Определение экологически безопасной концентрации хрома в горно-луговой чернозёмовидной почве в окрестностях горнодобывающего предприятия

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

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

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

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

1. 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 Soil. Pollut. 2022; 233(1): 18. https://doi.org/10.1007/s11270-021-05496-3

2. Prasad 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.2021.112174

3. Farid 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.2018.01.017

4. Ali 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/plants12071502

5. Ao 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.2021.127233

6. Rath 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/s12298-021-00941-3

7. Stambulska 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/10.1155/2018/8031213

8. Адриановский 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/oopnlk

9. 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/vxrztf

10. 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.0000000000001120

11. Минприроды КЧР. Нацпроект «Экология»: Федеральный проект «Чистая страна»; 2022. Доступно: https://oosvr09.ru/n_p/1045-federalnyy-proekt-chistaya-strana.html

12. 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/admieq

13. 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/moctfc

14. 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.

15. Kabata-Pendias A. Trace Elements in Soils and Plants. 4th ed. Boca Raton: Crc Press; 2010.

16. 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-z

17. Mamais 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.2016.02.124

18. Farid 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/s11356-017-9247-3

19. Wendan 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/10.1080/10889868.2017.1282939

20. Caporale 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-y

21. Shahid 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.2017.03.074

22. Колесников 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/bwjkis

23. Hafiz 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/s11738-021-03267-5

24. Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Экология почв. Учение об экологических функциях почв. М.: Наука; 2006.

25. 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/xippfx