2021_058

характеристики, что приводит к ограничению продуктивных и экологических функций почвы [2]. Попадание тяжелых металлов в окружающую атмосферу и почву, в первую очередь, связано с их обширным применением в различных отраслях промышленности. Тяжелые металлы принадлежат к особенным загрязняющим веществам, мониторинг которых обязателен в абсолютно всех средах. Магнитометрия является одним из наиболее эффективных методов мониторинга окружающей среды, такими загрязняющими элементами, как ТМ.

Из за низкого содержания магнитных минералов в почвах, для изучения МЧ, рекомендуют проводить магнитную сепарацию. Она основана на способности ферромагнетиков втягиваться в неоднородное магнитное поле. Данная процедура проводится при нарушении естественного сложения почв. Таким образом, исследование магнитной фракции ведется на уровне отдельных магнитных частиц, то есть на субмикроморфологическом уровне [10].

Морфология магнитных частиц, в первую очередь, зависит от их происхождения. Различают следующие формы магнитных частиц: литогенные, пирогенные и техногенные. Литогенные МЧ встречаются в осадочных породах и, как один из важных компонентов шлихового материала, изучаются при геологическом обследовании территорий. Пирогенные формы образуются в результате термического воздействия [6]. Они также обеспечивают повышенные значения магнитной восприимчивости верхних, а иногда и срединных горизонтов почв[7, 8].

Происхождение сферических магнитных частиц (СМЧ) в окружающей среде может быть как природным, связанным с поступлением с космическими телами и продуктами вулканических извержений, так и техногенным, обусловленным выбросами в атмосферу продуктов сжигания угля и некоторых других видов топлива. Повышенное содержание СМЧ в почвах началось около 150 лет назад в связи с использованием паровых локомотивов на железных дорогах [4]. В настоящее время, СМЧ являются отдельным объектом изучения и используются учеными как трассеры переноса естественных почвенных и загрязняющих веществ [3, 5]. Характер радиального распределения в почвах сферических магнитных частиц в основном регрессивно–аккумулятивный. В целинных почвах основная часть СМЧ сконцентрирована в верхнем 3-5-сантиметровом слое [7, 8].

По химическому и минеральному составу можно выделить следующие группы магнитных частиц: железистые (магнетитовые), силикатно-железистые (измененные магнетитовые) и силикатные. [5].

Эпифиты древесных пород эффективно применяются в качестве биоиндикаторов различных химических элементов, в том числе и тяжелых металлов

[1,11].

В работе Б. Бушевского, А. Ястшебска, и др., было установлена взаимосвязь между содержанием металлов в почве и их накоплением в различных морфологических частях растений. Концентрация металлов в эпифитах была пропорциональна концентрации металлов в почве [1]. Также исследование Юань-Юань

240

Ву, Цзин Гао, Го-Чжан Чжан и др. показало, что соотношения Fe:Ti и редкоземельных элементов были сходны между образцами лишайника и почвы. Содержание таких элементов как Ca, Cd, Co, Cu, K, P, Pb, S, Sb и Zn в лишайниках пропорционально местной почвы [12].

Эпифитные мхи и лишайники зависят от атмосферы в плане питательных веществ, так как у них отсутствует развитая корневая система. За сч т высокого соотношения поверхности и широкого межклеточного пространства, а также высокой толерантности к различным концентрациям атмосферных загрязняющих веществ, биоаккумуляция эпифитов древесных пород атмосферными загрязнителями является надежным инструментом мониторингом [9].

Морфологические свойства МЧ в эпифитах схожи с МЧ в почвах [5, 6]. Выводы

Таким образом, МЧ - это важные объекты исследования, т.к являются трассерами переноса естественных почвенных и загрязняющих веществ. Одним из способов изучения магнитной фракции является магнитная сепарация. Она проводится с нарушением естественного сложения образцов почв и эпифитов, на уровне единичных частиц. По морфологическим свойствам различают: литогенные, пирогенные и техногенные магнитные частицы. В настоящее время, сферические магнитные частицы, являются наиболее изученными. Биоиндикация загрязняющих веществ, в том числе и ТМ, эффективно проводится с помощью эпифитных мхов и лишайников. Зарубежными учеными была выявлена прямая корреляционная связь между содержанием ТМ в почвах и эпифитах.

Литература

1.Buszewski B., Jastrzębska A., Kowalkowski T., Górna-Binkul A. Monitoring of Selected Heavy Metals Uptake by Plants and Soils in the Area of Torun, Poland //Polish Journal of Environmental Studies. 2000. Vol. 9(6). Р. P. 511-515.

2.Hanesch M., Scholger R., "The influence of soil type on the magnetic susceptibility measured throughout soil profiles" //Geophysical Journal International, 2005. Vol. 161, № 1, P. P. 50-56.

3.El Baghdadi M., Barakat, A., Sajieddine, M. et al. Heavy metal pollution and soil magnetic susceptibility in urban soil of Beni Mellal City (Morocco) //Environ Earth Sci 66. 2012. Р. Р 141–155.

4.Huffman G. P., Huggings F. E. Reaction and Transformation of Coal Mineral Matter at Elevated Temperatures. //Mineral Matter and Ash in Coal. Amук. Chem. Soc. Symp. Ser. 301. Philadelpha, 1984. Р. P. 100–113.

5.Magiera, T., Gołuchowska, B. & Jabłońska, M. Technogenic Magnetic Particles in Alkaline

Dusts from Power and Cement Plants. Water Air Soil Pollut 224, 1389 (2013).

6.Mroz, T. Determination of element composition and extraterrestrial material occurrence in

‘moss and lichen samples from King George Island (Antarctica) using reactor neutron activation analysis and SEM microscopy / K. Szufa, V.M. Frontasyeva,V. Tselmovich4, T. Ostrovnaya, A. Komasl, M. A. Olech, J. W. Mietelski, K. Brudecki //Environ Sci Pollut Res. 2018. Vol. 25. Р. P. 436-446.

7.Olson K.R., Jones R.L., Gennadiyev A. N. et al. Soil catena formation and erosion of two Mississippian mounds at Cahokia archaeological site, Illinois //Soil Sci. 2003. Vol. 168 (11). Р. P. 812–824

8.Olson K.R., Jones R.L., Gennadiyev A. N. et al. Soil Development on Monks Mound at the

Cahokia Arhaelogical Site, Illinois //Soil Survey Horizons. 2003. Vol. 44, № 3. P. P. 73–106.

9.Salo H. Preliminary enviromagnetic comparison of the moss, lichen, and filyer fabric bags to air pollution monitoring //International Journal of Geography. 2014. Ne 192. P. P. 154-163.

10.Sierra C. Martínez J. High intensity magnetic separation for the clean-up of a site polluted by lead metallurgy //Journal of hazardous materials. 2013. Vol. 248-249, P. P 194-201.

11.Ugulu I., Dogan, Y., Baslar, S. et al. Biomonitoring of trace element accumulation in plants growing at Murat Mountain. Int. J. Environ. Sci. Technol. 2012. № 9, Р. Р 527–534.

241

12. Wu Y.Y., Gao J., Zhang G.Z., et al. Two lichens differing in element concentrations have similar spatial patterns of element concentrations responding to road traffic and soil input. Sci Rep. 2020. Vol. 10(1), 19001. https://doi.org/10.1038/s41598-020-76099-x (.дата обращения: 15.03.2021)

УДК 65.05.33

О.А. Гил в – студент; В.Ю. Гил в – научный руководитель, доцент,

ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ, г. Пермь, Россия

БАЗА ДАННЫХ СОСТАВА И СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОЧВ ЗАПОВЕДНИКА «БАСЕГИ»

Аннотация. В статье представлена структура формирования таблиц базы данных (БД) состава и свойств горных почв заповедника «Басеги» в СУБД MS Access, приведены примеры создания пользовательского интерфейса по средствам форм и отчетов, а также представлена структура таблиц справочников.

Ключевые слова: базы данных, структура базы данных, создание базы данных, системы управления базами данных, Северный Басег.

Использование баз данных для хранения информации о составе и свойствах почв позволяет объединить, структурировать и систематизировать большие объемы данных почвенных исследований, не теряя в скорости и удобстве поиска необходимой информации. Так на кафедре почвоведения набралось большое количество информации о горных почвах северного Басега, представленной на бумажных носителях, и электронных носителях формата MS Excel. Так как современные базы данных управляются более удобными СУБД, целью наших исследований является создание структуры базы данных состава и свойств горных почв территории северного Басега в СУБД MS Access.

Объектом исследования являются альфегумусовые почвы территории Северного Басега их состав и свойства.

Модель данных базы данных состава и свойств горных почв была проработана в нашей предыдущей работе [1] при создании базы данных состава и свойств почв Пермского края, поэтому подробно о ней в этой статье останавливаться не будем. Стоит отметить только то, что в модель базы данных состава и свойств горных почв были внесены такие атрибуты сущности, как горно-зональная поясность и высота над уровнем. Была исключена вся классификация почв СССР 1977 года, так как в ней нет четкой классификации горных почв, также были исключены из атрибутов сущности агрофизические свойства, так как для горных почв Северного Басега, таких исследований на кафедре почвоведения по настоящий момент не проводилось.

В результате проведенной работы было создано 2 основных таблицы в которых будет хранится вся информация о почвах.

Это таблица описание почвенного разреза, хранящая в себе данные о местоположении почвенного разреза, времени его закладки, растительности на прилегающей территории и др. данные.

242

И таблица описание почвенных горизонтов, объединяющая в себе данные о морфологических признаках, физико-химических свойствах и гранулометрическом составе горизонтов почвы.

Во всех таблицах поле код является ключевым и имеет тип счетчик. В таблице описание горизонтов введены логические поля: вскипание, новообразования, включения, оглеение. Они позволяют указать на наличие или отсутствие этих признаков и при наличии уточнить их. Поля степень насыщенности основаниями, емкость катионного обмена, поля содержание физической глины и песка в таблице описание горизонтов имеют тип – расчетные и рассчитываются согласно общепринятых методик. Также добавлено поле типа OLE, которое содержит в себе фотографию почвенного разреза.

Создание пользовательского интерфейса является не менее важным этапом, чем создание самих таблиц. Это связано в первую очередь с тем, что конечный пользователь (часто не подготовленный) должен быстро сориентироваться и понять, что и как ему нужно делать при этом допускать его к самим таблицам не всегда хорошее решение. Формы дают возможность скомпоновать и предоставить информацию так, как это будет удобно, не изменяя при этом сами таблицы. Отчеты же позволяют быстро получить необходимую информацию из БД. И формы, и отчеты позволяют экспортировать данные. В СУБД MS Access создано 9 форм. 4 для добавления и редактирования информации и 5 для просмотра и вывода информации. Описание почвенного разреза и формы морфологические свойства, физико-химические свойства и гранулометрический состав объедин нные в одну форму навигации для удобного перемещения относятся к первому типу форм.

Форма описание почвенного разреза содержит данные о дате заложения разреза, авторе, глубине разреза, мощности гумусового горизонта, географическое положение. Информацию о рельефе, растительности и почвообразующей породе. А также фотографию разреза. Поля мезо- и микрорельеф, почвообразующая порода и др. представленные на картинке (рис. 1) со стрелкой вниз являются полями с подстановкой. Это позволяет заполняющему выбрать необходимый вариант из выпадающего списка значений, а не вводить вручную. Эта вкладка также содержит сводку полей по классификации почв России 2004г. Все поля классификации имеют тип поле с подстановкой. В дополнение к этому каждое поле проходит динамическую фильтрацию для уменьшения списка предлагаемых значений.

Рис.1 – Форма описание почвенного разреза

243

Для это необходимо заполнять поля с самой высокой классификационной единицы до самой низкой. В данной форме присутствуют элементы кнопочного управления: Предыдущая, следующая, новая запись и др.

Форма – описание почвенного горизонта содержит в себе совокупность всех свойств и параметров характерных для почвенных горизонтов, представленных в данной БД. Эта форма состоит из 3х вкладок.

Вкладка №1 – Морфологические свойства. Объединяет морфологические свойства выбранного горизонта. Представлена полями с подстановкой, текстовыми и логическими. Логические поля включения, новообразования и вскипание являются определяющими для текстовых полей характер включений, характер новообразований и характер вскипания, которые при отрицательном значении логических полей становиться не активны.

Вкладка №2 – Физико-химические свойства. Состоит из полей числового

типа.

Вкладки №3 – Гранулометрический состав структурно идентична Вкладке

№2.

В этой форме также присутствуют элементы кнопочного управления: вернуться на начальную форму, обновить форму и др.

Форма данные о почвах является начальной формой базы данных. Эта форма появляется при запуске базы данных и представляет из себя совмещенную форму.

Рис. 2 – Форма данные о почвах

В нижней ее части находится таблица с данными о внесенных в базу данных почвенных разрезах. Эти данные можно сортировать и фильтровать. Для получения полной информации о почвенном разрезе достаточно нажать на интересующий почвенный разрез. В верхней части находится блок кнопочного управления, который позволяет добавлять и редактировать данные в почвенной базе данных.

Форма данные о почвенном разрезе представляет собой совокупность данных о выбранном почвенном разрезе. Она состоит из основной формы и 3х под-

244

чиненных форм, которые выводят информацию о морфологических, физикохимических и других свойствах горизонтов выборного почвенного разреза.

Форма свойства почв имеет аналогичное строение форме данные о почвах и призвана для фильтрации и сортировки почв по их свойствам. Отфильтрованные и отсортированные данные можно вывести в MS Excel для дальнейшей работы с ними.

Создан сложный отчет данные о разрезе, состоящий из 1 основного и 3х подчиненных отчетов. Этот отчет позволяет выгружать данные о выбранном почвенном разрезе на бумажный носитель или в PDF-файл.

В результате проделанной работы создана функционирующая база данных состава и свойств горных почв заповедника «Басеги». На данный момент в нее внесены данные о 16 разрезах отдела альфегумусовые.

Литература 1. Гилев О.А., Гилев В.Ю. Разработка модели данных базы данных состава и свойств

почв Пермского края// Материалы Международной научной конференции I Никитинские чтения «Актуальные проблемы почвоведения, агрохимии и экологии в природных и антропогенных ландшафтах» 19-22 ноября 2019 г. – Пермь : ИПЦ «Прокростъ», 2020. С. 313-315

УДК 631.4; 574.56

С.М. Горохова – аспирант, ассистент; Ч.Д. Шаймухаметова – студентка;

А.А. Васильев – научный руководитель, зав. кафедрой, ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ, г. Пермь, Россия

НЕОДНОРОДНОСТЬ СОДЕРЖАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ДЕРНОВОПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВАХ ПЕРМСКОГО РАЙОНА ПЕРМСКОГО КРАЯ

Аннотация. В статье приведены результаты исследования содержания тяжелых металлов в магнитной фазе, конкрециях и твердой фазе гумусового горизонта дерново-подзолистой поверхностно-глееватой тяжелосуглинистой почвы Пермского района Пермского края.

Ключевые слова: дерново-подзолистая почва, залежь, оглеение, магнитная фаза, конкреции, тяжелые металлы, Пермский край.

Загрязнение тяжелыми металлами (ТМ) почв пригородных территорий является актуальной проблемой Пермского края [4, 8].

Цель исследования – оценить неоднородность содержания тяжелых металлов в дерново-подзолистой поверхностно-глееватой тяжелосуглинистой почве Пермского района Пермского края. В задачи исследования входили: сепарация магнитной фазы (МФ) и конкреций из почвы; определение содержания железа и ТМ в почве до проведения сепарации, в МФ и конкрециях; эколого-геохимическая оценка элементного химического состава в разных фазах почвы.

245

Объекты и методы исследования. Исследования проводились в Пермском районе Пермского края. Разрез заложен в микрорайоне Соболи на южной окраине г. Перми. Координаты 57095’14’’ с.ш. 56029’51’’ в.д. Объектом исследования была дерново-подзолистая поверхностно-глееватая глинистая почва, сформировавшаяся на покровных глинах.

Рис. 1. Карта-схема местоположения объектов исследования на территории Пермского края

В методы исследования входили: 1) Закладка почвенного разреза и прикопок (2 шт.) и отбор образцов почвы из генетических горизонтов. 2) Подготовка карты-схемы местоположения объектов исследования на территории Пермского края в программном пакете QGIS3.16 [7]. 3) Магнитная сепарация «сухим» методом с использованием ферритового магнита [8]. 4) Выделение конкреций методом отмывки на сите с диаметром отверстий 1 мм. 5) Химический состав почвы, магнитной фазы почвы и конкреций определен атомно-абсорбционным методом на спектрометре iCE 3500 с пламенной атомизацией. 6) Эколого-геохимическая оценка проводилась путем расчета коэффициентов концентрации (KK) химических элементов по формулам (1-4):

1)

246

– коэффициент обогащения магнитной фазы (конкреций) тяжелыми металлами;

С – концентрация i-го химического элемента в магнитной фазе (конкрециях) почвы, мг/кг;

Csoil – концентрация i-го химического элемента в почве до проведения сепарации, мг/кг.

При KKsoil >1 магнитная фаза обогащена i-м химическим элементом, в противном случае – обеднена.

2)

где KKbackground – коэффициент концентрации относительно регионального фона [2, 3];

Сbackground – концентрация i-го химического элемента в горизонте А подзолистой почвы заповедника «Вишерский», мг/кг.

Примечание: Для расчета KKbackground использовали следующие значения концентрации отдельных элементов (Сbackground): Fe 730 мг/кг [2]; Mn 936 ; Сr 162; Ni 34,4; Cu 46,9; Zn 63,9; Co 9,5; Pb 24,4 мг/кг [3].

3)

где ККV – коэффициент концентрации относительно кларка для почв мира; СV – кларк i-го химического элемента в почвах мира по А.П. Виноградову

[5], мг/кг.

4)

где ККА – коэффициент концентрации относительно кларка почв селитебных территорий России по В.А. Алексеенко [1];

СА – кларк i-го химического элемента в почвах селитебных территорий по В.А. Алексеенко, мг/кг.

Элементное химическое загрязнение классифицировалось по значениям KKbackground, KKV, и KKA следующим образом: >1 загрязненная почва, ≤1

А)

247

Результаты исследования. Почва имеет низкое содержание гумуса, очень сильнокислую реакцию почвенного раствора, умеренно низкую емкость катионного обмена, низкую степень насыщенности почв основаниями. Потенциальная устойчивость к загрязнению ТМ низкая [6].

В МФ концентрация железа в 2 раза, а в железо-марганцевых конкрециях – в 2,4 выше, чем в твердой фазе почвы, из которой магнитные частицы были извлечены. В конкрециях аккумулируется не только железо и марганец, но и Co, Pb и Zn. В магнитной фазе почвы сконцентрировано железо, Ni, Co, Pb, Mn, Zn, Cu (рис. 2А).

Соотношение содержания ТМ во фракциях с почвами заповедника «Вишерский» (фон) показало, что почва обогащена Fe, Co и Сu; МФ – Fe, Ni, Co, Mn, Cu; а

конкреции – Fe, Co, Mn, Pb, Cu (рис. 2Б).

Кобальтом обогащены все три компонента почвы относительно кларка почв мира, а Mn, Pb и Zn – конкреции м МФ (рис. 3А). Содержание Mn, Ni и Co в почве, МФ и конкрециях превышает кларк почв селитебных территорий (рис. 3Б).

Вывод. Железосодержащие минералы в составе магнитной фазы и конкреций гумусового горизонта дерново-подзолистых почв природных ландшафтов в окрестностях г. Пермь концентрируют Ni, Co, Pb, Mn, Zn, Cu.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 19-34-90070 «Оценка и меры по снижению экологических рисков загрязнения почв тяжелыми металлами в составе магнитных частиц при ведении агрохозяйства на территориях с высоким уровнем антропогенной нагрузки на окружающую среду и почвенный покров».

Литература

1.Алексеенко В.А., Алексеенко А.В. Химические элементы в геохимических системах. Кларки почв селитебных ландшафтов. Ростов-на-Дону: Издательство Южного федерального университета, 2013. 380 с.

2.Андреев Д.Н., Гатина Е.Л., Дзюба Е.А. Комплексная оценка экологического состояния почв на экологической тропе заповедника «Вишерский» с применением биотестового и геохимического методов анализа //Вестник Удмуртского университета. Серия «Биология. Науки о Земле». 2016. Т. 26. № 2. С. 7-18.

3.Бахарев П.Н. [и др.] Технофильные элементы в особо охраняемых экосистемах западноуральской тайги / П.Н. Бахарев, Е.А. Ворончихина, С.И. Ильиных, Н.М. Лоскутова //Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2012. Т. 14. № 1(8). С. 2136-2139.

4.Васильев А.А., Лобанова Е.С. Магнитная и геохимическая оценка почвенного покрова урбанизированных территорий Предуралья на примере города Перми. Пермь: ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА, 2015. 243 с.

5.Виноградов А.П. Геохимия редких и рассеянных химических элементов в почвах. М.: Изд-во АН СССР, 1957. 237 с.

6.Чащин А.Н. Картографирование агрохимических свойств почвы с применением обычного кригинга // АгроЭкоИнфо. 2020. № 1 (39). С. 1-10.

7.Шаймухаметова Ч. Д., Горохова С. М. Морфологические и агрохимические свойства дерново-подзолистой поверхностно-глееватой тяжелосуглинистой почвы Пермского района Пермского края // Материалы Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Молодежная наука 2020: технологии, инновации» (Пермь, 10-13 марта 2020 г.). Пермь: ИПЦ «Прокростъ». 2020. Ч.1. С. 293-295.

8.Vasiliev A., Gorokhova S., Razinsky M. Technogenic Magnetic Particles in Soils and Eco- logical-Geochemical Assessment of the Soil Cover of an Industrial City in the Ural, Russia // Geosciences. 2020. V. 10. № 10. P. 443. https://doi.org/10.3390/geosciences10110443.

249