Биоиндикация пригодности донных отложений реки Дон для сельского хозяйства

Введение. Донные отложения богаты органическими соединениями, однако за счёт их накопления на дне водоёма ухудшается качество воды. Один из методов очистки водоёмов ‒ дноуглубительные работы, при которых полученный грунт выгружается по берегам с возможной последующей транспортировкой на полигоны твёрдых бытовых отходов. Данный метод утилизации нерационален, поскольку качественный состав некоторых илов позволяет использовать их в качестве удобрения в сельском хозяйстве.

Материалы и методы. Изучали загрязнение полициклическими ароматическими углеводородами (ПАУ) и тяжёлыми металлами (ТМ) донных отложений нижнего течения реки Дон для оценки их потенциального использования в качестве удобрений в сельском хозяйстве. Осадки анализировали на содержание гумуса, тяжёлых металлов, ПАУ и фитотоксичность, оценивали pH. Для этого отбирали пробы донных отложений в Цимлянском водохранилище и нижнем течении реки Дон и её притока реки Аксай. В качестве тест-объекта использована озимая пшеница сорта Бумба ЭС. Для определения фитотоксичности донных отложений использовали зарубежные нормативы их качества, а также фоновые региональные значения почв Ростовской области.

Результаты. Исследования показали, что отложения имеют органоминеральный характер, содержат в высоких концентрациях кремний, кальций и магний. Значения pH варьировались в нейтральном и слабощелочном диапазоне. Содержание ТМ в основном не выходило за границы допустимых значений. Исключение составили цинк и стронций, обнаруженные в повышенных количествах, причём самые высокие концентрации выявлены в средней части Цимлянского водохранилища. Содержание ПАУ существенно варьировалось, в нижнем течении реки наблюдали самые высокие уровни. Отложения показали различную степень фитотоксичности, при этом во всех образцах отмечено уменьшение длины корней пшеницы.

Ограничения исследования связаны с тем, что изменения и дополнения, внесённые в санитарно-эпидемиологические требования к различным видам почв и донных отложений, не являются исчерпывающими и могут пересматриваться по мере появления нормативов новых веществ, данных о токсичности и опасности нормированных соединений.

Заключение. Проведённая экологическая оценка состояния донных отложений реки Дон, основанная на расчётах суммарного коэффициента загрязнения, свидетельствует о низком уровне загрязнения исследуемых объектов, что допускает их использование в сельском хозяйстве.

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

Участие авторов:
Рыбалкина Е.И. ‒ сбор материала и обработка данных, написание текста;
Польшина Т.Н. ‒ сбор материала и обработка данных;
Сушкова С.Н. ‒ получение и обработка данных;
Казеев К.Ш. ‒ планирование и руководство, сбор материала, написание текста, 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 при финансовой поддержке проекта Программы стратегического академического лидерства Южного федерального университета «Приоритет 2030» (№ СП03/S4_0708Приоритет_15).

Поступила: 06.05.2024 / Принята к печати: 02.10.2024 / Опубликована: 07.03.2025

1. Соловьёва О.В., Тихонова Е.А., Миронов О.А., Барабашин Т.О. Полициклические ароматические углеводороды в донных отложениях зоны смешения река – море на примере реки Черной и Севастопольской бухты (Черное море). Морской гидрофизический журнал. 2021; 37(3): 362–72. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2021-3-362-372 https://elibrary.ru/vyhdoc

2. Волкова Н. А., Иванова И.С., Соколов Д.А., Колубаева Ю.В., Чуйкина Д.И. Концентрации и источники полициклических ароматических углеводородов в воде и донных отложениях рек северных нефтегазодобывающих территорий Западной Сибири. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2023; 334(4): 135–48. https://doi.org/10.18799/24131830/2023/4/3924 https://elibrary.ru/nqcutr

3. Халиков И.С., Лукьянова Н.Н. Содержание полициклических ароматических углеводородов в донных отложениях озера Байкал по результатам мониторинга в 2017-2018 гг. Международный научно-исследовательский журнал. 2020; (6–2): 69–73. https://doi.org/10.23670/IRJ.2020.96.6.050 https://elibrary.ru/kdhdrk

4. Савостикова О.Н., Ушакова О.В., Трегубова Л.Ю. Мониторинг химического и биологического состава придонного ила (обзор литературы). Гигиена и санитария. 2022; 101(5): 511–4. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2022-101-5-511-514 https://elibrary.ru/iosgdb

5. Аль-Раммахи А.А.К., Сазыкина М.А., Барабашин Т.О., Карчава Ш.К., Климова М.В., Хаммами М.И. и др. Оценка загрязнения донных отложений Азовского моря методом биотестирования c использованием биолюминесцентных тестов. Водные биоресурсы и среда обитания. 2022; 5(3): 14–23. https://doi.org/10.47921/2619-1024_2022_5_3_14 https://elibrary.ru/ldeuaj

6. Хаматова А.В. Оценка качества вод и донных отложений р. Каменка методом биотестирования. Антропогенная трансформация природной среды. 2023; 9(1): 54–64. https://doi.org/10.17072/2410-8553-2023-1-54-64

7. Горбачева Е.А., Лаптева А.М. Экологические исследования донных отложений прибрежных районов Кольского п-ова (химический состав и биотестирование). Экологическая химия. 2022; 31(4): 197–208. https://elibrary.ru/pocdpg

8. Рыбалкина Е.И., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Влияние сапропеля на биологическую активность каштановой почвы. Агрохимический вестник. 2023; (4): 39–46. https://elibrary.ru/jzfwze

9. Казеев К.Ш., Колесников С.И., Акименко Ю.В., Даденко Е.В. Методы биодиагностики наземных экосистем. Ростов-на-Дону; 2016. https://elibrary.ru/xvousx

10. Neue Niederlandische Liste. Altlasten Spektrum 3/95. Rules for Building SP 11-102-97, Annex B (State Committee of the Russian Federation for Building, 1997.

11. Canadian sediment quality guidelines for the protection of aquatic life: Summary tables. Winnipeg: Canadian Council of Ministers of the Environment, 2001.

12. Горбов С.Н., Безуглова О.С. Тяжелые металлы и радионуклиды в почвах Ростовской агломерации. Ростов-на-Дону, Таганрог; 2020. https://doi.org/10.18522/801273349 https://elibrary.ru/cnnmnv

13. Перельман А.И. Биокосные системы Земли. М.: Наука; 1977.

14. Росстат. Транспорт по России. Информационно-статистический бюллетень. М.; 2023.

15. Дудникова Т.С., Сущкова С.Н., Минкина Т.М., Антоненко Е.М., Барбашев А.И., Попилешко Я.А. и др. Анализ содержания полициклических ароматических углеводородов в различных типах почв импактной зоны Новочеркасской ГРЭС. В кн.: Материалы по изучению русских почв. СПб.; 2020: 28–34. https://elibrary.ru/paceid

16. Минкина Т.М., Мотузова Г.В., Манджиева С.С., Назаренко О.Г., Бурачевская М.В., Антоненко Е.М. Фракционно-групповой состав соединений Mn, Cr, Ni и Cd в почвах техногенных ландшафтов (район Новочеркасской ГРЭС). Почвоведение. 2013; (4): 414. https://doi.org/10.7868/S0032180X13040102 https://elibrary.ru/pwndbz

17. Минкина Т.М., Федоров Ю.А., Невидомская Д.Г., Манджиева С.С., Козлова М.Н. Особенности содержания и подвижность тяжелых металлов в почвах поймы реки Дон. Аридные экосистемы. 2016; 22(1): 86–98. https://elibrary.ru/vwbzev

18. Ткаченко А.Н., Ткаченко О.В., Лычагин М.Ю., Касимов Н.С. Потоки тяжелых металлов в водных системах дельт Дона и Кубани. В кн.: Доклады наук о Земле. 2017; 474(2): 587–90. https://doi.org/10.7868/S0869565217140201 https://elibrary.ru/yrpvbl

19. Константинова Е.Ю., Сушкова С.Н., Минкина Т.М., Антоненко Е.М., Константинов А.О., Хорошавин В.Ю. Полициклические ароматические углеводороды в почвах промышленных и селитебных зон Тюмени. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2018; 329(8): 66–79. https://elibrary.ru/uwpbxi

20. Варенцова Н.А., Киреева М.Б., Фролова Н.Л., Харламов М.А., Илич В.П., Сазонов А.А. Прогноз притока воды к Цимлянскому водохранилищу в период половодья в современных климатических условиях: проблемы и воспроизводимость. Водные ресурсы. 2020; 47(6): 694–709. https://doi.org/10.31857/S0321059620060152 https://elibrary.ru/bbjotb

21. Гайворонский В.Г., Кузина А.А., Колесников С.И., Минникова Т.В., Неведомая Е.Н., Казеев К.Ш. Способ определения экологически безопасного остаточного содержания нефти и нефтепродуктов в почвах. Гигиена и санитария. 2023; 102(9): 987–92. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2023-102-9-987-992 https://elibrary.ru/fztgen

22. Czerniawska-Kusza I., Ciesielczuk T., Kusza G., Cichoń A. Comparison of the Phytotoxkit microbiotest and chemical variables for toxicity evaluation of sediments. Environ. Toxicol. 2006; 21(4): 367–72. https://doi.org/10.1002/tox.20189

23. Ali A., Phullb A.R., Ziac M., Shah A.M.A., Malika R.N., ul-Haq I. Phytotoxicity of River Chenab sediments: In vitro morphological and biochemical response of Brassica napus L. Environ. Nanotechnol. Monit. Manag. 2015; (4): 74–84. https://doi.org/10.13140/RG.2.1.4637.2320

24. Gaivoronskiy V.G., Kuzina A.A., Kolesnikov S.I., Minnikova T.V., Nevedomaya E.N., Kazeev K.Sh. A method for determining the environmentally safe residual content of oil and petroleum products in soils. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2023; 102(9): 987–92. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2023-102-9-987-992 https://elibrary.ru/fztgen (in Russian)

25. Moshchenko D.I., Kolesnikov S.I., Kuzina A.A., Kazeev K.S., Minkina T.M., Mezhenkov A.A., et al. Comparative assessment of the resistance to lead (Pb) pollution of forest, forest-steppe, steppe, and mountain-meadow soils of the Central Ciscaucasia and the Caucasus regions. Forests. 2022; 13(10): 1528. https://doi.org/10.3390/f13101528 https://elibrary.ru/gxnfbd