Atmospheric Solid Fallouts as a Source of Hydrophobicity of Urban Soils and Material for Their Formation
- Authors: Goncharov N.V.1, Prokofyeva T.V.1, Potapov D.I.1, Fedotov G.N.1
-
Affiliations:
- Lomonosov Moscow State University
- Issue: No 8 (2024)
- Pages: 1133-1144
- Section: DEGRADATION, REHABILITATION, AND CONSERVATION OF SOILS
- URL: https://kld-journal.fedlab.ru/0032-180X/article/view/666610
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0032180X24080085
- EDN: https://elibrary.ru/KMKFQM
- ID: 666610
Cite item
Abstract
In urban conditions, the soil is exposed to a number of adverse effects that have a great impact on its hydrophobic and hydrophilic properties. The water-repellent properties of urban dust and soil samples were determined using a WDPT test, the process of hydrophobization of Albeluvisols in the conditions of a megalopolis was modeled and its speed was estimated. The study used three dust samples with different values of the WDPT test from 420 to 850 seconds. According to the results of the model experiment it is shown that with an increase in the amount of solid atmospheric precipitation in the Retisols material, the level of its hydrophobicity also increases. The rate of increase depends on the water-repellent properties of the dust sample. When polluted with the most hydrophobic dust, the maximum hydrophobization of the humus-accumulative soil horizon is achieved at a 70-year load. For other dust samples, an increase in the time of absorption of a drop was observed up to the maximum period of aerial soil contamination within the model experiment (200 years). Values of the WDPT test for the studied soil horizons ranged from 2.4 s for background soil, to 1493.5 s for urban soil formed near a major highway for 90 years. In the soil of residential buildings of 40 years of age, the value was 237.1 s. The correspondence of the levels of hydrophobicity, the degree of anthropogenic load and the residence time of sites in the urban environment in the model experiment and in samples of real urban soils at the study sites indicates that solid atmospheric fallouts is a component of humus-accumulative horizons of urban soils and has a significant impact on their water-repellent properties.
Full Text
##article.viewOnOriginalSite##About the authors
N. V. Goncharov
Lomonosov Moscow State University
Author for correspondence.
Email: nvnv.goncharov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-7305-1605
Russian Federation, Moscow
T. V. Prokofyeva
Lomonosov Moscow State University
Email: nvnv.goncharov@gmail.com
Russian Federation, Moscow
D. I. Potapov
Lomonosov Moscow State University
Email: nvnv.goncharov@gmail.com
Russian Federation, Moscow
G. N. Fedotov
Lomonosov Moscow State University
Email: nvnv.goncharov@gmail.com
Russian Federation, Moscow
References
- Архипова Л.В., Кормилицына О.В., Бондаренко В.В., Коолен Д. Проблемы с гидрофобностью почвы и пути их решения // Вестник МГУЛ – Лесной вестник. 2007. № 7. С. 102–106.
- Ачкасов А.И., Башаркевич И.Л., Варава К.В., Самаев С.Б. Загрязнение снегового покрова под влиянием противогололедных реагентов // Разведка и охрана недр. 2006. № 9–10. С. 132–137.
- Безбердая Л.А., Касимов Н.С., Черницова О.В., Лычагин М.Ю., Ткаченко А.Н. Тяжелые металлы и металлоиды в почвах, дорожной пыли и их фракции РМ10 в Севастополе: уровни, источники и опасность загрязнения // Почвоведение. 2022. № 12. С. 1571–1591.
- Герасимова М.И., Строганова М.Н., Можарова Н.В., Прокофьева Т.В. Антропогенные почвы (генезис, география, рекультивация) М.: Ойкумена, 2003. 226 c.
- Гладышева М.А. Магнитная восприимчивость урбанизированных почв. Дис. … канд. биол. наук. М., 2007. 200 c.
- Добровольский Г.В., Строганова М.Н., Прокофьева Т.В., Стриганова Б.Р., Яковлев А.С. Почва, город, экология. М.: Фонд “За экономическую грамотность”, 1997. 320 с.
- Дымов А.А., Милановский Е.Ю., Холодов В.А. Состав и гидрофобные свойства органического вещества денсиметрических фракций почв Приполярного Урала // Почвоведение. 2015. № 11. С. 1335–1345.
- Захаров А.А., Бызова Ю.Б., Уваров А.В., Залесская Н.Т., Ланина В.В., Мазанцева Г.П., Орлова Т.А., Сергеева Т.К., Суворов А.А., Янушев В.В. Почвенные беспозвоночные рекреационных ельников Подмосковья. М.: Наука, 1989. 233 с.
- Климат Москвы: [Электронный ресурс]. https://cugms.ru/pogoda-i-klimat/klimat-moskvy/ (дата обращения: 10.07.2023).
- Климат региона: [Электронный ресурс]. URL: https://cugms.ru/pogoda-i-klimat/klimat-regiona/ (дата обращения: 10.07.2023).
- Количественный химический анализ почв. Методика выполнения измерений массовой доли нефтепродуктов в пробах почв и грунтов флуориметрическим методом с использованием анализатора жидкости “Флюорат-02”. М.: ООО “Люмэкс”, 1998. 26 с.
- Кошелева Н.Е., Власов Д.В., Шопина О.В. Индикация загрязнения полиароматическими углеводородами дорожной пыли г. Москвы // Инженерно-экологические изыскания – нормативно-правовая база, современные методы и оборудование: матер. Общерос. науч.-пр. конф. М.: Геомаркетинг, 2020. С. 39–44.
- Ладонин Д.В., Михайлова А.П. Тяжелые металлы и мышьяк в почвах и уличной пыли Юго-Восточного административного округа г. Москвы: результаты многолетних исследований // Почвоведение. 2020. № 11. С. 1401–1411.
- Матвеева Н.В., Милановский Е.Ю., Хайдапова Д.Д., Рогова О.Б. Краевой угол смачивания как интегральный показатель физико-химических свойств черноземов Каменной степи // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2020. № 101. С. 76–123.
- Методика измерений массовой доли кремния в пробах отходов производства и потребления, почв, грунтов и донных отложений методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. М.: ФГБУ “ЦЛАТИ”, 2016.
- Методы определения органического вещества. М.: Издательство стандартов, 1992. 6 с.
- Методы определения удельной электрической проводимости, рН и плотного остатка водной вытяжки. М.: Стандартинформ, 2011. 4 с.
- Миков О.А. Оценка техногенного загрязнения почв методом каппаметрии при эколого-геохимическом мониторинге. Дис. … канд. геол.-минер. наук. Томск, 1999. 148 с.
- Московченко Д.В., Пожитков Р.Ю., Соромотин А.В. Геохимическая характеристика снежного покрова г. Тобольск // Известия ТПУ. 2021. № 5. С. 156–159.
- Панина Л.В. Локальные сухие пятна на газонах гольф гринов как следствие дефицита воды и гидрофобности почвы // Вестник МГУЛ – Лесной вестник. 2010. № 7. С. 99–104.
- Попутников В.О. Тенденции антропогенной трансформации автоморфных почв территорий городских парков и прилегающих жилых кварталов. Дис. … канд. биол. наук. М., 2011. 232 c.
- Постановление Правительства Москвы от 27 июля 2004 г. № 514-ПП “О повышении качества почвогрунтов в городе Москве”. https://docs.cntd.ru/document/3654347 (дата обращения: 10.07.2023).
- Потапов Д.И. Влияние влажности на гидрофильно-гидрофобные свойства почв различных типов // Экологический вестник Северного Кавказа. 2022. Т. 18. № 1. С. 17–22.
- Прокофьева Т.В., Шоба С.А., Лысак Л.В., Иванова А.Е., Глушакова А.М., Шишков В.А., Лапыгина Е.В., Шилайка П.Д., Глебова А.А. Органические компоненты и биота в составе городского атмосферного пылеаэрозоля: потенциальное влияние на городские почвы // Почвоведение. 2021. № 10. С. 1247–1261. https://doi.org/10.31857/S0032180X21100099
- Прокофьева Т.В., Шишков В.А., Кирюшин А.В., Калушин И.Ю. Свойства твердых (пылеаэрозольных) атмосферных выпадений придорожных территорий г. Москвы // Известия РАН. Сер. Географическая. 2015. № 3. С. 107–120.
- Самаев С.Б., Морозова И.А., Якубов Х.Г. Влияние магистралей на состояние прилегающих территорий // Экология большого города. Альманах. 2001. № 5. С. 49–54.
- Софинская О.А., Костерин А.В., Костерина Е.А. Краевые углы смачивания на границе вода-воздух препаратов загрязненных углеводородами почв и глинистых минералов // Почвоведение. 2016. № 12. С. 1456–1463. https://doi.org/10.7868/S0032180X16120121
- Таловская А.В., Володина Д.А., Язиков Е.Г. Макроэлементный и минерально-фазовый состав пыли в зоне воздействия цементного завода по данным изучения снегового покрова (Кемеровская обл.) // Химия в интересах устойчивого развития. 2019. Т. 27. № 2. С. 201–210.
- Таловская А.В., Осипова Н.А., Язиков Е.Г., Осипов К.Ю., Сапрунова И.А. Редкоземельные элементы в уличной пыли моногорода с наличием угледобывающих предприятий (на примере г. Междуреченска, Кемеровская обл.) // Инженерная экология: Докл. междунар. симп. М.: РНТОРЭС им. А.С. Попова. 2021. С. 181–185
- Таловская А.В., Язиков Е.Г., Беспалова А.И. Пространственно-временные тренды пылевого загрязнения снежного покрова в многопрофильном промышленном городе (на примере г. Томск, юг Западной Сибири) // Инженерная экология: Докл. междунар. симп. РНТОРЭС им. А.С. Попова. 2021. С. 186–190.
- Тюгай З., Быкова Г.С., Милановский Е.Ю., Дембовецкий А.В., Мешалкина Ю.Л. Поверхностные свойства почв: краевой угол смачивания // Фундаментальные концепции физики почв: развитие, современные приложения и перспективы. Сб. науч. тр. Междун. науч. конф., посвященной 90-летию со дня рождения Анатолия Даниловича Воронина. М., 2019. С. 208–212.
- Федоров Ю.А., Кузнецов А.Н., Дмитрик Л.Ю., Кузнецова Е.В., Бэллинджер О.Ю. Особенности распределения содержания нефтепродуктов в почвах, дорожной пыли и снеге по мегапрофилю в Ростовской области // Антропогенная трансформация природной среды. 2022. Т. 8. № 2. С. 61–66.
- Холодов В.А., Ярославцева Н.В., Яшин М.А., Фрид А.С., Лазарев В.И., Тюгай З.Н., Милановский Е.Ю. Контактные углы смачивания и водоустойчивость почвенной структуры // Почвоведение. 2015. № 6. С. 693–701. https://doi.org/10.7868/S0032180X15060064
- Шеин Е.В., Карпачевский Л.О. Теории и методы физики почв. М.: Гриф и К, 2007. 616 с.
- Шеин Е.В. Курс физики почв. М.: Изд-во МГУ, 2005. 432 с.
- Шеин Е.В., Милановский Е.Ю. Органическое вещество и структура почвы: учение В. Р. Вильямса и современность // Известия ТСХА. 2014. № 1. С. 42–51.
- Bachmann J., Horton R., van der Ploeg R. R., Woche S. Modified sessile drop method for assessing initial soil–water contact angle of sandy soil // Soil Sci. Soc. Am. J. 2000. Т. 64. № 2. P. 564–567.
- Bisdom E.B.A., Dekker L.W., Schoute J.F.Th., Water repellency of sieve fractions from sandy soils and relationships with organic material and soil structure // Geoderma. 1993. V. 56. P. 105–118
- Bykova G.S., Umarova A.B., Guo P., Klepikova E.A., Zavgorodnyaya Ju.A. Urban Road dust properties and its effect on the model soil’s wettability // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. IOP Publishing, 2021. Т. 862. № 1. P. 12–40.
- Daniel N.R.R., Uddin S.M.M., Harper R.J., Henry D.J. Soil water repellency: A molecular-level perspective of a global environmental phenomenon // Geoderma. 2019. V. 338. P. 56–66.
- Doerr S.H., Shakesby, R.A., Walsh, R.P.D. Soil hydrophobicity variations with depth and particle size fraction in burned and unburned Eucalyptus globulus and Pinus pinaster forest terrain in the Águeda Basin, Portugal // Catena. 1996. V. 27. P. 25–47.
- Glushakova A.M., Prokof’eva T.V., Lysak L.V., Goncharov N.V., Belov A.A. Antibiotic-resistant strains of Escherichia coli in urban atmospheric dust aerosols of Moscow city–the potential human health risks // ProScience. 2021. V. № 8. P. 11–20.
- Harper R.J., McKissock I., Gilkes R.J., Carter D.J., Blackwell P.S. A multivariate framework for interpreting the effects of soil properties, soil management and landuse on water repellency // J. Hydrology. 2000. V. 231–232. P. 371–383.
- Huang J., Hartemink A.E. Soil and environmental issues in sandy soils // Earth-Science Reviews. 2020. V. 208. P. 103295.
- Hurraß J., Schaumann G.E. Properties of soil organic matter and aqueous extracts of actually water repellent and wettable soil samples // Geoderma. 2006. Т. 132. № 1–2. P. 222–239.
- Karpuhin M.M., Padalka S.A., Streletskiy R.A., Buzin I.S. Determination of total petroleum hydrocarbons, 3,4-benzo[a]pyrene and various factions of heavy metals concentrations in urban soils and city dust on the South-Eastern administrative district, Moscow // 9th International Congress on Soils of Urban Industrial Traffc Mining and Military Areas (SUITMA). RUDN University, 2017. P. 66–68.
- Kasimov N.S., Vlasov D.V., Kosheleva N.E. Enrichment of road dust particles and adjacent environments with metals and metalloids in eastern Moscow // Urban Climate. 2020. V. 32. P. 100638.
- Kosheleva N.E., Vlasov D.V., Timofeev I.V., Samsonov T.E., Kasimov N.S. Benzo[a]pyrene in Moscow Road dust: pollution levels and health risks // Environ. Geochem. Health. 2023. V. 45. P. 1669–1694.
- Kasimov N.S., Kosheleva N.E., Vlasov D.V., Nabelkina K.S. Physicochemical properties of road dust in Moscow // Geography, Environment, Sustainability. 2019. V. 12. P. 96–113.
- Leelamanie D.A.L., Karube J., Yoshida A. Characterizing water repellency indices: Contact angle and water drop penetration time of hydrophobized sand // Soil Sci. Plant Nutrition. 2008. Т. 54. № 2. P. 179–187.
- Mao, J., Nierop, K.G., Dekker, S.C., Dekker, L.W., Chen B. Understanding the mechanisms of soil water repellency from nanoscale to ecosystem scale: a review // J. Soils Sediments. 2019. V. 19. P. 171–185.
- Milanovskiy E.Yu., Protsenko E.P., Tyugai Z.N., Bykova G.S., Kosolapova N.I., Protsenko A. Aggregate composition and the contact angle of the soil solid phase after incubation with peat gel // Proceeding of the Internetional Congress on “Soil Science in International Year of Soil”. 2015. P. 274–278.
- Prokof’eva T.V., Kiryushin A.V., Shishkov V.A., Ivannikov F.A. The importance of dust material in urban soil formation: the experience on study of two young Technosols on dust depositions // J. Soils Sediments. 2017. Т. 17. P. 515–524.
- Zavgorodnyaya Y.A., Chikidova A.L., Biryukov M.V., Demin V.V. Polycyclic aromatic hydrocarbons in atmospheric particulate depositions and urban soils of Moscow, Russia // J. Soils Sediments. 2019. V. 19. P. 3155–3165.
Supplementary files
