Preview

Гигиена и санитария

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Определение экологически безопасной концентрации германия в чернозёме обыкновенном

https://doi.org/10.47470/0016-9900-2025-104-3-312-317

EDN: qlekji

Аннотация

Введение. Германий (Ge) является ценным для технологической сферы химическим элементом. В последние годы Ge всё чаще применяется в различных отраслях промышленности: при создании волоконной и инфракрасной оптики, в качестве катализатора полимеризации при производстве полиэтилентерефталата (ПЭТ). В почвах, загрязнённых отходами горнодобывающей промышленности, Ge содержится в концентрации от 1,45 до 7,91 мг/кг. Предельно допустимые концентрации Ge в почве не разработаны, соответственно актуальными представляются комплексная оценка влияния Ge на биологические показатели почв и установление экологически безопасной концентрации Ge в почве.

Материалы и методы. В лабораторном эксперименте при помощи методов биодиагностики оценена экотоксичность 3; 30 и 300 фоновых концентраций (ФК) Ge на 10-е, 30-е и 90-е сутки. Все исследуемые величины включали в расчёт интегрального показателя биологического состояния почвы (ИПБС). При загрязнении Ge диагностировали очерёдность нарушения экосистемных функций почвы по степени снижения ИПБС. Доза элемента, под влиянием которой происходит нарушение целостных функций почвы, характеризующих степень плодородия почвы, определена как экологически безопасная концентрация Ge в данной почве.

Результаты. С увеличением дозы Ge в почве усиливался экотоксический эффект влияния на активность каталазы и дегидрогеназ, обилие бактерий рода Azotobacter, целлюлозолитическую активность, всхожесть и длину корней редиса. После загрязнения Ge почвы выявлена максимальная токсичность для показателей, исследуемых на 10-е и 30-е сутки. Показатель длины корней редиса проявил наибольшую чувствительность к загрязнению почвы Ge по сравнению с показателем активности дегидрогеназ. Наиболее сильная корреляция отмечена между содержанием Ge в почве и активностью каталазы. Установлена экологически безопасная концентрация Ge в почве – 6,5 мг/кг. Полученные результаты оценки экотоксичности загрязнённых Ge почв возможно использовать для диагностики их экологического состояния.

Ограничения исследования. Предложенные экологически безопасные концентрации в Ge почвах применимы прежде всего для чернозёмов обыкновенных.

Заключение. Повышение фоновых концентраций Ge в почве ингибировало биологические показатели чернозёма обыкновенного. Максимальное экотоксическое влияние Ge на исследуемые показатели продемонстрировано на 10-е и 30-е сутки. Длина корней редиса наиболее чувствительна к загрязнению почвы Ge по сравнению с показателем активности дегидрогеназ. Наиболее сильная корреляция отмечена между содержанием Ge в почве и активностью каталазы. Установлена экологически безопасная концентрация Ge в почве – 6,5 мг/кг. Полученные результаты по оценке экотоксичности почв, загрязнённых Ge, возможно использовать для диагностики экологического состояния почв.

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

Участие авторов:
Цепина Н.И. – сбор данных литературы, написание текста, редактирование; Колесников С.И. – концепция и дизайн исследования, написание текста, редактирование;
Минникова Т.В. – сбор материала и обработка данных, редактирование;
Кузина А.А. – сбор материала и обработка данных, статистическая обработка данных;
Минкина Т.М. – 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 при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках государственного задания в сфере научной деятельности; проект № FENW-2023-0008.

Поступила: 13.06.2024 / Поступила после доработки: 22.07.2024 / Принята к печати: 02.10.2024 / Опубликована: 31.03.2025

Об авторах

Наталья Игоревна Цепина
ФГАОУ ВО «Южный федеральный университет»
Россия

Канд. биол. наук, ст. науч. сотр., Академия биологии и биотехнологии им. Д.И. Ивановского, ЮФУ, 344090, Ростов-на-Дону, Россия



Сергей Ильич Колесников
ФГАОУ ВО «Южный федеральный университет»
Россия

Доктор с.-х. наук, профессор, зав. каф. экологии и природопользования, Академия биологии и биотехнологии им. Д.И. Ивановского, ЮФУ, 344090, Ростов-на-Дону, Россия



Татьяна Владимировна Минникова
ФГАОУ ВО «Южный федеральный университет»
Россия

Канд. биол. наук, вед. науч. сотр., Академия биологии и биотехнологии им. Д.И. Ивановского, ЮФУ, 344090, Ростов-на-Дону, Россия

e-mail: loko261008@yandex.ru



Анна Андреевна Кузина
ФГАОУ ВО «Южный федеральный университет»
Россия

Канд. биол. наук, ст. науч. сотр., Академия биологии и биотехнологии им. Д.И. Ивановского, ЮФУ, 344090, Ростов-на-Дону, Россия



Татьяна Михайловна Минкина
ФГАОУ ВО «Южный федеральный университет»
Россия

Доктор биол. наук, профессор, зав. каф. почвоведения и оценки земельных ресурсов, Академия биологии и биотехнологии им. Д.И. Ивановского, ЮФУ, 344090, Ростов-на-Дону, Россия



Список литературы

1. Wiche O., Heilmeier H. Germanium (Ge) and rare earth element (REE) accumulation in selected energy crops cultivated on two different soils. Miner. Eng. 2016; 92: 208–15. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2016.03.023

2. Curtolo D.C., Friedrich S., Friedrich B. High purity germanium, a review on principle theories and technical production methodologies. J. Cryst. Process Technol. 2017; 7(4): 65–84. https://doi.org/10.4236/jcpt.2017.74005

3. Zhang L., Xu Z. Application of vacuum reduction and chlorinated distillation to enrich and prepare pure germanium from coal fly ash. J. Hazard. Mater. 2017; 321: 18–27. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2016.08.070

4. Moskalyk R.R. Review of germanium processing worldwide. Miner. Eng. 2004; 17(3): 393–402. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2003.11.014

5. Арбузов С.И., Чекрыжов И.Ю., Ильенок С.С., Соктоев Б.Р., Соболева Е.Е. Новые данные по геохимии и условиям образования германий-угольного месторождения спецугли (Приморский край). Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2021; 332(5): 17–38. https://elibrary.ru/dtppmd

6. Вялов В.И., Олейникова Г.А., Наставкин А.В. Особенности распределения германия в углях Павловского месторождения. Химия твердого топлива. 2020; (3): 42–9. https://doi.org/10.31857/S0023117720030111 https://elibrary.ru/pmfinx

7. Schreiter N., Wiche O., Aubel I., Roode-Gutzmer Q., Bertau M. Determination of germanium in plant and soil samples using high-resolution continuum source graphite furnace atomic absorption spectrometry (HR CS GFAAS) with solid sampling. J. Geochem. Explor. 2021; 220: 106674. https://doi.org/10.1016/j.gexplo.2020.106674

8. Cheng W., Lei S., Bian Z., Zhao Y., Li Y., Gan Y. Geographic distribution of heavy metals and identification of their sources in soils near large, open-pit coal mines using positive matrix factorization. J. Hazard. Mater. 2020; 387: 121666. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2019.121666

9. Крылов Д.А. Негативное воздействие микроэлементов, содержащихся в углях, в золошлаковых отвалах и в золе-уносе угольных ТЭС, на окружающую среду и здоровье людей. М.; 2012. https://elibrary.ru/qmlrzx

10. Алексеенко В.А., Алексеенко А.В. Химические элементы в геохимических системах. Кларки почв селитебных ландшафтов. Ростов-на-Дону; 2013. https://elibrary.ru/ttoxiv

11. Wiche O., Székely B., Moschner C., Heilmeier H. Germanium in the soil-plant system-a review. Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 2018; 25(32): 31938–56. https://doi.org/10.1007/s11356-018-3172-y

12. Négrel P., Ladenberger A., Reimann C., Birke M., Sadeghi M. Team GEMAS: Source, distribution patterns and geochemical behaviour of Ge in agricultural and grazing land soils at European continental scale. Appl. Geochem. 2016; 72: 113–24. https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2016.07.004

13. Midula P., Wiche O., Wiese P., Andráš P. Concentration and bioavailability of toxic trace elements, germanium, and rare earth elements in contaminated areas of the Davidschacht dump-field in Freiberg (Saxony). Freiberg Ecol. Online. 2017; 1(2): 101–12.

14. Jabłońska-Czapla M., Grygoyć K., Rachwał M., Fornalczyk A., Willner J. Germanium speciation study in soil from an electronic waste processing plant area. J. Soils Sediments. 2023; 23: 3362–75. https://doi.org/10.1007/s11368-023-03566-z

15. Luo X., Sun J., Kong D., Lei Y., Gong F., Zhang T., et al. The role of germanium in diseases: exploring its important biological effects. J. Transl. Med. 2023; 21(1): 795. https://doi.org/10.1186/s12967-023-04643-0

16. Lin C.H., Chen S.S., Lin Y.C., Lee Y.S., Chen T.J. Germanium dioxide induces mitochondria-mediated apoptosis in Neuro-2A cells. Neurotoxicology. 2006; 27(6): 1052–63. https://doi.org/10.1016/j.neuro.2006.05.018

17. Ma Y.H., Huang C.P., Tsai J.S., Shen M.Y., Li Y.K., Lin L.Y. Water-soluble germanium nanoparticles cause necrotic cell death and the damage can be attenuated by blocking the transduction of necrotic signaling pathway. Toxicol. Lett. 2011; 207(3): 258–69. https://doi.org/10.1016/j.toxlet.2011.09.018

18. Lin C.H., Chen T.J., Chen S.S. Functional changes on ascending auditory pathway in rats caused by germanium dioxide exposure: an electrophysiological study. Toxicology. 2009; 256(1–2): 110–7. https://doi.org/10.1016/j.tox.2008.11.009

19. Sellappa S., Jeyaraman V. Antibacterial properties of organic germanium against some human pathogens. Int. J. Pharma Bio Sci. 2011; 2(1): 854–9.

20. Ma J.F., Tamai K., Ichii M., Wu G.F. A rice mutant defective in Si uptake. Plant. Physiol. 2002; 130(4): 2111–7. https://doi.org/10.1104/pp.010348

21. Kolesnikov 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/s10661-019-7718-3

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

23. Соседова Л.М., Новиков М.А., Титов Е.А. Воздействие наночастиц металлов на почвенный биоценоз (обзор литературы). Гигиена и санитария. 2020; 99(10): 1061–6. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2020-99-10-1061-1066 https://elibrary.ru/bljjgm

24. Терехова В.А. Биотестирование экотоксичности почв при химическом загрязнении: современные подходы к интеграции для оценки экологического состояния (обзор). Почвоведение. 2022; (5): 586–99. https://elibrary.ru/raqefc

25. Дикарев А.В., Дикарев В.Г., Дикарева Н.С. Исследование фитотоксичности свинца для растений редиса и салата при выращивании на разных типах почв. Агрохимия. 2019; (6): 72–80. https://doi.org/10.1134/S0002188119030050 https://elibrary.ru/zhjvpp

26. Бабьева М.А., Зенова Н.К. Биология почв. М.; 1989. https://elibrary.ru/qksrzn

27. Галстян А.Ш. Проблемы и методы биологической диагностики и индикации почв. В кн.: Всесоюзное совещание «Проблемы и методы биологической диагностики и индикации почв». М.; 1976. https://elibrary.ru/xpyxyd

28. Хазиев Ф.Х. Методы почвенной энзимологии. М.: Наука; 1990. https://elibrary.ru/vyscsv

29. Кузина А.А., Колесников С.И., Минникова Т.В., Неведомая Е.Н., Тер-Мисакянц Т.А., Казеев К.Ш. Подходы к разработке экологических региональных нормативов содержания свинца в почвах Черноморского побережья Кавказа на основе интегрального показателя биологического состояния почвы. Гигиена и санитария. 2022; 101(3): 262–9. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2022-101-3-262-269 https://elibrary.ru/kocucf

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

31. Choi I.W., Seo D.C., Han M.J., DeLaune R.D., Ok Y.S., Jeon W.T., et al. Accumulation and toxicity of germanium in cucumber under different types of germaniums. Commun. Soil. Sci. Plant. Anal. 2013; 44(20): 3006–19. https://doi.org/10.1080/00103624.2013.829083

32. Kolesnikov S., Minnikova T., Minkina T., Rajput V.D., Tsepina N., Kazeev K., et al. Toxic effects of thallium on biological indicators of Haplic Chernozem health: a case study. Environments. 2021; 8(11): 119. https://doi.org/10.3390/environments8110119


Рецензия

Для цитирования:


Цепина Н.И., Колесников С.И., Минникова Т.В., Кузина А.А., Минкина Т.М. Определение экологически безопасной концентрации германия в чернозёме обыкновенном. Гигиена и санитария. 2025;104(3):312-317. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2025-104-3-312-317. EDN: qlekji

For citation:


Tsepina N.I., Kolesnikov S.I., Minnikova T.V., Kuzina A.A., Minkina T.M. Determination of an environmentally safe concentration of germanium in ordinary chernozem. Hygiene and Sanitation. 2025;104(3):312-317. (In Russ.) https://doi.org/10.47470/0016-9900-2025-104-3-312-317. EDN: qlekji

Просмотров: 105


ISSN 0016-9900 (Print)
ISSN 2412-0650 (Online)