CC BY
12
ВЕСТНИК МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА. СЕРИЯ 17. ПОЧВОВЕДЕНИЕ. 2024. Т. 79. № 2 LOMONOSOV SOIL SCIENCE JOURNAL. 2024. Vol. 79. No. 2
УДК 631.4 |(сс)Т7аТТЯ
DOI: 10.55959/MSU0137-0944-17-2024-79-2-105-118
ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕМЕДИАНТОВ ДЛЯ ДЕТОКСИКАЦИИ ПОЧВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ, ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ЛАБОРАТОРНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
Е. И. Ковалева*, П. М. Перебасова, Д. А. Авдулов, Д. В. Ладонин, С. Я. Трофимов
МГУ имени М.В. Ломоносова, факультет почвоведения, 119991, Россия, Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12 * E-mail: [email protected]
Исследовали эффективность ремедиантов в детоксикации почв, загрязненных тяжелыми металлами в лабораторном эксперименте. Объектами исследования послужили почвы южной тундры, функционирующие в условиях антропогенно-техногенных воздействий: глеезем криометаморфический (Гл-крио) и аллювиальная торфяно-глеевая почва (АлТГ). Оценена химическая способность ремедиантов связывать металлы (Ni и Cu), переводя их в малоподвижное состояние по сравнению с референтными вариантами (без внесения ремедианта). В экспериментах использовали ремедианты в трех дозах (Д1, Д2, Д3): углеродный (шунгит), биологического происхождения (диатомит) и минеральные (глауконит, бентонит). Для оценки иммобилизации Ni и Cu в почвах определяли кислоторастворимые (КР) формы (извлечение 1 н. HNO3), подвижные формы (ацетатно-аммонийный буферный раствор с pH 4,8), водорастворимые формы Ni и Cu (водная вытяжка 1:20) методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. Эффективность детоксикации почв при внесении ремедиантов оценивали по фитотоксическому эффекту в экспресс-тесте — отклику стандартизованных тест-культур (Brassica rapa CrGC и Avena sativa), представленных высшими растениями. Выявлено снижение доли подвижных форм Ni и Cu на 50% и более в Гл-крио при добавлении любой дозы мелиорантов. В АлБ почве наибольший эффект снижения подвижности оказали шунгит и диатомит в дозе Д1 — до 15% Ni и Cu. Применение выбранных ремедиантов в указанных количествах не оказывало фито-токсического эффекта на тест-культуры в эксперименте.
Ключевые слова: никель, медь, токсичность почв, южная тундра, минеральные ремедианты.
Введение
За последнее столетие Арктический пояс претерпел изменения вследствие антропогенного воздействия [Соколов, 2013]. В результате многолетнего техногенного воздействия на тундровые экосистемы ландшафтов Арктики наблюдается преобразование компонентов природной среды, в том числе почв. Изменения почв носят как механический, так и химический характер в виде привноса загрязняющих веществ, которые формируют новый антропогенный региональный фон по содержанию тех или иных химических веществ. Отмечалось, что основными загрязнителями Арктической зоны являются тяжелые металлы и Аз [Вишневая, Попова, 2016]. Указывается [Бурцева, Петрова, 2017], что проблемы нарушенных земель и их рекультивация, ликвидация нанесенного ущерба прошлых лет остаются по-прежнему одной из наиболее острых эко-
логических проблем арктических и северных территорий. На восстановление подобных территорий требуются десятилетия [Сазонов и др., 2020].
Для решения существующих проблем разработана «Стратегия развития Арктической зоны Российской Федерации и обеспечения национальной безопасности на период до 2035 года», утвержденная Указом Президента Российской Федерации от 26 октября 2020 года № 645, направленная на обеспечение национальных интересов Российской Федерации в Арктической зоне, создание благоприятных условий [Указ, 2020]. На IX Невском международном экологическом конгрессе были сформулированы основные направления в развитии Арктики, включая рациональное использование природных ресурсов, сохранение и восстановление экосистем [Арктика, 2021].
В литературе достаточно много работ, посвященных изучению поведения тяжелых металлов в
© Ковалева Е.И., Перебасова П.М., Авдулов Д.А., Ладонин Д.В., Трофимов С.Я., 2024
почвах, оценке уровня их содержания, — вопрос имеет продолжительную историю [Ильин, Сысо, 2002; Терехова и др., 2021; Плеханова, Золотарева, 2021; Копцик, Копцик, 2022]. Отдельные работы посвящены оценке почв Арктики. Например, представлен сравнительный анализ валового содержания и содержания подвижных форм тяжелых металлов и мышьяка в почвах Евро-Арктического региона территорий архипелагов Земли Франца Иосифа, Шпицбергена, Соловецкого, Новой Земли, о. Колгуев, м. Канин Нос, п. Варнек, о. Сосновец [Попова и др., 2019]. В последние десятилетия наиболее острым является вопрос снижения уровня токсичности почв, загрязненных металлами, которые не подвержены химической или микробиологической деградации, и разработки способов нейтрализации их негативного действия [Ильин, 2007; Водяницкий, 2012; Копцик, 2014]. Предлагаются различные подходы к снижению токсичности металлов в почвах посредством применения сорб-ционных методов очистки почв [Пукальчик и др., 2016], применения наноматериалов [Сергеева и др., 2023], использования углеродсодержащих препаратов [Терехова и др., 2021; Дзеранов и др., 2023], наноматериалов [Бондаренко и др., 2020]. Интересным направлением является изучение влияния ризосферных бактерий на фракционный состав соединений ТМ в почвах, загрязненных в результате применения ОСВ, а также накопления их растениями пшеницы [Плеханова и др., 2023]. Большинство работ посвящено изучению загрязнения почв сельскохозяйственного использования или почв лесостепной зоны. Количество работ, посвященных исследованию почв, загрязненных тяжелыми металлами, в аспекте их ремедиации, поиска добавок для снижения подвижности металлов в почвах, их токсичности для Арктической зоны, ограничено. Например, проведены исследования [Копцик и др., 2021] по оценке особенностей и проблем ремедиа-ции техногенных территорий Крайнего Севера на примере зоны воздействия комбината «Северони-кель» (г. Мончегорск, Мурманская область). Этими работами показано, что перспективно перекрытие загрязненных почв сконструированным плодородным слоем в сочетании с посадкой лиственных деревьев и посевом многолетних трав, тогда как хе-мофитостабилизация малоэффективна. Создание плодородного слоя подразумевает его снятие на одном участке и формирование в другом.
Иммобилизация ионов металлов с использованием материалов природного происхождения является одним из подходов к ремедиации почв. Однако отмечено, что отсутствует комплексное исследование свойств природных сорбентов [Maharana е! а1., 2021]. Поэтому чрезвычайно важным является вопрос выбора технологических решений по ре-медиации почв, загрязненных тяжелыми металлами, в Арктической зоне. Факт большого объема
добычи цветных металлов в Арктике создает риски загрязнения почв в результате аварийных ситуаций и обсуждается в литературе [Копцик, Копцик, 2022]. Ремедианты, использованные в представленных модельных экспериментах авторами, мало исследованы для почв тундровой зоны. Ряд добавок, например шунгит, практически не имеет оценки в литературе как ремедиант для почв, загрязненных металлами; такие работы ограничены, хотя данный природный материал широко используется для очистки вод, в том числе сточных. Имеются работы, в которых шунгит используется как добавка к не-фтезагрязненным отходам бурения для моделирования конструктоземов [Ковалева и др., 2019]. Это относится и к диатомиту, который применяется в технологиях утилизации нефтезагрязненных отходов. Глауконит и диатомит в большей мере получили применение как агрохимикаты, повышающие рост растений, или как кормовая добавка к пище скоту. Вышеперечисленные факты позволяют говорить об очевидной новизне представленной работы. Экспериментальные данные по снижению токсичности почв, загрязненных металлами, с применением природных материалов являются своевременными и далеко идущими в призме важности разработки природоподобных технологий [Указ Президента Российской Федерации «О развитии природопо-добных технологий в Российской Федерации» от 02.11.2020 № 818], особенно в экологически ранимой Арктической зоне. В представленной работе дана оценка эффективности использования природных ремедиантов для рекультивации почв, загрязненных металлами.
Цель работы — сравнение способности реме-диантов связывать металлы, переводя их в малоподвижное состояние, оценка детоксикации обработанных ремедиантами почв, загрязненных металлами, по сравнению с контрольными вариантами. Ремедиационный эффект вносимых реме-диантов в работе оценивали по фитотоксическому отклику в экспресс-тесте — по отклику стандартизованных тест-культур, представленных высшими растениями.
Объекты и методы исследования
Объекты исследования. Объектами исследования послужили разные по генезису и условиям формирования почвы южной тундры, функционирующие в условиях антропогенно-техногенных воздействий. В лабораторном эксперименте использованы глеезем криометаморфический (Гл-крио) (НарНс Gleyso1s Ge1ic); аллювиальная торфяно-глее-вая (АлТГ) (Histic Fluviso1s Oxyaquic) — почвы, наиболее распространенные в зоне тундры. Название почв приведено согласно [Классификация, 2004; WRB, 2015]. Гл-крио (0-7 см) загрязнен никелем и медью, тогда как АлТБ (0-10 см) загрязнена не только № и Си, но и нефтепродуктами.
Для снижения подвижности загрязняющих веществ в почвах применялись природные материалы: углеродный (шунгит), биологического происхождения (диатомит) и минеральные (глауконит и бентонит). Шунгит — некристаллический мине-ралоид абиогенного происхождения, состоящий в основном из углерода. Основу шунгитного углерода составляют полые, многослойные фуллереноподоб-ные сферические глобулы диаметром 10-30 нм, содержащие пакеты плавно изогнутых углеродных слоев, охватывающих нанопоры [Мосин, 2015]. Диатомит (кизельгур) — кремнистые отложения, осадочная порода, образованная останками древних морских диатомовых водорослей, белого цвета. Так, диатомит, произведенный в соответствии с [ТУ 5761-001-59266087-2005], состоит на 85-90% из кремния. Характерной особенностью диатомита является наличие аморфной, активной кремнекис-лоты; кроме того, он имеет тонкопористую структуру [Природные сорбенты, 1967; Фролов, 1993]. Глауконит — минерал из группы железо-калиевых филлосиликатов (слюды). Диатомит и глауконит использовались в виде порошка, в то время как шунгит вносился в гранулированном виде с размером зерен <2 мм. Бентонит представлял собой немодифицированный полимерами бентонитовый порошок, активированный содой с рН 8-10, с содержанием монтмориллонита более 70% [ТУ 08.12.22012-01424676-2019].
Эффективность ремедиантов для детоксикации почв, загрязненных тяжелыми металлами, оценивалась по результатам исследования образцов, загрязненных ТМ и обработанных ремедиантами, с референтными (контрольными) почвами, загрязненными ТМ и не обработанными ремедиантами, по показателям прочности удерживания металлов.
Дизайн эксперимента. В почву вручную вносилось по три дозы ремедиантов, которые рассчитывали, основываясь на их характеристиках, экспертном заключении об их возможной сорб-ционной способности, предлагаемых нормах использования производителем, с учетом содержания влаги в почве. Дозы ремедиантов составляли: шунгит — дозы Д1 2%, Д2 4%, Д3 7%, диатомит -дозы Д1 4%, Д2 6%, Д3 10%; глауконит — (дозы Д1 2%, Д2 4%, Д3 6%; бентонит — дозы Д1 1%, Д2 2%, Д3 4%. Обработку почвенных образцов проводили сухими препаратами (шунгит, диатомит, глауконит); бентонит внесен в виде водной суспензии. Затем обработанные образцы почв тщательно перемешивали. Таким образом, для каждой почвы составлен ряд вариантов с четырьмя видами ре-медиантов, а также вариант почвы без их внесения (референтный), который служил контролем. Работы выполнялись в трех повторностях. В табл. 1 приведена схема эксперимента.
Методы исследования. В фоновых и исходных образцах почв определяли рН водной суспензии,
Таблица 1
Схема эксперимента; обработка образцов почв выполнена в трехкратной повторности
Гл-крио АлБ
Вид ремедианта Доза внесения, в об. % Фоновая Загрязненная контроль Обработанная ремедиантом, об. % Фоновая Загрязненная контроль Обработанная ремедиантом, об. %
Д1 0 0 2 0 0 2
Шунгит Д2 0 0 4 0 0 4
Д3 0 0 7 0 0 7
Д1 0 0 4 0 0 4
Диатомит Д2 0 0 6 0 0 6
Д3 0 0 10 0 0 10
Д1 0 0 2 0 0 2
Глауконит Д2 0 0 4 0 0 4
Д3 0 0 6 0 0 6
Д1 0 0 1 0 0 1
Бентонит Д2 0 0 2 0 0 2
Д3 0 0 4 0 0 4
влажность [ГОСТ 28268-89], потерю при прокаливании (ППП) [ГОСТ 26213-91], валовое содержание ТМ. Валовое содержание ТМ в пробах почв определяли методом кислотного разложения смесью концентрированных азотной и соляной кислот при соотношении 3:1. Для оценки подвижности ТМ, их доступности для растений, доли соединений ТМ, характеризующих техногенное загрязнение (ПНД Ф 16.2.2:2.3.71-2011), в почвах определяли их содержание в азотнокислой, ацетатно-аммонийной, водной вытяжках. Для оценки уровней техногенного загрязнения почв определяли кислоторастворимые (КР) формы никеля и меди извлечением из почвы 1 н. HNO3. Подвижность Ni и Cu в окружающей среде и доступность их для растений оценивали путем выделения из почв подвижных форм соединений с использованием ацетатно-аммонийного буферного раствора (ААБ) с pH 4,8. Концентрацию водорастворимой формы Ni и Cu, наиболее подвижной и активной в отношении миграции, находящейся в виде свободных ионов или растворимых комплексов с неорганическими анионами или органическими лигандами [Ладонин, 2019], определяли в водной вытяжке (1:20). Фракционирование проводили путем последовательного извлечения из одной навески почвы в трехкратной повторности. ТМ в полученных вытяжках из почв, обработанных разными способами, определены методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой на приборе PlasmaQuant MS Elite. Для измерения
Таблица 2
Схема исследования тяжелых металлов в почвах
Содержание ТМ и фракции соединений Экстрагент Условия извлечения Соотношение почва:экстрагент
Валовое содержание Смесь конц. HNO3 — конц. HCl 1 : 3 Разложение кипячением
Кислоторастворимые (техногенное загрязнение) 1 н. HNO3 Микроволновая печь
Подвижные (в окружающей среде и доступные растениям) CH3COONH4, рН 4.8 1 ч на ротаторе 1:20
Водорастворимые (наиболее подвижные) H2O 1 ч на ротаторе 1:20
содержания нефтепродуктов (НП) применена ИК спектрометрия [ПНДФ 16.1:2.2.22-98]. Схема фракционирования металлов приведена в табл. 2.
Фитотестирование проводилось путем высаживания семян в чашках Петри в почву, на которую уложен фильтр «белая лента». Эксперимент проведен в трех повторностях. В качестве тест-системы использовались сельскохозяйственные растения из разных классов (однодольные и двудольные): семена редьки масличной (Brassica rapa CrGC) и овса обыкновенного (Avena sativa L.) [ГОСТ Р ИСО 220302009]. Контролем служила референтная почва, не обработанная ремедиантами. Перед опытом семена растений проверялись на всхожесть, которая составила 100%. В эксперименте оценивались энергия прорастания и длина корней.
Оценка уровня загрязненности почв. Для выполнения поставленных целей и задач работы требовалось оценить уровень загрязнения почв. С этой целью использована пятиуровневая шкала нормирования, приведенная в действующем документе «Методические рекомендации по выявлению деградированных и загрязненных земель, 1995». Исследованные почвы, загрязненные металлами, не сравнивали с ПДК, поскольку эти нормативы ориентированы на почвы земель сельскохозяйственных угодий и населенных мест, а исследованные почвы приурочены к землям промышленности. Кроме того, ПДК по содержанию металлов в любой форме не установлены для оторфованных почв, поэтому ПДК [СанПин 2021] не применяли. Уровень загрязнения почв был очень высокий, поэтому важным являлся факт снижения токсичности почв, а не достижения фоновых значений.
Статистическая обработка результатов. Эксперименты проводили в 3-5 повторностях с расчетом средних арифметических и стандартных отклонений. Стандартные отклонения и корреляции были рассчитаны с использованием программного пакета STATISTICA версии 8 (Statsoft Inc.). Перед выполнением статистического анализа нормальность данных проверялась с помощью критерия Колмогорова — Смирнова, и преобразование данных применялось в тех случаях, когда они не
были распределены нормально. Результаты сравнивались с использованием критерия минимальной значимой разницы ТикеуЪ на уровне вероятности р<0,05. Анализ главных компонент (РСА) выполнен в программе XLSTAT Ьу А<1^шоА:.
Результаты
Химическая характеристика почв. Почва Гл-крио характеризовалась рН 6,2; ППП — 45,28%, содержание НП ~ 0,5 мг-кг-1. Обнаружение НП в почве связано, вероятно, с присутствием углеводородов биогенного происхождения [Трофимов, 2000]. АлБ отличалась от ГЛ-крио по содержанию органического вещества (в 2,6 раза ниже, чем в Гл-крио) — 13,5%, рН лежал в диапазоне слабокислой среды (6,2). Особенной чертой была примесь мелкозема супесчаного состава и загрязнение почвы НП в количестве 5 г-кг-1 почвы.
Исследуемые почвы различались по содержанию № и Си: концентрации ТМ были выше в Гл-крио. Обе почвы относятся к загрязненным почвам: ГЛ-крио характеризовался очень высоким уровнем загрязнения, тогда как АлТГ — высоким уровнем загрязнения [Методические рекомендации..., 1995]. Изученные почвы и фоновые их аналоги приурочены к Таймыро-Норильской плати-ноидно-медно-никелевой провинции, исходное валовое содержание металлов составляло 100 мг-кг-1 для органо-минеральных почв и 300 мг-кг-1 для органогенных почв (выборка 50). Согласно источникам (Сысо и др., 2022), в качестве региональных фоновых величин валового содержания тяжелых металлов предлагаются их значения без разделения по устойчивости почв к загрязнению (мг-кг-1): Си 75, № 90.
В Гл-крио доля подвижных форм № составляла 17,9% от содержания КР формы, которая извлекает до 95% валового содержания ТМ в сильнозагряз-ненных почвах [Обухов, Плеханова, 1991; Ладонин, 2019]. Доля подвижной Си практически полностью совпадала с концентрацией, извлекаемой 1н. Н№03. Доля водорастворимых № и Си была незначительна — 0,5 и 0,1% от их валового содержания соответственно. В АлТГ почве доля № в ААБ составляла
10% от КР формы в почве; Си полностью была представлена КР формами — содержание подвижных форм меди соответствовало содержанию КР форм, как и в Гл-крио. Доли водорастворимого № и Си составляли 10 и 1% соответственно.
Сравнение эффектов действия ремедиантов при внесении в загрязненные почвы. Ремедианты и их иммобилизационные свойства по отношению к ТМ. Гл-крио. Эффективность действия ремедиантов при добавлении в загрязненные почвы сравнивали с контрольной (референтной загрязненной) почвой. Внесение ремедиантов — шунгита, диатомита, глауконита — в исследуемые почвы не оказало значимого изменения величин рН; наблюдался незначительный сдвиг +Д0,5 при внесении глауконита в дозе Д3. Добавление бентонита приводило к существенному сдвигу рН в сторону подщелачивания за счет характеристик ремедианта.
В эксперименте при добавлении шунгита в Гл-крио фиксировалось достоверное снижение подвижности № при внесении Д1 на 62%, Д2 — 60% и Д3 — 58%; подвижной Си — на 65% при добавлении Д1, 65% — Д2, 64% — Д3 (рис. 1А1, Б1). Содержание № в водорастворимой форме (рис. 1А2) снижалось в два раза при внесении Д1 шунгита и незначитель-
но — при внесении Д2 и Д3. Отмечено уменьшение доли водорастворимой формы Си (рис. 1Б2) при дозах в почве Д1 — 22%, Д2 — 20%, а добавление Д3 не вызывало эффекта.
Добавка диатомита в модельные образцы Гл-крио уменьшала подвижность: № — на 55% при дозе Д1, 52% — Д2; 67% — Д3; Си — на 70% при Д1, 63% — Д2, 70% — Д3 (рис. 1 А1, Б1). Установлено сокращение доли водорастворимых форм: № — на 30 и 35% при добавлении Д1 и Д2, на 20% при Д3; и Си — на 64% при внесении диатомита в дозе Д1, 57% — дозы Д2, 40% — дозы Д3.
Внесение глауконита в образцы Гл-крио достоверно уменьшало подвижность как № (от 58 до 64%), так и Си (от 66 до 72%) (рис. 1 А1, Б1); наибольший эффект отмечен при внесении Д3. В нашем эксперименте при оценке действия добавки глауконита эффект снижения концентрации водорастворимых металлов не превышал 15% (рис. 1 А2, Б2).
Обработка почвы бентонитом Д1 повлияла на подвижные формы и достоверно сокращала концентрации № на 30% и Си на 40%, тогда как более высокие дозы не приводили к существенному изменению концентрации ТМ в ААБ вытяжке. Добавление бентонита в любой дозе снижало в водной вы-
А1
А2
Подвижная форма никеля
Контроль Шунгит Диатомит Глауконит Бентонит
Сорбент
Доза 1 Доза 2 Доза 3
Водорастворимая форма никеля
| Доза 1
Контроль Диатомит Бентонит Доза 2
Шунгит Глауконит
Сорбент Ш Доза 3
Б1
Б2
Подвижная форма меди
| Доза 1
Контроль Диатомит Бентонит ^ Доза 2
Шунгит Глауконит
Сорбент Е Доза 3
Водорастворимая форма меди
Контроль Диатомит Бентонит
Шунгит Глауконит
Сорбент
Рис.
1. Содержание никеля и меди в глееземе криометаморфическом после обработки ремедиантами, Представлены средние значения и стандартные отклонения
| Доза 1 i Доза 2
Доза 3 в %.
90
80
70
50
50
40
30
80
50
40
20
тяжке концентрации Ni на 30-70% и Си на 10-20% (рис.1 А2, Б2).
АлТГ. В АлТГ почве наибольший эффект снижения подвижности Ni и Си (рис. 2А1, Б1) продемонстрирован при обработке почвы шунгитом и диатомитом с максимумом при добавлении Д1 — до 15%, как для Ni, так и Си, и ~ 5% при добавлении в количестве Д2 и Д3 соответственно. При оценке доли подвижных форм ТМ (рис. 2А1, Б1) ремеди-ант бентонит показал наибольшую сорбционную способность и наименьшие концентрации Ni и Си в ААБ вытяжке до 15-20% при обработке в дозе Д2. Внесение как углеродного (шунгит), так и минеральных (диатомит, глауконит, бентонит) сорбентов приводило к увеличению доли водорастворимых форм Ni и Си (рис. 2А2, Б2): в водный раствор переходило в 2-7 раз больше ионов металлов по сравнению с контролем.
Фитотоксический эффект ремедиантов на высшие растения. Результаты фитотестирования на высших растениях Гл-крио при добавлении разных доз ремедиантов приведены на рис. 3. Энергия прорастания семян и длина корня A. sativa во всех вариантах Гл-крио с добавлением ремедиан-
А1
Подвижная форма никеля
Сорбент S Доза 3
тов существенно отставали от контроля (рис. 3А1, Б1). Энергия прорастания семян редьки достоверно увеличивалась (р <0,05) на 10-70%, наилучший результат соответствовал варианту с диатомитом с максимум при дозе Д2 (рис. 3, А2). Длина корней также была достоверно больше, нежели в контроле: максимум фиксировался в варианте с шунги-том (Д1), диатомитом (Д1 и Д2), глауконитом (Д1), а также бентонитом (Д3) (рис. 3, Б2).
АлТГ почва. Результаты фитотестирования в эксперименте с АлТГ представлены на рис. 4: энергия прорастания овса в контрольном варианте АлТГ почвы была наибольшей (до 70%) по сравнению с данными на воде и снижалась при добавлении реме-диантов на 20-40% по сравнению с контролем (почва без ремедиантов) (рис. 4, А1). Внесение диатомита в количестве 2, 3 и 4 объемных процентов в грунт с содержанием НП в количестве 5 г кг-1 приводило к снижению уровня содержания НП в фильтрате с 7,3 до 6,9 и 3,1 мг л-1 соответственно. В целом установленная направленность снижения энергии прорастания A. sativa достоверна (р <0,05) по отношению к контрольному варианту. Результаты измерения длины корня A. sativa представлены (рис. 4, Б1).
А2
Водорастворимая форма никеля
Контроль Диатомит Бентонит [Ц Доза 2
Шунгит Глауконит
Сорбент Ü Доза 3
Б1
Подвижная форма меди
Нк.
Контроль Диатомит Бентонит
Шунгит Глауконит
Сорбент
I Доза 1 ] Доза 2 Доза 3
Б2
700 600
£
g 500 к
Ц 400 о
и 300 200 100
Водорастворимая форма меди
Контроль Диатомит Бентонит
Шунгит Глауконит
Сорбент
Доза 1 Доза 2 Доза 3
Рис. 2. Концентрации никеля и меди в аллювиальной торфяно-глеевой почве после обработки ремедиантами, в '
Представлены средние значения и стандартные отклонения
Al
А2
Энергия прорастания семян Овса обыкновенного
Контроль Шунгит Диатомит Глауконит Бентонит
Сорбент
Доза l Доза 2 Э Доза 3
Энергия прорастания семян Редьки масличной
■ Доза 1 - 0 Доза 2
Контроль Шунгит Диатомит Глауконит Бентонит
Сорбент Щ Доза 3
7O
7O
6Ü
SO
3 5O
S 5O
3 4O
a 4O
^ 3O
3O
£ 2O
2O
1O
1O
O
O
Б1
Б2
Средняя длина корней Овса обыкновенного
Средняя длина корней Редьки масличной
ll
lO
S
ж ^
* 7
а
s
Л S J 5
U 4 3 2
Контроль Шунгит Диатомит Глауконит Бентонит Сорбент
Доза l Доза 2 Доза З
8 1O
£
Контроль Шунгит Диатомит Глауконит Бентонит Сорбент
Доза l
Доза 2 Доза З
Рис. 3. Результаты фитотестирования глеезема криометаморфического после обработки ремедиантами. Представлены средние значения и стандартные отклонения
35
3O
25
2O
-S 15
5
O
Энергия прорастания B. rapa CrGC варьировала на нефтезагрязненной почве АлТГ, при внесении ремедиантов изменялась недостоверно, за исключением варианта добавки глауконита (Д1) и бентонита (Д2 и Д3) (рис. 4, А2). Длина корней редьки ингиби-ровалась — от 2 до 7 раз по сравнению с контролем (рис. 4, Б2).
Обсуждение
Оценка факторов, определяющих подвижность металлов. В образце почвы Гл-крио доля подвижных форм Ni составляла 17,9% от содержания КР формы. Доля подвижной Cu практически полностью совпадала с концентрацией, извлекаемой 1 н. HNO3. Содержание водорастворимых форм Ni и Cu было незначительно — 0,5 и 0,1% от их валового содержания соответственно. Наиболее миграционно подвижной является именно фракция соединений ТМ в воде, способных мигрировать в водные среды. Незначительная доля Ni и Cu находится в водорастворимой форме, вероятно, благодаря слабокислой реакции среды в почве и высокому
содержанию органической составляющей, а также низкой растворимости соединений металлов.
Высокий процент ТМ в подвижной форме в почве можно объяснить разными причинами; некоторые рассматриваются далее. Присутствие органического вещества может оказывать различное действие на подвижность металлов в почве в зависимости от формирования органических комплексов с ТМ. Высокая доля подвижных форм металлов — непрочно связанных соединений — может быть обусловлена качественным составом гумуса и преобладанием ФК в его составе (Сгк/Сфк 0,30,6) [Национальный атлас почв, 2011]. Вероятно, в почве за счет присутствия хелатообразующих ли-гандов, содержащих более двух функциональных групп, формировались хелатные комплексы с ТМ, которые являются растворимыми и увеличивают подвижность ТМ [Park et al., 2011]. Доказательства этому приводятся в ряде работ; например, в [Mucha et al., 2005] указывается на возможность связывания металлов в хелаты с гуминовыми, фульво- и низкомолекулярными неспецифическими кислотами.
Рис. 4. Результаты фитотестирования аллювиальной торфяно-глеевой почвы после обработки ремедиантами. Представлены средние значения и стандартные отклонения
А1
А2
Энергия прорастания семян Овса обыкновенного
Б1
Контроль Шунгит Диатомит Глауконит Бентонит
Сорбент
Средняя длина корней Овса обыкновенного
I Доза 1
Доза 2
Ц Доза 3
Контроль Шунгит Диатомит Глауконит Бентонит
Сорбент
I Доза 1 3 Доза 2 Доза 3
Энергия прорастания семян Редьки масличной
Б2
Доза 1 Доза 2
Контроль Шунгит Диатомит Глауконит Бентонит
Сорбент Ш Доза 3
Средняя длина корней Редьки масличной
16 14 12 10 8 6
Ä 4
CJ
\
■ Доза 1 - @ Доза 2
Контроль Шунгит Диатомит Глауконит Бентонит
Сорбент ¡3 Доза 3
Ei
40
70
35
50
. 30
50
25
3 40
= 20
30
15
20
ЭТ 10
8
7
6
5
4
3
2
Отмечалось [Карпухин, Касатиков, 2007], что ФК проявляют наибольшую способность к комплексоо-бразованию с металлами. Также указывалось [Алексеев, 1987; Линник, Зубко, 2007], что низкомолекулярные органические комплексы имеют большую растворимость в воде. Формы нахождения меди в почвах во многом определяются ее способностью взаимодействовать с органическими соединениями, которые, как указывали Ладонин и др. [1994], имеют высокое сродство к ионам меди.
В АлТГ почве содержание N1 и Си, извлекаемых ААБ, распределялось неравномерно по отношению к КР формам. Доля водорастворимого № и Си была существенно высока в почве и, вероятно, связана как с растворимостью их соединений и константами устойчивости комплексов, так и с присутствием нефтепродуктов, влияющих на изменение по-глотательной способности почв. Кроме того, более низкое содержание органического вещества и его качественный состав, супесчаный мелкозем в составе горизонта, влияли на сорбционные свойства АлБ.
Таким образом, результаты химического анализа показали, что, несмотря на высокий уровень загрязнения почв, в водную вытяжку переходит незначительная часть № и Си, что связано с их бу-
ферной способностью, устойчивостью к загрязнению благодаря высокому содержанию органического вещества. Доля подвижных форм ТМ в почвах велика, они потенциально доступны для растений и способны влиять на экологическое состояние сопредельных сред [Ладонин, 2019], что указывает на необходимость проведения детоксикации почв.
Оценка иммобилизационных свойств ремедиантов. Гл-крио. Добавка шунгита, диатомита, глауконита приводила к снижению концентрации металлов (Ni и Си) при экстракции ААБ и водой (рис. 1). Доля подвижных форм Ni (рис. 1, А1) снижалась на 50% и более при добавлении любой дозы этих мелиорантов, а доза Д3 глауконита сокращала подвижность Ni более чем на 60%. Такая же закономерность наблюдалась и для подвижных форм Си, доля которых снижалась на 60% и более (рис. 1, Б1).
Шунгит показал хорошие сорбционные свойства, что, вероятно, обусловлено наличием адсорбционных центров, представленных в шунгите углеродными составляющими [Mosin, Ignatov, 2013].
Привнесение диатомита в Гл-крио уменьшало подвижность Ni и Си, сокращало доли их водорастворимых форм. Эффект снижения подвижности Си при добавлении диатомита, содержащего крем-
ниевую кислоту, вероятно, связан как с образованием нерастворимой соли Cu2SiO4, так и адсорбцией благодаря тонкопористой структуре. Благоприятное влияние диатомита на концентрации Cu в природных средах отмечалось другими исследователями. Так, Матыченков и др. [2002] и Куликова [2013] указывали на экологические свойства высококремнистых пород. Исследованиями [Апакашев и др., 2021] показана адсорбция диатомитом 64% ионов Си из раствора. Внесение диатомита в дозе 5 т-га-1 в чернозем типичный, загрязненный медью (4ПДК), блокировало ее токсическое действие на урожайность зерна яровой пшеницы [Куликова и др., 2022] благодаря его высокой адсорбционной и ионообменной емкости. В черноземе обыкновенном карбонатном суглинистом Ростовской области при добавлении диатомита уменьшалось количество непрочно связанных соединений меди, извлекаемых 1 н. ААБ, — до 15% от общего содержания металла в почве [Барахов и др., 2021].
Добавка глауконита в качестве ремедианта уменьшала подвижность как Ni, так и Cu, что также отмечалось в других работах. Статистически значимый эффект детоксикации грунта, выражающийся в снижении содержания подвижных форм никеля, также выявлен при добавлении эфеля, содержащего глауконит [Южанин и др., 2021].
Обработка почвы бентонитом Д1 повлияла на подвижные формы и уменьшала концентрации Ni и Cu, тогда как более высокие дозы не приводили к существенному изменению концентрации ТМ в ААБ вытяжке. Возможно, это связано с подщела-чиванием почв за счет присутствия соды в составе бентонитовой глины и образования гидроксидов металлов. Кроме того, в работах [Bolan et al., 2003] отмечалось, что с увеличением значений рН может происходить диссоциирование функциональных групп органического вещества, таких как феноль-ные, гидроксильные, карбоксильные, карбонильные. Описано [Young, 2013], что комплексообразо-вание в растворе, особенно с ГК и ФК, увеличивает растворимость прочно связанных металлов; медь обладает самым сильным сродством к гуминовой и фульвокислотам. До 99% Cu в почвенном растворе образует комплекс с фульвокислотой [Temminghoff et al., 1997]. В наших экспериментах щелочные значения рН вызывали, очевидно, образование растворимых комплексов ТМ с органическим веществом, а также комплексов меди (II) типа Cu(OH)2 и Cu02-2 [Амангусова и др., 2015]. В присутствии соответствующих лигандов возможно образование растворимых комплексов ТМ даже при значениях pH, при которых ТМ выпадают в осадок в их отсутствие. Нахождение Cu в виде отрицательно заряженных комплексных ионов снижало вероятность ее связывания по модели сорбции на поверхности глинистых частиц после обработки почвы ремеди-антом. Кроме того, присутствие сульфатов в почве,
согласно произведениям растворимости, приводило к образованию растворимой соли меди [Вассерман, 1962].
Между тем добавка бентонита во всех дозах имела наибольший эффект снижения концентраций как Ni (Д2 и Д3), так и Си в водной вытяжке (рис.1 А2, Б2), что, возможно, объясняется высокой удельной поверхностью и строением кристаллической решетки монтмориллонита — основной части бентонита, обеспечивающим возможность удерживаться в межслойном пространстве части Ni и Cu от общей высокой концентрации.
АлБ. В АлБ почве эффект снижения подвижности Ni и Cu при внесении ремедиантов не был выражен, наибольшая сорбция металлов достигалась обработкой бентонитом и снижением их подвижных форм. Обратный эффект применения всех ремедиантов наблюдали при анализе водорастворимых форм Ni и Cu. Такой эффект объясняется загрязнением почв НП, при котором происходило обволакивание почвенных отдельностей, и действием сорбентов в первую очередь на поглощение этого загрязнителя.
Фитотоксический эффект ремедиантов на высшие растения. Гл-крио. В нашем исследовании по фитотестированию Гл-крио почвы со всеми видами ремедиантов (шунгит, диатомит, глауконит и бентонит) и внесенными дозами (Д1, Д2 и Д3) проявили токсичность по отношению к овсу. В эксперименте фиксировали фитотоксический эффект как на почвах с внесенными сорбентами, так и в контрольном образце (референтном) по сравнению со всхожестью семян на воде, что было ожидаемым. Противоположная картина получена для фитоте-стирования почв, обработанных ремедиантами, с использованием культуры Brassica rapa CrGC. Эффект стимуляции роста корней, вероятно, обусловлен снижением фитотоксичности почв.
АлТГпочва. В эксперименте с АлТГ (рис. 4), очевидно, в результате загрязнения почв НП проявился эффект гормезиса в контрольных образцах почв (без добавления ремедиантов) на фоне фульватного гумуса почвы. Внесение ремедиантов приводило к сорбции НП, что отмечалось в ряде работ [Kovaleva et al., 2021]. В целом установлена направленность снижения энергии прорастания A. sativa достоверно (р <0,05) по отношению к контрольному варианту. За счет сорбции ремедиантами НП во временном отрезке всхожесть семян, отклик роста корня демонстрировали максимум при добавлении диатомита (Д2 и Д3), глауконита (Д2) и бентонита (Д3).
Энергия прорастания B. rapa CrGC на контрольной почве ингибировалась по сравнению с вариантом прорастания семян на воде, что свидетельствовало о большем влиянии НП на эту культуру, нежели на A. sativa. Это, очевидно, объясняется гидрофобными свойствами НП, а также свойствами самой почвы (ее гумусированностью и качеством
гумуса). Разные дозы ремедиантов по-разному влияли на способность семян к прорастанию. Так, Д1 глауконита увеличивала длину корня на 20%, тогда как Д2 и Д3 не вызывали достоверного отличия по сравнению с контролем, что может быть связано с сорбцией не только загрязняющих, но и питательных веществ, на что указывалось в других работах [Коуа1еуа е! а1., 2021]. На фоне добавления всех ремедиантов для длины корней наблюдалось подавление роста корней относительно контроля, что обусловлено присутствием НП и их гидрофобными свойствами.
Взаимосвязь между результатами фито-тестирования и химическими характеристиками почвы. Анализ главных компонентов (ГлК) позволяет выявить и обобщить закономерности в изменении реакции растений на свойства почв при внесении ремедиантов. Обнаружено, что первые две основные компоненты являются наиболее значимыми (собственные значения >1) и отвечают за 65% общей дисперсии экспериментальных данных для Гл-крио (рис. 5, А1, А2) и 60% для АлТГ (рис. 5,
Б1, Б2). Применение математического аппарата в виде Метода ГлК для обработки полученных данных показало, что наиболее значимыми факторами, которые объединяются в одну группу, являются концентрации различных форм тяжелых металлов (никель и медь) и реакция среды. График проекции наблюдений на факторную плоскость формирует закономерные группы в ГЛ-крио: для ГлК1 — контроль и разные дозы бентонита (Д2 и Д3), глауконита и шунгита; для ГлК2 — диатомит. Это отражает влияние диатомита на факторы второй компоненты: энергия прорастания и средняя длина корня семян редьки; влияние остальных сорбентов — на энергию прорастания и среднюю длину корня овса. Подобных закономерностей для АлТГ почвы не выявлено ввиду ее загрязнения НП.
Заключение
Результаты химического анализа показали высокий уровень загрязнения референтных (контрольных) почв, использованных для оценки эффективности ремедиантов. При этом в водную
А1
Глеезем криометаморфлнеский. РСА Проекция переменных на факторную плоскость
А2
-0,5 0,0 0,5
Фактор 1 : 37,33%
& § -1
Глеезем криометаморфическйй. РСА Проекция наблюдений на факторную плоскость
ДиатомитД1 о Диатом ит Д2 о БентонитДЗ . —- -о
ДиатомитДЗ о ШунгитД1 о
■ ШунгитД2 Глауконит Д1 БентонитД1 о БентонитД2 .
. ГлауконитДЗ о--- Я ° ■ Глауконит Д2 ШунгитДЗ Контроль , о .
0 1 Фактор 1: 37,33%
Б1
Аллювиальная почва. РСА Проекция переменных на факторную плоскость
Б2
ВсхожестьРедька \
/ / КорниРедька \
[ Всхо$естьОвес
хЛОв КорниОвес
\ ОиВОДН \ ^цподв/ \иП0Дв/ .
-0,5 0,0 0,5
Фактор 1 : 39,29%
Аллювиальная почва. РСА Проекция наблюдений на факторную плоскость
ГлауконитДЗ
ШунгитД1 ДиатомитДЗ ШунгитДЗ Контроль
ГлауконитД2 БентонитД1
ШунгитД2
^ Диат^митД1 ГлауконитД1 ^ ДиатомитД2
0 1 2 Фактор 1: 39,29%
Рис. 5. Метод главных компонент, примененный для анализа данных
1,0
2
0,5
со 0
0,0
-0,5
-1,0
1,0
1,0
2
3
1,0
0,5
0,0
-0,5
-1,0
-1 ,0
1,0
вытяжку, характеризующую наиболее подвижную миграцию, в том числе в водные среды, переходила незначительная часть № и Си, что объяснялось буферной способностью почв и их устойчивостью к загрязнению. Доля подвижных форм ТМ в почвах велика, они потенциально доступны для растений и способны влиять на экологическое состояние сопредельных сред.
Исследование эффективности применения ре-медиантов для основных типов почв южной тундры, загрязненных высокими концентрациями ТМ (№ и Си), продемонстрировало возможность их применения без сопутствующего загрязнения нефтепродуктами. Сравнение химической способности ремедиантов (шунгита, диатомита, глауконита, бентонита) иммобилизовывать металлы, переводя их в малоподвижное состояние по сравнению с референтной почвой, выявило эффективность снижения токсичности почв при высоких уровнях загрязнения.
При сопоставлении детоксицирующей способности исследуемых ремедиантов установлено достоверное снижение концентрации № и Си при экстрагировании ААБ и водой из Гл-крио почвы. Доля подвижных форм № и Си снижалась на 50% и более при добавлении любой дозы ремедиантов. Сокращение концентрации водорастворимых форм № было наилучшим при добавлении Д1 шунгита, любой дозы диатомита и Д2, Д3 бентонита; Си — при обработке Д1 и Д2 диатомитом. Ввиду очень высокого загрязнения почв ТМ однократная обработка почвы ремедиантами не позволила достичь фоновых значений. При исследовании эффективности ремедиантов по показателям экотоксичности техногенно-загрязненной Гл-крио почвы установлено, что присутствие ремедиантов не влияло на энергию прорастания и длину корня овса, тогда как фитотест с редькой масличной подтверждал отсутствие фитотоксичного эффекта почв, загрязненных металлами, при ее обработке. Диатомит в дозе внесения Д1 и Д2 имел достоверный преимущественный ремедиационный эффект снижения как кисло-торастворимых, так и водорастворимых форм № и Си в Гл-крио почве по сравнению с загрязненным контрольным вариантом.
Добавки ремедиантов в любой дозе в АлТГ почву оказались бездейственными по отношению как к подвижным, так и водорастворимым формам никеля и меди, что связано с загрязнением почв нефтепродуктами. Действие ремедиантов, в первую очередь, было направлено на сорбирование органического поллютанта.
Информация о финансировании работы
Исследование выполнено в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (тема № 121040800147-0 «Почвенные информационные си-
стемы и оптимизация использования почвенных ресурсов»).
КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
СТИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Указ Президента РФ № 645 от 26 октября 2020 г. «О Стратегии развития Арктической зоны Российской Федерации и обеспечения национальной безопасности на период до 2035 года».
2. Указ Президента РФ № 818 от 02.11.2023 «О развитии природоподобных технологий в Российской Федерации».
3. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. Л., 1987.
4. Амангусова Л.А., Захарова В.С., Калугин Ю.А. Оценка методов обезжелезивания оборотных технологических растворов // Современные наукоемкие технологии. 2015. № 2.
5. Апакашев Р.А., Валиев Н.Г., Усманов А.И. и др. Эффективность природных сорбентов при адсорбции ионов тяжелых металлов // Известия ТулГУ 2021. № 4.
6. Барахов А.В., Минкина Т.М., Манджиева С.С. и др. Инактивация Си в загрязненных почвах с использованием гранулированного активированного угля и диатомита // Тезисы докладов VIII съезда Общества почвоведов им. В.В. Докучаева и Школы молодых ученых по морфологии и классификации почв. ИБ ФИЦ Коми НЦ УрО РАН. 2021. Ч.3.
7. Бондаренко Л.С., Магомедов И.С., Терехова В.А. и др. Нанокомпозиты на основе магнетита и активированного угля: синтез, сорбционные свойства, биодоступность // Прикладная химия. 2020. Т. 93, вып. 8.
8. Бурцева Е.И., Петрова А.Н. Экологические проблемы северных территорий Якутии в условиях промышленного освоения и глобального потепления // Успехи современного естествознания. 2017. № 5.
9. Вассерман И.М. Производство минеральных солей. Л., 1962.
10. ВишневаяЮ.С., ПоповаЛ.Ф. Оценка экологического состояния и степени загрязнения тяжелыми металлами почв Арктики // Вестн. МГОУ Сер. Естественные науки. 2016. № 2.
11. Водяницкий Ю.Н. Экотоксикологическая оценка опасности тяжелых металлов и металлоидов в почве // Агрохимия. 2012. № 2.
12. ГОСТ 26213-91 Почвы. Методы определения органического вещества.
13. ГОСТ 28268-89 Почвы. Методы определения влажности, максимальной гигроскопической влажности и влажности устойчивого завядания растений.
14. ГОСТ Р ИСО 22030-2009 Качество почвы. Биологические методы. Хроническая фитотоксичность в отношении высших растений.
15. Дзеранов А.А., Самбрано Гари С.К., Батаков А.Д. и др. Стимулирующий фитоэффект Fe3O4-активиро-ванного угля при комбинированном загрязнении почвы антибиотиком ципрофлоксацином и медью // Проблемы агрохимии и экологии. 2023. № 4.
16. Ильин В.Б., Сысо А.И. Тяжелые металлы и радионуклиды в почвах естественных и антропогенных ланд-
шафтов Западной Сибири // Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде. Семипалатинск, 2002.
17. Ильин В.Б. Геохимическая ситуация на территории Обь-Иртышского междуречья // Почвоведение. 2007. № 12.
18. Карпухин А.И., Касатиков В.А. Комплексные соединения гумусовых кислот с ионами металлов в генезисе почв и питании растений. М., 2007.
19. Герасимова М.И., Шишов Л.Л., Тонконогов В.Д. и др. Классификация и диагностика почв России. Смоленск, 2004.
20. Ковалева Е.И., Гучок М.В., Ледовских С.С. и др. Аспекты вовлечения отходов бурения в процессы почвообразования // Экология и промышленность России. 2019. Т. 23, № 8.
21. Копцик Т.Н. Современные подходы к ремедиа-ции почв, загрязненных тяжелыми металлами (обзор литературы) // Почвоведение. 2014. № 7.
22. Копцик Т.Н., Копцик С.В., Смирнова И.Е. и др. Влияние деградации и ремедиации почв техногенных пустошей на поглощение элементов питания и тяжелых металлов растениями в Кольской Субарктике // Почвоведение. 2021. № 8.
23. Копцик С.В., Копцик Т.Н. Оценка современных рисков избыточного накопления тяжелых металлов в почвах на основе концепции критических нагрузок (обзор) // Почвоведение. 2022. № 5.
24. Куликова А.Х. Кремний и высококремнистые породы в системе удобрения сельскохозяйственных культур. Ульяновск, 2013.
25. Куликова А.Х., Тойгильдин А.Л., Цаповская О.Н. Питательный режим и биологическая активность почвы в зависимости от загрязнения медью и роль диатомита как детоксиканта // Аграрная наука. 2022. № 1.
26. Ладонин Д.В. Сравнительная оценка адсорбции редкоземельных элементов некоторыми типами почв // Почвоведение. 2019. № 10.
27. Ладонин Д.В., Решетников С.И., Нежданова Л.К. Активность ионов меди в загрязненных и фоновых почвах в условиях модельного эксперимента // Почвоведение. 1994. № 8.
28. Линник П.Н., Зубко А.В. Гумусовые вещества как важный фактор в миграции металлов в системе донные отложения — вода // Экологическая химия. 2007. Т. 16, № 2.
29. Матыченков В.В., Бочарникова Е.А., Аммосо-ва Я.М. Влияние кремниевых удобрений на растения и почву // Агрохимия. 2002. № 2.
30. Методические рекомендации по выявлению деградированных и загрязненных земель. 1995.
31. Мосин О.В Математическая модель взаимодействия минералов шунгита и цеолита с водой // СОК. 2015. № 8.
32. Национальный Атлас почв Российской Федерации. М., 2011.
33. Обухов А.И., Плеханова И.О. Атомно-абсорбци-онный анализ в почвенно-биологических исследованиях. М., 1991.
34. Плеханова И.О., Золотарева А.О. Оценка и нормирование экологического состояния почв, загрязненных тяжелыми металлами // Агрохимия. 2021. № 7.
35. Плеханова И.О., Куликов В.О., Шабаев В.П. Влияние ризосферных бактерий на продуктивность растений
пшеницы и поступление элементов из загрязненных почв // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2023. № 3.
36. ПНД Ф 16.1:2.2.22-98 «Методика измерения массовой доли нефтепродуктов в почве и донных отложениях методом ИК-спектрометрии. Количественный химический анализ почв».
37. ПНД Ф 16.2.2:2.3.71-2011 «Количественный химический анализ почв. Методика измерений массовых долей металлов в осадках сточных вод, донных отложениях, образцах растительного происхождения спектральными методами».
38. Попова Л.Ф., Никитина М.В., Андреева Ю.И. и др. Тяжелые металлы в почвах Евро-Арктических территорий // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2019. Т. 62, вып. 3.
39. Природные сорбенты. Материалы Сессии АН СССР. Науч. совет по синтезу, изучению и применению адсорбентов. Отв. ред. В. Т. Быков. М., 1967.
40. Пукальчик М.А., Терехова В.А., Якименко О.С. и др. Сравнение ремедиационных эффектов биочара и лиг-ногумата на почвы при полиметаллическом загрязнении // Теоретическая и прикладная экология. 2016. № 2.
41. Сазонов А.Д., Комаров Р.С., Передера О.С. Разлив нефтепродуктов в Норильске 29 мая 2020 года: предполагаемые причины и возможные экологические последствия // Экология. Экономика. Информатика. Сер. Системный анализ и моделирование экономических и экологических систем. 2020. Т. 1, № 5.
42. СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания».
43. Сергеева Ю.Д., Кирюшина А.П., Калеро В.К. и др. Сравнение эффективности микро- и наночастиц нуль-валентного железа при детоксикации техногенно загрязненной почвы // Почвоведение. 2023. Т. 56, № 2.
44. Соколов Ю.И. Арктика: к проблеме накопленного экологического ущерба // Арктика: экология и экономика. 2013. № 2.
45. Сысо А.И., Соколов Д.А., Сиромля Т.И. и др. Антропогенная трансформация свойств почв ландшафтов Таймыра // Почвоведение. 2022. № 5.
46. Терехова В.А., Прудникова Е.В., Кирюшина А.П. и др. Фитотоксичность тяжелых металлов в дерново-подзолистых почвах разной степени окультуренности // Почвоведение. 2021. № 6.
47. Трофимов С.Я., Аммосова Я.М., Орлов Д.С. и др. Влияние нефти на почвенный покров и проблема создания нормативной базы по влиянию нефтезагрязнения на почвы // Вестн. Моск. ун-та. Сер.17. Почвоведение. 2000. № 2.
48. ТУ 08.12.22-012-01424676-2019 «Глинопорошки бентонитовые для производства буровых растворов».
49. ТУ 5761-001-59266087-2005 «Диатомит измельченный».
50. Фролов В.Т. Литология. Кн. 2. М., 1993.
51. Южанин К.И., Сырчина Н.В., Кулаков В.Н. и др. Влияние глауконитсодержащих отходов обогащения фосфоритов на подвижность тяжелых металлов в почвах // III Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Технологии переработки отходов с получением новой продукции». Киров, 2021.
52. Bolan N., Adriano D., Curtin D. Soil acidification and liming interactions with nutrient and heavy metal transfor-
mation and bioavailability // Advances in Agronomy. 2003. Vol. 78.
53. FAO. World Reference Base for Soil Resources Rome. 2015.
54. Kovaleva E.I., Guchok M.V., Terekhova V.A., De-min V.V., Trofimov S.Ya. Drill cuttings in the environment: possible ways to improve their properties // Journal of Soils and Sediments. 2021. Vol. 21.
55. Maharana M., Manna M., Sardar M. et al. Heavy metal removal by low-cost adsorbents // Environmental Chemistry for a Sustainable World. 2021. Vol. 49.
56. Mosin O.V., Ignatov I.I. The structure and composition of natural carbonaceous fullerene containing mineral shungite // International Journal of Advanced Scientific and Technical Research. 2013. Vol. 6(3).
57. Mucha A.P., Almeida C.M.R., Bordalo A.A. et al. Exudation of organic acids by a marsh plant and implications
on trace metal availability in the rhizosphere of estuarine sediments // Estuarine, Coastal and Shelf Science. 2005. Vol. 65, № 1.
58. Park J.H., Lamb D., Paneerselvam P. et al. Role of organic amendments on enhanced bioremediation of heavy metal (loid) contaminated soils // Journal of Hazardous Materials. 2011. Vol. 185, № 2.
59. Temminghoff E.J.M., Van der Zee S.E.A.T.M., de Haan F.A.M. Copper mobility in a copper-contaminated sandy soil as affected by pH and solid and dissolved organic matter // Environmental Science and Technology. 1997. Vol. 31.
60. Young S.D. Chemistry of heavy metals and metalloids in soils // Heavy Metals in Soils. 2013.
Поступила в редакцию 03.11.2023 После доработки 12.01.2024 Принята к публикации 01.02.2024
ВЕСТНИК МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА. СЕРИЯ 17. ПОЧВОВЕДЕНИЕ. 2024. Т. 79. № 2 LOMONOSOV SOIL SCIENCE JOURNAL. 2024. Vol. 79. No. 2
THE EFFICACY OF AMELIORANTS FOR REMEDIATION OF SOILS CONTAMINATED WITH HEAVY METALS, IN A LAB EXPERIMENT
Е. I. Kovaleva, P. M. Perebasova, D. А. Avdulov, D. V. Ladonin, S. Ya. ^ofimov
The effectiveness of remediators in detoxification of soils contaminated with heavy metals was studied in a lab experiment. The objects of the study were the soils of the southern tundra, functioning under conditions of anthropogenic impact: Haplic Gleysols (Gelic) and Histic Fluvisols (Oxyaquic). The chemical ability of remediants to bind metals (Ni and Cu), transferring them to a sedentary state in comparison with the reference variants (without any addition of remediants), was evaluated. In experiments, remediants were used in three doses (D1, D2, D3): shungite; diatomite, glauconite and bentonite. To assess the immobilization of Ni and Cu in soils, acid-soluble (CR) forms (extraction of 1 n. HNO3), mobile forms (ammonium acetate buffer solution with pH 4.8), water-soluble forms of Ni and Cu (1:20 aqueous extract) were determined by inductively coupled plasma mass spectrometry. The effectiveness of soil detoxification during the application of remediants was evaluated by the phytotoxic effect in an express phytoassay with standardized tests (Brassica rapa CrGC and Avena sativa) represented by higher plants. A decrease in the proportion of mobile forms of Ni and Cu by 50% or more in Haplic Gleysols (Gelic) was revealed with the addition of any dose of ameliorants. The greatest effect of reducing mobility was exerted by shungite and diatomite at a dose of D1 — up to 15% Ni and Cu for Histic Fluvisols (Oxyaquic) soil. The use of the selected remediants in the indicated amounts did not reveal a phytotoxic effect on the tests in the experiment.
Keywords: nickel, copper, soil toxicity, southern tundra, mineral sorbents.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Ковалева Екатерина Игоревна, канд. биол. наук, ст. науч. сотр. кафедры географии почв факультета почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова, e-mail: [email protected]
Перебасова Полина Максимовна, магистр факультета почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова, e-mail: [email protected]
Авдулов Данила Андреевич, магистр факультета почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова, e-mail: [email protected]
Ладонин Дмитрий Вадимович, докт. биол. наук, профессор кафедры химии почв факультета почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова, e-mail: [email protected]
Трофимов Сергей Яковлевич, докт. биол. наук, профессор кафедры химии почв факультета почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова, e-mail: [email protected]
© Kovaleva Е.1., Perebasova P.M., Avdulov D.A., Ladonin D.V., ^ofimov S.Ya., 2024
