ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛОВ УСТОЙЧИВОСТИ ЭКОСИСТЕМНЫХ ФУНКЦИЙ ГОРНО-ЛУГОВОЙ ЧЕРНОЗЕМОВИДНОЙ ПОЧВЫ ПРИ ЗАГРЯЗНЕНИИ ЦИНКОМ

А.А. Кузина, Е.С. Храпай, С.И. Колесников, Т.В. Минникова, К.Ш. Казеев

Аннотация


Цинк (Zn) относится к приоритетным загрязняющим веществам. Загрязнение цинком горно-луговой черноземовидной почвы в районе медедобывающего предприятия Урупского горно-обогатительного комбината (ГОК) выше, чем другими тяжелыми металлами (медь, свинец, хром и др.). Цель данной работы – определение экологически безопасной концентрации Zn в горно-луговой черноземовидной почве по нарушению ее экосистемных функций в модельном лабораторном эксперименте. Объект исследования – горно-луговая черноземовидная почва, около хвостохранилища Урупского ГОК. Экосистема – субальпийский горный луг. Определяли: активности каталазы и дегидрогеназ в почве, обилие бактерий рода Azotobacter, общую численность бактерий в почве, всхожесть и интенсивность начального роста (длина корней) редиса (Raphanus sativus L.). Нарушение экосистемных функций определяли по степени снижения интегрального показателя состояния (ИПБС), вычисленного на основе вышеперечисленных показателей. Загрязнение горно-луговой черноземовидной почвы цинком достоверно угнетало всхожесть семян редиса при концентрации 50–500 мг/кг, численность бактерий рода Azotobacter – при 100–500 мг/кг, остальные параметры снижались при концентрациях 250 и 500 мг/кг. Была установлена экологически безопасная концентрация Zn в горно-луговой черноземовидной почве – 190 мг/кг. Этот уровень может быть использован в качестве экологического норматива для оценки и нормирования загрязнения экосистем.

Ключевые слова


химическое загрязнение, тяжелые металлы, интегральный показатель биологического состояния, экологически безопасная концентрация.

Полный текст:

PDF

Как процитировать материал

Литература


Дауд РМ, Колесников СИ, Минникова ТВ, Казеев КШ, Акименко ЮВ. Биодиагностика устойчивости аридных почв Юга России к загрязнению тяжелыми металлами, нефтяными углеводородами и биоцидами. Ростов-на-Дону, Таганрог: Издательство Южного федерального университета; 2021. DOI 10.18522/801273509.

Добровольский ГВ, Никитин ЕД. Функции почв в биосфере и экосистемах (экологическое значение почв). М.: Наука; 1990.

Задворная АК, Казнина НМ, Холопцева ЕС. Влияние повышенных концентраций цинка в субстрате на рост и фотосинтетический аппарат горчицы белой. Труды Карельского научного центра Российской академии наук. 2021;(3):68-76.

Казеев КШ, Колесников СИ. Биодиагностика почв: методология и методы исследований. Ростов-на-Дону: Издательство Южного федерального университета; 2012.

Казнина НМ, Титов АФ, Лайдинен ГФ, Батова ЮВ. Влияние цинка на продуктивность ярового ячменя в вегетационном опыте. Агрохимия. 2010;(8):72-6.

Колесников СИ, Вардуни ВМ, Тимошенко АН, Денисова ТВ, Казеев КШ, Акименко ЮВ. Оценка экотоксичности наночастиц оксидов кобальта, меди, никеля и цинка по биологическим показателям состояния чернозема обыкновенного. Юг России: экология, развитие. 2020;15(1):130-6.

Колесников СИ, Казеев КШ, Вальков ВФ. Экологическое состояние и функции почв в условиях химического загрязнения. Ростов-на-Дону: Ростиздат, 2006.

Колесников СИ, Тимошенко АН, Казеев КШ, Акименко ЮВ, Мясникова МА. Оценка экотоксичности наночастиц меди, никеля и цинка по биологическим показателям чернозема. Почвоведение. 2019;(8):986-92. doi: 10.1134/S0032180X19080094.

Салпагарова СИ, Салпагарова ЗИ. Воздействие Урупского горнообогатительного комбината на окружающую среду. Известия Дагестанского государственного педагогического университета. Естественные и точные науки. 2018;12(1):88-93. doi: 10.31161/1995-0675-2018-12-1-88-93.

Синдирева АВ, Федосова МД, Никулинская АВ. Влияние цинка на численность технологических видов червей Eisenia fetida и фитотоксичность почвы. Электронный научно-методический журнал Омского ГАУ. 2017;4(11). URL http://e-journal.omgau.ru/images/issues/2017/4/00481.pdf.

Смирнов ВИ, редактор. Рудные месторождения СССР. В 3 т. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Недра; 1978. Т. 2.

Храпай ЕС, Кузина АА, Колесников СИ, Минникова ТВ, Казезев КШ. Оценка содержания тяжелых металлов в почве рекультивированного хвостохранилища Урупского горно-обогатительного комбината. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2024;4:56-68. doi: 10.25018/0236_1493_2024_4_0_56.

Яковлев АС, Евдокимова МВ. Подходы к нормированию загрязнения почв в России и зарубежных странах. Почвоведение. 2022;5:631-641. https://doi.org/10.31857/S0032180X22050136.

Daud RM, Kolesnikov SI, Minnikova TV, Kazeev KS, Akimenko SW. Biodiagnostika Ustoichivosti Aridnykh Pochv Yuga Rossii k Zagriazneniyu Tiazhelymi Metallami Neftianymi Uglevodorodami i Biotsidami. [Biodiagnostics of the Resistance of Arid Soils in the South of Russia to Pollution by Heavy Metals, Petroleum Hydrocarbons and Biocides]. Rostov-on-Don and Taganrog: Izdatelstvo Yuzhnogo Federalnogo Universiteta; 2021. DOI 10.18522/801273509. (In Russ.)

Dobrovolsky GV, Nikitin YeD. Funktsii Pochv v Biosfere i Ekosistemakh (Ekologicheskoe Znachenie Pochv). [Soil Functions in the Biosphere and Ecosystems (Ecological Significance of Soils)]. Moscow: Nauka; 1990. (In Russ.)

Zadvornaya AK, Kaznina NM, Kholoptseva YeS. [Effect of elevated zinc concentrations in the substrate on the growth and photosynthetic apparatus of white mustard]. Trudy Karelskogo Nauchnogo Tsentra Rossiyskoy Akademii Nauk. 2021;(3):68-76. (In Russ.)

Kazeev KSh, Kolesnikov SI. Biodiagnostika Pochv: Metodologiya i Metody Issledovaniy. [Soil Biodiagnostics: Methodology and Research Techniques]. Rostov-on-Don: Izdaterlstvo Yushnogo Federalnogo Universiteta; 2012. (In Russ.)

Kaznina NM, Titov AF, Laydinen GF, Batova YuV. [Effect of zinc on the yield of spring barley in a pot experiment]. Agrohimiya. 2010;(8):72-76. (In Russ.)

Kolesnikov SI, Varduni VM, Timoshenko AN, Denisova TV, Kazeev KSh, Akimenko YuV. [Estimation of ecotoxicity of nanoparticles of cobalt, copper, nickel and zinc oxides using biological indicators of the state of ordinary chernozem]. Yug Rossii Ecologiya Razvitiye. 2020;15(1):130-6. (In Russ.) https://doi.org/10.18470/1992-1098-2020-1-130-136.

Kolesnikov SI, Kazeev KSh, Valkov VF. Ekologicheskoye Sostoyaniye i Funktsii Pochv v Usloviyakh Khimicheskogo Zagriazneniya. [Ecological State and Functions of Soils in Conditions of Chemical Pollution]. Rostov-on-don: Rostizdat; 2006. (In Russ.)

Kolesnikov SI, Timoshenko AN, Kazeev KSh, Akimenko YuV, Miasnikova MA. [Assessment of ecotoxicity of copper, nickel, and zinc nanoparticles based on biological indicators of chernozems]. Pochvovedeniye. 2019;(8): 986-992. doi: 10.1134/S0032180X19080094. (In Russ.)

Salpagarova SI, Salpagarova ZI. [The environmental impacts of Urupsky Mining Complex]. Izvesiya Dagestannskogo Gosudarstvennogo Pedagogicheskogo Universiteta Yestestvennye i Tochnye Nauki. 2018;12(1):88-93. doi: 10.31161/1995-0675-2018-12-1-88-93. (In Russ.)

Sindireva AV, Fedosova MD, Nikulinskaya AV. [The effect of zinc on the abundance of technological species of earthworm Eisenia fetida and phytotoxicity of soil]. Elektronnyi Nauchn-Metodicheskiy Zhurnal Omskogo Gosudarstvennogo Universiteta. 2017;4(11). URL http://e-journal.omgau.ru/images/issues/2017/4/00481.pdf. (In Russ.)

Smirnov VI, ed. Rudnye Mestorozhdeniiy SSSR. [Ore Deposits of the USSR]. Moscow: Nedra; 1978. Vol. 2. (In Russ.)

Khrapay ES, Kuzina AA, Kolesnikov SI, Minnikova TV, Kazeev KSh. [Heavy metal content of soils at tailings pond after reclamation at Urup Mining and Processing Plant]. Gornyi Informatsionno-Analiticheskiy Biulleten. 2024;4:56-68. doi: 10.25018/0236_1493_2024_4_0_56. (In Russ.)

Yakovlev AS, Yevdokimova MV. [Approaches to the regulation of soil pollution in Russia and foreign countries]. Euras Soil Sci. 2022;55:641-50. https://doi.org/10.1134/S1064229322050131.

Araújo E, Strawn DG, Morra M, Moore A, Ferracciú Alleoni LR. Association between extracted copper and dissolved organic matter in dairy-manure amended soils. Environ Pollut. 2019;246:1020-6 https://doi.org/10.1016/j.envpol.2018.12.070.

Aydin SS, Gökçe E, Büyük İ, Aras S. Characterization of stress induced by copper and zinc on cucumber (Cucumis sativus L.) seedlings by means of molecular and population parameters. Mutat Res Geneti Toxicol Environ Mutagenesis, 2012;746(1):49-55.

Bauer T, Minkina T, Pinskii D, Zamulina I, Mandzhieva S, Nevidomskaya D, Burachevskaya M. Soil physical and chemical properties changes after zinc contamination. Biol Comm. 2019;64(1):46-54. https://doi.org/10.21638/spbu03.2019.106.

Broadley M, Brown P, Cakmak I, Rengel Z, Zhao F. Function of nutrients: micronutrients. In: Marschner's Mineral Nutrition of Higher Plants. Academic Press; 2012. P. 191-248.

Chaney RL. Zinc phytotoxicity. In: Zinc in Soils and Plants. Berlin: Springer; 1993. P. 135-50.

Greany KM. An assessment of heavy metal contamination in the marine sediments of Las Perlas Archipelago, Gulf of Panama. M.S. thesis, School of Life Sciences Heriot-Watt University, Edinburgh, Scotland. 2005.

Hanfi MY, Mostafa MY, Zhukovsky MV. Heavy metal contamination in urban surface sediments: sources, distribution, contamination control, and remediation. Environ Monitoring Assessment. 2020;192:1-21.

IUSS Working Group. World Reference Base for Soil Resources. International Soil Classification System for Naming Soils and Creating Legends for Soil Maps. Vienna: International Union of Soil Sciences (IUSS); 2022.

Ju W, Liu L, Fang L, Cui Y, Duan C, Wu H. Impact of co-inoculation with plant-growth-promoting rhizobacteria and rhizobium on the biochemical responses of alfalfa-soil system in copper contaminated soil. Ecotoxicol Environ Safety. 2019;167:218-26. doi: 10.1016/j.ecoenv.2018.10.016.

Khudsar T, Mahmooduzzafar Iqbal M, Sairam RK. Zinc-induced changes in morpho-physiological and biochemical parameters in Artemisia annua. Biol Plant. 2004;48(2):255-60.

Kolesnikov S, Minnikova T, Kazeev K, Akimenko Yu, Evstegneeva N. Assessment of the ecotoxicity of pollution by potentially toxic elements by biological indicators of haplic chernozem of Southern Russia (Rostov region). Water Air Soil Pollut. 2022;233(1) doi: 10.1007/s11270-021-05496-3.

Kolesnikov SI, Kazeev KSh, Akimenko YuV. Development of regional standards for pollutants in the soil using biological parameters. Environ Monit Assess. 2019; 191(9):544. https://doi.org/10.1007/s10661-019-7718-3.

Vaillant N, Monnet F, Hitmi A, Sallanon H, Coudret A. Comparative study of responses in four Datura species to zinc stress. Chemosphere. 2005;59(7):1005-13.

Wuana RA, Okieimen FE. Heavy metals in contaminated soils: A review of sources, chemistry, risks and best available strategies for remediation. ISRN Ecology. 2011;1-20. doi: 10.5402/2011/402647.




DOI: http://dx.doi.org/10.24855/biosfera.v16i3.943

© ФОНД НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ "XXI ВЕК"