Введение
Почвы представляют собой важный ресурс, играющий центральную роль в создании многочисленных продуктов и услуг, неотъемлемо связанных с экосистемами и благополучием человека. Вне зависимости от воздействия, которому они подвергаются, все почвы выполняют функции, которые оказывают влияние на глобальный климат и водные ресурсы на различных масштабах. Они имеют фундаментальное значение для жизни на Земле, но антропогенное воздействие на почвенные ресурсы в настоящее время достигает критических значений (Maliszewska-Kordybach, 1999). Загрязнение почв главным образом происходит путем попадания органических и неорганических веществ на её поверхность.
Среди наиболее опасных загрязнителей выделяется группа полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), являющихся высокомолекулярными соединениями бензольного ряда, обладающими токсичными и мутагенными свойствами. ПАУ попадают в окружающую среду при сжигании угля и нефтепродуктов, выбросах промышленности, деятельности деревоперерабатывающих фабрик и сжигании различных отходов (Maliszewska-Kordybach, 1999). Они также образуются при пиролизе целлюлозы, вулканической активности и лесных пожарах (Schwab et al., 1998). Из-за многообразия источников ПАУ они широко распространены в природной среде и служат маркерами как естественных, так и антропогенных трансформаций природных сред (Trevors, 2011).
Пруды-шламонакопители и промышленные отстойники представляют собой опасный и стабильный источник загрязнения. Особую тревогу вызывает способность токсичных соединений, накапливающихся в этих объектах, мигрировать в грунтовые воды, создавая долговременные очаги химического загрязнения. Цель работы – изучить накопление полициклических ароматических углеводородов в почвах, подверженных длительному техногенному воздействию территории бывшего шламонакопителя.
Объекты и методы
Объектом исследования являлись почвы импактной зоны поймы реки Северский Донец на территории бывшего шламонакопителя, расположенного в пределах ныне осушенного озера Атаманского. В 50-е годы прошлого века активное промышленное развитие в районе города Каменск-Шахтинский привело к формированию крупного промышленного центра с химическими предприятиями. Вследствие этого, в долине реки Северский Донец появились пруды-отстойники и шламонакопители, которые использовались до 90-х гг. Аварийные выбросы, а также систематические промышленные сбросы в пойменные озера привели к уничтожению пойменных ландшафтов (Бауэр и др., 2018). В настоящее время такие озера служат вторичным источником загрязнения. Итогом длительного сброса отходов с химических заводов стало поднятие уровня грунтовых вод и как следствие заболачивание почв, что существенно повлияло на миграцию опасных поллютантов (Бауэр и др., 2018).
На территории и вблизи шламонакопителя и вдали от него были заложены порядка 100 площадок мониторинга, 19 из которых представлены в рамках текущего исследования (рис. 1). При выборе площадок мониторинга руководствовались необходимостью равномерного распределения площадок мониторинга по периметру озера, а также разнообразием свойств почв. Площадки расположены по периферии озера, а также на расстоянии 500–1200 м на Северо-Запад и Запад от источника загрязнения. Почв площадок мониторинга № 2 и № 3 являются фоновыми и представлены лугово-черноземной тяжелосуглинистой почвой (Stagnic Chernozems) на аллювиальных отложениях и аллювиальной песчаной почвой (Arenic Fluvisols). Почвы площадок мониторинга территории бывшего шламонакопитяля представляют собой Toxic Technosols.
Свойства почв варьируют в широких пределах от песка до легкой глины, рН – от сильно кислой до слабо щелочной. Содержание обменного кальция от 6,0 смоль(+)/кг до 38,8 смоль(+)/кг, магния – от 0,6 смоль(+)/кг до 5,8 смоль(+)/кг. Наибольшие вариации свойств почв характерны по содержанию карбонатов. Параметр CaCO3 варьирует от 0,1% до 5,3%, CV составляет 113% (таблица 1).
Отбор проб был произведен согласно ГОСТ 17.4.4.02-2017 с каждой мониторинговой площадки на глубину 0–20 см. Первым этапом пробоподготовки являлась механическая очистка от растительных остатков. Извлечение поллютантов из образцов почвы было проведено методом высоко эффективной жидкостной хроматографии согласно ПНД Ф 16.1:2.2:2.3:3.62-09.
Оценку степени загрязнения почв проводили с помощью суммарного показателя загрязнения (Zc) по формуле 1 (Сает и др., 1990):
| \[ Z_{C}=\sum K_{Ci}-(n-1) \] | (1) |
где KCi – коэффициент концентрации отдельных соединений, n – число учитываемых элементов и соединений с KCi >1. Согласно значениям Zc выделяются следующие категории загрязнения (Касимов и др., 2012): неопасная (<4), допустимая (4–8), малоопасная (8–16), умеренно опасная (16–32), опасная (32–64), очень опасная (64–128) и чрезвычайно опасная (>128). При расчете Zc для почв с супесчаным и песчаным гранулометрическим составом в качестве фоновых значений принимали результаты, полученные для почв площадки мониторинга №2, для суглинков - №3. Для идентификации источников происхождения ПАУ были рассчитаны молекулярные индексы, представленные в таблице 2.
Рисунок 1. Картосхема расположения площадок мониторинга импактной зоны бывшего шламонакопителя
Таблица 1. Физические и химические свойства почв площадок мониторинга
| Параметры | pH | Сорг | CaCO3 | Ca2+ | Mg2+ |
|---|---|---|---|---|---|
| Параметры | pH | % | % | смоль(+)/кг | смоль(+)/кг |
| Среднее | 6.3 | 1.7 | 1.7 | 24.7 | 2.9 |
| Медиана | 7.3 | 1.7 | 0.3 | 28.2 | 3.0 |
| Минимум | 3.4 | 0.9 | 0.1 | 6.0 | 0.6 |
| Максимум | 8.1 | 2.7 | 5.3 | 38.8 | 5.8 |
| Стандартное отклонение | 1.7 | 0.5 | 1.9 | 9.6 | 1.3 |
| Коэффициент вариации, % | 27.6 | 27.7 | 113.4 | 38.8 | 46.5 |
Примечание: Сорг – содержание органического углерода
Таблица 2 – Диагностические соотношения для идентификации источников поступления ПАУ в почвы
| Молекулярное соотношение | Диапазон значений | Источники ПАУ |
|---|---|---|
| Ант/(Ант+Фен) | <0,10 | Петрогенные источники |
| >0,10 | Горение | |
| Флт/(Флт+Пир) | <0,40 | Нефть, фоновый источник |
| 0,40-0,50 | Выбросы при горении нефти или дизеля, легковые автомобили | |
| >0,50 | Горение органических остатков, угля, древесины | |
| БаП/(БаП+БghiП) | <0,60 | Нетранспортные источники |
| >0,60 | Транспортные источники |
Примечание: Ант – антрацен, Фен – фенантрен, Флт – флуорантен, Пир – пирен, БаП – бенз(а)пирен, БghiP – бенз(g,h,i)перилен
Результаты и обсуждение
В результате исследования установлено, что суммарное содержание 12 ПАУ составляет 340 нг/н в почвах фоновых участков, расположенных на удалении от шламонакопителя, до 2358–8372 нг/г в почвах импактной зоны бывшего шламонакопителя (рис. 2). Максимальная техногенная нагрузка приходится на почвы площадки мониторинга № 30, где суммарное содержание ПАУ достигает 8710 нг/г и превышает фоновые значения в 25 раз. Следующими по степени загрязнения являются почвы мониторинговой площадке № 57 и № 28, где суммарное содержание полиаренов составляет 8372 нг/г и 8017 нг/г, что выше почв фоновой территории в 24–25 раз. Эти площадки мониторинга находятся непосредственно вблизи очага сброса промышленных стоков. По мере удаления от очага загрязнения суммарное содержание полиаренов снижается. Минимальные концентрации ПАУ обнаружены в почве площадки мониторинга № 12 и № 14 – 2358 нг/г и 4455 нг/г соответственно. В почвах фоновых участков в составе ПАУ доминируют фенантрен, пирен, бенз(g,h,i)перилен, импактной зоны бенз(b)флуорантен, пирен и дибенз(a,h)антрацен (рис. 3). Перечисленные полиарены, за исключением дибенз(a,h)антрацена являются индикаторами техногенеза (Хаустов и Редина, 2016). Повышенной содержание бенз(b)флуорантена также обнаружено в исследовании почв полигонов жидких отходов целлюлозно-бумажного производства города Байкальска (Жаксылыков, 2022). Повышенное содержание бенз(b)флуорантена обусловлено также его высокой стабильностью, в работе Ровинского отмечается, что менее стабильным, чем бенз(b)флуорантен, но более стабильным, чем бенз(а)пирен, является дибенз(a,h)антрацен (Ровинский и др. 1988).
Рисунок 2. Суммарное содержание индивидуальных соединений ПАУ в почвах бывшего шламонакопителя
Рисунок 3. Содержание индивидуальных соединений ПАУ в почвах бывшего шламонакопителя
По результатам расчета суммарного показателя загрязнения установлено, что почвы бывшего шламонакопителя относятся к категориям опасных и чрезвычайно опасных, значение Zc варьирует от 94 до 423. При этом по коэффициенту концентрации наибольший вклад в загрязнение вносят наиболее опасные высокомолекулярные ПАУ, такие как бенз(b)флуорантен, бенз(k)флуорантен, и дибенз(g,h,i)перилен (рис. 4, 5).
Рисунок 4. Класс опасности почв по результатам расчета суммарного показателя загрязнения
Рисунок 5. Вклад индивидуальных соединений ПАУ в значение суммарного показателя загрязнения по коэффициенту концентрации в почвах бывшего шламонакопителя
Расчет молекулярных соотношений индивидуальных ПАУ показал, что НМ и ВМ полиарены поступают в почву преимущественно из одних и тех же источников. Особенно показательно, что соотношение Ант/(Ант+Фен) превышает пороговое значение 0.1, что является диагностическим критерием для идентификации пирогенного происхождения ПАУ. Эти выводы полностью согласуются с выявленным доминированием в почвенном загрязнении таких характерных пирогенных маркеров, как бенз(b)флуорантен и дибенз(ah)антрацен. Основными источниками данных соединений являются процессы неполного сгорания органического материала при высоких температурах. Это подтверждается и другими молекулярными соотношениями, такими как отношение 4-кольчатых ПАУ флуорантен/(флуорантен+пирен) демонстрирующими, что ПАУ в исследуемые почвы поступали как в результате горения органических остатков, угля и древесины, так и в результате выбросов нефти. Примечательно, что соотношение бенз(а)пирен/(бенз(а)пирен+бенз(g,h,i)перилен) указывает на преобладание стационарных промышленных источников над транспортными.
Заключение
Таким образом, установлено, что в почвах бывшего шламонакопителя медианное суммарное содержание 12 приоритетных ПАУ соответствует 5520 нг/г, что превышает фоновые значения в 16 раз. В составе индивидуальных соединений доминируют бенз(b)флуорантен, пирен и дибенз(a,h)антрацен. По суммарному показателю загрязнения почвы исследуемой территории относятся преимущественно к категории чрезвычайно опасных, наибольший вклад в загрязнение бенз(b)флуорантен, бенз(k)флуорантен, и дибенз(g,h,i)перилен, происхождение которых связано с промышленными источниками и горением органических остатков.
Благодарности и финансирование
Работа была выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, соглашение № № 075-15-2025-667 от 06.08.2025, и Программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030» в Южном федеральном университете.
Список литературы
- Бауэр Т.В., Линник В.Г., Минкина Т.М., Манджиева С.С., Невидомская Д.Г. Эколого-геохимические исследования техногенных почв в пойменных ландшафтах Северского Донца (бассейн Нижнего Дона) // Геохимия. 2018. № 10. С. 956–966. https://doi.org/10.1134/S0016752518100047
- Жаксылыков Н.Б., Узор М.А., Кошелева Н.Е. Полициклические ароматические углеводороды в почвах Байкальска // Международ. практ. молодеж. науч. школа. Ростов-на-Дону, 2022. С. 96–102.
- Касимов Н.С., Кошелева Н.Е., Власов Д.В., Терская Е.В. Геохимия снежного покрова в Восточном округе Москвы // Вестник Московского университета. Серия 5. География. 2012. №. 4. С. 14-24.
- Ровинский Ф.Я., Теплицкая Т.А., Алексеева Т.А. Фоновый мониторинг полициклических ароматических углеводородов. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. – 226 с.
- Сает Ю.Е., Ревич Б.А., Янин Е.П., Смирнова Р.С., Башкевич И.Л., Онищенко Т.Л., Павлова Л.Н., Трефилова Н.Я., Ачкасов А.И., Саркисян С.Ш. Геохимия окружающей среды. Москва: Недра, 1990. – 335 с.
- Хаустов А.П., Редина М.М. Индикаторные соотношения концентраций полициклических ароматических углеводородов для геоэкологических исследований природных и техногенных объектов // Геоэкология. Инженерная геоэкология, гидрогеология, геокриология. 2016. Вып. 3. С. 220-233.
Статья поступила в редакцию 10 февраля 2026 г.
Поступила после доработки 25 февраля 2026 г.
Принята к печати 18 марта 2026 г.
Received 10, February, 2026
Revised 25, February, 2026
Accepted 18, March, 2026