Эколого-геохимические закономерности формирования природно-антропогенных потоков веществ в почвах устьевой области реки Дон и побережья Таганрогского залив

Территория устьевой области реки Дон и побережья Таганрогского залива характеризуется исключительно благоприятными природными условиями и является уникальной по своей продуктивности. Кроме того, побережье Таганрогского залива Азовского моря – это важный рекреационный ресурс Ростовской области, роль которого с каждым годом возрастает. Однако, в настоящее время данная территория подвержена активному техногенному прессингу. Одними из основных загрязняющих веществ рассматриваемой территории являются тяжелые металлы (ТМ) и полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). Механизмы процессов, обусловливающих состояние ТМ и ПАУ в почве, до настоящего времени изучены недостаточно, поскольку отсутствуют надежные методы контроля уровней загрязнения почв и растений данными поллютантами. Особенно остро эта проблема касается гидроморфных почв прибрежных территорий, где активно протекают процессы переноса и осаждения потоков веществ природного и антропогенного характера. Целью проекта является оценка экологического состояния гидроморфных почв прибрежных территорий различного назначения по степени их загрязнения органическими и неорганическими поллютантами.Будут изучены особенности содержания ТМ (Pb, Cr, Ni, Cd, Zn, Ni, Mn) и приоритетных ПАУ (нафталин, аценафтилен, аценафтен, флуорен, фенантрен, антрацена, флуорантен, пирен, бенз(а)антрацен, хризен, бенз(b)флуорантен, бенз(k)флуорантена, бенз(а)пирен, бенз(g,h,i)перилен, индено(1,2,3-c,d)пирен, дибенз(а,h)антрацен) в зональных (чернозем обыкновенный), азональных и интразональных почвах (аллювиально-луговая, аллювиально-слоистая, песчаная примитивная, солончак соровый) прибрежных территорий, установлены закономерности накопления поллютантов в почвах и растениях исследуемых территориях в зависимости от их назначения (природоохранные, рекреационные и импактные), выявлены особенности накопления поллютантов растениями доминирующих на исследуемой территории семейств: Asteraceae, Poaceae, Fabaceae, Brassicaceae, Apiaceae, Lamiacea и Scrophulariaceae. Выделены парагенетические ассоциации элементов и соединений, характерных для разных источников загрязнения, методами многомерного статистического анализа. Определен характер и степень зависимости между содержанием поллютантов и техногенными факторами. Выявлены пространственные закономерности и уровни накопления ТМ и ПАУ в почвах исследуемой территории на основе изолинейных карт распределения содержаний поллютантов, построенных методом ординарного кригинга.Впервые будут исследованы физико-химические механизмы поглощения ПАУ (на примере бенз(а)пирена) и ТМ исследуемыми гидроморфными почвами на основе анализа изотерм сорбции. Произведен расчет параметровадсорбции полиаренов и ТМ и дан сравнительный анализ результатов с учетом физических и химических свойств почв. Будет изучена кинетика распределения органических и неорганических поллютантов в системе почвенный раствор-адсорбент и определено время установления равновесного состояния. Выявлены механизмы изменения pH при поглощении исследуемыми почвами ПАУ и ТМ. Для изучения состава соединений ТМ и ПАУ в почвах гидроморфного ряда и их биодоступности будут использованы разработанная авторами проекта комбинированная схема фракционирования металлов и субкритическая водная экстракция ПАУ. Разработана методика экстракции подвижных форм ТМ из гидроморфных почв с учетом их естественной влажности.Будет изучено влияние органических поллютантов на состав и свойства выделенных из почв гумусовых кислот и механизмы их взаимодействия. Методом тушения флуоресценции определены количественные характеристики связывающей способности гуминовых веществ почв различного генезиса по отношению к ПАУ. Комбинацией методов последовательных селективных экстракций и рентгеновской спектроскопии поглощения (EXAFS и XANES) будут идентифицированы формы нахождения ТМ в гидроморфных почвах, в том числе засоленных, и образующиеся виды связи металлов с почвенными компонентами. Будут получены данные о локальной атомной и электронной структуре ионов ТМ в составе минеральных и органических почвенных фаз. Одновременное исследование особенностей локальной электронной и кристаллической структур почвенной системы и ее микроскопических свойств позволит существенно продвинуться в понимании таких сложных явлений, как фазовые переходы, процессы мобилизации и иммобилизации металлов в гидроморфных почвах.Впервые для исследуемой территории будет выполнена биоиндикация загрязнения по видоизменению растений-макрофитов. Будет изучено влияние загрязнения почв на анатомо-морфологические характеристики и микроструктуру растений-макрофитов, накапливающих ТМ и ПАУ: тростника (Phragmites Adans.) и рогоза (Typha L.) Изучены механизмы детоксикации загрязняющих веществ в растениях-макрофитах, обладающих высокой аккумулирующей способностью. Будут определены канцерогенные и общетоксические риски приоритетных загрязняющих веществ на здоровье населения, учитывающие наиболее уязвимые возрастные группы. Построена геоинформационная (пространственная) модель состояния исследуемых природоохранных, рекреационных и импактных территорий.Полученные в результате реализации проекта данные могут стать методологической базой для планирования природоохранных мероприятий в дельтовых и прибрежных зонах юга России, а результаты исследований фундаментальных механизмов взаимодействий поллютантов и высокодисперсного вещества почв, станут основой для дальнейшего численного моделирования характерных для них природных и природно-антропогенных биогеохимических потоков. Таким образом, высокая значимость и актуальность предлагаемого проекта связана как с расширением знаний о механизмах устойчивости почв к загрязнению, так и обеспечением устойчивого развития и экологической безопасности одной из наиболее урбанизированных и освоенных территорий юга России.