ISSN 2307 3489 (Print), ІSSN 2307 6666 (Online) [605200]

ISSN 2307 –3489 (Print), ІSSN 2307 –6666 (Online)
Наука та прогрес транспорту. Вісник Дніпропетровського
національного університету залізничного транспорту, 201 8, № 4 (76)
ЕКОЛОГІЯ НА ТРАНСПОР ТІ
doi 10.15802/stp2018/140551 © А. V. Samarska, Y. V. Zelenko, 2018 UDC 656.2:504
А. V. SAMARSKA1*, Y. V. ZELENKO2
1*Dep. «Chemistry and Engineering Ecology », Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academ i-
cian V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipro, Ukraine, 49010, tel. +38 (097) 091 74 51, e-mai l [anonimizat] ,
ORCID 0000-0002-0828-9457
2 Dep. «Chemistry and Engineering Ecology », Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academ i-
cian V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipro, Ukraine, 49010, tel. +38 (067) 774 04 64, e-mail [anonimizat] ,
ORCID 0000-0001-5551-0305
ASSESMENT OF THE RAILWAY INFLUENCE ON THE HEAVY METAL
ACCUMULATION IN SOIL
Purpose. The scientific paper aims at analyzing the current state of the railway infrastructure soil contamination
with heavy metals (HM), namely, the three stations of Prydniprovska railway: Kamianske-Pasazhyrske, Z a-
porizhzhia-Kamianske and Trytuzna. Methodology. The research object is the soil of the above mentioned railway
stations, the research subject is the total content of HM. Sampling was carried out every 15 m between and outside
both rails up to the end of railway ties. The total area of the investigated sites is 600 m2. The total form of Fe, Pb, Zn,
Cu, Ni, Cd and Mn concentration was determined by the atomic absorption spectrometry method. The obtained data
were compared with the background concentration of HM for Dnipropetrovsk oblast and the results of analyzing the
reference control located at a distance of 250 m from the railway stations. Findings. It is found out that rail transport
is a source of HM emission into soil. The findings indicate that the soil state of the Kamianske-Pasazhyrske station
corresponds to a low ecological risk and a low degree of pollution, since the station is a passenger one only and poll u-
tion occurs mostly due to the friction of wheels and rails and that of the pantograph and overhead system, as well as
the pesticide use. The soil contamination of the Zaporizhzhia-Kamianske station is characterized by a considerable
potential environmental risk and a very high degree of pollution. This station is a cargo-passenger one, and this poll u-
tion level is mainly due to loading and unloading processes. The soil of the Trytuzna station is characterized by an
average potential ecological risk and a moderate degree of pollution. Although this station is mainly used for the
freight trains reformation, but due to the transportation of large volumes of bulk ore cargoes HM fall into soil .
Besides, the station is not electrified. Recommendations for assessment of the soil pollution levels are given.
Originality. For the first time the potential ecological risk of soil contamination was determined on the basis of the
physical and chemical analysis of the HM content in the soil of the above-mentioned stations. Practical value. The
results of the study can be used as a justification of the reasonability of introducing the environmental monitoring
programs for the railway land, the environmental protection measures for the soil treatment from HM, correcting the
railway exclusion zone, as well as protection of adjacent territories from the propagation and accumulation of the
mentioned pollutants. The necessity and urgency of the constant control of the HM content in the railway soil and the
relevance of the research continuation in this scientific direction are confirmed on the basis of the received data.
Keywords : heavy metals; railway transport; soil, railway stations, potential environmental risk
Introduction
Rail transport operation has a negative influ-
ence on the environmental quality. This influence
can be seen in the environmental contamination
with both organic (oil products, polycyclic aro-
matic hydrocarbons, polychlorinated biphenyls),
and inorganic substances (heavy metals, SO 2, CO,
CO 2, NO 2, etc.).
Studies devoted to railway transport as a factor
of environmental pollution confirm the hypothesis
that this mode of transport can bring to soil such
persistent and dangerous pollutants as heavy me t-
als (hereinafter – HM) [ 1, 4-7, 10-14, 17 -20]. HM concentration in soil samples taken in the
space between rails may exceed the benchmarks
ten times. For example, the study of Polish scien-
tists demonstrates the following HM concen tration
in the soil of the Iława Główna railway junction ,
mg/kg: in the area of sidings Pb – 4481/4942; Cd −
5,41/5,12; Cu – 1911/1612; Zn – 12641/12232; Hg –
0,5731/0,9692; Fe − 448001/397002; Co – 91/82; Cr
–671/ 582; Mo − 21/22 (1 – between rails, 2 – outside
rails) [ 13]. The HM content indicators in three re-
ference sites mg/kg: Pb – 1a/2b/3c; Сd −
n.d.a/n.d.b/n.d.c; Cu – 4a/4b/4c; Zn – 23a/23b/18c;
H
g – 0,014a/0,05b/0,013c; Fe – 4400a/ 4500b/5000c;
25

ISSN 2307 –3489 (Print), ІSSN 2307 –6666 (Online)
Наука та прогрес транспорту. Вісник Дніпропетровського
національного університету залізничного транспорту, 201 8, № 4 (76)
ЕКОЛОГІЯ НА ТРАНСПОР ТІ
doi 10.15802/stp2018/140551 © А. V. Samarska, Y. V. Zelenko, 2018 Co – 1a/1b/2c; Cr – 5a/6b/8c; Mo – n.d.a/n.d.b/1c. n.d.
–not detected, a – 500 m southwest from the rai l-
way junction, b – 500 m to the southeast, c – 2 km
to the east [ 13].
The obtained data demonstrate the significant
content of iron, which is natural for railway
transport, lead, cadmium, copper and zinc, which
may indicate specificity of the cargoes transported,
loaded and unloaded at this station.
Another study, conducted by Kajetan
Dzier żanowski and Stanisław W. Gawronski also
confirms the assumption that railway transport
plays a significant part in the HM accumulation in
soil and plants. The study was conducted in situ at
the War saw-Otwock railway connection using the
X-ray fluorescent spectrometer [ 11]. The authors
compare the obtained results with the permissible
levels of HM concentration in the surface layer for
transport lands, mg/kg approved in Poland [ 11].
Table 1 presents the results of Kajetan Dzierża n-
owski and Stanisław W. G awronski`s investigation
and the permissible levels of HM concentration in
Poland, approved in 2002.
Table 1
HM concentration in surface layer of
the Warsaw-Otwock railway ground and permissible
levels of HM concentration
HM Concentration ,
mg/kg Standard
deviation ,
mg/kg Permissible co n-
centration levels
of HM
Ba 1 092.1 299.1 1000
Cr 1 108.4 331.4 500
Zn 142.4 17.7 1 000
Cu 894.3 41.5 600
Mn 1 528.9 160.9 –
Mo 18.0 4.0 250
Ni 588.1 101.1 300
Pb 65.0 8.3 600
Hg 25.3 6.0 30
Fe 196 112.7 3 909.8 –
The presented data show the high content of such
metals as barium, chromium, copper, nickel, merc u-
ry and iron typical of railways. It should be noted
that it is difficult to assess the degree of the railway
operation influence on the HM accumulation without comparing the obtained data with those at the refe r-
ent sites or background concentration. It can only be
concluded that the approved standards for Ba, Cr, Cu
and Ni have been exceeded.
However, the data on the HM accumulation in
plants in the area adjacent to the Warsaw-Otwock
railway junction is of greater interest. For example,
Viola arvensis accumulates approximately
230 mg/kg Zn, Vicia cracca – ≈ 30 mg/kg Mo, Ce-
rastium dubium – ≈ 160 mg/kg Cu, 400 mg/kg Mn,
8 mg/kg Pb, 34000 mg/kg Fe [11]. This, in turn, co n-
firms the railway transport influence on the HM i n-
troduction and accumulation both in the soil of adj a-
cent territories and in plants that grow there.
According to the results of chemical analysis of
the soil samples from the Białystok Fabryczny,
Siemianówka and Waliły railway stations in 2015
[20], the pollution levels appear to be much lower
than in previous studies. However, the soil biotes t-
ing shows significant toxicity of the soil of the
Białystok Fabryczny and Siemianówka stations
[20]. The information is given in Table 2.
Table 2
Results of chemical analysis of the soil samples
from the Białystok Fabryczny, Siemianówka and
Waliły railway stations
HM Station
Białystok Fa b-
ryczny Siemianówka Waliły
Zn 130 ± 10 .4 75 ± 6 .0 106 ± 8 .58
Cu 107 ± 16.1 27 ± 4 .1 46 ± 6 .9
Pb 153 ± 27.5 20 ± 3 .6 27 ± 4 .9
Ni 14 ± 3.4 17 ± 4 .1 52 ± 12 .5
Hg 0.06 ± 0.01 <0.05 <0.05
Cd <0.70 <0.70 <0.70
Cr 25 ± 5.3 15 ± 3.2 70 ± 14.7
It is important the fact that at present in Ukraine
there are no legally approved permissible levels of
HM concentration for transport and communication
lands, industry and urban territories.
As for the HM sources at railway transport,
they are, in the first place, cargo transportation, its
dispersing, scattering and spilling on the track and
adjacent territories [ 1, 5–7, 10–14, 19]. For exa m-
ple, the total amount of losses during the transpo r-
tation of mineral fertilizers in bulk in covered cars
26

ISSN 2307 –3489 (Print), ІSSN 2307 –6666 (Online)
Наука та прогрес транспорту. Вісник Дніпропетровського
національного університету залізничного транспорту, 201 8, № 4 (76)
ЕКОЛОГІЯ НА ТРАНСПОР ТІ
doi 10.15802/stp2018/140551 © А. V. Samarska, Y. V. Zelenko, 2018 is up to 8%, in gondola cars up to 28%. When
transported in mul ti-purpose cars annually up to
7% of ore and 3% of cement are lost [ 7].
According to the State Statistics Service of
Ukraine [ 3], the railway transport ranks first in
terms of cargo transportation volumes. The Tables
3 and 4 show the cargo turnover, volumes of cargo
transportation in 2017, and transportation of var i-
ous types of cargo by rail in 2017, respectively.
Other sources of HM at railway transport :
–friction in systems: wheel-brake blocks,w
heel-rail, pantograph-contact wire, bearings [ 5–7,
10
–14, 18, 19];
–use of herbicides [ 7, 13 ];
–coal heating of cars [ 5–7];
–exhaust gases of locomotive engines [ 5–7,
10
, 12];
–migration from wooden and ferro-concret e
sl
eepers, from rubble and ballast section materials
[5–8, 10, 14];
–garbage discarded from trains and on plat-
f
orms.
Table 3
Cargo turnover and volumes of cargo transportation in 2017
Cargo turnover Volume of transported cargoes
mln. tkm in % to 2016. mln.t in % up 2016.
Transport 343 057.1 105.8 635.9 101.8
railway 191 914.1 102.3 339.5 98.9
automobile 41 178.8 108.4 175.6 104.7
water 4 257.1 106.3 5.9 88.1
pipeline 105 434.4 111.7 114.8 107.6
air 272.7 120.5 0.1 110.5
Table 4
Cargo transportation in 2017
Performed , mln.t In % to 2016.
Transported cargoes 339.5 98.9
dispatched 277.3 94.9
According to freight nomenclature
coal 43.9 76.2
coke 5.0 70.8
oil and petroleum products 3.8 115.3
iron ore and manganese ore 64.9 93.5
ferrous metals 20.8 82.4
ferrous scrap 3.1 114.9
timber cargo 2.8 66.8
chemical and mineral fert ilizers 3.5 84.2
grains and grinding products 35.7 111.8
cement 5.9 101.0
construction material 41.2 116.5
other cargoes 46.7 118.0
27

ISSN 2307 –3489 (Print), ІSSN 2307 –6666 (Online)
Наука та прогрес транспорту. Вісник Дніпропетровського
національного університету залізничного транспорту, 201 8, № 4 (76)
ЕКОЛОГІЯ НА ТРАНСПОР ТІ
doi 10.15802/stp2018/140551 © А. V. Samarska, Y. V. Zelenko, 2018 Moreover, the HM accumulation in soil during
the railway operation is influenced by a wide range
of factors: intensity and speed of train movement;
age of the railway and degree of its operation; in i-
tial braking speed, braking length; the nature and
volumes of transported cargoes; weather cond i-
tions; relief; granulometric and chemical content of
soil; vegetative cover.
Therefore, the HM content in the railway infr a-
structure soil can differ considerably and vary
widely. Accordingly, the study of the railway
transport influence on the HM emission into the
soil is an important direction of scientific research.
Purpose
The main purpose of the article is analyzing the
current state of the railway infrastructure soil con-
tamination with HM; assessing and determining
the rail transport share in the problem of the HM
accumulation in soil.
In order to achieve the purpose, the following
stages are realized: literary review of the problem;
analytical assessment of soil contamination levels
of railway stations with heavy metals ; calculations
of total contamination and potential environmental
risks of soil contamination with HM; development
of recommendations for further monitoring the
toxicological state of soil.
Methodology
The research object is the soil of the three rai l-
way stations of Prydniprovska railway:
1) passenger station – Kamianske-Pasazhyrske,
year of opening 1965, electrified (hereinafter –
«KP» station);
2) freight-passenger station − Zaporizhzhia-
Kamianske, year of opening 1884, electrified
(hereinafter – « KZ» station); 3) freight station – Trytuzna , year of opening
1884, non-electrified (hereinafter station «Т»).
The research subject is the total content of HM.
Determining the total forms are enough for the
space between tracks, since the moving ones play a
minor role in this case, there is no migration in the
«soil -plant» and «soil -plant- man» chains.
The sampling scheme is shown in Figure 1.
Sampling was carried out every 15 m between (1)
and outside both rails (2). The weight of each sa m-
ple is 250-300 g, the depth of sampling is 0-20 cm.
The total area of the investigated sites is 600 m2.
The principle of the sampling choice is determined
by the fact that the stations are surrounded by
buildings and the HM distribution at different di s-
tances cannot be assessed.
The reference sites are at a distance 250 m from
each station. The sampling was carried out using
the «envelope » method.
Figure 2 shows the places of the soil sampling.
It was carried out at the end of August 2017 in dry,
hot weather.
The HM concentration in station soil was de-
termined by the atomic-adsorption method. Total
forms of HM were extracted with nitric acid (1:1).
The HM content in the studied soil samples was
calculated using the formula (1):
m C C V X/ ) (0 1  

where Х – is the mass fraction of the i-th metal,
determined in the air- dry soil sample, mg/kg; С 1 –
is the concentration of the i-th metal in the studied
acid extract of soil, found according to the calibr a-
tion graph, mg/dm3; С 0 – is the concentration of
the i-th metal in the control sample found accord-
ing to the calibration graph, mg/dm3; V – is the
volume of the investigated so lution, cm3; m – is the
weight of the air-dry soil sample, g.
Fig. 1. The scheme of sampling at railway stations
1 – the area of sampling between rails , 2 – the area of sampling outside both rails
28

ISSN 2307 –3489 (Print), ІSSN 2307 –6666 (Online)
Наука та прогрес транспорту. Вісник Дніпропетровського
національного університету залізничного транспорту, 201 8, № 4 (76)
ЕКОЛОГІЯ НА ТРАНСПОР ТІ
doi 10.15802/stp2018/140551 © А. V. Samarska, Y. V. Zelenko, 2018
Fig. 2. The sampling sites at the station Kamianske-Pasazhyrske
In order to assess the level of the HM accum u-
lation in soil, we calculated a total contamination
index Z с, which reflects the complex influence of
the whole group of elements and is determined as
the additive sum of the excess of elements concen-
tration coefficient above the background level u s-
ing formula 2 [ 2]:

  n
ic n Kc Z
1) 1 (
(2)
where n – is the number of elements under consid-
eration , Кс – is the coefficient of concentration
(accumulation), the ratio of actual concentration to
background content [ 2].
Although this methodolgy is used in many
works related to the assessment of HM accumul a-
tion in soil, the disadvantage of the Z с indicator is
that it does not reflect the toxicity of each metal,
therefore, it is advisable to use such an indicator as
RI – potential environmental risk of soil contam i-
nation, which is determined by the formula 3 [ 9,
15, 16]:
iE RI
(3)
where Ei – is a risk factor for th e і -th HM,
ii
i i i iSCT f T E 
(4)
where Ті – is the factor reflecting the toxicity of
the і-th HM and the degree of environmental sens i-
tivity to this metal, the values of Ті for Hg, Cd, As,
Ni, Cu, Pb, Cr, Zn and Mn are 40, 30, 10, 5, 5, 5,
2, 1 and 1, respectively; fi – is the ratio of the actu-
al concentration of HM, ( Сі) to its background
content ( Sі) [9, 15, 16 ]. Classifications of Z c and RI
are presented in the Tables 5 and 6. Table 5
Classification of the total soil contamination
index Zс
Contamination degree Zс
very low < 8
low 8–16
moderate 16–32
high 32–64
very high 64–128
extremely high > 128
Table 6
Classification of potential ecological risk
of soil contamination
Ei Individual RI General
Ei ≤40 Low RI ≤150 Low
40<Ei≤80 Average 150<RI≤3
00 Average
80<Ei≤160 Significant 300<RI
≤600 Significant
160< Ei≤32
0 High RI>600 Very high
Ei>320 Extremely
high
Findings
The research results are presented in Table 7.
We determined the concentration of total forms of
Mn, Cu, Zn, Ni, Pb, Cd, and Fe in the soil of
«KP», «ZK», «T» stations and at the three refe r-
29

ISSN 2307 –3489 (Print), ІSSN 2307 –6666 (Online)
Наука та прогрес транспорту. Вісник Дніпропетровського
національного університету залізничного транспорту, 201 8, № 4 (76)
ЕКОЛОГІЯ НА ТРАНСПОР ТІ
doi 10.15802/stp2018/140551 © А. V. Samarska, Y. V. Zelenko, 2018 ence sites where the anthropogenic influence is
quite insignificant.
The given data across the board exceed the ref-
erence indexes and the background concentration,
which shows the direct railway transport influence
on the HM accumulation in soil.
The obtained results indicate that the soil state
of the «KP» station corresponds to a low ecolog i-
cal risk and a low degree of contamination, since it
is a passenger station only and pollution occurs
mostly due to the friction of wheels and rails, that
of the pantograph and contact wire, as well as the
herbicide use.
The soil contamination of the «ZK» station is
characterized by a significant potential environ-
mental risk and a very high degree of pollution.
This station is a freight-passenger one and the pol-
lution level is mainly due to the loading and un-
loading processes.
The soil of the «T» station is characterized by
an average potential environmental risk and
a moderate degree of pollution. Although this st a-
tion is used for the freight trains reformation, but
due to transporting large volumes of bulk ore ca r-
goes HM fall into the station soil. Moreover, the
station is not electrified.
Originality and practical value
For the first time the potential ecological risk of
soil contamination was determined on the basis of
the physical-chemical analysis of the HM content
in the soil of the «KP», «ZK» and «T» stati ons.
The obtained data prove the necessity and urgency
of constant monitoring the HM content in the r ail-
way infrastructure soil. The results of the study can be used as a justif i-
cation of the reasonability of introducing the env i-
ronmental monitoring programs for the railway
lands, the environmental protection measures for
the soil treatment from HM, protection of the terri-
tories adjacent to railway from the propagation and
accumulation of the mentioned pollu tants as well as
correcting the railway excl usion zone
Conclusions
Taking into consideration the fact that the rai l-
way transport operation can lead to the significant
level of the soil contamination with HM, which
exceeds the regulatory one, it is necessary to d e-
velop recommendations for non-purpose (agricu l-
tural) use of land sites within the damping zone of
railways.
According to the presented data, differentiating
the railway mainline zones with high pollution in-
dicators was carried out and the recommendations
on the measures for decontamination and detoxif i-
cation of the railway infrastructure soil were d e-
veloped.
We recommend to calculate the Z c and RI ind i-
ces for assessing the levels of soil contamination,
as well as to determine the HM concentration at
the reference sites, since the use of background
concentration for comparison generates many
questions and concerns, although it is used by
many researchers. And as a final stage of asses s-
ment we suggest carrying out biotesting, which
demonstrates the toxic influence (or its absence) of
the investigated soil on plants, crustaceans, bact e-
ria and other living organisms.
Table 7
General indicator of contamination and the potential ecological risk of stations soil pollution
Stations and
indicators
according to
the metho d-
ology Heavy metal concentration , mg/kg
Mn (600*) Cu (20*) Zn (30*) Ni (10*) Pb (10*) Cd (1*) Fe (22 000*)
1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2
«KP» 654 670 61 60 178 170 32 31 40 35 1.5 1.5 35 670 35 660
Кс 1.1 1.1 3.1 3.0 5.9 5.7 3.2 3.2 4.0 3,5 1.5 1.5 1,6 1.6
Ei 1.1 1.1 15.2 15 5.9 5.7 16 16 20 17.5 45 45 1.6 1.6
RI 103.35 – low potential ecological risk
Zс 14 – low contamination degree
30

ISSN 2307 –3489 (Print), ІSSN 2307 –6666 (Online)
Наука та прогрес транспорту. Вісник Дніпропетровського
національного університету залізничного транспорту, 201 8, № 4 (76)
ЕКОЛОГІЯ НА ТРАНСПОР ТІ
doi 10.15802/stp2018/140551 © А. V. Samarska, Y. V. Zelenko, 2018 Continuation of a table 7
General indicator of contamination and the potential ecological risk of stations soil pollution
Stations and
indicators
according to
the metho d-
ology Heavy metal concentration, mg/kg
Mn (600*) Cu (20*) Zn (30*) Ni (10*) Pb (10*) Cd (1*) Fe (22 000*)
1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2
«ZK» 2 220 2 220 456 476 678 656 111 115 340 324 4 4 61 860 61 230
Кс 3.7 3.7 22.8 23.8 22.6 21.8 11.1 11.5 34 32.4 4 4 2.8 2.8
Ei 3.7 3.7 114 119 22.6 21.8 55.5 57.5 170 162 120 120 2.8 2.8
RI 487.7 – significant potential ecological risk
Zс 94.5 – very high contamination degree
«Т» 710 715 75 67 180 179 63 65 150 130 2 2 48 700 48 705
Кс 1.18 1.19 3.75 3.35 6 6 6.3 6,5 15 13 2 2 2.2 2.2
Ei 1.18 1.19 18.8 16.8 6 6 31.5 32.5 75 65 60 60 2.2 2.2
RI 189.14 – average potential ecological risk
Zс 29.3 – moderate contamination degree
Reference
sites 3401/2402/3003 61/52/63 231/302/403 71/62/73 101/82/53 0.51/0.32/n.d.3 23401/30782/14603
*− bac kground HM content in soil of Dnipropetrovsk oblast
1, 2, 3 – benchmarks of the HM content for the «KP», «ZK» and «Т» stations , respectively.
L
IST OF REFERENCE LINKS
1. Бобрик, Н. Ю. Поширення та акумуляція важких металів у ґрунтах призалізничних територій /
Н. Ю. Бобрик // Вісн. Дніпропетр. ун -ту. Серія: Біологія. Екологія. – 2015. – Вип. 23 (2). – С. 183– 189.
doi: 10.15421/011526
2. Дабахов, М. В. Тяжелые металлы: Экотоксикология и проблемы нормирования : монография /
М. В. Дабахов, Е. В. Дабахова, В. И. Титова. – Нижний Новгород : ВВАГС , 2005. – 165 с.
3. Д
ержавна служба статистики України [Electronic resource]. – Available at: http://www.ukrstat.gov.ua –
Title from the screen. – Accessed : 23.07.2018.
4. Журавлева, М. А. Загрязнение придорожной зоны тяжелыми металлами / М. А. Журавлева,
Н. И. Зубрев, С. М. Кокин // Мир транспорта. – 2014. – Т. 12, № 6. – С. 174 –178.
5. Зеленько, Ю. В. Проблема забруднення важкими металами смуги відводу залізниць / Ю. В. Зеленько,
А. В. Самарська // Залізн. трансп. України. – 2014. – № 5 (108). – С. 51– 53.
6. Казанцева, М. Ю. Железнодорожный транспорт как источник загрязнения окружающей среды /
М. Ю. Казанцева, Д. А. Зибарева // Самарский научный вестник . – 2014. – № 4 (9) – С. 54 –56.
7. Казанцев, И. В. Железнодорожный транспорт как источник загрязнения почв тяжелыми металлами /
И. В. Казанцев // Самарский научный вестник. – 2015. – № 2 (11). – С. 94 –96.
8. Крошечкина, И. Ю. Комплексная оценка загрязнения балластного слоя железнодорожного полотна /
И. Ю. Крошечкина, Н. И. Зубрев // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. – 2014. −
№ 1 (17). – С. 100 –102.
9. Assessing heavy metal pollution in the surface soils of a region that had undergone three decades of intense
industrialization and urbanization / Y. Hu, X. Liu, J. Bai, K. Shih, E. Y. Zeng, H. Cheng // Environmental Sc i-
ence and Pollution Research. – 2013. – Vol. 20. – Iss. 9. – P. 6150 –6159. doi: 10.1007/s11356 -013-1668-z
10. Do
es the Function of Railway Infrastructure Determine Qualitative and Quantitative Composition of Contam i-
nants (PAHs, Heavy Metals) in Soil and Plant Biomass? / M. Mętrak, M. Chmielewska, B. Sudnik –
31

ISSN 2307 –3489 (Print), ІSSN 2307 –6666 (Online)
Наука та прогрес транспорту. Вісник Дніпропетровського
національного університету залізничного транспорту, 201 8, № 4 (76)
ЕКОЛОГІЯ НА ТРАНСПОР ТІ
doi 10.15802/stp2018/140551 © А. V. Samarska, Y. V. Zelenko, 2018 Wójcikowska, B. Wiłkomirski, T. Staszewski, M. Suska -Malawska // Water, Air, & Soil Pollution . – 2015. −
Vol. 226. – Iss. 8. doi: 10.1007/s11270 -015-2516 -1
11. Dzier żanowsk i, K. Heavy metal concentration in plants growing on the vicinity of railroad tracks: a pilot study
/ K. Dzier żanowski, S. W. Gawro ński // Challenges of Modern Technology. – 2012. – Vol. 3 , No. 1. –
P
. 42–45.
12. R
ailway Tracks − Habitat Conditions, Contamination, Floristic Settlement − A Review / B. Wiłkomirski,
H.
Galera, B. Sudnik -Wójcikowska, T. Staszewski, M. Malawska // Environment and Natural Resources R e-
search. – 2012. – Vol. 2 , No. 1. – P. 86 –95. doi: 10.5539/enrr.v2n1p86
13. R
ailway transportation as a serious source of organic and inorganic pollution / B. Wiłkomirski, B. Sudnik –
Wójcikowska, H. Galera, M. Wierzbicka, M. Malawska // Water, Air, & Soil Pollution . – 2010. – Vol. 2 18. –
I
ss. 1-4. – P. 333–345. doi: 10.1007/s11270 -010-0645 -0
14. So
il and plants contamination with selected heavy metals in the area of a railway junction / T. Staszewski,
M.
Malawska, B. Studnik -Wójcikowska, H. Galera, B. Wiłkomirski // Archives of Environmental Protection.
–2
015. – Vol. 41 , No. 1 . – Р. 35–42. doi: 10.1515/aep -2015 -0005
15. Soil Heavy Metal Pollution and Risk Assessment in Shenyang Industrial District, Northeast China / X. Jiao,
Y. Teng, Y. Zhan, J. Wu, X. Lin // Plos One. – 2015. – Vol. 10 . – Iss. 5. – P. e0127736.
doi: 10.1371/journal.pone.0127736
16. Soliman, N. F. Potential ecological risk of heavy metals in sediments from the Mediterranean coast, Egypt /
N. F. Soliman, S. M. Nasr, M. A. Okbah // Journal of Environmental Health Science and Engineering. – 2015.
− Vol. 13. – Iss. 1. doi: 10.1186/s40201 -015-0223 -x
17. T
he effects of railway transportation on the enrichment of heavy metals in the artificial soil on railway cut
slopes / Z. Chen, K. Wang, Y. W. Ai, W. Li, H. Gao, C. Fang // Environmental Monitoring and Assessment . –
2
013. – Vol. 186. – Iss. 2. – P. 1039−1049. doi: 10.1007/s10661 -013-3437 -3
18. T
he effects of the Qinghai –Tibet railway on heavy metals enrichment in soils / H. Zhang, Z. Wang, Y. Zha ng,
Z. Hu
// Science of the Total Environment. – 2012. – Vol. 439. − P. 240 –248.
d
oi: 10.1016/j.scitotenv.2012.09.027
19. T
he selected trace elements in soil of railway stations in north- eastern Poland / B. Wiłkomirski, M. Suska –
Malawska, B. Sudnik- Wójcikowska, T. Staszewski // Rocznik Świętokrzyski. Ser. B – Nauki Przyr. – 2013. –
T. 34. − P. 171– 180.
20. Wierzbicka, M. Multidimensional evaluation of soil pollution from railway tracks / M. Wierzbicka,
O. Bemowska- Kałabun, B. Gworek // Ecotoxicology. – 2015. – Vol. 24. – I ss . 4. – P. 805 –822.
d
oi: 10.1007/s10646 -015-1 426 -8
А. В
. САМАРСЬКА1*, Ю. В. ЗЕЛЕНЬКО2
1*Ка
ф. «Хімія та інженерна екологія », Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені ак а-
деміка В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дніпро , Україна, 49010, тел. +38 (097) 091 74 51, ел. пошта
samarskaya.av@gmail.com , ORCID 0000-0002-0828-9457
2Каф. «Хімія та інженерна екологія», Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені ак а-
деміка В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дніпро, Україна, 49010, тел. +38 (067) 774 04 64, ел. пошта j.v.zelenko@gmail.com,
ORCID 0000-0001-5551-0305
ОЦІНКА ВПЛИВУ ЗАЛІЗНИЧНОГО ТРАНСПОРТУ НА
НАКОПИЧЕННЯ ВАЖКИХ МЕТАЛІВ У ҐРУНТАХ
Мета. Наукова стаття має за мету аналіз сучасного стану забруднення важкими металами (ВМ) ґрунтів
залізничної інфраструктури, а саме трьох станцій Придніпровської залізниці: Кам’янське–Пасажирське,
Запоріжжя–Кам’янське й Тритузна. Методика. Об’єкт дослідження – ґрунти вищезазначених залізничних
станцій, предмет – валовий вміст ВМ. Відбір проб здійснювався кожні 15 м між рейками та поза ними з обох
сторін. Загальна площа досліджуваних територій – 600 м2. Методом атомно -абсорбційної спектрометрії
визначено концентрації валових форм Fe, Pb, Zn, Cu, Ni, Cd та Mn. Отримані дані порівнювались із
фоновими концентраціями ВМ для Дніпропетровської області та з результатами аналізу контрольних
ділянок, що знаходились на відстані 250 м від залізничних станцій. Результати . Встановлено, що
залізничний транспорт є джерелом надходження ВМ у ґрунти. Отримані результати вказують на те, що стан
ґрунтів станції Кам’янське–Пасажирське відповідає низькому екологічному ризику й слабкому ступеню
32

ISSN 2307 –3489 (Print), ІSSN 2307 –6666 (Online)
Наука та прогрес транспорту. Вісник Дніпропетровського
національного університету залізничного транспорту, 201 8, № 4 (76)
ЕКОЛОГІЯ НА ТРАНСПОР ТІ
doi 10.15802/stp2018/140551 © А. V. Samarska, Y. V. Zelenko, 2018 забруднення, оскільки станція є тільки пасажирською, і забруднення відбувається за рахунок тертя коліс та
рейок, пантографа об контактну мережу, а також використання пестицидів. Забруднення ґрунтів станції
Запоріжжя–Кам’янське відрізняється значним потенційним екологічним ризиком і дуже сильним ступенем
забруднення. Ця станція є вантажно -пасажирською, і такий рівень забруднення є здебільшого наслідком
процесів завантаження й розвантаження. Ґрунти станції Тритузна характеризуються середнім потенційним
екологічним ризиком та помірним ступенем забруднення. На цій станції відбувається переформування
товарних поїздів, але за рахунок перевезення значних обсягів сипучих рудних вантажів у ґрунти станції
потрапляють ВМ. Крім того, станція неелектрифікована. Надано рекомендації щодо оцінки рівнів
забруднення ґрунтів. Наукова новизна. Вперше на базі проведеного фізико -хімічного аналізу вмісту ВМ
ґрунтах вищезазначених станцій визначено потенційний екологічний ризик забруднення ґрунтів.
Практична значимість . Результати дослідження можуть бути використані як обґрунтування доцільності
впровадження програм екологічного моніторингу для земель залізничного транспорту, природоохоронних
заходів із очищення ґрунтів від ВМ, коригування зони відчуження залізниць і захисту прилеглих територій
від розповсюдження та акумуляції цих полютантів. На основі отриманих даних доведена необхідність
постійного контролю вмісту ВМ у ґрунтах залізничної інфраструктури й актуальність продовження
досліджень у даному науковому напрямку.
Ключові слова: важкі метали; залізничний транспорт; ґрунти; залізничні станції; потенційний екологі ч-
ний ризик
А. В. САМАРСЬКА1*, Ю. В. ЗЕЛЕНЬКО2
1*Каф. «Химия и инженерная экология» , Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта
имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днипро, Украина, 49010, тел. +38 (097) 091 74 51 ,
эл. почта samarskaya.av@gmail.com , ORCID 0000-0002-0828-9457
2Каф. «Химия и инженерная экология» , Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта
имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днипро, Украина, 49010, тел. +38 (067) 774 04 64,
эл. почта j.v.zelenko@gmail.com, ORCID 0000-0001-5551-0305
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА НА
НАКОПЛЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ГРУНТАХ
Цель. Научная статья своей целью имеет анализ современного состояния загрязнения грунтов железн о-
дорожной инфраструктуры тяжелыми металлами (ТМ), а именно трех станций Приднепровской железной
дороги: Каменское–Пассажирское, Запорожье–Каменское и Тритузная. Методика. Объект исследования –
грунты вышеупомянутых железнодорожных станций, предмет – валовое содержание ТМ. Отбор проб ос у-
ществлялся каждые 15 м между рельсами и за ними с обеих сторон. Общая площадь исследуемых террит о-
рий − 600 м2. Методом атомно -абсорбционной спектрометрии определены в аловые концентрации Fe, Pb, Zn,
Cu, Ni, Cd и Mn. Полученные данные сравнивались с фоновыми концентрациями ТМ для Днепропетровской
области и результатами анализа контрольных участков, находящихся на расстоянии 250 м от железнод о-
рожных станций. Результаты. Установлено, что железнодорожный транспорт является источником посту п-
ления ТМ в грунты. Полученные результаты указывают на то, что состояние грунтов станции Каменское –
Пассажирское соответствует низкому экологическому риску и слабой степени загрязнения, поск ольку ста н-
ция является только пассажирской, и загрязнение происходит за счет трения колес и рельсов, пантографа
о
контактную сеть, а также использования пестицидов. Загрязнение грунтов станции Запорожье –Каменское
отличается значительным потенциальным экол огическим риском и очень сильной степенью загрязнения.
Эта станция является грузопассажирской, и такой уровень загрязнения является в большей степени сле д-
ствием процессов загрузки и разгрузки. Грунты станции Тритузная характеризуются средним потенциал ь-
ным экологическим риском и умеренной степенью загрязнения. На этой станции происходит переформир о-
вание товарных поездов, но за счет перевозки значительных объемов сыпучих рудных грузов в грунты ста н-
ции попадают ТМ. Кроме того, станция неэлектрифицирована. Даны рекомендации по оценке уровней з а-
грязнения почв. Научная новизна. Впервые на основе проведенного физико -химического анализа
содержания ТМ в грунтах вышеупомянутых станций определены потенциальные экологические риски з а-
грязнения грунтов. Практическая значи мость. Результаты исследования могут быть использованы в кач е-
стве обоснования целесообразности внедрения программ экологического мониторинга для земель железн о-
дорожного транспорта, природоохранных мероприятий по очистке грунтов от ТМ, корректировки зоны о т-
33

ISSN 2307 –3489 (Print), ІSSN 2307 –6666 (Online)
Наука та прогрес транспорту. Вісник Дніпропетровського
національного університету залізничного транспорту, 201 8, № 4 (76)
ЕКОЛОГІЯ НА ТРАНСПОР ТІ
doi 10.15802/stp2018/140551 © А. V. Samarska, Y. V. Zelenko, 2018 чуждения железных дорог и защиты прилегающих территорий от распространения и аккумуляции этих по л-
лютантов. На основе полученных данных доказана необходимость постоянного контроля содержания ТМ
в грунтах железнодорожной инфраструктуры и актуальность продолжения исследований в данном научном
направлении.
Ключевые слова: тяжелые металлы; железнодорожный транспорт; грунты; железнодорожные станции;
потенциальный экологический риск
REFERENCES
1. Bobryk, N. Y. (2015). Spreading and accumulation of heavy metals in so ils of railway -side areas. Visnyk of
Dnipropetrovsk University. Biology, ekology , 23, 2, 183-189. doi: 10.15421/011526 (in Ukranian )
2. Dabakhov, M. V., Dabakhova, E. V., & Titova, V. I. (2005). Tyazhelye metally: Ekotoksikologiya i problemy
normirovaniya: Mo nografiya. Novgorod: VVAGS. (in Russian )
3. Derzhavna sluzhba statystyky Ukrainy . Retrieved from http://www.ukrstat.gov.ua (in Ukranian)
4. Zhuravleva, M. A., Zubrev, N. I., & Kokin, S. M. (2014). Contamination of roadside areas with heavy metals.
Worlds of Tran sport and Transportation, 6, 174-181. (in Russian)
5. Z
elenko, Y. V., & Samarska, A. V. (2014). Problema zabrudnennia vazhkymy metalamy smuhy vidvodu
zaliznyts. Zaliznychnyi transport Ukrainy, 5(108), 51-53. (i n Ukranian)
6. Kazantseva, M. Y., & Zibareva, D. A. (2014). Rail transport as a source of environmental pollution . Samara
Journal of Science , 4(9), 54-56. (in Russian)
7. Kazantsev, I. V. (2015). Rail transport as a source of soil contamination with heavy metals. Samara Journal of
Science , Journal of Science , 2(11), 94-96. (in Russian)
8. Kr
oshechkina, I. Y., & Zubrev, N. I. (2014). Kompleksnaya otsenka zagryazneniya ballastnogo sloya
zheleznodorozhnogo polotna . XXI vek: itogi proshlogo i problemy nastoyashchego plyus , 1(17), 100-102. (in
R
ussian)
9. Hu
, Y., Liu, X., Bai, J., Shih, K., Zeng, E. Y., & Cheng, H. (2013). Assessing heavy metal pollution in the
surface soils of a region that had undergone three decades of intense industrialization and urbanization. Envi-
ronmental Science and Pollution Research, 20, 9, 6150 -6159. doi: 10.1007/s11356 -013-1668 -z (in English)
10. Mę
trak, M. , Chmielewska, M., Sudnik -Wójcikowska, B., Wiłkomirski, B. , Staszewski, T. , & Suska –
Malawska , M. (2015). Does the Function of Railway Infrastructure Determine Qualitative and Quantitative
Composition of Contaminants (PAHs, Heavy Metals) in Soil and Plant Biomass? Water, Air, & Soil Pollution ,
226
, 8, 1-12. doi: 10.1007/s11270 -015-2516 -1 (in English)
11. Dzie
rżanowski, K., & Gawro ński, S. W. (2013). Heavy metal concentration in plants growing on the vic inity
of railroad tracks: a pilot study. Challenges of Modern Technology, 3 , 1, 42-4
5. (in English)
12. Wiłkomirski, B., Galera, H., Sudnik -Wójcikowska, B., Staszewski, T., & Malawska, M. (2012). Railway
Tracks − Habitat Conditions, Contamination, Floristic Se ttlement − A Review. Environment and Natural R e-
sources Research , 2, 1, 86-95. doi:10.5539/enrr.v2n1p86 (in English)
13. W
iłkomirski, B., Sudnik -Wójcikowska, B., Galera, H., Wierzbicka, M., & Malawska, M. (2011). Railway
transportation as a serious source of or ganic and inorganic pollution. Water Air Soil Pollution, 218, 1 -4, 333-
345. doi: 10.1007/s11270 -010-0645 -0 (in English)
14. Stas
zewski, T., Malawska, M., Studnik -Wójcikowska, B., Galera, H., & Wiłkomirski, B. (2015). Soil and
plants contamination with selected heavy metals in the area of a railway junction. Archives of Environmental
Protection , 41(1), 35-42. doi: https://doi.org/10.1515/aep -2015 -0005 (in English)
15. J
iao, X., Teng, Y., Zhan, Y., Wu, J., & Lin, X. (2015). Soil Heavy Metal Pollution and Risk Assessm ent in
Shenyang Industrial District, Northeast China. Plos One, 10(5). doi:10.1371/journal.pone.0127736 (in En g-
lish)
16. So
liman, N. F., Nasr, S. M., & Okbah, M. A. (2015). Potential ecological risk of heavy metals in sediments
from the Mediterranean coast, Eg ypt. Journal of Environmental Health Science and Engineering, 13(1).
doi:10.1186/s40201 -015-0223 -x (in English)
17. C
hen, Z., Wang , K., Ai , Y. W., Li , W., Gao , H., & Fang , C. (2013 ) The effects of railway transportation on the
enrichment of heavy metals in the artificial soil on railway cut slopes . Environ Monit Assess , 1
86(2), 1039-
1
049. doi: 10.1007/s10661 -013-3437- 3 (in English)
18. Z
hang, H, Wang, Z., Zhang, Y., & Hu, Z. (2012). The effects of the Qinghai – Tibet railway on heavy metals
enrichment in soils. Science of the Total Environment, 439,
240 -248.
d
oi: http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2012.09.027 (in English)
34

ISSN 2307 –3489 (Print), ІSSN 2307 –6666 (Online)
Наука та прогрес транспорту. Вісник Дніпропетровського
національного університету залізничного транспорту, 201 8, № 4 (76)
ЕКОЛОГІЯ НА ТРАНСПОР ТІ
doi 10.15802/stp2018/140551 © А. V. Samarska, Y. V. Zelenko, 2018 19. Wiłkomirski, B., Suska -Malawska, M., Sudnik -Wójcikowska, B., & Staszewski T. (2013). The selected trace
elements in soil of railway stations i n north -eastern Poland. Rocznik Świętokrzyski , 34, 171 -180. (in En glish)
20. W
ierzbicka, M., Bemowska -Kałabun, O., & Gworek , B. (2015). Multidimensional evaluation of soil pollution
from railway tracks. Ecotoxicology, 24(4), 805-822. doi: 10.1007/s10646 -015-1426-8 (in English)
R
eceived : Apr. 26, 2018
A
ccepted: July 27, 2018
35