accumulation in farmland soils across China: from distribution to risk assessment // Environ. Poll. 2013. V. 176. P. 55–62. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2013.01.019
  37. 37. Serrano S., Garridoa F., Campbellb C.G., Garcı´a-Gonza´lez M.T. Competitive sorption of cadmium and lead in acid soils of Central Spain // Geoderma. 2004. V. 125. P. 94–105. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2004.04.002
  38. 38. Sungur A., Soylak M., Ozcan H. Investigation of heavy metal mobility and availability by the BCR sequential extraction procedure: relationship between soil properties and heavy metals availability // Chem. Speciat. Bioavailab. 2014. V. 26. P. 219–230. https://doi.org/10.3184/095422914X14147781158674
  39. 39. Tashakor M., Zuhairi Wan Yaacob W., Mohamad H., Abdul Ghani A., Saadati N. Assessment of selected sequential extraction and the toxicity characteristic leaching test as indices of metal mobility in serpentinite soils // Chem. Speciat. Bioavailab. 2014. V 26(3). P. 139–147. https://doi.org/10.3184/095422914X14036277112433
  40. 40. Tessier A., Campbell P.G.C., Bisson M. Sequential extraction procedure for the speciation of particulate trace metals // Anal. Сhem. 1979. V. 51(7). P. 844–850. https://doi.org/10.1021/ac50043a017
  41. 41. Tianlik T.E.H., Norulaini N.A.R.N., Shahadat M., Yoonsing W.O.N.G., Omar A.K.M. Risk assessment of metal contamination in soil and groundwater in Asia: A review of recent trends as well as existing environmental laws and regulations // Pedosphere. 2016. V. 26(4). P. 431–450. https://doi.org/10.1016/S1002-0160 (15)60055-8
  42. 42. Ure A.M. Single extraction schemes for soil analysis and related applications // Science of the Total Environment. 1996. V. 178. P. 3–10. https://doi.org/10.1016/0048-9697 (95)04791-3
  43. 43. Veeresh H., Tripathy S., Chaudhuri D., Ghosh B., Hart B., Powell M. Changes in physical and chemical properties of three soil types in India as a result of amendment with fly ash and sewage sludge // Environ. Geol 2003. V. 43. P. 513–520. https://doi.org/10.1007/s00254-002-0656-2
  44. 44. WRB. IUSS Working Group WRB. 2014. World reference base for soil resources 2014, International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. World Soil Resources Reports No. 106. FAO, Rome.
  45. 45. Xiang M., Li Y., Yang J., Lei K., Li Y., Li F., Zheng F., Fang X., Cao Y. Heavy metal contamination risk assessment and correlation analysis of heavy metal contents in soil and crops // Environ. Poll. 2021. V. 278. P. 116911. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2021.116911
  46. 46. Yang P., Yang X., Sun L., Han X., Xu L., Gu W., Zhang M. Effects of cadmium on oxidative stress and cell apoptosis in Drosophila melanogaster larvae // Scientific Reports. 2022. V. 12 P. 4762. https://doi.org/10.1038/s41598-022-08758-0
  47. 47. Yaylali-Abanuz G. Heavy metal contamination of surface soil around Gebze Industrial area, Turkey // Microchem. J. 2011. V 99. P. 82–92. https://doi.org/10.1016/j.microc.2011.04.004
  48. 48. Zhang J., Li H., Zhou Y., Dou L., Cai L., Mo L., You J. Bioavailability and soil to crop transfer of heavy metals in farmland soils: a case study in the Pearl River Delta, South China // Environ. Poll. 2018. V. 235. P. 710–719. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2017.12.106
  49. 49. Zhao F.J., Tang, Z., Song, J.J., Huang, X.Y., Wang P. Toxic metals and metalloids: Uptake, transport, detoxification, phytoremediation, and crop improvement for safer food // Molecular Plant. 2022. V. 15 (1). P. 27–44. https://doi.org/10.1016/j.molp.2021.09.016
  50. 50. Zhong X., Chen Z., Li Y., Ding K., Liu W., Liu Y., Yuan Y., Zhang M., Baker A.J.M., Yang W., Fei Y., Wang Y., Chao Y., Qiu R. Factors influencing heavy metal availability and risk assessment of soils at typical metal mines in Eastern China // J. Hazardous Mater. 2020. V. 400. P. 123289. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.123289
QR
Translate

Индексирование

Scopus

Scopus

Scopus

Crossref

Scopus

Higher Attestation Commission

At the Ministry of Education and Science of the Russian Federation

Scopus

Scientific Electronic Library