Аннотация результатов, полученных в 2016 году
В соответствие с целью и задачами проекта осуществлен сбор, анализ и обобщение литературных материалов по использованию различных методов анализа состава соединений тяжелых металлов (ТМ) в почвах. Проведен анализ наиболее применяемых в мировой практике методов химического фракционирования и современных спектроскопических методов исследования соединений ТМ. Отмечено, что совместное использование методов экстракционного фракционирования и прямых методов физического анализа, основанных на применении синхротронной рентгеновской техники, позволяет получить взаимодополняющую информацию о механизмах взаимодействия металлов с почвенными компонентами и прочности удерживания ими металлов. Анализ литературных материалов по использованию различных методов экстракции полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) из почв и растений показал, что все перечисленные методы характеризуются длительной и многостадийной процедурой пробоподготовки с использованием большого объема токсичных органических растворителей. Апробация предложенных в проекте подходов и методов включала исследования на незагрязненных почвах, при заданных условиях загрязнения (закладка и проведение модельных вегетационных опытов) и в неконтролируемых условиях загрязнения (аэрозольные выбросы Новочеркасской ГРЭС (НчГРЭС), основного источника эмиссии загрязняющих веществ в Ростовской области). Проведены модельные вегетационные опыты по искусственному загрязнению чернозема обыкновенного карбонатного различными концентрациями бенз(а)пирена (БаП) (20, 200, 400 и 800 нг/г) и различными дозами (300, 2000 и 10000 мг/кг) нитратов и оксидов Cu, Zn и Pb, а также лабораторные эксперименты по насыщению минеральных и органической фаз (монтмориллонита, каолинита, гидромусковита, гиббсита, карбонатов, кварца, гуминовой кислоты) ионами Cu2+, Zn2+ и Pb2+ из растворов их нитратных солей. Проведены почвенно-геоботанические экспедиции на мониторинговые площадки, расположенные в природных и импактной зонах. Изучены особенности накопления и распределения ТМ в черноземах обыкновенных Персиановской заповедной степи и бурых лесных почвах Кавказского биосферного и Полистовского заповедников. Изучено изменение состава соединений ТМ в почвах под воздействием аэрозольных выбросов НчГРЭС. Установлено, что под влиянием выбросов НчГРЭС в прилегающих к предприятию почвах существенно увеличивается общее содержание металлов и количество всех образуемых ими форм. С повышением содержания ТМ в черноземе обыкновенном карбонатном вблизи НчГРЭС увеличивается доля наиболее подвижных фракций: обменной и связанной с карбонатами, особенно в случае загрязнения Zn и Cd. В загрязненной почве Cu и Cr интенсивнее накапливаются в органическом веществе, Pb, Cd и Mn – в карбонатах, Ni, Zn – в Fe-Mn оксидах и карбонатах. Поступающие с аэрозольными выбросами предприятия ТМ активнее взаимодействуют с аморфными оксидами Fe, чем с кристаллическими их формами. Сопоставлены результаты фракционного состава тяжелых металлов в почвах при аэротехногенном загрязнении и искусственном загрязнении в условиях модельного эксперимента. Полученные результаты были сопоставимы и дополняли друг друга. Установлено, что вне зависимости от вида загрязнения (аэрозольные выбросы предприятия или моделируемое загрязнение) Cu и Pb накапливаются, преимущественно, во фракции, связанной с органическим веществом, при этом, Zn – во фракции, связанной с аморфными оксидами Fe. Активное взаимодействие Cu и Pb с органическим веществом и Zn c оксидами Fe (преимущественно их аморфными формами) приводит к значительному возрастанию образуемых с данными компонентами соединений металлов при загрязнении почв. Подвижность Zn, оцениваемая по содержанию металла в первых 3-х фракциях: водорастворимой, обменной и связанной с карбонатами во всех исследуемых образцах почв выше по сравнению с подвижностью Cu и Pb. Проведен сравнительный анализ результатов фракционирования соединений ТМ в почвах, полученных при использовании разных методов фракционирования. При сравнении результатов, полученных с использованием наиболее широко распространённых методов фракционирования: Миллера в модификации Берти, Джакобс (Berti, Jacobs, 1996) и Тессье (Tessier et al., 1979), установлено, что оба метода в целом дают сходную картину распределения Cu, Pb и Zn по формам соединений в черноземах обыкновенных при разных уровнях техногенной нагрузки и видах загрязнения (естественного и моделируемого). При использовании метода Тессье из-за применения более агрессивных экстрагентов содержание всех рассмотренных ТМ оказалось более высоким в органической фракции и во фракции, связанной с Fe-Mn оксидами. В связи с этим, содержание металлов в остаточной фракции по методу Тессье ниже, чем по методу Миллера. Отмеченные различия особенно заметны на загрязненной почве. Использование авторской комбинированной схемы фракционирования (Минкина и др., 2012) показало, что подвижность Cu, Pb и Zn в черноземах обыкновенных низка (до 22%) и обусловлена в основном соединениями металлов, удерживаемых карбонатами. Cu, Pb и Zn преимущественно входят в состав кристаллических решеток первичных и вторичных минералов в почве. При поступлении металлов в почву повышается содержание всех соединений ТМ, но их соотношение резко меняется в сторону увеличения количества непрочно связанных соединений (до 54% от суммы фракций). Результаты, полученные на основе предложенной схемы, выявили уменьшение прочности связи Cu, Zn и Pb с органическим веществом и оксидами Fe с ростом загрязнения. Основную роль в повышении подвижности Cu, Pb и Zn в черноземе обыкновенном играет органическое вещество. В незагрязненной почве весомый вклад в закрепление Zn вносит органическая фракция, однако, при загрязнении основными компонентами, удерживающими металл, являются оксиды Fe. Выявлены механизмы удерживания ТМ почвенными компонентами (органическим веществом, несиликатными соединениями Fe, карбонатами, глинистыми минералами) на основе совместного применения методов экстракционного фракционирования и рентгеноспектрального анализа. Определены механизмы сорбции катионов металлов на молекулярном уровне. Результаты экстракционного фракционирования соединений металлов в почве позволили дополнить установленные методом расширенной дальней тонкой структуры рентгеновского поглощения – EXAFS и ближней тонкой структуры рентгеновских спектров вблизи краев поглощения – XANES качественные изменения состояния металлов в загрязненных почвах количественными данными о соединениях металлов, удерживаемых почвенными компонентами с различной прочностью. Установлено, что на трансформацию соединений ТМ в почве и на их подвижность оказывает влияние не только количество, но и форма поступления металла. Подвижность Zn и Cu в почве при внесении металлов в форме азотнокислых солей значительно выше, чем при поступлении металлов в виде оксида. При внесении Pb в почву в форме PbO и Pb(NO3)2 фракционный состав оказался схожим, что указывает на хорошую трансформацию PbO в черноземе обыкновенном. Показано, что с увеличением дозы загрязнения ТМ (от 2000 до 10000 мг/кг почвы), особенно внесенных в форме легкорастворимых солей, связь металлов с почвенными компонентами ослабевает. Впервые методами синхротронного анализа, выполненного в Курчатовском центре синхротронного излучения НИЦ «Курчатовский институт», получены серии XANES и EXAFS-спектров К-края Cu и Zn и LIII-края Pb для образцов чернозема обыкновенного, а также для органической и минеральных фаз, искусственно загрязненных в модельном опыте высокими дозами соединений металлов, изучена пространственно-структурная организация соединений этих металлов и проанализирована связь ионов металлов с органической и минеральными фазами почвы. Показано, что при внесении в почву растворимой соли (Cu(NO3)2), ионы Cu связываются в октаэдрических позициях и образуют внутрисферные координационные гуматные комплексы, что подтверждается структурными данными, полученными Фурье-фильтрацией с последующей подгонкой варьируемых параметров модели локальной атомной структуры с использованием программных комплексов FEFFIT и Viper. Ионы Zn входят в октаэдрические структуры в составе слоистых минералов и оксидов и образуют как внутрисферные, так и внешнесферные комплексы на поверхности адсорбента. Свинец, внесенный в почву в форме различных соединений, сорбируется внутрисферно на краях октаэдрически координированных атомов Al, при этом образуются многочисленные комплексы в виде тригонально искаженной пирамиды с инертной не поделенной парой электронов (6s2) с одной стороны и тремя гидроксильными лигандами с другой. Диагностировано, что в механизмах сорбции ионов металлов почвенными фазами ключевую роль играет структура поверхности адсорбента. Предложен метод расчета состояния ТМ в почвенном растворе с учетом ассоциации ионов. Разработан метод извлечения 17 приоритетных ПАУ из почв методом субкритической водной экстракции, позволяющий извлекать до 96% ПАУ от их общего содержания в почвах. Определены оптимальные условия экстракции ПАУ из почвы. Установлено, что оптимальными условиями экстракции ПАУ из почвы является 30-минутная обработка субкритической водой при температуре 250 оС давлении 55-60 атм. Проведено сравнение экстракции ПАУ из почв субкритической водой с широко распространенным методом омыления, основанным на использовании органических растворителей. Установлено, что субкритическая водная экстракция позволяет упростить процесс извлечения ПАУ из почв за счет исключения использования органических растворителей и щелочей и сокращения времени проведения реакции до 30 мин вместо 11 – 48 часов, а также уменьшения числа стадий экстракции до одной стадии вместо пяти по методу омыления. Разработанный метод позволяет извлекать ПАУ из почв на 21,5% выше, чем результат, достигаемый методом омыления. Показана эффективность метода субкритической водной экстракции путем апробации на почвах, подверженных многолетнему техногенному загрязнению и почвах, искусственно загрязненных ПАУ, для извлечения приоритетных ПАУ из почв (уменьшение времени экстракции, снижение количества применяемых растворителей). Показано, что метод экстракции субкритической водой является высокоэффективным экспресс-методом для определения содержания ПАУ в почвах с различным уровнем загрязнения. Изучен количественный и качественный состав 17 приоритетных ПАУ в незагрязненных и подверженных многолетнему техногенному загрязнению почвах, в почвах вегетационных опытов, искусственно загрязненных ПАУ, на основании результатов применения ВЭЖХ-анализа, масс-спектрометрии, а также ИК-спектроскопии. Осуществлен подбор условий хроматографирования 17 ПАУ в почвах. С применением рассмотренных методов установлено, что в почвах импактной зоны присутствуют как низкомолекулярные, так и высокомолекулярные ПАУ. В составе ПАУ преобладают 3-5 кольчатые полиарены: фенантрен, пирен, флуорантен, БаП. Количество полиаренов выше на площадках мониторинга, максимально приближенных к источнику загрязнения, в большей степени по линии преобладающего направления ветра, и снижается по мере удаления от НчГРЭС. Для техногенных территорий качественный состав низкомолекулярных ПАУ в почвах в 2016 г. коррелирует с данными предыдущих лет по их содержанию в почвах и растениях, что свидетельствует о значительном воздействии ПАУ газопылевых выбросов на их содержание в почве. Выявлено, что увеличением дозы внесения БаП в почву в условиях модельного опыта спустя 6 месяцев с момента загрязнения закономерно возрастает содержание всех ПАУ, особенно высокомолекулярных, в связи с быстрой трансформацией поллютанта в черноземах. Установлено влияние гранулометрического состава и содержание органического вещества свойств почв на особенности аккумуляции ПАУ в почвах. Наблюдается резкое уменьшение ПАУ в слое 5-20 см по сравнение с верхним 0-5 см слоем исследуемых легкоглинистых и тяжелосуглинистых черноземов обыкновенных и лугово-черноземных почв. В менее гумусированной песчаной аллювиальной почве процесс миграции ПАУ заметно усиливается.

Аннотация результатов, полученных в 2017 году
Разработан метод извлечения приоритетных полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) из растений методом субкритической водной экстракции. Показана информативность результатов, полученных на основе применения метода субкритической водной экстракции на примере анализа ПАУ в естественной травянистой растительности, произрастающей вдали от возможных источников загрязнения, в составе: мятлик луговой (Poa pratensisL.) и пырей ползучий (Elytrigia repens (L.) Nevski.) семейства Злаковые (Poaceae), тысячелистник благородный (Achillea nobilis L.) и полынь австрийская (Artemisia austriaca Jack.) семейства Астровые (Asteraceae). Установлено, что оптимальными условиями экстракции ПАУ из растений является 30-минутная обработка субкритической водой при температуре 250 оС и давлении 55-60 атм. Дано обоснование использования в работе инновационного экспресс-метода экстракции ПАУ из растений в связи с его экологичностью и эффективностью извлечения полиаренов. Проведено сравнение результатов экстракции ПАУ из растений субкритической водой с методами извлечения, основанными на использовании органических растворителей, с последующим определением содержания полиаренов в экстрактах методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с флюоресцентным детектированием. Полученные хроматограммы исследуемых компонентов ПАУ подтвердили правильность интерпретации результатов, полученных методом экстракции субкритической водой. Разработанный метод экстракции субкритической водой позволяет извлекать 97,8-98,9% ПАУ от их общего содержания в растениях, произрастающих на незагрязненных почвах. Выявлено, что метод субкритической водной экстракции позволяет извлекать из растений полиаренов в среднем на 26% больше, чем результат, достигаемый методом омыления с использованием органических растворителей. Использован метод экстракции ПАУ субкритической водой для анализа растений, подвергающихся естественному многолетнему техногенному воздействию, и растений, выращенных на искусственно загрязненных почвах в условиях модельно-лабораторного вегетационного опыта. В условиях естественного техногенного загрязнения и модельного вегетационного опыта с искусственным загрязнением, показана эффективность метода извлечения ПАУ субкритической водой и адекватность получаемых на его основе результатов. В результате исследования группового состава ПАУ в растениях, произрастающих на территории, подверженной воздействию выбросов НчГРЭС, установлено, что в составе ПАУ преобладают 4-5 кольчатые полиарены: пирен, флуорантен, бенз(а)пирен, бенз(б)флуорантен, сумма которых составляет 61-65% от общего суммарного содержания ПАУ в растениях. Аналогичные закономерности в составе полиаренов ярового ячменя установлены в условиях модельного опыта с искусственным загрязнением различными дозами бенз(а)пирена. Результаты определения содержания приоритетных ПАУ в ячмене яровом, выполненного методом экстракции субкритической водой, показали, что с увеличением дозы внесения поллютанта в почву содержание ПАУ в ячмене закономерно возрастает. Установлены основные виды приоритетных ПАУ, аккумулируемых растениями модельного опыта: антрацен, аценафтен, аценафтилен, флуорен, фенантрен, бенз[а]антрацен, пирен, флуорантен, хризен, и территории, подверженной многолетнему техногенному воздействию: пирен, флуорантен, бенз(а)пирен, бенз(б)флуорантен. Доля бенз(а)пирена составляет от 1% до 10% от суммарного содержания ПАУ в растениях. Показано, что метод экстракции субкритической водой является высокоэффективным экспресс-методом для определения содержания ПАУ в растениях, подверженных различному уровню техногенной нагрузки. Изучено накопление и распределение по органам растений тяжелых металлов (ТМ) и 17 приоритетных ПАУ в наиболее распространенных видах травянистых растений юга России. Исследования охватывали значительный регион юга России – пойму, дельту реки Дон, устьевые области малых рек и побережья Таганрогского залива Азовского моря. Анализ полученных данных свидетельствует о высокой вариабельности в содержании ТМ и ПАУ в растениях, которая обусловлена локальными техногенными поступлениями поллютантов с прилегающих наземных экосистем, гидрохимической обстановкой, ландшафтно-геоморфологическими условиями, эдафическими условиями и биологическими особенностями растений. Во всех растительных образцах наблюдается превышение МДУ по Cr. Растения изучаемой территории подвергаются загрязнению Pb, Ni, Cd, в меньшей степени Cu и Zn. Видовая специфика накопления ТМ и ПАУ растениями отчетливо была выражена для разных видов травянистых растений, произрастающих в одинаковых условиях. Отмечается, что тысячелистник накапливает более высокие концентрации Cu, Zn и Cd, амброзия полыннолистная – Zn и Cd, рогоз узколистный – Mn и Zn, клубнекамыш приморский – Cd, Ni, Cu, цикорий отличаются незначительной аккумуляцией металлов. Самые высокие концентрации Pb среди изучаемых растений обнаружены в золе тростника южного. Максимальная степень накопления ПАУ растениями установлена для клубнекамыша, тростника и рогоза. Таким образом, из рассматриваемых растений растения-макрофиты накапливают больше всего ТМ и ПАУ, особенно в корнях. Распределение ТМ и ПАУ по органам растений имеет схожие тенденции – в вегетативной части накапливается меньше токсикантов, чем в корневой части. Так, в растениях тростника содержание Pb в корнях достигает 186 мг/кг, что в разы превышает его содержание в надземной части. По величине КБП надземной и подземной массой в исследуемых растениях Cd, Pb и Zn являются элементами сильного биологического поглощения (КБП > 1), а Cu, Cr, Mn, Ni – среднего биологического захвата (КБП < 1). Для ПАУ величины КБП составляет 0,16 и не превышает 0,58. Установлено воздействие аэротехногенных выбросов Новочеркасской ГРЭС (НчГРЭС) и автотранспорта на накопление и распределение ТМ и ПАУ в растениях по данным многолетнего мониторинга. Результаты мониторинга показали, что закономерности накопления поллютантов под влиянием аэротехногенных выбросов НчГРЭС на протяжении многих лет остаются преимущественно неизменными. Показано, что высокий уровень антропогенной нагрузки, связанный с атмосферными выбросами НчГРЭС, способствует накоплению ТМ и ПАУ в травянистых растениях. В растениях, произрастающих вблизи НчГРЭС, выявлено загрязнение Pb, Cd, Zn и Ni. Отмечается тенденция увеличения валового содержания и непрочно связанных соединений ТМ в связи с многолетней аккумуляцией их в почвах за счет аэрозольных выбросов предприятия. В растениях данная тенденция была менее выражена. Накопление бенз(а)пирена, как и других приоритетных ПАУ в почвах и растениях, зависело от объема выбросов предприятия. Установлено влияние дополнительного источника эмиссии поллютантов – автомобильных выбросов на накопление Pb и ПАУ в растениях. При этом, уровень накопления Pb и ПАУ в почве за счет дополнительных источников эмиссии значительно ниже, чем тот, который создается под влиянием НчГРЭС. Выявлены особенности поглощения ТМ и ПАУ различными видами семейств Мятликовые (Poaceae) и Астровые (Asteraceae) в условиях аэротехногенного загрязнения. Представители семейства Злаковые характеризуются преимущественным накоплением изучаемых соединений в корневой системе. Для растений семейства Астровые характерна аккумуляция ТМ в надземной части, что связано с их морфологическими особенностями. Для представителей семейств Злаковые и Астровые содержание ПАУ в надземной части растений на 40-62% ниже, чем в корневой части растений. По содержанию ПАУ в надземной части исследуемые виды растений располагаются в следующий ряд: пырей > полынь > тысячелистник > мятлик. Установлена тесная связь между содержанием ТМ в различных видах травянистых растениях и содержанием их непрочно связанных соединений в почве. Установлено, чем выше уровень техногенной нагрузки, тем ниже величины коэффициента накопления (КН) ТМ растениями, рассчитанного с учетом непрочно связанных соединений металлов из почвы. Аналогичные закономерности наблюдаются по накоплению растениями ПАУ, величины КБП которых уменьшаются с удалением от основного источника эмиссии. Среди всех исследуемых видов растений мятлик луговой характеризуется наименьшими величинами КН по отношению к Mn, Zn, Pb, Ni и Cd, а пырей ползучий - по отношению к Cu. Наименьшие значения КБП полиаренов характерны для тысячелистника, более высокие – для пырея. В условиях моделируемого загрязнении изучены особенности поглощения Cu, Zn, Pb и ПАУ культурными растениями на примере ярового ячменя (Hordeum sativum distichum). Показано, что с увеличением дозы внесения ТМ (раздельное внесение Cu, Zn и Pb в форме нитратов или оксидов) и бенз(а)пирена в чернозем обыкновенный происходит накопление поллютантов в растениях. Кроме уровня загрязнения большую роль в накоплении ТМ в растениях играет форма поступившего в почву соединения металла. В случае поступления в почву Cu, Zn или Pb в форме легкорастворимых нитратных солей по сравнению с их оксидной формой наблюдается более значительное увеличение непрочно связанных соединений металлов в почве и накопление их в растениях. При этом изменяется характер распределения Zn и Cu по органам ячменя с базипетального на акропетальный. Акропетальный характер распределения отмечается для Pb и ПАУ в ячмене. Высота элементостатических барьеров: корень/стебель и стебель/зерно с ростом загрязнения ТМ увеличивается, что препятствует поступлению поллютантов в генеративные органы. Однако, несмотря на проявление барьерных функций растений, в случае внесения 10000 мг/кг нитратов Cu, Zn и Pb и оксида Pb наблюдается отсутствие формирования колоса у растений ячменя. Аналогичная ситуация наблюдается при загрязнении почвы бенз(а)пиреном в дозе 800 нг/г (40 ПДК). Определено влияние ТМ и ПАУ на развитие и продуктивность ячменя двурядного (Hordeum sativum distichum) сорта Ратник. Показано, что изменение морфобиометрических показателей и урожайности ячменя зависит от вида поллютанта, формы и дозы его внесения. Соединения Pb в почве оказали большее воздействие на исследуемые показали по сравнению с соединениями Cu и Zn. Внесение металлов в форме легкорастворимых нитратных солей в большей степени отрицательно влияли на показатели развития и продуктивности ярового ячменя. С увеличением дозы ТМ и бенз(а)пирена происходило закономерное снижением морфобиометрических показателей и ингибирования урожая ячменя. На вариантах с самыми высокими дозами внесения поллютантов наблюдалось отсутствие формирования генеративных органов у растений. Изучены изменения в видовом составе травянистых растений юга России по данным многолетних геоботанических исследований. Во флоре всех учетных площадок мониторинга преобладают характерные для южных степей семейств Мятликовые (Poaceae) и Астровые (Asteraceae). Доля растений семейства Мятликовые в травостое площадок мониторинга изменялась от 27 до 49%, растений семейства Астровые – от 30 до 56%. Результаты 18-летних геоботанических наблюдений показали, что постоянный уровень техногенной нагрузки на территорию не оказывает существенного влияния на растительный покров. Однако, на площадках, подверженных наибольшей техногенной нагрузке, наблюдается рост доли Мятликовые в травостое вследствие вытеснения ими рудеральной растительности, заселившей ранее эти участки.

Аннотация результатов, полученных в 2018 году
Фундаментальные результаты, установленные в ходе выполнения проекта, позволили получить новые структурные данные о механизмах взаимодействия тяжелых металлов (ТМ) c почвенными компонентами в условиях природно-техногенного и искусственного загрязнения. Длительный (около 3 лет) срок инкубации ТМ в условиях контролируемого модельного эксперимента способствовал стабилизации трансформационных процессов, определяя более прочное закрепление и избирательное сродство ТМ с почвенными компонентами чернозема обыкновенного карбонатного в условиях антропогенной нагрузки. Использование рентгеновских методов на основе синхротронного излучения позволило диагностировать эффект длительного взаимодействия Cu, Zn и Pb с почвой и минералами при внесении металлов в виде оксидов и нитратов. В зависимости от формы внесенных в почву соединений Cu, Pb и Zn за трехлетний период инкубации начинают преобладать локальные атомные структуры со сродством к образованию комплексных соединений металлов с гуминовыми кислотами, а при взаимодействии с минеральными монофазами доминируют гетеровалентные замещения Al3+ в октаэдрических позициях исследуемыми металлами. Это подтверждается результатами моделирования спектров рентгеновского поглощения для моделей дефектов одноатомного замещения Me→Al (Me=Cu, Zn, Pb). Локальная атомная структура соединений Cu, Zn и Pb в почве с течением времени трансформируется, поскольку начинают преобладать процессы иммобилизации металлов природными алюмосиликатами. Изучена многолетняя техногенная трансформация ТМ в высокозагрязненных почвах (хемоземах) импактной зоны отстойников сточных вод и шламонакопителей на примере доминирующего металла-загрязнителя – Zn. На основе результатов минералогического, рентгеноструктурного и рентгеноспектрального анализов выявлена высокая степень трансформационных изменений с доминированием аутигенных сульфатов Zn и цинксодержащих минералов (вилленит, смитсонит, гемиморфит) в связи с давностью и длительностью загрязнения в составе минеральной фазы хемоземов. В составе образцов диагностированы длины связей Zn-O, которые близки к связям в ZnSO4 и смешанный вариант локального окружения со связями Zn-S и Zn-O. Совместный анализ результатов, полученных с применением синхротронных методов и последовательного фракционирования, позволил установить механизмы взаимодействия ТМ с почвой и ее отдельными компонентами, изучить влияние уровня, вида, длительности и давности загрязнения на процессы трансформации ТМ в почве и механизмы закрепления их почвенными компонентами. В условиях 3-х летнего модельного опыта установлено влияние на процессы трансформации Cu, Pb и Zn формы и дозы внесенного металла, его специфических особенностей, а также времени взаимодействия металла с почвой. В незагрязненной почве преобладающая часть металлов прочно закреплена почвенными компонентами. При увеличении техногенной нагрузки на почву происходит повышение подвижности металлов в почве, которое выражается в росте их обменных, комплексных и специфически сорбированных соединений. Показано, что со временем происходит закрепление Cu, Pb и Zn в почве, особенно внесенных в виде легкорастворимых нитратов, которое выражается в снижении содержания их непрочно связанных (НС) соединений. В условиях трехлетнего модельного эксперимента изучены особенности трансформации полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в черноземе обыкновенном карбонатном, загрязненном различными дозами (20, 200, 400 и 800 нг/г) бенз(а)пирена. С увеличением дозы внесения бенз(а)пирена закономерно повышается его содержание в почве. При этом выявлено также увеличение содержания других высокомолекулярных полиаренов, таких как пирен, флуорантен, хризен. Со временем происходило снижение содержания бенз(а)пирена в почве (от 8 до 44%) в зависимости от уровня и длительности загрязнения. Изучена трансформация Cu, Pb, Zn, Ni, Mn, Cr и Cd и 15 приоритетных ПАУ в почвах и различных видах травянистых растений в 20-км зоне мониторинга аэрозольных выбросов Новочеркасской ГРЭС (НчГРЭС) - крупнейшего предприятия энергетического комплекса на юге России. Выявлено, что ведущими факторами формирования общего содержания и состава соединений ТМ и ПАУ в почвах и в растениях окрестностей НчГРЭС являются расстояние от источника загрязнения и направление ветров. Максимальное накопление ТМ и ПАУ в почвах и растениях приходится на площадки мониторинга, наиболее близко расположенные к источнику эмиссии (до 5.0 км) в СЗ направлении. В почвах, загрязненных выбросами НчГРЭС, заметно возрастает доля НС соединений ТМ. Подвижность ТМ в загрязненных почвах площадок мониторинга убывает в ряду: Cd > Zn > Pb > Ni ≈ Cu > Mn > Cr. Свойства почв оказывают влияние не только на содержание, но и распределение ТМ и ПАУ по профилю. Более низкая концентрация изучаемых поллютантов в нижележащих слоях лугово-черноземной почвы и чернозема обыкновенного объясняется аэротехногенным характером загрязнения. Обратная закономерность наблюдается в аллювиальной песчаной почве. Выполнены биогеохимические исследования на территории побережья Таганрогского залива Азовского моря, устьевой области реки Дон и малых рек, а также импактной зоны Новочеркасской ГРЭС, основанные на результатах трехлетнего мониторинга с 2016 по 2018 гг. Показано, что распределение валового содержания и НС соединений ТМ в почвах и растениях обусловлено эдафическим фактором, а также техногенным привносом поллютантов в аквальные ландшафты с хозяйственно-бытовыми стоками, поступающими с урбанизированных территорий и промышленных зон городов Таганрог, Ростов-на-Дону, Азов и других населенных пунктов. Содержание ПАУ в почвах Таганрогского залива незначительно превышает ПДК по бенз(а)пирену. По величине буферной способности по отношению к ТМ исследуемые почвы можно расположить в следующий убывающий ряд: чернозем обыкновенный карбонатный ≥ аллювиально-луговая легкосуглинистая > солончак > луговая > аллювиально-луговая супесчаная и песчаная > аллювиально-слоистая песчаная. С уменьшением буферной способности почв возрастает доля НС соединений металлов, среди которых преобладают обменные и специфически сорбированные формы. Уровни содержания ТМ в надземной и подземной фитомассе растений в разы превышают максимально допустимые уровни по Zn, Pb, Ni, Cd и Cr. Растения-макрофиты, такие как рогоз узколистный (Typha angustifolia L.) и тростник южный (Phragmites australis Cav.) интенсивнее накапливают Zn, Рb, Cd и Ni, а также ПАУ, чем тысячелистник южный (Phragmites australis Cav.), цикорий обыкновенный (Cichorium intybus L.), колосняк песчаный (Leymus arenarius (L.) Hochst.), амброзия полыннолистная (Ambrosia artemisiifolia L.) и осока береговая (Carex riparia Curtis), что обусловлено эколого-морфологическими особенностями данной группы растений. Содержания ТМ и ПАУ в растениях устьев малых рек и на морском крае дельты Таганрогского залива выше, чем на открытых участках прибрежных кос. Установлены тесные положительные корреляционные связи между содержанием ПАУ, а также НС соединений Zn, Cd, Cr и Pb в почвах и их содержанием в растениях импактной зоны НчГРЭС и побережья Таганрогского залива. Предложены информативные показатели устойчивости системы «почва-растения» к загрязнению ТМ и ПАУ в условиях юга России. Апробация предложенных показателей на почвах и растениях импактной зоны показала, что техногенный прессинг ослабляет защитные возможности почв и растений по отношению к загрязняющим веществам. Так, в исследуемых загрязненных почвах возрастает доля НС соединений ТМ. При этом происходит перераспределение форм, слагающих группу НС соединений ТМ в сторону увеличения доли наиболее подвижных фракций – обменных и комплексных. На основе показателя трансформации ПАУ в почве установлено преобладание высокомолекулярных ПАУ над содержанием низкомолекулярных ПАУ в зоне максимального техногенного воздействия. По показателям аккумуляции и трансформации ТМ и ПАУ в почве выявлено, что опасность загрязнения тем выше, чем ниже буферные свойства почв. С использованием коэффициента накопления (КН) и акропетального коэффициента (АК) установлены особенности аккумуляции ТМ в различных видах естественной травянистой растительности степной зоны юга России. Величины КН, характеризующего барьерную роль корней, на площадках, отдаленных от НчГРЭС, в целом были выше, чем на близлежащих. Биологические особенности представителей изучаемых семейств оказывают влияние не только на накопление, но и на распределение поллютантов в различных частях растений. По величинам КН и АК наиболее устойчивыми к загрязнению ТМ являются представители семейства Злаковые (Poaceae): наибольшую устойчивость к Mn, Zn, Pb, Ni и Cd среди растений проявляет мятлик луговой (Poa pratensis L.), по отношению к Cu – пырей ползучий (Elytrigia repens (L.) Nevski.). Наиболее устойчивым к загрязнению ПАУ является представитель семейства Астровые (Asteraceae) – тысячелистник благородный (Achillea nobilis L.) С использованием суммарного показателя загрязнения ТМ (Zc), рассчитанного с учетом НС соединений, выявлены категории загрязнения почв площадок мониторинга района НчГРЭС от допустимой (удаленные площадки) до умеренно опасной и опасной (находящиеся до 5 км от предприятия в СЗ направлении). Данные категории загрязнения почв находятся в логическом соответствии с величинами общей токсической нагрузки на растения (Sn). Величины Sn у растений, произрастающих вблизи ГРЭС, в 8-13 раз превышают значения Sn растений, не подверженных загрязнению. Оценка степени загрязнения почв ПАУ проводилась на основе расчета коэффициентов опасности и коэффициентов концентрации. Выявлены категории загрязнения почв ПАУ: чрезвычайно опасная категория в 1,6 км от НчГРЭС, высоко опасная - в пределах 5,0 км и умеренно опасная - почвы остальных площадок мониторинга. Разработана нелинейная математическая модель оценки устойчивости почв к загрязнению ТМ на основе способности почв ограничивать миграцию металлов за счет их поглощения и прочного удерживания почвенными компонентами. Динамика показателей поглощения и трансформации ТМ в почвах описывалась системой нелинейных дифференциальных уравнений. Предложен индекс устойчивости почв, основанный на сравнении реальных параметров почвы с модельными значениями. Апробация разработанной нелинейной математической модели на почвах района НчГРЭС показала, что исследуемые почвы площадок мониторинга имеют индекс устойчивости > 1, что позволяет характеризовать их как устойчивые. Однако постоянные аэротехногенные выпадения на почвы при работе ГРЭС (более 60 лет) неблагоприятно отразились на их устойчивости. Установлено снижение индекса устойчивости почв по отношению к Cu, Pb и Zn по мере приближения к источнику загрязнения в направлении преобладающего ветров. Устойчивость исследованных почв к загрязнению ТМ убывает в последовательности: лугово-черноземная легкоглинистая > лугово-черноземная тяжелосуглинистая ~ чернозем обыкновенный карбонатный тяжелосуглинистый > чернозём обыкновенный карбонатный среднесуглинистый > аллювиальная песчаная. Факторно-индикационная модель накопленного в почве загрязнения, обусловленного атмосферными выбросами, рассматривается как комплекс моделей распространения (атмосферного переноса), осаждения на почву, трансформации и выноса загрязняющих веществ, взаимодействующих между собой во времени и пространстве. В процессе построения модели были использованы алгоритмы растрового представления импактной зоны предприятия-загрязнителя посредством методов геоморфометрического анализа. На основе разработанной факторно-индикационной модели были составлены картосхемы суммарного загрязнения почв импактной зоны НчГРЭС и схемы загрязнения почв ПАУ и бенз(а)пиреном. Формой реализации факторно-индикационной модели послужил ГИС-проект, состоящий из следующих четырех групп слоев: накопленное атмосферное загрязнение; аккумулирование загрязняющих веществ в зависимости от формы и ориентации элементов рельефа; трансформация и фильтрация загрязняющих веществ в зависимости от свойств почвы.