2022 Трансформация экосистем 5 (4), 83-97
Оценка химических и санитарных показателей грунтов угольных отвалов юга Кузнецкой котловины
Воробьева Е.Е. , Фотина Н.В. , Асякина Л.К. , Осинцева М.А. , Просеков А.Ю.
DOI: https://doi.org/10.23859/estr-220603Том: 5
Номер: 4
Страницы: 83-97
Дата поступления в редакцию: 03.06.2022
Дата принятия к печати: 25.06.2022
Дата онлайн-публикации: 29.10.2022
Дата выхода номера: 15.12.2022
ISSN 2619-094X Print
ISSN 2619-0931 Online
Из-за большого количества загрязнений на территории угольных отвалов процессы восстановления почвы протекают медленно. Для проведения ее рекультивации необходимы разработка и использование микробного препарата, подбор которого выполняется на основе оценки биохимических показателей грунтов горных пород и степени ее загрязненности. Материалом для настоящего исследования послужили грунты горных пород, отобранные в трех разных зонах (Ка, Кb, Кc) Корчакольского угольного отвала. Изученные санитарно-химические показатели не превышали ориентировочно допустимых концентраций (ОДК) / предельно допустимых концентраций (ПДК), кроме нефтепродуктов (в зонах Ка, Кb, Кс превышение в среднем составило 2.2, 1.4, 1.2 раза соответственно). В ходе исследования обнаружена прямая корреляция между содержанием цинка и ферментативной активностью полифенолоксидазы, уровнем никеля и пероксидазы, а также обратная корреляция между концентрациями мышьяка и меди с инвертазой и нитритредуктазой соответственно. Индекс бактерий группы кишечной палочки (БГКП) в разных зонах превосходил нормативные значения в 61 и 171 раз. Несмотря на то, что исследованные санитарные показатели не превышают допустимых уровней, они могут приводить к замедлению роста и развития растений. Таким образом, для качественной рекультивации необходимо вносить в грунты горных пород биопрепараты на основе микроорганизмов, осуществляющих биотрансформацию тяжелых металлов, и ризобактерий.
Екатерина Евгеньевна Воробьева
Кемеровский государственный университет
650000, Россия, г. Кемерово, ул. Красная, д. 6
младший научный сотрудник
89515923860k@gmail.com
Наталья Вячеславовна Фотина
Кемеровский государственный университет,
650000, Россия, г. Кемерово, ул. Красная, д. 6
младший научный сотрудник
Людмила Константиновна Асякина
Кемеровский государственный университет
650000, Россия, г. Кемерово, ул. Красная, д. 6
кандидат технических наук
Мария Алексеевна Осинцева
Кемеровский государственный университет
650000, Россия, г. Кемерово, ул. Красная, д. 6
кандидат технических наук, начальник управления проектной деятельностью
Александр Юрьевич Просеков
Кемеровский государственный университет
650000, Россия, г. Кемерово, ул. Красная, д. 6
доктор технических наук, заведующий лабораторией
Акинина, А.Н., Середина, В.П., Овсянникова, С.В., 2017. Экологическое состояние почвенных экосистем Кузнецкой котловины. Вестник Оренбургского государственного университета 212 (12), 40–44.
Антонов, Г.И., Чмуж, О.А., 2016. Трансформация биологических свойств почвогрунтов посттехногенных ландшафтов Бородинского угольного разреза в Рыбинской лесостепи. Евразийский союз ученых 22 (1–5), 89–92.
Вылегжанин, В.Н., 2015. Общие соображения анализа ретроспективы Кузбасса. Горный информационно-аналитический бюллетень 1, 152–163.
Даденко, Е.В., Денисова, Т.В., Казеев, К.Ш., Колесников, С.И., 2013. Оценка применимости показателей ферментативной активности в биодиагностике и мониторинге почв. Поволжский экологический журнал 4, 385–393.
Журавлева, Н.В., Иваныкина, О.В., Исмагилов, З.Р., Потокина, Р.Р., 2015. Содержание токсичных элементов во вскрышных и вмещающих породах угольных месторождений Кемеровской области. Горный
информационно-аналитический бюллетень 3, 187–196.
Загрязнение почв Российской Федерации токсикантами промышленного происхождения в 2020 году, 2021. Сатаева, Л.В. (ред.). НПО «Тайфун», Обнинск, Россия, 128 c.
Иванова, Е.А., Першина, Е.В., Карпова, Д.В., Тхакахова, А.К., Железова, А.Д. и др., 2020. Прокариотные сообщества почвогрунтов отвалов курской магнитной аномалии. Экологическая генетика 18 (3), 331–342.
https://doi.org/10.17816/ecogen17901
Иеронова, В.В., Безухова, А.В., 2014. Оценка экологического состояния почв в зоне нефтегазодобычи по содержанию загрязняющих веществ (на примере нефтяного месторождения Ямало-Ненецкого автономного округа). Вестник Югорского государственного университета 34 (3), 38–40.
Кочкина, А.В., 2016. Процессы аммонификации и нитрификации в почве. Современная наука: актуальные проблемы теории и практики. Серия: Естественные и технические науки 4, 9–14.
Лукин, С.М., Марчук, Е.В., 2011. Влияние биопрепаратов ассоциативных азотфиксирующих микроорганизмов на урожайность сельскохозяйственных культур. Достижения науки и техники АПК 8, 18–21.
Манаков, Ю.А., Куприянов, А.Н., Копытов, А.И., 2108. Добыча каменного угля в Кузбассе в аспекте устойчивого развития региона. Уголь 110 (9), 89–94. https://doi.org/10.18796/0041-5790-2018-9-89-94
Осипова, Н.А., Язиков, Е.Г., Тарасова, Н.П. Осипов, К.Ю., 2015. Тяжелые металлы в почвах в районах воздействия угольных предприятий и их влияние на здоровье населения. Безопасность в техносфере 2, 16–26.
Плешакова, Е.В., Решетников, М.В., Любунь, Е.В., Беляков, А.Ю., Турковская, О.В., 2010. Биогенная миграция Cd, Pb, Ni и As в системе «почва-растения» и изменение биологической активности почвы. Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия Науки о Земле 10 (2), 59–66.
Русяева, М.Л., Филончикова, Е.С., Сизенцов, Я.А., 2019. Изучение влияния солей цинка на рост пробиотических, патогенных и условно-патогенных штаммов микроорганизмов. Научное обозрение. Педагогические науки 5-2, 79–82.
Солдатов, В.П., Шхапацев, А.К., Казеев, К.Ш., Азаренко, М.А., Колесников, С.И., 2020. Ферментативная активность и содержание гумуса в послелесных почвах Адыгеи. АгроЭкоИнфо 41 (3), 17.
Товстик, Е.В., Олькова, А.С., 2021. Оценка влияния факторов абиотической природы на ферментативную активность почвы. Экобиотех 4 (2), 128–134. https://doi.org/10.31163/2618-964X-2021-4-2-128-134
Третьякова, М.С., 2018. Перспективы использования эндо- и ризосферных микроорганизмов для восстановления загрязненных нефтью почв. Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук. Иркутск, Россия, 121 с.
Фотина, Н.В., Емельяненко, В.П., Воробьева, Е.Е., Бурова, Н.В., Остапова, Е.Т., 2021. Современные биологические методы восстановления и очистки нарушенных угледобычей земель в условиях Кемеровской области – Кузбасса. Техника и технология пищевых производств 51 (4), 869–882. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2021-4-869-882
Angulo-Bejarano, P.I., Puente-Rivera, J., Cruz-Ortega, R., 2021. Metal and metalloid toxicity in plants: an overview on molecular aspects. Plants 10, 635–663. https://doi.org/10.3390/plants10040635
Assemien, F.L., Cantarel, A.A., Florio, A., Lerondelle, C., Pommier, T., Gonnety, J.T., Roux, X.L., 2109. Different groups of nitrite-reducers and N2O-reducers have distinct ecological niches and functional roles in West African cultivated soils. Soil Biology and Biochemistry 129, 39–47. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2018.11.003
Black, A., Wakelin, S., Hamonts, K., Gerard, E., Condron, L., 2019. Impacts of long term copper exposure on abundance of nitrogen cycling genes and denitrification activity in pasture soils. Applied Soil Ecology 138, 253–261. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2019.03.009
Drozdova, M.Y., Pozdnyakova, A.V., Osintseva, M.A., Burova, N.V., Minina, V.I., 2021. The microorganismplant
system for remediation of soil exposed to coal mining. Foods and Raw Materials 9 (2), 406–418. https://doi.org/10.21603/2308-4057-2021-2-406-418
Fan, L., Tarin, M., Yangyang, Z., Yongzhen, H., Rong, J. et al., 2021. Patterns of soil microorganisms and enzymatic activities of various forest types in coastal sandy land. Global Ecology and Conservation 28, e01625. https://doi.org/10.1016/j.gecco.2021.e01625
Govarthanan, M., Mythili, R., Selvankumar, T., Kamala-Kannan, S., Kim, H., 2018. Mycophytoremediation of arsenic- and leadcontaminated soils by Helianthus annuus and wood rot fungi, Trichoderma sp. isolated from decayed wood. Ecotoxicology and Environmental Safety 151, 279–284. https://doi.org/10.1016/j. ecoenv.2018.01.020
Hassan, M., Chattha, M., Khan, I., Chattha, M., Aamer, M. et al., 2019. Nickel toxicity in plants: Reasons, toxic effects, tolerance mechanisms, and remediation possibilities – a review. Environmental Science and Pollution Research 26, 12673–12688. https://doi.org/10.1007/s11356-019-04892-x
Ismagilov, Z.R., Zhuravleva, N.V., Kerzhentsev, M.A., Yashnik, S.A., Matus, E.V. et al., 2018. Environmental issues in Kuznetsk coal basin. Scientific approaches and technologies to reduce environmental pollution. Chemistry for Sustainable Development 26 (3), 221–239. https://doi.org/10.15372/CSD20180302
Jain, D., Kour, R., Bhojiya, A.A., Meena, R.H., Singh, A. et al., 2020. Zinc tolerant plant growth promoting bacteria alleviates phytotoxic effects of zinc on maize through zinc immobilization. Scientific Reports 10, 13865. https://doi.org/10.1038/s41598-020-70846-w
Kaushal, J., Mehandia, S., Singh, G., Raina, A., Arya, S., 2018. Catalase enzyme: application in bioremediation and food industry. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology 16, 192–199. https://doi.org/10.1016/j.bcab.2018.07.035
Khosrozadeh, S., Guber, A., Kravchenko, A., Ghaderi, N., Blagodatskaya, E., 2022. Soil oxidoreductase zymography: Visualizing spatial distributions of peroxidase and phenol oxidase activities at the root-soil interface. Soil Biology and Biochemistry 167, 108610. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2022.108610
Küpper, H., Andresen, E., 2016. Mechanisms of metal toxicity in plants. Metallomics 8, 269–285. https://doi.org/10.1039/c5mt00244c
Li, Z., Zeng, Z., Tian, D., Wang, J., Fu, Z. et al., 2020. The stoichiometry of soil microbial biomass determines metabolic quotient of nitrogen mineralization. Environmental Research Letters 15 (3), 034005. https://doi.org/10.1088/1748-9326/ab6a26
Liu, X., Wang, J., Wu, L., Zhang, L., Si, Y., 2021. Impacts of silver nanoparticles on enzymatic activities, nitrifying bacteria, and nitrogen transformation in soil amended with ammonium and nitrate. Pedosphere 1 (6), 934–943. https://doi.org/10.1016/s1002-0160(21)60036-x
Martins, G.C., Oliveira, C., Ribeiro, P.G., Natalda- Luz, T., Sousa, J.P., Bundschuh, J., Guilherme, L.R.G., 2019. Assessing the Brazilian prevention value for soil arsenic: Effects on emergence and growth of plant species relevant
to tropical agroecosystems. Science of The Total Environment 694, 133663. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.133663
Mathew, B., Singh, H., Biju, V., Beeregowda, K., 2107. Classification, source and effect of environmental pollutants and its biodegradation. Journal of Environmental Pathology, Toxicology and Oncology 36 (1), 55–71. https://doi.org/10.1615/
JEnvironPatholToxicolOncol.2017015804
Nakayama, M., Tateno, R., 2021. Rhizosphere effects on soil extracellular enzymatic activity and microbial abundance during the low-temperature dormant season in a northern hardwood forest. Rhizosphere 21, 100465. https://doi.org/10.1016/j.
rhisph.2021.100465
Qianxi, L., Jia, W., Zhang, Q., Cheng, X., 2022. Localized plant-soil-microbe interactions regulate spatial variations of soil oxidase activities within afforested systems in a subtropical area. Geoderma 406, 115499. https://doi.org/10.1016/j. geoderma.2021.115499
Saha, L., Tiwari, J., Bauddh, K., Ma, Y., 2021. Recent developments in microbe–plant-based bioremediation for tackling heavy metal-polluted soils. Frontiers in Microbiology 12, 731723. https://doi.org/10.3389/fmicb.2021.731723
Samuel, A., Brejea, R., Domuta, C., Bungau, S., Cenusa, N., Tit, D.M., 2017. Enzymatic indicators of soil quality. Journal of Environmental Protection and Ecology 18 (3), 871–878.
Sobat, M., Asad, S., Kabiri, M., Mehrshad, M., 2021. Metagenomic discovery and functional validation of L-asparaginases with anti-leukemic effect from the Caspian Sea. iScience 24 (1), 101973. https://doi.org/10.1016/j.isci.2020.101973
Sun, X., Ye, Y., Guan, Q., Jones, D.L., 2021. Organic mulching masks rhizosphere effects on carbon and nitrogen fractions and enzyme activities in urban greening space. Journal of Soils and Sediments 21, 1621–1632. https://doi.org/10.1007/s11368-
021-02900-7
Tang, B., Xu, H., Song, F., Ge, H., Yue, S., 2022. Effects of heavy metals on microorganisms and enzymes in soils of lead–zinc tailing ponds. Environmental Research 207, 112174. https://doi.org/10.1016/j.envres.2021.112174
Xu, Z., Zhang, T., Wang, S., Wang, Z., 2020. Soil pH and C/N ratio determines spatial variations in soil microbial communities and enzymatic activities of the agricultural ecosystems in Northeast China: Jilin Province case. Applied Soil Ecology 155, 103629. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2020.103629
Yinping, B., Feng, L., Gang, Y., Shengwei, S., Faqin, D. et al., 2018. Meta-analysis of experimental warming on soil invertase and urease activities. Acta Agriculturae Scandinavica, Section B. Soil and Plant Science 68 (2), 104–109. https://doi.org/
10.1080/09064710.2017.1375140
Zhang, J., Hamza, A., Xie, Z., Hussain, S., Brestic, M. et al., 2021. Arsenic transport and interaction with plant metabolism: Clues for improving agricultural productivity and food safety. Environmental Pollution 290, 117987. https://doi.org/10.1016/j.
envpol.2021.117987
Ключевые слова: Кемеровская область – Кузбасс, ферментативная активность почв, тяжелые металлы, органические поллютанты, санитарно-биологические показатели, восстановление загрязненных почв, ризобактерии, ремедиация
Для цитирования: Воробьева, Е.Е. и др., 2023. Оценка химических и санитарных показателей грунтов угольных отвалов юга Кузнецкой котловины. Трансформация экосистем 5 (4), 83–97. https://doi.org/10.23859/estr-220603