Экологические риски, лабильность и биодоступность меди и цинка в почвах Соймоновской долины (г. Карабаш)

Добыча и переработка полезных ископаемых оказывает разрушительное воздействие на компоненты окружающей среды и является большой мировой проблемой в связи с загрязнением почв тяжелыми металлами. Уральский регион является одним из крупнейших индустриальных районов. Одна из остро сложившихся экологических ситуаций находится в Соймоновской долине, г. Карабаш, Челябинская область. В ходе работ были заложены почвенные разрезы на различном расстоянии и отдалении от промышленного центра с последующим отбором проб с целью оценки пространственного распределения меди и цинка в почвах, степени загрязнения и потенциального риска для экологии района. По результатам работ выявлены высокие концентрации меди и цинка в почвах, превышающие геохимический фон в 50 и 20 раз, с максимальными концентрациями 1599,0 и 2532,0 мг/кг соответственно. При анализе на фракционный состав металлов в почвах установлено, что медь и цинк преимущественно связаны с органическим веществом и оксидами Fe/Mn. Рассчитанные значения коэффициента обогащения указывают на очень высокую степень загрязнения по меди и цинку, что несет высокие экологические риски. Полученные данные коэффициента подвижности MF указывают на высокую степень лабильности и биодоступности, как для меди, так и для цинка. Результаты данной работы могут служить как в качестве корректировки регионального геохимического фона для меди и цинка, так и для разработки мероприятий по минимизации техногенной нагрузки на окружающую среду, исходящей от горнопромышленной деятельности в данном районе.

Шабанов М. В., Маричев М. С., Киричков М. В., Цицуашвили В. С., Манджиева С. С. Экологические риски, лабильность и биодоступность меди и цинка в почвах Соймоновской долины (г. Карабаш) // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2026. – № 2. – С. 112–127. DOI: 10.25018/0236_1493_2026_2_0_112.

Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда (проект № 21-77-20089-П) в Южном федеральном университете.

Шабанов Михаил Викторович¹ — канд. с.-х. наук, доцент, доцент, e-mail: geohim.spb@gmail.com, Scopus Author ID: 35171489500, ORCID ID: 0000-0003-4725-3673,
Маричев Максим Сергеевич¹ — канд. биол. наук, зав. лабораторией, e-mail: m.s.marichev@yandex.ru, Scopus Author ID: 57216298057, ORCID ID: 0000-0003-0429-2234, 
Киричков Михаил Викторович² — канд. физ.-мат. наук, младший научный сотрудник, e-mail: mikhail.kirichkov@gmail.com, Scopus Author ID: 57200126460,
Цицуашвили Виктория Сергеевна² — научный сотрудник, e-mail: tvs@sfedu.ru, Scopus Author ID: 57192911478, ORCID ID: 0000-0002-0113-7549,
Манджиева Саглара Сергеевна² — канд. биол. наук, главный научный сотрудник, e-mail: msaglara@sfedu.ru, Scopus Author ID: 24481495200, ORCID ID: 0000-0001-6000-2209,
¹ Санкт-Петербургский государственный аграрный университет,
² Южный федеральный университет.

Маричев М.С., e-mail: m.s.marichev@yandex.ru.

1. Masindi V., Muedi K. L. Environmental contamination by heavy metals / Heavy Metals. 2018, pp. 115—132. DOI: 10.5772/intechopen.76082.

2. Fryer M., Collins C. D., Ferrier H., Colvile R. N., Nieuwenhuijsen M. J. Human exposure modelling for chemical risk assessment: a review of current approaches and research and policy implications // Environmental Science Policy. 2006, vol. 9, no. 3, pp. 261—274. DOI: 10.1016/j.envsci.2005.11.011.

3. Girault F., Perrier F., Poitou C., Isambert A., Théveniaut H., Laperche V., Clozel-Leloup B., Douay F. Effective radium concentration in topsoils contaminated by lead and zinc smelters // Science Total Environmental. 2016, vol. 566—567, pp. 865—876. DOI: 10.1016/J.SCITOTENV.2016.05.007.

4. Белогуб Е. В., Удачин В. Н., Кораблев В. В. Карабашский рудный район (Южный Урал). — Миасс: ИМин УрО РАН, 2003. — 40 с.

5. Шабанов М. В., Маричев М. С. Характер изменения кислотно-основных свойств почв в зоне техногенеза (на примере Красноуральского промузла) // Известия Уральского государственного горного университета. — 2018. — № 1(49). — С. 55—61. DOI: 10.21440/2307-2091-2018-1-55-61.

6. Williamson B. J., Purvis O. W., Mikhailova I., Udachin V. SEM-EDX analysis in the source apportionment of particulate matter on Hypogymnia physodes lichen transplants around the Cu smelter and former mining town of Karabash, South Urals, Russia // The Science of the Total Environment. 2004, vol. 322, no. 1-3, pp. 139—154. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2003.09.021.

7. Таций Ю. Г., Удачин В. Н., Аминов П. Г. Экогеохимия ртути в зоне действия выбросов медеплавильного комбината «Карабашмедь» // Геохимия. — 2017. — № 10. — С. 942—953. DOI: 10.7868/S0016752517100090.

8. Куликова Е. Ю., Баловцев С. В., Скопинцева О. В. Геоэкологический мониторинг при ведении горных работ // Устойчивое развитие горных территорий. — 2024. — Т. 16. — № 2. — С. 580—588. DOI: 10.21177/1998-4502-2024-16-2-580-588.

9. Kříbek B., Nyambe I., Majer V., Knésl I., Mihaljevič M., Ettler V., Vaněk A., Penížek V., Sracek O. Soil contamination near the Kabwe Pb-Zn smelter in Zambia: environmental impacts and remediation measures proposal // Journal of Geochemical Exploration. 2019, vol. 197, pp. 159—173. DOI: 10.1016/j.gexplo.2018.11.018.

10. Liu Y., Dong J., Zhang N., Wang H. Characteristics, source apportionment, and health risk assessment of pollution of heavy metals in plant foliar dust: characterization of atmospheric heavy metal pollution // Environmental Geochemistry and Health. 2025, vol. 47, article 361. DOI: 10.1007/s10653-025-02660-0.

11. Salih Z. R., Khudhur N. S., Aziz F. H. Comparison of dust and surface soil heavy metals and some element contents in erbil city as a sign of environmental pollution // Environmental Monitoring and Assessment. 2025, vol. 197, article 331. DOI: 10.1007/s10661-025-13763-7.

12. Bradl H. B. Adsorption of heavy metal ions on soils and soils constituents // Journal of Colloid and Interface Science. 2004, vol. 277, pp. 1—18.

13. Зиновьева О. М., Колесникова Л. А., Меркулова А. М., Смирнова Н. А. Управление экологическими рисками на горнодобывающих предприятиях // Уголь. — 2022. — № 3. — С. 76—80. DOI: 10.18796/0041-5790-2022-3-76-80.

14. Мирзаева Е. И., Исаева Н. Ф., Ялгашев Э. Я., Турдиева Д. П., Боймонов Р. М. Получение адсорбентов для извлечения тяжелых металлов из сточных вод горнорудной промышленности // Горные науки и технологии. — 2025. — Т. 10. — № 1. — С. 45—55. DOI: 10.17073/2500-0632-2024-02-224.

15. Куликова Е. Ю., Сергеева Ю. А. Концептуальная модель минимизации риска загрязнения водных ресурсов Кемеровской области // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 6-1. — С. 107—118. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-61-0-107-118.

16. Качинский Н. А. Механический и микроагрегатный состав почвы, методы его изучения. — АН СССР, 1958. — 192 c.

17. Tessier A., Campbell P. G. O., Bisson M. Sequential extraction procedure for the speciation of the particulate trace metals // Analytical Chemistry. 1979, vol. 51, pp. 844—851.

18. Sutherland R. Bed sediment-associated trace metals in an urban stream, Oahu, Hawaii // Environmental Geology. 2000, vol. 39, pp. 611—627. DOI: 10.1007/s002540050473.

19. Fei X., Lou Z., Xiao R., Lv X., Christakos G. Contamination and health risk assessment of heavy metal pollution in soils developed from different soil parent materials // Exposure and Health. 2023, vol. 15, pp. 395—408. DOI: 10.1007/s12403-022-00498-w.

20. Cao Y., Wang R., Liu Y., Li Y., Jia L., Yang Q., Zeng X., Li X., Wang Q., Wang R., Riaz L. Improved calculations of heavy metal toxicity coefficients for evaluating potential ecological risk in sediments based on seven major chinese water systems // Toxics. 2023, vol. 11, no. 8, article 650. DOI: 10.3390/toxics11080650.

21. Salbu B., Kreling T., Oughton D. H. Characterization of radioactive particles in the environment // Analyst. 1998, vol. 123, pp. 843—849.

22. Шабанов М. В., Маричев М. С., Манджиева С. С., Соколов А. А. Формирование хемоземов в условиях длительного воздействия аэропромышленных выбросов горно-металлургического комбината // Устойчивое развитие горных территорий. — 2023. — Т. 15. — № 3. — С. 727—740. DOI: 10.21177/1998-4502-2023-15-3-727-740.

23. Анфилогов В. Н., Кабанова Л. Я., Рыжков В. М., Корекина М. А. Геологическое строение Карабашского рудного района (Южный Урал) // Литосфера. — 2020. — № 20(5). — C. 682—689. DOI: 10.24930/1681-9004-2020-20-5-682-689.

24. Шабанов М. В., Маричев М. С., Минкина Т. М., Абдимуталип Н. А. Роль горнообогатительного комбината в образовании техногеохимических аномалий мышьяка в почвах Соймоновской долины (Южный Урал) // Устойчивое развитие горных территорий. — 2022. — Т. 14. — № 4. — С. 632—643. DOI: 10.21177/1998-4502-2022-14-4-632-643.

25. Cachada A., Dias A. C., Pato P., Mieiro C., Rocha-Santos T., Pereira M. E., Ferreira da Silva E., Duarte A. C. Major inputs and mobility of potentially toxic elements contamination in urban areas // Environ Monit Assess. 2013, vol. 185, no. 1, pp. 279—94. DOI: 10.1007/s10661-012-2553-9.

26. Fiedler H. J., Rösler H. J. Spurenelemente in der Umwelt, Ferdinand Enke Verlag, Stuttgart. 1988, 278 p.

27. Rudnic R. L., Gao S. Composition of the continental crust // Treatise on Geochemistry, 2003, vol. 3, pp. 1—64. DOI: 10.1016/B0-08-043751-6/03016-4.

28. Li J., He M., Han W., Gu Y. Availability and mobility of heavy metal fractions related to the characteristics of the coastal soils developed from alluvial deposits // Environ Monit Assess. 2009, vol. 158, pp. 459—469. DOI: 10.1007/s10661-008-0596-8.

29. McBride M. B. Environmental chemistry of soils. Oxford University Press, New York, NY, 1994, 406 p.

30. Путилина В. С., Галицкая И. В., Юганова Т. И. Адсорбция тяжелых металлов почвами и горными породами. Характеристики сорбента, условия, параметры и механизмы адсорбции: аналитический обзор. — Новосибирск: ГПНТБ СО РАН, 2009. — 155 с.

31. Lăcătuşu R., Lăcătuşu A-R., Lungu M., Breabăn I-G. Macroand microelements abundance in some urban soil from Romania // Carpathian Journal of Earth and Environmental Sciences. 2008, vol. 3, no. 1, pp. 75—83.

32. Girotto E., Ceretta C. A., Brunetto G., Santos D. R., Silva L. S., Lourenzi C. R., Lorensini F., Vieira R. C. B., Schmatz R. Acúmulo e formas de cobre e zinco no solo após aplicações sucessivas de dejeto líquido de suínos // Revista Brasileira de Ciência do Solo, Viçosa. 2010, vol. 34, no. 3, pp. 955—965. DOI: 10.1590/s0100-06832010000300037.

33. Alloway B. J. Heavy metals in soils: Trace metals and metalloids in soils and their bioavailabi-lity // Springer Science & Business Media. 2012, vol. 22, рр. 11—50. DOI: 10.1007/978-94-007-4470-7_2.

34. Taati A., Salehi M. H., Mohammadi J., Mohajer R., Díez S. Pollution assessment and spatial distribution of trace elements in soils of Arak industrial area, Iran: Implications for human health //  Environmental Research. 2020, vol. 187, article 109577. DOI: 10.1016/j.envres.2020.109577.

35. Swain C. K. Environmental pollution indices: a review on concentration of heavy metals in air, water, and soil near industrialization and urbanization // Discover Environment. 2024, vol. 2, article 5. DOI: 10.1007/s44274-024-00030-8.