Оценка экотоксичности тяжелых металлов, металлоидов и неметаллов, содержащихся в отходах предприятий горной промышленности

Деятельность предприятий горной промышленности приводит к значительному загрязнению окружающей среды тяжелыми металлами, металлоидами и неметаллами. На Кавказе наибольший вклад в техногенное загрязнение вносят Урупский и Тырныаузский горно-обогатительные комбинаты, Мизурская горно-обогатительная фабрика, заводы «Электроцинк» и «Победит». Основная доля загрязняющих веществ, поступающих от этих источников загрязнения, накапливается в почве. Наиболее распространенными почвами в зоне влияния указанных источников загрязнения являются бурые лесные почвы. Дана сравнительная оценка опасности загрязнения 28 тяжелыми металлами, металлоидами и неметаллами, содержащимися в отходах предприятий горной промышленности, по степени снижения общей численности бактерий в бурой лесной слабоненасыщенной почве. Загрязнение моделировали в лабораторных условиях. ПТЭ вносили в форме оксидов в концентрациях 10 и 100 мг элемента на 1 кг почвы. Общую численность бактерий определяли методом прямой люминесцентной микроскопии. Потенциально токсичные химические элементы ранжированы по степени опасности для почвенных бактерий бурой лесной слабоненасыщенной почвы при концентрации 10 мг/кг: Se > Te ≥ Cr ≥ Ag = Co ≥ Ge ≥ Cd ≥ W ≥ Hg = Tl ≥ Sc ≥ Sb > Ni ≥ Bi ≥ B = Sn = Yb ≥ Cu = Nb ≥ Sr > Y > Mo ≥ Ga ≥ Pb = V ≥ Zn ≥ F > Mn; при концентрации 100 мг/кг: Cr ≥ Se = Te ≥ Ag ≥ Co ≥ Cd = Hg ≥ Sc ≥ Sb = Tl ≥ Ge ≥ W ≥ Sn ≥ B ≥ Ni ≥ Nb = Sr = Yb ≥ Bi > Y ≥ Pb > Cu ≥ V ≥ Zn ≥ Ga ≥ Mn = Mo ≥ F. Наиболее опасными поллютантами для почвенных бактерий проявили себя хром, селен, теллур и серебро.

Евстегнеева Н. А., Колесников С. И., Минникова Т. В., Тимошенко А. Н. Оценка экотоксичности тяжелых металлов, металлоидов и неметаллов, содержащихся в отходах предприятий горной промышленности // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2023. – № 5-1. – С. 73–85. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_51_0_73.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 22-24-01041) в Южном федеральном университете.

Евстегнеева Наталья Андреевна¹ — аспирант, e-mail: evstegneeva@sfedu.ru, ORCID ID: 0000-0003-3133-7629,
Колесников Сергей Ильич¹ — д-р с.-х. наук, профессор, зав. кафедрой, e-mail: kolesnikov@sfedu.ru, ORCID ID: 0000-0001-5860-8420,
Минникова Татьяна Владимировна¹ — канд. биол. наук, ведущий научный сотрудник, e-mail: loko261008@yandex.ru, ORCID ID: 0000-0002-9453-7137,
Тимошенко Алена Николаевна¹ — канд. биол. наук, ведущий научный сотрудник, e-mail: aly9215@mail.ru, ORCID ID: 0000-0001-5589-2171,
¹ Академия биологии и биотехнологии им. Д.И. Ивановского, Южный федеральный университет.

Евстегнеева Н.А., e-mail: evstegneeva@sfedu.ru.

1. Петров Ю. С., Хадзарагова Е. А., Соколов А. А., Шарипзянова Г. Х., Таскин А. В. Основные принципы получения, передачи и хранения информации о параметрах техногенного цикла горно-металлургического предприятия // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 11-1. — С. 178—188. DOI: 10.25018/0236-1493-2020111-0-178-188.

2. Голик В. И., Урумова Ф. М., Масленников С. А., Небылова Я. Г. К проблеме химизации окружающей среды при добыче металлических руд в горных регионах // Безопасность труда в промышленности. — 2020. — № 8. — С. 53—59. DOI: 10.24000/0409-29612020-8-53-59.

3. Елохин В. А. Геохимическая трансформация почв в зоне влияния шлакового отвала за период 2006—2020 гг. // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 11-1. — С. 98—110. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_111_0_98.

4. Алборов И. Д., Тедеева Ф. Г., Гуцаев Ф. Х., Бурдзиева О. Г., Гегелашвили М. В. Влияние горнодобывающего комплекса на качество среды обитания в условиях горных территорий // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 11-1. — С. 32—39. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-111-0-32-39.

5. Опекунова М. Г., Сомов В. В., Папян Э. Э. Загрязнение почв в районе воздействия горнорудных предприятий башкирского Зауралья // Почвоведение. — 2017. — № 6. — С. 744—758. DOI: 10.7868/80032180X17060089.

6. Петров Ю. С., Соколов А. А., Раус Е. В. Математическая модель оценки техногенного ущерба от функционирования горных предприятий // Устойчивое развитие горных территорий. — 2019. — Т. 11. — № 4. — С. 554—559. DOI: 10.21177/1998-4502-2019-114-554-559.

7. Chen L., Wang J., Beiyuan J., Guo X., Wu H., Fang L. Environmental and health risk assessment of potentially toxic trace elements in soils near uranium (U) mines. A global metaanalysis // Science of the Total Environment. 2021, vol. 816, article 151556. DOI: 10.1016/j. scitotenv.2021.151556.

8. Kasemodel M. C., Sakamoto I. K., Varesche M. B. A., Rodrigues V. G. S. Potentially toxic metal contamination and microbial community analysis in an abandoned Pb and Zn mining waste deposit // Science of the Total Environment. 2019, vol. 675, pp. 367—379. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2019.04.223.

9. Timofeev I., Kosheleva N., Kasimov N. Contamination of soils by potentially toxic elements in the impact zone of tungsten-molybdenum ore mine in the Baikal region. A survey and risk assessment // Science of the Total Environment. 2018, vol. 642, pp. 63—76. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2018.06.042.

10. Майорова Л. П., Черенцова А. А., Крупская Л. Т., Голубев Д. А., Колобанов К. А. Оценка техногенного загрязнения воздушного бассейна при пылении хвостохранилищ // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 1. — С. 5—20. DOI: 10.25018/0236-1493-2021-1-0-5-20.

11. Li P., Lin C., Cheng H., Duan X., Lei K. Contamination and health risks of soil heavy metals around a lead/zinc smelter in southwestern China // Ecotoxicology and Environmental Safety. 2015, vol. 113, pp. 391—399. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2014.12.025.

12. Chileshe M. N., Syampungani S., Festin E. S., Tigabu M., Daneshvar A., Odén P. C. Physico-chemical characteristics and heavy metal concentrations of copper mine wastes in Zambia: implications for pollution risk and restoration // Journal of Forestry Research. 2020, vol. 31, no. 4, pp. 1283—1293. DOI: 10.1007/s11676-019-00921-0.

13. Kazapoe R. W., Amuah E. E. Y., Dankwa P., Ibrahim K., Mville B. N., Abubakari S., Bawa N. Compositional and source patterns of potentially toxic elements (PTEs) in soils in southwestern Ghana using robust compositional contamination index (RCCI) and k-means cluster analysis // Environmental Challenges. 2021, vol. 5, article 100248. DOI: 10.1016/j. envc.2021.100248.

14. Qiao D., Wang G., Li X., Wang S., Zhao Y. Pollution, sources and environmental risk assessment of heavy metals in the surface AMD water, sediments and surface soils around unexploited Rona Cu deposit, Tibet, China // Chemosphere. 2020, vol. 248, article 125988. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2020.125988.

15. Mihajlovic J., Rinklebe J. Rare earth elements in German soils. A review // Chemosphere. 2018, vol. 205, pp. 514—523. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2018.04.059.

16. da Silveira Pereira W. V., Ramos S. J., Melo L. C. A., de Souza Braz A. M., Dias Y. N., de Almeida G. V., Fernandes A. R. Levels and environmental risks of rare earth elements in a gold mining area in the Amazon // Environmental Research. 2022, vol. 211, article 113090. DOI: 10.1016/j.envres.2022.113090.

17. Liu J., Wang L., Wang J., Zhang Q., Wei X., Lin Y., Xiao T. Quantification of smelterderived contributions to thallium contamination in river sediments: Novel insights from thallium isotope evidence // Journal of Hazardous Materials. 2022, vol. 424, article 127594. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2021.127594.

18. Atibu E. K., Lacroix P., Sivalingam P., Ray N., Giuliani G., Mulaji C. K., Poté J. High contamination in the areas surrounding abandoned mines and mining activities: an impact assessment of the Dilala, Luilu and Mpingiri rivers, Democratic Republic of the Congo // Chemosphere. 2018, vol. 191, pp. 1008—1020. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2017.10.052.

19. Galhardi J. A., de Mello J. W. V., Wilkinson K. J. Environmental and health risk assessment of agricultural areas adjacent to uranium ore fields in Brazil // Environmental Geochemistry and Health. 2020, vol. 42, no. 11, pp. 3965—3981. DOI: 10.1007/s10653-020-00659-3.

20. Sun L. Guo D., Liu K., Meng H., Zheng Y., Yuan F., Zhu G. Levels, sources, and spatial distribution of heavy metals in soils from a typical coal industrial city of Tangshan, China // Catena. 2019, vol. 175, pp. 101—109. DOI: 10.1016/j.catena.2018.12.014.

21. Алборов И. Д., Бурдзиева О. Г., Тедеева Ф. Г., Гегелашвили М. В. Экологическая напряженность в зонах добычи цветных металлов на Северном Кавказе // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 11-1. — С. 18—31. DOI: 10.25018/02361493-2020-111-0-18-31.

22. Голик В. И., Дмитрак Ю. В., Хадзарагова Е. А., Плиева М. Т. Учет экологических аспектов при оценке влияния тяжелых металлов на здоровье работников горнодобывающих предприятий и населения // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 11-1. — С. 106—117. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-111-0-106-117.

23. Wang L., Xie X., Li Q., Yu Z., Hu G., Wang X., Liu J. Accumulation of potentially toxic trace elements (PTEs) by native plant species growing in a typical gold mining area located in the northeast of Qinghai-Tibet Plateau // Environmental Science and Pollution Research. 2022, vol. 29, no. 5, pp. 6990—7000. DOI: 10.1038/s41598-022-17461-z.

24. Adimalla N. Heavy metals contamination in urban surface soils of Medak province, India, and its risk assessment and spatial distribution // Environmental Geochemistry and Health. 2020, vol. 42, no. 1, pp. 59—75. DOI: 10.1007/s10653-019-00270-1.

25. Салпагарова С. И., Салпагарова З. И. Воздействие Урупского горнообогатительного комбината на окружающую среду // Известия Дагестанского государственного педагогического университета. Естественные и точные науки. — 2018. — Т. 12. — № 1. — С. 88—93. DOI: 10.31161/1995-0675-2018-12-1-88-93.

26. Алборов И. Д., Тедеева Ф. Г., Бурдзиева О. Г. Экологические аспекты сохранения техногенных месторождений цветных металлов на Северном Кавказе // Устойчивое развитие горных территорий. — 2021. — Т. 13. — № 2. — С. 265—272. DOI: 10.21177/19984502-2021-13-2-265-272.

27. Lemmel F., Maunoury-Danger F., Fanesi A., Leyval C., Cébron A. Soil properties French soils displaying an anthropisation gradient // Microbial Ecology. 2019, vol. 77, no. 4, pp. 993— 1013. DOI: 10.1007/s00248-018-1297-7.

28. Guo H., Nasir M., Lv J., Dai Y., Gao J. Understanding the variation of microbial community in heavy metals contaminated soil using high throughput sequencing // Ecotoxicology and Environmental Safety. 2017, vol. 144, pp. 300—306. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2017.06.048.

29. Luo Y., Pang J., Li C., Sun J., Xu Q., Ye J., Shi J. Long-term and high-bioavailable potentially toxic elements (PTEs) strongly influence the microbiota in electroplating sites // Science of the Total Environment. 2022, vol. 814, article 151933. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2021.151933.

30. Sazykina M. A., Minkina T. M., Konstantinova E. Y., Khmelevtsova L. E., Azhogina T. N., Antonenko E. M., Sazykin I. S. Pollution impact on microbial communities composition in natural and anthropogenically modified soils of Southern Russia // Microbiological Research. 2022, vol. 254, article 126913. DOI: 10.1016/j.micres.2021.126913.

31. World Reference Base for Soil Resources. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. 4th edition published in 2022 by the International Union of Soil Sciences (IUSS), Vienna, Austria, 2022, 234 p.

32. Barsova N., Yakimenko O., Tolpeshta I., Motuzova G. Current state and dynamics of heavy metal soil pollution in Russian Federation—A review // Environmental Pollution. 2019, vol. 249, pp. 200—207. DOI: 10.1016/j.envpol.2019.03.020.

33. Dutta S., Datta A., Zaid A., Bhat J. A. Metalloids and their impact on the environment / Metalloids in plants: Advances and future prospects. 2020, pp. 19—26. DOI: 10.1002/ 9781119487210.ch2.

34. Okonji S. O., Achari G., Pernitsky D. Environmental impacts of selenium contamination: a review on current-issues and remediation strategies in an aqueous system // Water. 2021, vol. 13, no. 11, article 1473. DOI: 10.3390/w13111473.

35. Devi G., Kushwaha A., Goswami L., Chakrabarty S., Kaur H., Sathe S. S., Sarma H. P. Toxicity assessment of fluoride-contaminated soil and wastewater in solanum tuberosum // Water, Air, & Soil Pollution. 2022, vol. 233, no. 7, pp. 1—14. DOI: 10.1007/s11270-022-05694-7.

36. Казеев К. Ш., Колесников С. И., Акименко Ю. В., Даденко Е. В. Методы биодиагностики наземных экосистем. — Ростов-на-Дону: Изд-во ЮФУ, 2016. — С. 356.

37. Kolesnikov S., Minnikova T., Kazeev K., Akimenko Y., 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, and Soil Pollution. 2022, vol. 233, no. 1, article 18. DOI: 10.1007/s11270-021-05496-3.

38. Евстегнеева Н. А., Колесников С. И., Минникова Т. В., Тимошенко А. Н., Цепина Н. И., Казеев К. Ш. Сравнительная оценка токсичности химических элементов по численности бактерий в серопесках // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Серия: Естественные науки. — 2022. — № 3 (215). — С. 120—128. DOI: 10.18522/1026-2237-2022-3-120-128.

39. Kolesnikov S. I., Popovich A. A., Kazeev K. Sh., Val’kov V. F. The influence of fluorine, boron, selenium, and arsenic pollution on the biological properties of ordinary chernozems // Eurasian Soil Science. 2008, vol. 41, no. 4, pp. 400—404. DOI: 10.1134/S1064229308040066.