medlitГигиена и санитарияHygiene and Sanitation0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0016-9900-2025-104-2-146-150ffnhoomedlit-4645Research ArticleГИГИЕНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫENVIRONMENTAL HYGIENEОпределение экологически безопасной концентрации хрома в горно-луговой чернозёмовидной почве в окрестностях горнодобывающего предприятияDetermination of environmentally safe chromium concentration in mountain-meadow chernozem-likes soil in the vicinity of a mining enterprisehttps://orcid.org/0000-0001-8816-5288КузинаАнна АндреевнаKuzinaAnna A.

Канд. биол. наук, ст. науч. сотр. ФГАОУ ВО «Южный федеральный университет», 344090, Ростов-на-Дону, Россия

e-mail: nyuta_1990@mail.ru

PhD (Biology), Senior Researcher, Southern Federal University, Rostov-on-Don, 344090, Russian Federation\

e-mail: nyuta_1990@mail.ru

nyuta_1990@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3910-7644ХрапайЕкатерина СергеевнаKhrapaiEkaterina S.

Студент, лаборант-исследователь ФГАОУ ВО «Южный федеральный университет», 344090, Ростов-на-Дону, Россия

e-mail: katerinap1996@mail.ru

Student, Laboratory Assistant, Southern Federal University, Rostov-on-Don, 344090, Russian Federation

e-mail: katerinap1996@mail.ru

katerinap1996@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5860-8420КолесниковСергей ИльичKolesnikovSergey I.

Доктор с.-х. наук, профессор, зав. каф. ФГАОУ ВО «Южный федеральный университет», 344090, Ростов-на-Дону, Россия

e-mail: kolesnikov@sfedu.ru

DSc (Agriculture), Professor, Head of Chair, Southern Federal University, Rostov-on-Don, 344090, Russian Federation

e-mail: kolesnikov@sfedu.ru

kolesnikov@sfedu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9453-7137МинниковаТатьяна ВладимировнаMinnikovaTatiana V.

Канд. биол. наук, вед. науч. сотр. ФГАОУ ВО «Южный федеральный университет», 344090, Ростов-на-Дону, Россия

e-mail: loko261008@yandex.ru

PhD (Biology), Leading Researcher, Southern Federal University, Rostov-on-Don, 344090, Russian Federation

e-mail: loko261008@yandex.ru

loko261008@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0252-6212КазеевКамиль ШагидулловичKazeevKamil Sh.

Доктор геогр. наук, профессор, директор Академии биологии и биотехнологии им. Д.И. Ивановского ФГАОУ ВО «Южный федеральный университет», 344090, Ростов-на-Дону, Россия

e-mail: kazeev@sfedu.ru

DSc (Geography), Professor, Director of D.I. Ivanovsky Academy of Biology and Biotechnology, Southern Federal University, 344090, Rostov-on-Don, Russian Federation

e-mail: kazeev@sfedu.ru

kazeev@sfedu.ruФГАОУ ВО «Южный федеральный университет»РоссияSouthern Federal UniversityRussian Federation2025070320251042146150Copyright © Кузина А.А., Храпай Е.С., Колесников С.И., Минникова Т.В., Казеев К.Ш., 20252025Кузина А.А., Храпай Е.С., Колесников С.И., Минникова Т.В., Казеев К.Ш.Kuzina A.A., Khrapai E.S., Kolesnikov S.I., Minnikova T.V., Kazeev K.S.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/4645Введение

Введение. Хром (Cr) относится к наиболее токсичным тяжёлым металлам. Пульпа Урупского горно-обогатительного комбината (ГОК) содержит Cr в высоких концентрациях (до 1370 мг/кг), при этом ПДК Cr в почве (0,05 мг/кг) не согласуется с его естественным содержанием (до 130 мг/кг). Для оценки воздействия хвостохранилища Урупского ГОК на прилегающие горно-луговые чернозёмовидные почвы целесообразно определить экологически безопасное содержание Cr.

Материалы и методы

Материалы и методы. Моделировали загрязнение Cr (VI) горно-луговой чернозёмовидной почвы в лабораторных условиях. Хром вносили в почву в концентрациях 10; 25; 50; 100; 250; 500 мг/кг. Срок экспозиции модельного эксперимента составил 30 сут при постоянных показателях влажности и температуры. По окончании этого периода во всех образцах горно-луговой чернозёмовидной почвы были определены биологические показатели.

Результаты

Результаты. Загрязнение Cr горно-луговой чернозёмовидной почвы приводит к угнетению показателей её биологической активности. Установлена обратная зависимость между концентрацией Cr и биологическими показателями почвы. Вблизи горнодобывающего предприятия экологически безопасной концентрацией Cr в горно-луговой чернозёмовидной почве следует считать 125 мг/кг.

Ограничения исследования

Ограничения исследования. Экологически безопасные концентрации могут быть использованы как локальный экологический норматив содержания Cr в почве в районе горно-обогатительного комбината.

Заключение

Заключение. Предложенная экологически безопасная концентрация Cr в горно-луговой чернозёмовидной почве может быть рекомендована к использованию в природоохранной, сельскохозяйственной и научной деятельности.

Соблюдение этических стандартов. Исследование не требует представления заключения комитета по биомедицинской этике или иных документов.

Участие авторов

Участие авторов: Кузина А.А – сбор данных литературы, написание текста, редактирование; Храпай Е.С. – проведение лабораторных анализов, написание текста, редактирование; Колесников С.И. – концепция и дизайн исследования, написание текста, редактирование; Минникова Т.В., Казеев К.Ш. – сбор материала и обработка данных, редактирование. Все соавторы – утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование

Финансирование. Исследование выполнено за счёт гранта Российского научного фонда № 23-74-01071, https://rscf.ru/project/23-74-01071/ в Южном федеральном университете.

Поступила

Поступила: 15.04.2024 / Поступила после доработки: 23.05.2024 / Принята к печати: 19.06.2024 / Опубликована: 07.03.2025

Introduction

Introduction. Chromium (Cr) is one of the most toxic heavy metals. The pulp of the Urup Mining and Processing Plant (MPP) contains a high concentration of Cr up to 1370 mg/kg. At the same time, the maximum permissible concentration of Cr in the soil (0.05 mg/kg) is not consistent with its natural content in the soil (up to 130 mg/kg). To assess the impact of the Urup MPP tailing dump on the adjacent mountain-meadow chernozem-likes soils, it is advisable to determine the environmentally safe Cr content.

Materials and methods

Materials and methods. Cr (VI) contamination of mountain meadow chernozem soil was simulated in laboratory conditions. Chromium was introduced into the soil in concentrations 10, 25, 50, 100, 250, 500 mg/kg. The exposure period of the model experiment was 30 days while maintaining constant humidity and temperature. At the end of this period, in all samples of mountain meadow chernozem soil there were determined biological indicators: the number of soil bacteria, indicators of enzyme activity, root length and germination of radishes.

Results

Results. Cr contamination of mountain-meadow chernozem-likes soil was found to lead to inhibition of biological parameters. An inverse relationship has been established between the Cr concentration and the biological parameters of the soil. In the vicinity of a mining enterprise in a mountain-meadow chernozem-likes soil, a concentration of 125 mg/kg should be taken as an environmentally safe Cr concentration.

Limitations

Limitations. Environmentally safe concentrations can be used primarily as a local environmental standard for the Cr content in the soil in the area of the mining and processing plant.

Conclusion

Conclusion. The proposed environmentally safe concentration of Cr around a copper mining enterprise can be recommended for use by institutions in the field of environmental protection, agricultural and scientific activities.

Compliance with ethical standards. The study does not require the submission of the conclusion of the biomedical ethics committee or other documents.

Contribution

Contribution: Kuzina A.A. – collection of literature data, writing text, editing; Khrapai E.S. – laboratory analysis, writing text, editing; Kolesnikov S.I. – concept and design of research, writing text, editing; Minnikova T.V., Kazeev K.Sh. – collection material and data processing, editing. All authors – are responsible for the integrity of all parts of the manuscript and approval of the manuscript final version.

Conflict of interest

Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.

Acknowledgment

Acknowledgment. The research was carried out at the expense of a grant from the Russian Science Foundation No. 23-74-01071, https://rscf.ru/project/23-74-01071/ at the Southern Federal University.

Received

Received: April 15, 2024 / Revised: May 23, 2024 / Accepted: June 19, 2024 / Published: March 7, 2025

хромзагрязнениеУрупский горно-обогатительный комбинаттяжёлые металлыбиотестированиеэкосистемные функции почвустойчивость почвнормированиепрогнозированиеэкологические нормативыchromiumpollutionUrup Mining and Processing plantheavy metalsbiotestingecosystem functions of soilssoil stabilityrationingforecastingenvironmental standardsReferencesKolesnikov 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 Soil. Pollut. 2022; 233(1): 18. https://doi.org/10.1007/s11270-021-05496-3Kolesnikov 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 Soil. Pollut. 2022; 233(1): 18. https://doi.org/10.1007/s11270-021-05496-3Prasad S., Yadav K.K., Kumar S., Gupta N., Cabral-Pinto M.M.S., Rezania S., et al. Chromium contamination and effect on environmental health and its remediation: A sustainable approaches. J. Environ. Manage. 2021; 285: 112174. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.112174Prasad S., Yadav K.K., Kumar S., Gupta N., Cabral-Pinto M.M.S., Rezania S., et al. Chromium contamination and effect on environmental health and its remediation: A sustainable approaches. J. Environ. Manage. 2021; 285: 112174. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.112174Farid M., Ali S., Rizwan M., Ali Q., Saeed R., Nasir T., et al. Phyto-management of chromium contaminated soils through sunflower under exogenously applied 5-aminolevulinic acid. Ecotoxicol. Environ. Saf. 2018; 151: 255–65. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2018.01.017Farid M., Ali S., Rizwan M., Ali Q., Saeed R., Nasir T., et al. Phyto-management of chromium contaminated soils through sunflower under exogenously applied 5-aminolevulinic acid. Ecotoxicol. Environ. Saf. 2018; 151: 255–65. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2018.01.017Ali S., Mir R.A., Tyagi A., Manzar N., Kashyap A.S., Mushtaq M., et al. Chromium toxicity in plants: signaling, mitigation, and future perspectives. Plants (Basel). 2023; 12(7): 1502. https://doi.org/10.3390/plants12071502Ali S., Mir R.A., Tyagi A., Manzar N., Kashyap A.S., Mushtaq M., et al. Chromium toxicity in plants: signaling, mitigation, and future perspectives. Plants (Basel). 2023; 12(7): 1502. https://doi.org/10.3390/plants12071502Ao M., Chen X., Deng T., Sun S., Tang Y., Morel J.L., et al. Chromium biogeochemical behaviour in soil-plant systems and remediation strategies: A critical review. J. Hazard Mater. 2022; 424(Pt. A): 127233. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.127233Ao M., Chen X., Deng T., Sun S., Tang Y., Morel J.L., et al. Chromium biogeochemical behaviour in soil-plant systems and remediation strategies: A critical review. J. Hazard Mater. 2022; 424(Pt. A): 127233. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.127233Rath A., Das A.B. Chromium stress induced oxidative burst in Vigna mungo (L.) Hepper: physio-molecular and antioxidative enzymes regulation in cellular homeostasis. Physiol. Mol. Biol. Plants. 2021; 27(2): 265–79. https://doi.org/10.1007/s12298-021-00941-3Rath A., Das A.B. Chromium stress induced oxidative burst in Vigna mungo (L.) Hepper: physio-molecular and antioxidative enzymes regulation in cellular homeostasis. Physiol. Mol. Biol. Plants. 2021; 27(2): 265–79. https://doi.org/10.1007/s12298-021-00941-3Stambulska U.Y., Bayliak M.M., Lushchak V.I. Chromium (VI) toxicity in legume plants: modulation effects of rhizobial symbiosis. Biomed. Res. Int. 2018; 2018: 8031213. https://doi.org/10.1155/2018/8031213Stambulska U.Y., Bayliak M.M., Lushchak V.I. Chromium (VI) toxicity in legume plants: modulation effects of rhizobial symbiosis. Biomed. Res. Int. 2018; 2018: 8031213. https://doi.org/10.1155/2018/8031213Адриановский В.И., Липатов Г.Я., Кузьмина Е.А., Злыгостева Н.В. Смертность от злокачественных новообразований работающих, занятых в комплексной переработке отходов металлургии меди. Гигиена и санитария. 2020; 99(1): 32–6. https://elibrary.ru/oopnlkAdrianovsky V.I., Lipatov G.Ya., Kuzmina E.A., Zlygosteva N.V. Mortality due to malignant tumors in workers employed in the complex processing of copper metallurgical waste. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2020; 99(1): 32–6. https://elibrary.ru/oopnlk (in Russian)Ракитский В.Н., Юдина Т.В., Егорова М.В., Кутакова Н.С. Неинвазивные методы исследования влияния выбросов предприятий цветной металлургии на здоровье человека. Гигиена и санитария. 2017; 96(12): 1192–5. https://elibrary.ru/vxrztfRakitskii V.N., Yudina T.V., Egorova M.V., Kutakova N.S. Noninvasive methods for studying the influence of nonferrous metallurgy emissions on human health. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2017; 96(12): 1192–5. https://elibrary.ru/vxrztf (in Russian)Hall A.L., Kromhout H., Schüz J., Peters S., Portengen L., Vermeulen R., et al. Laryngeal cancer risks in workers exposed to lung carcinogens: exposure-effect analyses using a quantitative job exposure matrix. Epidemiology. 2020; 31(1): 145–54. https://doi.org/10.1097/ede.0000000000001120Hall A.L., Kromhout H., Schüz J., Peters S., Portengen L., Vermeulen R., et al. Laryngeal cancer risks in workers exposed to lung carcinogens: exposure-effect analyses using a quantitative job exposure matrix. Epidemiology. 2020; 31(1): 145–54. https://doi.org/10.1097/ede.0000000000001120Минприроды КЧР. Нацпроект «Экология»: Федеральный проект «Чистая страна»; 2022. Доступно: https://oosvr09.ru/n_p/1045-federalnyy-proekt-chistaya-strana.htmlMinistry of Natural Resources of the KCR. National Project “Ecology”: Federal project “Clean Country”. Available at: https://oosvr09.ru/n_p/1045-federalnyy-proekt-chistaya-strana.html (in Russian)Храпай Е.С., Кузина А.А., Колесников С.И., Минникова Т.В., Казеев К.Ш. Оценка содержания тяжелых металлов в почве рекультивированного хвостохранилища Урупского горно-обогатительного комбината. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2024; (4): 56–68. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2024_4_0_56 https://elibrary.ru/admieqKhrapai E.S., Kuzina A.A., Kolesnikov S.I., Minnikova T.V., Kazeev K.Sh. Heavy metal content of soils at tailings pond after reclamation at Urup mining and processing plant. Gornyi informatsionno-analiticheskii byulleten’. 2024; (4): 56–68. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2024_4_0_56 https://elibrary.ru/admieq (in Russian)Мощенко Д.И., Кузина А.А., Колесников С.И. Сравнительная оценка устойчивости черноземов Центрального Предкавказья и Кавказа к загрязнению свинцом, хромом, медью, никелем и нефтью. Устойчивое развитие горных территорий. 2020; 12(1): 75–87. https://elibrary.ru/moctfcMoshchenko D.I., Kuzina A.A., Kolesnikov S.I. Comparative assessment of the black soils sustainability in the central Caucasus and the Caucasus to pollution with lead, chromium, copper, nickel and oil. Ustoichivoe razvitie gornykh territorii. 2020; 12(1): 75–87. https://elibrary.ru/moctfc (in Russian)IUSS Working Group. World Reference Base for Soil Resources. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. 4th ed. Vienna; 2022.IUSS Working Group. World Reference Base for Soil Resources. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. 4th ed. Vienna; 2022.Kabata-Pendias A. Trace Elements in Soils and Plants. 4th ed. Boca Raton: Crc Press; 2010.Kabata-Pendias A. Trace Elements in Soils and Plants. 4th ed. Boca Raton: Crc Press; 2010.Wei Y., Usman M., Farooq M., Adeel M., Haider F.U., Pan Z., et al. Removing hexavalent chromium by nano zero-valent iron loaded on attapulgite. Water, Air, & Soil Pollution. 2022; 233(2): 48. https://doi.org/10.1007/s11270-022-05513-zWei Y., Usman M., Farooq M., Adeel M., Haider F.U., Pan Z., et al. Removing hexavalent chromium by nano zero-valent iron loaded on attapulgite. Water, Air, & Soil Pollution. 2022; 233(2): 48. https://doi.org/10.1007/s11270-022-05513-zMamais D., Noutsopoulos C., Kavallari I., Nyktari E., Kaldis A., Panousi E., et al. Biological groundwater treatment for chromium removal at low hexavalent chromium concentrations. Chemosphere. 2016; 152: 238–44. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2016.02.124Mamais D., Noutsopoulos C., Kavallari I., Nyktari E., Kaldis A., Panousi E., et al. Biological groundwater treatment for chromium removal at low hexavalent chromium concentrations. Chemosphere. 2016; 152: 238–44. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2016.02.124Farid M., Ali S., Akram N.A., Rizwan M., Abbas F., Bukhari S.A.H., et al. Phyto-management of Cr-contaminated soils by sunflower hybrids: physiological and biochemical response and metal extractability under Cr stress. Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 2017; 24(20): 16845–59. https://doi.org/10.1007/s11356-017-9247-3Farid M., Ali S., Akram N.A., Rizwan M., Abbas F., Bukhari S.A.H., et al. Phyto-management of Cr-contaminated soils by sunflower hybrids: physiological and biochemical response and metal extractability under Cr stress. Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 2017; 24(20): 16845–59. https://doi.org/10.1007/s11356-017-9247-3Wendan X., Ye X., Yang X., Zhu Z., Sun C., Zhang Q., et al. Isolation and characterization of chromium (VI)-reducing Bacillus Sp. FY1 and Arthrobacter Sp. WZ2 and their bioremediation potential. Bioremed. J. 2017; 21(2): 100–8. https://doi.org/10.1080/10889868.2017.1282939Wendan X., Ye X., Yang X., Zhu Z., Sun C., Zhang Q., et al. Isolation and characterization of chromium (VI)-reducing Bacillus Sp. FY1 and Arthrobacter Sp. WZ2 and their bioremediation potential. Bioremed. J. 2017; 21(2): 100–8. https://doi.org/10.1080/10889868.2017.1282939Caporale A.G., Violante A. Chemical processes affecting the mobility of heavy metals and metalloids in soil environments Curr. Pollut. Rep. 2016; (2): 15–27. https://doi.org/10.1007/s40726-015-0024-yCaporale A.G., Violante A. Chemical processes affecting the mobility of heavy metals and metalloids in soil environments Curr. Pollut. Rep. 2016; (2): 15–27. https://doi.org/10.1007/s40726-015-0024-yShahid M., Shamshad S., Rafiq M., Khalid S., Bibi I., Niazi N.K., et al. Chromium speciation, bioavailability, uptake, toxicity and detoxification in soil-plant system: A review. Chemosphere. 2017; 178: 513–33. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2017.03.074Shahid M., Shamshad S., Rafiq M., Khalid S., Bibi I., Niazi N.K., et al. Chromium speciation, bioavailability, uptake, toxicity and detoxification in soil-plant system: A review. Chemosphere. 2017; 178: 513–33. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2017.03.074Колесников С.И., Тимошенко А.Н., Казеев К.Ш., Акименко Ю.В., Мясникова М.А. Оценка экотоксичности наночастиц меди, никеля и цинка по биологическим показателям чернозема. Почвоведение. 2019; (8): 986–92. https://doi.org/10.1134/S0032180X19080094 https://elibrary.ru/bwjkisKolesnikov S.I., Timoshenko A.N., Kazeev K.S., Akimenko Y.V., Myasnikova M.A. Ecotoxicity of copper, nickel, and zinc nanoparticles assessment on the basis of biological indicators of chernozems. Euras. Soil Sci. 2019; 52(8): 982–7. https://doi.org/10.1134/S106422931908009X https://elibrary.ru/aalhckHafiz M.F., Ma L. Effect of chromium on seed germination, early seedling growth and chromium accumulation in tomato genotypes. Acta Physiologiae Plantarum. 2021; 43(100). https://doi.org/10.1007/s11738-021-03267-5Hafiz M.F., Ma L. Effect of chromium on seed germination, early seedling growth and chromium accumulation in tomato genotypes. Acta Physiologiae Plantarum. 2021; 43(100). https://doi.org/10.1007/s11738-021-03267-5Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Экология почв. Учение об экологических функциях почв. М.: Наука; 2006.Dobrovolsky G.V., Nikitin E.D. Ecology of Soils. The Doctrine of the Ecological Functions of Soils [Ekologiya pochv. Uchenie ob ekologicheskikh funktsiyakh pochv]. Moscow: Nauka; 2006. (in Russian)Колесников С.И., Казеев К.Ш., Вальков В.Ф. Экологическое состояние и функции почв в условиях химического загрязнения. Ростов-на-Дону: Ростиздат; 2006. https://elibrary.ru/xippfxKolesnikov S.I., Kazeev K.Sh., Valkov V.F. Ecological Status and Functions of Soils in Conditions of Chemical Pollution [Ekologicheskoe sostoyanie i funktsii pochv v usloviyakh khimicheskogo zagryazneniya]. Rostov-na-Donu: Rostizdat; 2006. https://elibrary.ru/xippfx (in Russian)

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