medlitГигиена и санитарияHygiene and Sanitation0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0016-9900-2021-100-2-116-122medlit-1254Research ArticleГИГИЕНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫENVIRONMENTAL HYGIENEЭколого-гигиеническая оценка почв селитебной зоны г. ПермиEcological evaluation of the urban soil in Permhttps://orcid.org/0000-0002-2776-8023МасленниковаИрина ЛеонидовнаMaslennikovaIrina L.

Кандидат биол. наук, ст. науч. сотр. лаб. иммунорегуляции ИЭГМ УрО РАН, 614081, Пермь, Россия.

e-mail: I.Maslennikova1974@gmail.com

MD, Ph.D., senior researcher of the laboratory of immunoregulation of the Institute of Ecology and Genetics of Microorganisms, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Perm, 614081, Russian Federation.

e-mail: I.Maslennikova1974@gmail.com

i.maslennikova1974@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-4177-178XШишкинМ. А.ShishkinMihail A.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0487-5918ШерстобитоваН. П.SherstobitovaNatal’ya P.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2448-4823КузнецоваМ. В.KuznetsovaMarina V.noemail@neicon.ruИнститут экологии и генетики микроорганизмов Уральского отделения Российской академии наук» - филиал ФГБУН «Пермский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук»Institute of Ecology and Genetics of Microorganisms, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences2021220320211002116122Copyright © Масленникова И.Л., Шишкин М.А., Шерстобитова Н.П., Кузнецова М.В., 20212021Масленникова И.Л., Шишкин М.А., Шерстобитова Н.П., Кузнецова М.В.Maslennikova I.L., Shishkin M.A., Sherstobitova N.P., Kuznetsova M.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rjhas.ru/jour/article/view/1254Введение

Введение. Представления о влиянии процессов антропогенеза на экологическое состояние почвы являются основой для усовершенствования системы контроля загрязнения окружающей среды и принятия архитектурно-планировочных решений.

Материалы и методы

Материалы и методы. В период 2016–2018 гг. выполнена экологическая оценка загрязнения 214 образцов городских почв. Почвенная съёмка проведена по случайно-упорядоченной сети из расчёта одна пробная площадка на 1 км². Концентрацию тяжёлых металлов определяли методом атомно-абсорбционной спектрометрии. Анализ органических соединений проводили методом газовой хромато-масс-спектрометрии. Общее количество гетеротрофных и грамотрицательных бактерий, в том числе представителей семейства Enterobacteriaceae, определяли методом прямого высева на селективные агаризованные среды. Статистическая обработка данных выполнена в программе Statistica.

Результаты

Результаты. Проведена оценка уровня химического загрязнения почв г. Перми водорастворимыми формами тяжёлых металлов. Концентрация тяжёлых металлов Cu, Pb, Zn, Fe, Cd, Ni, Mn в контрольных образцах песчаных/суглинистых почв составляла 0,09/0,15; 0,08/0,22; 0,22/0,39; 5,57/16,14; 0,02/0,01; 0,06/0,13; 0,74/3,14 мг/л соответственно. Значения показателя суммарного загрязнения (Zc) выше 16 зафиксированы на 4,7% пробных площадок, что соответствует умеренной степени загрязнения. Показано, что тип почв влиял на Zc (KW-H (3; 214) = 30,73; p = 0,00001) и составлял для суглинистых почв 6,24 ± 3,72; для торфов – 22,42 ± 12,32; для песчаных – 9,23 ± 5,70; для старых урбанозёмов – 8,37 ± 4,07. Выявлено, что медианные значения содержания гетеротрофов в почвах I (Zc: 0–4) и IV (Zc ≤ 16) групп соответствовали категории «бедные», II (Zc: 4–8) и III (Zc: 8–16) групп – «очень бедные» почвы. Корреляция между содержанием гетеротрофов и числом бактерий E. coli не выявлена. Для каждой группы почв по Zc не отмечено статистических различий по содержания фталатов.

Заключение

Заключение. Экологическая оценка почв должна иметь комплексный характер, так как выявленные авторами виды антропогенного химического загрязнения, имеющие разную степень сопряжения между собой, влияют на количественные показатели почвенной микробиоты, что в будущем может определять способность поддержания гомеостаза данной экосистемы.

Introduction

Introduction. Representations of the impact of anthropogenesis processes on the soil’s ecological state are the basis for improvement of the environmental pollution monitoring system to make correct architectural and planning decisions.

Material and methods

Material and methods. During 2016-2018 an environmental assessment of pollution of 214 samples of urban soils was performed. The soil analysis was carried out according to a random sample as one test site per 1 km². The concentration of heavy metals was determined by atomic absorption spectrometry. The analysis of organic compounds was carried out by gas chromatography-mass spectrometry. The total number of heterotrophic and gram-negative bacteria of the Enterobacteriaceae family was determined by direct seeding on selective media. Statistical data processing was carried out using software Statistica.

Results

Results. The level of chemical contamination with water-soluble forms of heavy metals of Perm soils was assessed. The concentration of heavy metals Cu, Pb, Zn, Fe, Cd, Ni, Mn in the control samples of sandy/loamy soils was 0.09/0.15; 0.08/0.22; 0.22/0.39; 5.57/16.14; 0.02/0.01; 0.06/0.13; 0.74/3.14 mg/l, respectively. The values of the total pollution index (Zc) above 16 were recorded at 4.7% of the soil samples, which corresponds to a moderate degree of pollution. It was shown that the soil type influenced Zc (KW-H (3; 214) = 30.73; p = 0.00001) and amounted to 6.24 ± 3.72 for loamy soils; for peat – 22.42 ± 12.32; for sand – 9.23 ± 5.70; for old urban soils – 8.37 ± 4.07. The median of the heterotroph bacteria content in the soils for I (Zc: 0-4) and IV (Zc ≤ 16) groups was revealed to correspond to the categories of «poor,» II (Zc: 4-8) and III (Zc: 8-16) groups – «inferior» soil. A correlation between the content of heterotrophs and the number of bacteria E. coli was not detected. According to Zc, for each soil group, no statistical differences in phthalate content were noted.

Conclusion

Conclusion. Environmental assessment of soils should be comprehensive, as the types of anthropogenic chemical pollution, that have varying degrees of correlations between each other, affect quantitative changes in soil microbiota, which in the future may determine the ability to maintain homeostasis in this ecosystem.

городские почвытяжёлые металлыфталатыгетеротрофыE. coliurban soilsheavy metalsphthalatesheterotrophsE. coliReferencesEdmondson J.L., Stott I., Davies Z.G., Gaston K.J., Leake J.R. Soil surface temperatures reveal moderation of the urban heat island effect by trees and shrubs. Sci. Rep. 2016; 6: 33708. https://doi.org/10.1038/srep33708Edmondson J.L., Stott I., Davies Z.G., Gaston K.J., Leake J.R. Soil surface temperatures reveal moderation of the urban heat island effect by trees and shrubs. Sci. Rep. 2016; 6: 33708. https://doi.org/10.1038/srep33708Lovett G.M., Traynor M.M., Pouyat R.V., Carreiro M.M., Zhu W.X., Baxter J.W. Atmospheric deposition to oak forests along an urban-rural gradient. Environ. Sci. Technol. 2000; 34(20): 4294-300. https://doi.org/10.1021/es001077qLovett G.M., Traynor M.M., Pouyat R.V., Carreiro M.M., Zhu W.X., Baxter J.W. Atmospheric deposition to oak forests along an urban-rural gradient. Environ. Sci. Technol. 2000; 34(20): 4294–300. https://doi.org/10.1021/es001077qПукальчик М.А., Терехова В.А. Экотоксикологическая оценка городских почв и детоксицирующего эффекта нанокомпозиционного аппарата. Вестник Московского университета. Серия 17: Почвоведение. 2012; (4): 26-31Pukal’chik M.A., Terekhova V.A. Ecotoxicological evaluation of urban soils and detoxication effect of nanocomposite preparation. Vestnik Moskovskogo Universiteta. Seriya 17: Pochvovedenie. 2012; (4): 26–31. (in Russian)Kosheleva N.E., Vlasov D.V., Korlyakov I.D., Kasimov N.S. Сontamination of urban soils with heavy metals in Moscow as affected by building development. Sci. Total Environ. 2018; 636: 854-63. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.04.308Kosheleva N.E., Vlasov D.V., Korlyakov I.D., Kasimov N.S. Сontamination of urban soils with heavy metals in Moscow as affected by building development. Sci. Total Environ. 2018; 636: 854–63. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.04.308Касимов Н.С., Власов Д.В., Кошелева Н.Е., Никифорова Е.М. Геохимия ландшафтов восточной Москвы. М.; 2016.Kasimov N.S., Vlasov D.V., Kosheleva N.E., Nikiforova E.M. Geochemistry of Landscapes of Eastern Moscow [Geokhimiya landshaftov vostochnoy Moskvy]. Moscow; 2016. (in Russian)Никифорова Е.М., Касимов Н.С. Геохимия городов и городских ландшафтов. В кн.: Добролюбов С.А., Касимов Н.С., Малхазова С.М., ред. Природно-антропогенные процессы и экологический риск. Том 4. М.: Городец; 2004: 474-507.Nikiforova E.M., Kasimov N.S. Geochemistry of cities and urban landscapes. In: Dobrolyubov S.A., Kasimov N.S., Malkhazova S.M., eds. Natural and Anthropogenic Processes and Environmental risk. Volume 4 [Prirodno-antropogennye protsessy i ekologicheskiy risk]. Moscow: Gorodets; 2004: 474–507. (in Russian)Кошелева Н.Е., Власов Д.В., Корляков И.Д., Касимов Н.С. Влияние застройки на загрязнение городских почв тяжелыми металлами. Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Прикладная экология. Урбанистика. 2018; (1): 36-55. https://doi.org/10.15593/2409-5125/2018.01.03Kosheleva N.E., Vlasov D.V., Korlyakov I.D., Kasimov N.S. Effect of build development on contamination of urban soils with heavy metals. Vestnik Permskogo natsional’nogo issledovatel’skogo politekhnicheskogo universiteta. Prikladnaya ekologiya. Urbanistika. 2018; (1): 36–55. https://doi.org/10.15593/2409-5125/2018.01.03 (in Russian)Кошелева Н.Е., Касимов Н.С., Власов Д.В. Факторы накопления тяжёлых металлов и металлоидов на геохимических барьерах в городских почвах. Почвоведение. 2015; (5): 536. https://doi.org/10.7868/S0032180X15050032Kosheleva N.E., Kasimov N.S., Vlasov D.V. Factors of the accumulation of heavy metals and metalloids at geochemical barriers in urban soils. Pochvovedenie. 2015; 48(5): 476–92.Васильев А.А., Лобанова Е.С. Магнитная и геохимическая оценка почвенного покрова урбанизированных территорий Предуралья на примере города Перми. Пермь: Прокрость; 2015.Vasil’ev A.A., Lobanova E.S. Magnetic and Geochemical Assessment of the Soil Cover of the Urbanized Territories of the Urals by the Example of the City of Perm [Magnitnaya i geokhimicheskaya otsenka pochvennogo pokrova urbanizirovannykh territoriy Predural’ya na primere goroda Permi]. Perm’: Prokrost’; 2015. (in Russian)Копылов И.С. Аномалии тяжелых металлов в почвах и снежном покрове города Перми как проявления факторов геодинамики и техногенеза. Фундаментальные исследования. 2013; (1-2): 335-9.Kopylov I.S. Anomalies of heavy metals in soils and snow cover of the city of Perm, as manifestations of geodynamic and technogenic factors. Fundamental’nye issledovaniya. 2013; (1–2): 335–9. (in Russian)Богданов Н.А. Анализ информативности интегральных показателей химического загрязнения почв при оценке состояния территорий. Гигиена и санитария. 2012; 91(1): 10-3.Bogdanov N.A. Analysis of the informative value of integral indicators of chemical soil contamination in the evaluation of the status of areas. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2012; 91(1): 10–3. (in Russian)Singh J.S., Gupta V.K. Soil microbial biomass: A key soil driver in management of ecosystem functioning. Sci. Total Environ. 2018; 634: 497-500. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.03.373Singh J.S., Gupta V.K. Soil microbial biomass: A key soil driver in management of ecosystem functioning. Sci. Total Environ. 2018; 634: 497–500. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.03.373Mishra G.K. Microbes in heavy metal remediation: a review on current trends and patents. Recent Pat. Biotechnol. 2017; 11(3): 188-96. https://doi.org/10.2174/1872208311666170120121025Mishra G.K. Microbes in heavy metal remediation: a review on current trends and patents. Recent Pat. Biotechnol. 2017; 11(3): 188–96. https://doi.org/10.2174/1872208311666170120121025Kolesnikov S.I., Kazeev K.S., Akimenko Y.V. Development of regional standards for pollutants in the soil using biological parameters. Environ. Monit. Assess. 2019; 191(9): 544. https://doi.org/10.1007/s10661-019-7718-3Kolesnikov S.I., Kazeev K.S., Akimenko Y.V. Development of regional standards for pollutants in the soil using biological parameters. Environ. Monit. Assess. 2019; 191(9): 544. https://doi.org/10.1007/s10661-019-7718-3Селивановская С.Ю. Активность и структура микробных сообществ при обработке почвы нетрадиционными мелиорантами. Учёные записки Казанского государственного университета. 2009; 151(1): 115-32.Selivanovskaya S.Yu. The activity and structure of microbial communities in the processing of soil by unconventional reclaimants. Uchenye zapiski Kazanskogo gosudarstvennogo universiteta. 2009; 151(1): 115–32. (in Russian)Кузнецова М.В., Масленникова И.Л., Лаптева А.К., Шерстобитова Н.П., Шишкин М.А. Микробиологические особенности почвенного покрова жилой зоны города Перми. Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2016; (2-3): 723-9.Kuznetsova M.V., Maslennikova I.L., Lapteva A.K., Sherstobitova N.P., Shishkin M.A. Microbiological features of the soil cover in the residential zone of Perm city. Izvestiya Samarskogo nauchnogo tsentra Rossiyskoy akademii nauk. 2016; (2–3): 723–9. (in Russian)Еремченко О.З., Шестаков И.Е., Москвина Н.В. Почвы и техногенные поверхностные образования урбанизированных территорий Пермского Прикамья. Пермь; 2016.Eremchenko O.Z., Shestakov I.E., Moskvina N.V. Soils and Technogenic Surface Formations of the Urbanized Territories of Perm Prikamye [Pochvy i tekhnogennye poverkhnostnye obrazovaniya urbanizirovannykh territoriy Permskogo Prikam’ya]. Perm’; 2016. (in Russian)Сает Ю.Е., Ревич Б.А., Янин Е.П. Геохимия окружающей среды. М.: Недра; 1990.Saet Yu.E., Revich B.A., Yanin E.P. Environmental Geochemistry [Geokhimiya okruzhayushchey sredy]. Moscow: Nedra, 1990. (in Russian)Звягинцев Д.Г. Биологическая активность почв и шкала для оценки некоторых ее показателей. Почвоведение. 1978; (6): 48-54.Zvyagintsev D.G. Soil biological activity and a scale for assessing some of its indicators. Pochvovedenie. 1978; (6): 48–54. (in Russian)Алексеенко В.А. Экологическая геохимия. М.: Логос; 2000.Alekseenko V.A. Ecological Geochemistry [Ekologicheskaya geokhimiya]. Moscow: Logos; 2000. (in Russian)Kumar S., Ghosh S., Mukherjee S., Sarkar S. Chromium and nickel migration study through fine grained soil. J. Hazard Mater. 2009; 170(2-3): 1192-6. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2009.05.097Kumar S., Ghosh S., Mukherjee S., Sarkar S. Chromium and nickel migration study through fine grained soil. J. Hazard Mater. 2009; 170(2–3): 1192–6. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2009.05.097Travar I., Kihl A., Kumpiene J. Utilization of air pollution control residues for the stabilization/solidification of trace element contaminated soil. Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 2015; 22(23): 19101-11. https://doi.org/10.1007/s11356-015-5087-1Travar I., Kihl A., Kumpiene J. Utilization of air pollution control residues for the stabilization/solidification of trace element contaminated soil. Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 2015; 22(23): 19101–11. https://doi.org/10.1007/s11356-015-5087-1Намазова В.Н., Романова Е.М. Сезонная динамика миграции тяжёлых металлов в почвах свалок и полигонов ТБО, расположенных на землях сельскохозяйственного назначения в Ульяновской области. Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2008; (4): 163-6.Namazova V.N., Romanova E.M. Seasonal dynamics of heavy metals migration in the soils of dumps and polygons located on the agricultural territories of Ulyanovsk region. Izvestiya Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2008; (4): 163–6. (in Russian)Седых В.А., Филиппова А.В., Саидов А.К. Изменение подвижности тяжёлых металлов в почвах при применении высоких доз органических удобрений. Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2012; (4): 209-12.Sedykh V.A., Filippova A.V., Saidov A.K. Effect of applying high doses of organic fertilizers on heavy metals migration changeability in soil. Izvestiya Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2012; (4): 209–12. (in Russian)He Z.L., Yang X.E., Stoffella P.J. Trace elements in agroecosystems and impacts on the environment. J. Trace Elem. Med. Biol. 2005; 19(2-3): 125-40. https://doi.org/10.1016/j.jtemb.2005.02.010He Z.L., Yang X.E., Stoffella P.J. Trace elements in agroecosystems and impacts on the environment. J. Trace Elem. Med. Biol. 2005; 19(2–3): 125–40. https://doi.org/10.1016/j.jtemb.2005.02.010Yang Y., Campbell C.D., Clark L., Cameron C.M., Paterson E. Microbial indicators of heavy metal contamination in urban and rural soils. Chemosphere. 2006; 63(11): 1942-52. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2005.10.009Yang Y., Campbell C.D., Clark L., Cameron C.M., Paterson E. Microbial indicators of heavy metal contamination in urban and rural soils. Chemosphere. 2006; 63(11): 1942–52. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2005.10.009Lü H., Mo C.H., Zhao H.M., Xiang L., Katsoyiannis A., Li Y.W., et al. Soil contamination and sources of phthalates and its health risk in China: A review. Environ. Res. 2018; 164: 417-29. https://doi.org/10.1016/j.envres.2018.03.013Lü H., Mo C.H., Zhao H.M., Xiang L., Katsoyiannis A., Li Y.W., et al. Soil contamination and sources of phthalates and its health risk in China: A review. Environ. Res. 2018; 164: 417–29. https://doi.org/10.1016/j.envres.2018.03.013Garrido Frenich A., de las Nieves Barco Bonilla M., López Martínez J.C., Martínez Vidal J.L., Romero-González R. Determination of di-(2-ethylhexyl)phthalate in environmental samples by liquid chromatography coupled with mass spectrometry. J. Sep. Sci. 2009; 32(9): 1383-9. https://doi.org/10.1002/jssc.200900020Garrido Frenich A., de las Nieves Barco Bonilla M., López Martínez J.C., Martínez Vidal J.L., Romero-González R. Determination of di-(2-ethylhexyl)phthalate in environmental samples by liquid chromatography coupled with mass spectrometry. J. Sep. Sci. 2009; 32(9): 1383–9. https://doi.org/10.1002/jssc.200900020Cheng J., Wan Q., Ge J., Feng F., Yu X. Major factors dominating the fate of dibutyl phthalate in agricultural soils. Ecotoxicol. Environ. Saf. 2019; 183: 109569. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2019.109569Cheng J., Wan Q., Ge J., Feng F., Yu X. Major factors dominating the fate of dibutyl phthalate in agricultural soils. Ecotoxicol. Environ. Saf. 2019; 183: 109569. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2019.109569Rai P.K, Rai A., Singh S. Change in soil microbial biomass along a rural-urban gradient in Varanasi (U.P., India). Geology, Ecology and Landscapes. 2018; 2(1): 15-21. https://doi.org/10.1080/24749508.2018.1438743Rai P.K, Rai A., Singh S. Change in soil microbial biomass along a rural-urban gradient in Varanasi (U.P., India). Geology, Ecology and Landscapes. 2018; 2(1): 15–21. https://doi.org/10.1080/24749508.2018.1438743Markowicz A., Płaza G., Piotrowska-Seget Z. Activity and functional diversity of microbial communities in long-term hydrocarbon and heavy metal contaminated soils. Arch. Environ. Prot. 2016; 4: 3-11.Markowicz A., Płaza G., Piotrowska-Seget Z. Activity and functional diversity of microbial communities in long-term hydrocarbon and heavy metal contaminated soils. Arch. Environ. Prot. 2016; 4: 3–11.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.