Химические элементы в городских почвах

Химические элементы в городских почвах

В.А. Алексеенко,   А.В. Алексеенко

ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ 
В ГОРОДСКИХ ПОЧВАХ

Москва • 2020 • Логос

УДК 574
ББК 28.080.3
А47

Издано при финансовой поддержке Федерального агентства по печати 
и массовым коммуникациям в рамках Федеральной целевой программы 
«Культура России (2012–2018 годы)»

Рекомендовано к печати ученым советом Научно-исследовательского института биологии 
и Научно-исследовательского института геохимии биосферы Южного федерального университета

Рецензенты
В.П. Парначев, доктор геолого-минералогических наук, профессор Национального 
исследовательского Томского государственного университета
В.С. Салихов, А.И. Трубачев, доктора геолого-минералогических наук, 
профессора Забайкальского государственного университета
Г.А. Юргенсон, доктор геолого-минералогических наук, профессор Института 
природных ресурсов, экологии и криологии Сибирского отделения РАН
В.И. Алехин, доктор геологических наук, 
профессор Донецкого национального университета
Н.Т. Кулкашев, кандидат геолого-минералогических наук, доцент Казахского 
национального технического университета им. К.И. Сатпаева

А47 

Алексеенко В.А.
       Химические элементы в городских почвах: монография / В.А. Алексеенко, А.В. Алек сеенко. – М.: Логос, 2020. – 312 с.

ISBN 978-5-98704-670-8

Приводятся общие сведения о геохимических системах, основные требования 
к их изучению. Излагаются данные о геохимических ландшафтах и поведении 
химических элементов в биосфере. Существенное внимание уделяется ландшафтам населенных пунктов, их классификации, формированию в них геохимических аномалий. Дается подробная информация о кларках, местных фоновых 
содержаниях и разбросе химических элементов в абиогенных, биогенных и биокосных системах. Детально разбираются общие закономерности их поведения 
в почвах населенных пунктов. Сравниваются их величины с кларками почв Земли и земной коры. Рассматриваются геохимические особенности почв различных 
селитебных ландшафтов в зависимости от числа проживающих жителей. Впервые приводятся установленные для конца XX – начала XXI вв. кларки 50 химических элементов почв селитебных ландшафтов.
Для ученых и специалистов в области геологии, геохимии, географии, почвоведения, экологии, геоэкологии, биологии и других наук о Земле, заинтересованных представителей широкой общественности.

УДК 574

ISBN 978-5-98704-670-8

ББК 28.080.3

© Алексеенко В.А., Алексеенко А.В., 2020 
© Логос, 2020

ОГЛАВЛЕНИЕ

Обращение к читателю .........................................................................................................7

Предисловие ..............................................................................................................................9

Введение ....................................................................................................................................12

Глава 1. Методика работ по установлению средних содержаний 
химических элементов ...................................................................................................15
1.1. Основные сведения .................................................................................................15
1.2. Общая информация о работах ............................................................................20
1.3. Полевые работы........................................................................................................24
1.4. Подготовка проб к анализам ...............................................................................26
1.5. Аналитические работы и обработка результатов анализов ....................26

Глава 2. Миграция химических элементов в геохимических системах 
биосферы ..............................................................................................................................29
2.1. Общие сведения .......................................................................................................29
2.2. Некоторые особенности миграции химических элементов 
в геохимических системах биосферы .............................................................38
2.3. Некоторые законы миграции химических элементов .............................52

Глава 3. Некоторые геохимические особенности ландшафтов 
населенных пунктов ........................................................................................................66
3.1. Общие сведения о селитебных ландшафтах.................................................66
3.2. Классификация селитебных ландшафтов .....................................................68
3.3. Классификация ландшафтов, составляющих в сумме единый 
селитебный ландшафт ...........................................................................................72
3.4. Особенности поведения химических элементов в селитебных 
ландшафтах ................................................................................................................79

Глава 4. Химические элементы в геохимических системах биосферы ..........84
4.1. Общие сведения .......................................................................................................84
4.2. Абиогенные системы ..............................................................................................95
4.3. Биогенные системы .............................................................................................104
4.4. Биокосные системы .............................................................................................121

Оглавление
6

Глава 5. Особенности средних содержаний химических элементов 
в почвах населенных пунктов начала XXI в. ......................................................133
5.1. Общие сведения об используемой информации .....................................133
5.2. Средние содержания химических элементов в почвах 
селитебных ландшафтов....................................................................................135
5.3. Некоторые закономерности кларков ряда химических 
элементов в почвах селитебных ландшафтов ...........................................174

Глава 6. Некоторые геохимические особенности почв различных 
групп селитебных ландшафтов ................................................................................185
6.1. Общие положения ................................................................................................185
6.2. Геохимические особенности почв городов-миллионеров 
(свыше 700 тыс. жителей) .................................................................................188
6.3. Геохимические особенности почв городов-полумиллионеров 
(300–700 тыс. жителей) ......................................................................................211
6.4. Геохимические особенности почв городов местного значения 
(100–300 тыс. жителей) ......................................................................................221
6.5. Геохимические особенности почв малых городов 
(менее 100 тыс. жителей) ...................................................................................237
6.6. Геохимические особенности почв малых поселков, деревень, 
станиц ........................................................................................................................251
6.7. Геохимические особенности почв рекреационно-туристических 
центров .....................................................................................................................258

Заключение ...........................................................................................................................270

Литература ............................................................................................................................275

Приложение 1. Кларки земной коры, почв Земли и почв населенных 
пунктов  ..............................................................................................................................285

Приложение 2. Средние содержания химических элементов в почвах 
отдельных групп населенных пунктов .................................................................287

Приложение 3. Список населенных пунктов и регионов, учтенных 
в данной работе...............................................................................................................289

Приложение 4. Кларки и средние содержания химических элементов ..... 295

ОБРАЩЕНИЕ К ЧИТАТЕЛЮ

Представляемая монография Алексеенко В.А. и А.В. посвящена 
памяти замечательного геохимика, учителя одного из авторов, выдающегося специалиста, лауреата Государственных премий СССР 
профессора А.И. Перельмана. Она адресована широкой общественности, ученым и специалистам в области наук о Земле и охраны 
окружающей среды.
В основной части работы рассматриваются геохимические особенности почв населенных пунктов. Детально рассмотрена методика 
установления содержаний в них различных элементов, в разработке 
которой принимали участие авторы и многие мои коллеги.
Весьма интересные данные получены авторами при сравнении 
геохимических особенностей почв населенных пунктов со стандартами почв других территорий. Они позволяют по-новому рассмотреть влияние природных факторов и техногенеза, в особенности на 
условия миграции и концентрации химических элементов. Авторы 
убедительно показывают связь геохимии почв с интенсивностью 
изменений природных условий, с мощным индустриальным и сельскохозяйственным использованием почвенных ресурсов. Ранее 
наличие такой связи не было изучено так глубоко, как это сделано 
авторами.
Считаю, что рассматриваемая работа найдет широкого читателя, 
будет полезна большому числу исследователей, работающих в области наук о Земле, будет содействовать мерам, направленным на 
охрану окружающей среды.

 
Н.П. Лаверов,
 
вице-президент РАН

Посвящается памяти выдающегося геохимика 
Александра Ильича Перельмана. Одному 
из авторов посчастливилось жить, работать 
и дружить с этим замечательным человеком.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Земная оболочка, в пределах которой живут и развиваются все растительные и животные организмы, включая людей, была отдельно 
выделена В.И. Вернадским и получила название «биосфера». 
Впервые этот термин был употреблен в 1803 г. Ж.Б. Ламарком для 
обозначения совокупности живых организмов, обитающих на земном шаре. До 1875 г., когда термин был снова употреблен Э. Зюссом, 
им практически не пользовались. Зюсс под биосферой понимал 
не только организмы нашей планеты, но и окружающую его среду. 
В.И. Вернадский при рассмотрении различных геохимических процессов отделил организмы (объединив их под названием «живое 
вещество») от среды их обитания, т.е. от биосферы.
При выделении с помощью различных (чаще всего физико-химических) показателей раздельных сфер Земли, были обособлены 
такие ее оболочки, часто используемые в настоящее время при разнообразных исследованиях, как атмо сфера, гидросфера, литосфера 
и ее отдельная часть – педосфера. Все вместе они составляют земную 
кору.
В пределах всей земной коры за время существования живого 
вещества, по крайней мере человека, распространенность (содержание) химических элементов в результате процессов их миграцииконцентрации практически не изменилась, за исключением ряда 
радиоактивных элементов и продуктов их распада, а также инертных 
газов. Однако значительно изменилось распределение химических 
элементов. По иной схеме развивалась (и продолжает развиваться) 
история атомов химических элементов в биосфере. В пределах этой 
геохимической системы изменилось не только распределение элементов, но и их содержание. Особенно значительными изменениями 
распространенности химических элементов отличаются сравнительно небольшие геохимические системы, являющиеся отдельными 
частями биосферы. К таким системам относятся различные геохимические ландшафты, а также являющиеся их частью почвы, различные растительные и животные организмы, воды, атмо сфера.
Скорость геохимических изменений, происходящих в последние 
десятилетия в биосфере, стала катастрофически быстрой. В основном эти изменения связаны с антропогенной деятельностью. Их 

Предисловие
10

изучение могло бы рассматриваться лишь как одна из многих важных, но не первоочередных научных проблем, если бы эти изменения напрямую не касались здоровья (а иногда и вообще существования) людей. Пока наиболее катастрофические изменения охватили 
еще не всю биосферу, а лишь некоторые геохимические системы, 
являющиеся ее отдельными частями. Однако для того чтобы понять 
направленность и интенсивность изменений, нужно сравнивать геохимические особенности рассматриваемых систем до начала и после 
окончания изучаемых процессов либо окончания их отдельных этапов. Это, к сожалению, не всегда возможно, а во многих случаях 
необходим зачастую отсутствующий в настоящее время конкретный 
«репер» – своеобразная «точка отсчета» в содержаниях химических 
элементов.
В большинстве исследований за такую «точку отсчета» берутся 
кларковые содержания элементов, установленные для почв, живого 
вещества, вод. Однако детальные (в том числе и мониторинговые) 
исследования показали, что, во-первых, кларки биокосных и биогенных систем изменяются даже на протяжении жизни одного человека, а во-вторых, при расчете используемых в настоящее время 
кларковых содержаний были сделаны очень большие допущения. 
Так, например, кларк живого вещества, с которым очень часто сравнивают содержание не только элементов в сельскохозяйственной 
продукции, но и в животных организмах, включая даже человека, 
на самом деле представляет собой среднее содержание элементов 
в древесной растительности. Это является одной из причин необходимости определения среднего содержания химических элементов отдельно в различных видах живых организмов и в отдельных 
биокосных системах биосферы с учетом определенного временного 
среза.
Знание содержания химических элементов необходимо при сравнении геохимических (в том числе биогеохимических) последствий 
процессов, происходящих в разных частях (и при различных условиях) биосферы. Данные о содержании элементов в этих частях 
крайне важны для установления закономерностей и законов поведения химических элементов как в биосфере в целом, так и в составляющих ее различных геохимических системах. Без знания этих 
закономерностей невозможны достаточно достоверный научно обоснованный прогноз изменений и выработка обоснованных рекомендаций по дальнейшему развитию антропогенной деятельности как 
в целом для всего человечества, так и для такой деятельности в пределах отдельных, конкретных частей биосферы.

Предисловие
11

В данной работе основное внимание уделено рассмотрению распространенности и частично распределению (их первых закономерностей) химических элементов в почвах населенных пунктов начала 
ХХI в. Следующими этапами исследований, по нашему мнению, 
должно стать установление средних (кларковых) содержаний химических элементов в городской и лесной растительности, в почвах 
сельскохозяйственных ландшафтов, в прибрежной водной растительности. Именно в этих частях биосферы под действием техногенеза произошли и продолжают происходить наибольшие геохимические изменения. Некоторые из них уже были рассмотрены в первом 
учебнике одного из авторов по новой дисциплине «Экологическая 
геохимия» (2000).
Для установления закономерностей и законов развития геохимических изменений, особенно происходящих под воздействием техногенеза, необходимо определение величин средних содержаний 
химических элементов в отдельных частях биосферы, в наибольшей 
мере подверженных в настоящее время антропогенному давлению. 
В предлагаемой книге представлены первые результаты начального 
этапа решения этой большой проблемы.
Авторы понимают всю сложность проведения исследований для 
ее решения. Однако такая работа крайне необходима, и начинать 
ее следует уже сейчас. Изданию этой книги способствовали многие 
люди. Их фамилии перечислены в разд. 5.1.
Нелегкий труд ознакомления с рукописью взяли на себя рецензенты В.С. Салихов, А.И. Трубачев, В.П. Парначев, Г.А. Юргенсон, 
Н.Т. Кулкашев, В.И. Алехин. Наряду с положительной оценкой рукописи, рецензенты высказывали свои отдельные замечания и пожелания. Как обычно бывает, при большом числе оценок то, что нравилось одному из читателей рукописи, вызывало замечания у другого. 
Поэтому авторы постарались учесть не все, а лишь значительную 
часть замечаний и пожеланий.
Всем лицам, принимавшим участие в подготовке книги к изданию и в обсуждении рукописи, авторы выражают самую искреннюю 
признательность.
Особую благодарность мы выражаем вице-президенту РАН академику Н.П. Лаверову за совместную разработку методики работ, за 
ценные и благожелательные замечания и помощь в проведении анализов.