The use of biological testing approaches to assessing the ecological conditions of soils in a reclaimed surface mine

Т.В. Бардина, М.В. Чугунова, В.В. Кулибаба, В.И. Бардина

Abstract


The appropriateness has been evaluated of different approaches to biological testing of soils from sites that have accumulated the results of past environmental insults. Since such soils feature the presence of unknown pollutants, it is expedient to supplement the chemical control with the biological testing thereof. Organisms used in biological testing differ in their sensitivity to different pollutants. Therefore, it is reasonable to use test batteries comprising organisms from different taxonomic groups. The present study has been carried out in a former open mine territory located in Prinevskaya Depression (Leningrad Region). The mine was used sometimes ago to obtain clay for brick manufacturing. Thereafter, the mine pit was covered with a loamy soil contaminated with solid household waste. This resulted in the development of a secondary pollution focus. Standard physical and chemical methods were used to determine pH, total alkalinity, specific conductivity, heavy metals, oils products and benzo(a)pyrene in soil samples obtained from the site. Biological testing was performed using eluting and contact approaches, including an original method approved by State Register. The test organisms were Daphпia magna water flee, Paramecium caudatum infusoria, Chlorella vulgaris alga, and Triticum aestivum wheat. Soil microorganism complex was assessed by soil enzymatic activities. Chemical and physical analyses did not reveal increases in pollutant markers above normative values. Biological testing proved to be more sensitive. Their use suggested that all soil samples were somewhat toxic. The most appropriate methods for testing former open clay mines have been selected.

Keywords


biological testing, environmental toxicants, test system


Как процитировать материал

References


1. Бардина ВИ. Применение ферментативного биотеста в биодиагностике почвогрунтов объектов накопленного экологического ущерба. В кн.: Роль почв в биосфере и жизни человека. Материалы докладов международной научной конференции к 100-летию со дня рождения академика Г.В. Добровольского. Москва: МГУ; 2015. С.150-2.

2. Бардина ТВ, Чугунова МВ, Капелькина ЛП, Бардина ВИ. Биологическая оценка токсичности городских почв в почвенно-экологическом мониторинге. Экология урбанизированных территорий. 2014;2:87-91.

3. Галицкая ПЮ, Селивановская СЮ. Биологическая оценка токсичности почв методом биотестирования. Агрохимия. 2009;3:84-88.

4. Горностаева ЕС, Злобин СС, Сунцова ЕС, Елькина ТС, Домрачева ЛИ, Ашихмина ТЯ. Микробиологический статус почв в зоне действия Кирово-Чепецкого химического комбината. Теоретическая и прикладная экология. 2012;3:90-95.

5. Григорьев ЮС. Новые методы биологического контроля загрязнения окружающей среды. Экопрогресс. 2014;19(2):28-29.

6. Заварзин ГА, Кудеяров ВН. Почва как главный источник углекислоты и резервуар органического углерода на территории России. Вестник Российской Академии Наук. 2006;76(1):14-29.

7. Звягинцев ДГ, Бабьева ИП, Зенова ГМ. Биология почв. М.: Изд-во МГУ; 2005.

8. Ибрагимова СТ, Айткельдинова СА, Файзулина ЭР, Саданов АК, Попутникова ТО, Терехова ВА. Экологическая оценка нефтезагрязненных почв Казахстана по откликам стандартных биотест-систем. Доклады по экологическому почвоведению. 2009;11(1):79-94.

9. Ирха Н, Блинова И, Петерселль В. Использование биотестов для оценки влияния почв на снижение токсичности комплексной смеси тяжелых металлов и полициклических ароматических углеводородов. Экологическая химия. 2003;12(4):233-239.

10. Кулибаба ВВ, Петухов ВВ, Зинатулина ЕИ, Меринова ЕС. Рекультивированные карьеры Приневской низменности – специфическая разновидность объектов накопленного экологического ущерба. Региональная экология. 2016;43(1):7-13.

11. Мишустин ЕН, Востров ИС. Аппликационные методы в почвенной микробиологии. В кн.: Микробиологические и биохимические исследования почв. Киев; 1971. С. 3-12.

12. Олькова АС. Биотестирование в научно-исследовательской и природоохранной практике России. Успехи современной биологии. 2014;134(6):614-622.

13. Покорна Д, Забранская Д. Сероокисляющие бактерии в экологической технологии. Biotechnology Advances. 2015;33(6):1246-59.

14. Помазкина ЛВ, Семенова ЮВ, Стеренчук АВ. Вклад агроэкосистем в формирование бюджета углерода на территории Иркутской области. Известия Самарского научного центра РАН. 2009;11(1):212-6.

15. Попутникова ТО, Терехова ВА. Установление зоны влияния полигона твердых бытовых отходов на почвы по структурно-функциональным изменениям микробных сообществ. Вестник МГУ Сер.17. Почвоведение. 2010;2:51-4.

16. Селивановская СЮ, Галицкая ПЮ. Оценка токсичности почв с использованием контактного метода биотестирования. Токсилогический вестник. 2006;4:12-5.

17. Терехова ВА. Биотестирование почв: подходы и проблемы. Почвоведение. 2011;(2):190-8.

18. Терехова ВА. Реализация биотической концепции экологического контроля при почвенно-экологическом нормировании. Использование и охрана природных ресурсов России. 2012;4:31-34.

19. Терехова ВА, Воронина ЛП, Николаева ОВ, Бардина ТВ, Калмацкая ОА, Кирюшина АП, Учанов ПВ, Креславский ВД, Васильева ГК. Применение фитотестирования для решения задач экологического почвоведения. Использование и охрана природных ресурсов в России. 2016;3:37-41.

20. Фокина АИ, Огородникова СЮ, Домрачева ЛИ, Лялина ЕИ, Горностаева ЕА, Ашихмина ТЯ, Кондакова ЛВ. Цианобактерии как тест-организмы и биосорбенты. Почвоведение. 2017;(1):77-85.

21. Яковлев АС, Евдокимова МВ. Экологическое нормирование почв и управление их качеством. Почвоведение. 2011;(5):582-597.

1. Bardina VI. [The use of an enzymatic biotest in biodiagnostics of soil of objects of accumulated environmental damage. In: Rol' Pochv v Biosfere i Zhizni Cheloveka Materialy Dokladov Mzhdunarodnoy Nauchnoy Konferentsii k 100-letyu so Dnia Rozhdeniya Akademika G.V. Dobrovolskogo. Moscow: MGU; 2015. P. 150-2. (In Russ.)

2. Bardina TV, Chugunova MV, Kapel'kina LP, Bardina VI. [Biological assessment of the toxicity of urban soils in soil-ecological monitoring]. Ekologiya Urbanizirovannykh Territoriy. 2014;2:87-91. (In Russ.)

3. Galickaja PYu, Selivanovskaya SYu. [Biological assessment of soil toxicity by biotesting]. Agrokhimiya. 2009;3:84-8. (In Russ.)

4. Gornostayeva ES, Zlobin SS, Sunctsva ES, Elkina TS, Domracheva LI, Ashihmina TYa. [Microbiological status of soils in the area of the Kirov-Chepetsk Chemical Works]. Teoreticheskaya i Prikladnaya Ekologiya. 2012;3:90-5. (In Russ.)

5. Grigoryev YuS. [New methods of biological control of environmental pollution]. Ekoprogress. 2014;19(2):28-9. (In Russ.)

6. Zavarzin GA, Kudeyarov VN. [Soil as the main source of carbon dioxide and a reservoir of organic carbon in Russia]. Vestnik Rossiyskoy Akademii Nauk. 2006;76(1):14-29. (In Russ.)

7. Zviagintsev DG, Babyeva IP, Zenova GM. Biologiya Pochv [Soil Biology]. Moscow: MGU; 2005. (In Russ.)

8. Ibragimova ST, Aytkeldinova SA, Fayzulina YeR, Sadanov AK, Poputnikova TO, Terekhova VA. [Ecological assessment of oil-contaminated soils in Kazakhstan according to standard biotest systems responses]. Doklady po Ekologicheskomu Pochvovedeniyu. 2009;11(1):79-94. (In Russ.)

9. Irkha N, Blinova I, Petersell V. [The use of biotests to assess the effect of soils on reducing the toxicity of a complex mixture of heavy metals and polycyclic aromatic hydrocarbons. Ekologicheskaya Khimiya]. 2003;12(4):233-9. (In Russ.)

10. Kulibaba VV, Petukhov VV, Zinatulina EI, Merinova YeS. [Reclaimed quarries of the Prinevskaya lowland: A specific type of objects of accumulated environmental damage]. Regionalnaya Ekologiya. 2016;43(1):7-13. (In Russ.)

11. Mishustin YeN, Vostrov IS. [Application methods in soil microbiology]. In: Mikrobiologicheskiye i Biokhimicheskiye Issledovaniya Pochv. Kiev; 1971. P. 3-12 (In Russ.)

12. Olkova AS. [Biotesting in the research and environmental protection practice of Russia]. Uspekhi Sovremennoy Biologii. 2014;134(6):614-22. (In Russ.)

13. Pokorna D, Zabranskaja D. [Sulfur-oxidizing bacteria in environmental technology]. Biotechnology Advances. 2015;33(6):1246-59. (In Russ.)

14. Pomazkina LV, Semenova YuV, Sterenchuk AV. [The contribution of agroecosystems to carbon budget formation in the Irkutsk region]. Izvestiya Samarskogo Nauchnogo Tsentra RAN. 2009;11(1):212-6. (In Russ.)

15. Poputnikova TO, Terekhova VA. [Establishment of the zone of influence of the solid waste landfill on soils by structural and functional changes in microbial communities]. Vestnik MGU Ser 17 Pochvovedenye. 2010;2:51-4. (In Russ.)

16. Selivanovskaya SYu, Galickaja PYu. [Assessment of soil toxicity using a contact biotesting method]. Toksilogicheskiy Vestnik. 2006;4:12-5. (In Russ.)

17. Terekhova VA. [Soil bioassay: Approaches and problems]. Pochvovedeniye. 2011;2:190-8. (In Russ.)

18. Terekhova VA. [The implementation of the biotic concept of environmental control in soil-environmental regulation]. Ispolzovanie i Okhrana Prirodnykh Resursov Rossii. 2012;4:31-4. (In Russ.)

19. Terekhova VA, Voronina LP, Nikolayeva OV, Bardina TV, Kalmackaya OA, Kiriushina AP, Uchanov PV, Kreslavskiy VD, Vasilytva GK. [The use of phytotesting to solve the problems of environmental soil science]. Ispolzovaniye i Okhrana Prirodnykh Resursov v Rossii. 2016;3:37-41. (In Russ.)

20. Fokina AI, Ogorodnikova SYu, Domracheva LI, Lialina EI, Gornostayeva EA, Ashikhmina TYa, Kondakova LV. [Cyanobacteria as test organisms and biosorbents]. Pochvovedeniye. 2017;1:77-85. (In Russ.).

21. Yakovlev AS, Yevdokimova MV. Environmental regulation of soils and their quality management. Pochvovedeniye. 2011;5:582-97. (In Russ.)

22. Klimkowicz-Pawlas A, Maliszewska-Kordybach B, Smreczak B. Triad-based screening risk assessment of the agricultural area exposed to the long-term PAHs contamination. Environ Geochem Health. 2019;41:1369-85.

23. Alef K. Soil respiration. In: Alef K, Nannipieri P, eds. Methods in Applied Soil Microbiology and Biochemistry. London: Academic Press; 1995. Р 214-9.

24. Bardina TV, Chugunova MV, Kulibaba VV, Polyak YuM, Bardina VI, Kapelkina LP. Applying bioassay methods for ecological assessment of the soils from the brownfield sites. Water Air Soil Pollut; 2017. P. 228-351. DOI: I10.1007/s11270-017-3521-3.

25. Blasé C. Canadian application of microbiotest to assess the toxic potential of liquid and solid media. In: Microbiotests for Routine Toxicity Screening and Biomonitoring. New York: Kluwer Academic; 2000. P. 3-12.

26. Gorbov SN, Bezuglova OS., Yarduni TV, Tagiverdiev SS, Chursinova KV. Soil enzyme activity of urban territories of Rostov agglomeration. Life Sci Jl. 2014;12(12s):605-9.

27. Matejczyk M, Grazyna AP, Nałecz-Jawecki G, Ulfig K, Markowska-Szczupak A. Estimation of the environmental risk posed by landfills using chemical, microbiological and ecotoxicological testing of leachates. Chemosphere. 2011;82(7):1017-23.

28. Prestes EB, Jonson CM, Castrol VISS, Paraida CCM. Avaliacao daxicidade cronica de piraclostrobin, exoxiconazol e sua inistura em Daphnia similis. Ekotoksikologiya i Zagrjaznenie Okruzhajushhej Sredy. 2013;8(1):113-7.

29. Swiontek Brzezinska M, Burkowska A, Walczak M. Microbial activity in the landfill soil. Prikladnaya Biokhimija i Mikrobiologiya. 2012;48(4):411-6.

30. Terekhova VA, Pukalchik MA, Yakovlev AS. The triad approach to ecological assessment of urban soils. Eurasian Soil Sci. 2014;47(9):952-8. DOI: 10.1134/S1064229314090129.

31. Yakovlev AS, Evdokimova MV. Ecological standardization of soil and soil quality сontrol. Eurasian Soil Sci. 2011;44(5):534-46.




DOI: http://dx.doi.org/10.24855/biosfera.v12i1.539

© ФОНД НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ "XXI ВЕК"