CC BY
5
22. Assessment of the ecological state of the Central Federal District regions based on economic and mathematical modeling of priority areas of environmental protection / R.A. Zhukov, N.O. Kozlova, E.V. Khlynin, S.V. Gorodnichev // Izvestiya Tula State University. Earth Sciences. 2022. Issue 4. pp. 465-479.
23. Territorial body of the Federal State Statistics Service for the Tula region. URL: https://71.rosstat.gov.ru /.
24. The Unified Interdepartmental Statistical Information System (EMISS). URL: https://www.fedstat.ru
25. Prokopchina S.V. Bayesian intelligent technologies in the problems of modeling the distribution law under uncertainty: monograph. M.: Publishing House "SCIENTIFIC LIBRARY", 2020. 292 p.
26. Prokopchina S.V. Fundamentals of the theory of scaling in economics: textbook. M.: Publishing house "SCIENTIFIC LIBRARY", 2021. 272 p.
27. Zhukov R.A., Prokopchina S.V. The software package "Info-analyst 2.0". Certificate of state registration of computer software No. 2024617544 dated 04/03/2024.
28. Zhukov R.A. An approach to assessing the functioning of hierarchical socioeconomic systems and decision-making based on the EFRA software complex // Business Informatics. 2020. Vol. 14. No. 3. pp. 82-95.
29. Multicriteria optimization as a methodology for ensuring sustainable development of regions: Tula region of the Russian Federation / R.A. Zhukov [et al.] // International Journal of Sustainable Development and Planning. 2023. vol. 18. No. 4. pp. 1057-1068.
УДК 551:546.3:631:581.1
ИСТОЧНИКИ СВИНЦА В СРЕДЕ И ПРОБЛЕМЫ СНИЖЕНИЯ ЕГО СОДЕРЖАНИЯ В ПОЧВЕ
В.В. Иванищев, Т.Е. Сиголаева
Собраны данные и обсуждены вопросы, касающиеся источников загрязнения среды свинцом в связи с его производством и использованием человеком. Описаны формы свинца и динамика его содержания в среде. Рассмотрены вопросы доступности металла для растений и механизмы его проникновения в них. Отмечены негативные эффекты присутствия свинца в среде для растений. Описаны механизмы негативного влияния металла на рост, развитие и морфологические, а также физиолого-биохимические характеристики растений. Рассмотрены способы снижения содержания металла в загрязненных почвах и его доступности для растений. Обсуждаются пути биоремедиации почвы в отношении этого металла.
Ключевые слова: свинец, загрязнение, окружающая среда, формы свинца в почве, растения, биоремедиация.
Добыча полезных ископаемых, разные виды промышленного производства с использованием металлов, неправильные утилизация отходов и ведение сельскохозяйственного производства создают проблему перманентного загрязнения окружающей среды [1 - 4].
При этом горнодобывающая деятельность, выбросы промышленных предприятий, использование удобрений и пестицидов, применение осадков сточных вод и зачастую отсутствие эффективных методов утилизации отходов приводят к загрязнению почвенных и водных экосистем, в первую очередь, тяжелыми металлами. Это затрагивает не только близлежащие участки подобных производств, но и гораздо более обширные территории [5, 6].
На долю свинца приходится наибольшая часть, составляющая около 10 % общего загрязнения, вызванного всеми тяжелыми металлами [7]. При этом исследователи полагают, что главными источниками загрязнения почв свинцом являются атмосферные выпадения как местного характера (за счет деятельности промышленных предприятий, теплоэлектростанций, автотранспорта, добычи полезных ископаемых и др.), так и результаты трансграничного переноса. Для сельскохозяйственных почв имеет значение попадание соединений свинца с минеральными удобрениями (особенно фосфорными), а также вынос вместе с урожаем. Исследования показывают, что наибольшему загрязнению тяжелыми металлами подвергаются почвы и растения в радиусе 2 - 5 км от металлургических предприятий, 1 - 2 км от рудников и ТЭЦ и в полосе 0 - 100 м от автомагистралей. В то же время локальное загрязнение почв содержащими свинец предметами (использованными аккумуляторами, обрывками кабелей со свинцовой оболочкой и др.). создает многократно более высокие уровни загрязнения [8]. При этом почвы сельскохозяйственного назначения характеризуются, как правило, гораздо более низким содержание металла, которое может составлять от 6,8 до 12 мг/кг. В почвах с илистой фракцией и при уменьшении ее кислотности наблюдается увеличение концентрации свинца.
Как показали исследования, 61 % территории России характеризуется уровнем содержания свинца в области 10...20 мг/кг, что характерно для разных типов почв: дерново-подзолистых, дерново-подзолисто-глеевых, болотных, серых лесных и др. На долю почв с содержанием металла до 10 мг/кг приходится примерно 28 % территории страны [8].
Интерес к свинцу определяется не только его широчайшим использованием в деятельности человека, но и значительным негативным воздействием на все живые организмы и системы. В отличие от многих иных тяжелых металлов свинец не связан с выполнением каких-либо физиолого-биохимических процессов или реакций. При этом повышенное содержание этого металла в среде приводит к появлению наблюдаемых человеком эффектов, в первую очередь у растений, морфологического, физиологического и биохимического характера [9 - 11]. Первоначально ионы металла аккумулируются в корнях. Из них только малая часть ионов может транспортироваться в надземные органы растений, благодаря наличию специальных физиолого-биохимических механизмов нейтрализации,
например, с помощью специальных белков, синтезируемых в корневой системе - металлотионеинов [7, 10]. В то же время тяжелые металлы также негативно влияют и на микробную активность, и на плодородие почвы. В результате повышение уровня загрязнения создается долгосрочная угроза продуктивности сельского хозяйства [12].
При этом механизмы влияния свинца часто непонятны, но часто определяются кумулятивным (накопительным) эффектом металла в органах и тканях, что приводит к явлениям токсичности [10]. Возможно, основной физиолого-биохимический эффект связан с нарушением компонентов мембран, инактивацией ряда ферментов, а также стимуляцией окислительного стресса с соответствующими негативными проявлениями, в первую очередь, с увеличением количества активных форм кислорода [10,13].
Поскольку люди прямо или косвенно зависят от растений в удовлетворении своих ежедневных потребностей, постольку возникает необходимость рассмотрения проблемы, касающейся загрязнения среды свинцом. В связи с этим цель данной работы состояла в анализе накопленного материала по динамике свинца в окружающей среде и используемых технологий, которые можно использовать для решения проблемы снижения содержания этого металла в загрязненных почвах.
Источники появления свинца в среде
Свинец не встречается в природе в чистом виде. Он присутствует в залежах полиметаллического или самостоятельного типа. На сегодняшний день известны 180 минералов свинцовой руды. При этом свинец встречается в связанном состоянии, в виде сульфидов, карбонатов, сульфатов, хлоридов, хромитов, молибдатов и других форм. Типичными спутниками металла в полиметаллических залежах оказываются ценные металлы, главное место среди которых занимает цинк. Известно также, что крупнейшие месторождения свинца находятся в Австралии, Мексике, Канаде, США и Перу [14].
Согласно данным международной компании International Lead & Zinc Study Group (ILZSG), ежегодное производство свинца в мире варьирует в зависимости от разных факторов, таких как спрос на автомобили, эпидемии, забастовки рабочих и пр. [15]. При этом вариации могут составлять до нескольких процентов в год. Так, по данным [16], в 2023 году увеличение производства свинца в мире составило 2,8 %, причем для разных стран изменения были гораздо более значительными. Например, для Австралии они составили +41,2 %, в то время как для Болгарии, Италии, Японии - -5,5 %, Южной Кореи - -2,1 %, России, Казахстана - -6,1 %.
Среди крупнейших производителей металла (включая вторичный свинец, полученный из переработанных отходов, доля которого составляет 2/3 общего производства) следует отметить Китай (около 5 млн т). США
производят его примерно в 4,5 раза меньше. Производство в России составляет только 140 тысяч тонн [16].
Далее свинец перерабатывается и используется в судостроении, строительстве зданий и сооружений, производстве и ремонте автомобилей и пр. При этом немалую долю загрязнения создают выбросы нефтеперерабатывающих предприятий, использование транспортных средств (этилированный бензин для авиации и автомобилей), производство некоторых удобрений, электронно-лучевые трубки, электронные отходы в целом, использование красок и покрытий на основе свинца, производство и переработка отдельных видов труб и аккумуляторов, использование металлических сеток, производство отдельных элементов оружия, керамических изделий [7, 10]. До сих пор соединения свинца применяют в производстве игрушек, красок, книгопечатании, некоторых традиционных лекарственных препаратов. [7].
По официальным документам Госкомсанэпиднадзора России свинец относят к веществам 1-го класса опасности, таким как ртуть, кадмий и др. При этом фоновое содержание его определяют величиной, равной 26 мг/кг почвы. Валовое содержание (ПДК, ОДК) оценивают в 130 мг/кг, а ПДК подвижных форм - в 6 мг/кг почвы [17].
Согласно ежегоднику [18] загрязнение свинцом почв в разных федеральных округах нашей страны колеблется в широких пределах -0,4...27 мг/кг почвы. При этом в промышленно развитых районах эта усредненная величина часто составляет 10.20 мг/кг почвы, несмотря на гораздо большие величины в отдельных городах и поселках, где они могут достигать величин 100.250 мг/кг, особенно вблизи предприятий промышленности. Также со временем отмечается рост уровня загрязнения непромышленных территорий.
В Тульской области загрязнения свинцом относительно невелики и часто соответствуют 12.18 мг/кг, а подвижные формы - 0.0,5 мг/кг почвы [19]. При этом загрязнение отдельных территорий намного выше вследствие работы промышленных предприятий. Показано, например, что кис-лото-растворимые формы свинца в поверхностных пробах почв составляют 310 мг/кг (г. Суворов), 700 мг/кг (д. Малое Колодезное Новомосковского р-на), 800 мг/кг (г. Плавск), 180 мг/кг (дер. Шилово Ефремов-ский р-н) [20].
Преобразование форм свинца в почвах
В почве свинец обычно присутствует в виде ионов, связанных с различными анионами неорганической природы или лигандами органического происхождения. Среди ионов неорганической природы можно отметить ионы бикарбоната, карбоната, сульфата. Органическими лигандами могут выступать разные аминокислоты, а также фульво- и гуминовые кислоты. Также показана возможность адсорбции свинца на поверхности ча-
стиц (например, оксидов железа, биологического материала и органических веществ) [7].
В целом, распределение свинца в почве обусловлено сочетанием факторов, включающих такие химические процессы, как реакции окисления и восстановления, адсорбция катионов на обменном комплексе, хела-тирование органическими веществами, оксидами металлов и круговорот растительности [21]. Такое многообразие форм металла в почве обусловлено его способностью образовывать множество ионных связей. Благодаря прочному связыванию с органическими и коллоидными материалами свинец в почве растворим и, следовательно, доступен для поглощения растениями [21]. рН почвы играет важную роль в удержании свинца почвами. Исследование показывает, что растения, выращиваемые в почве, поглощают больше свинца из кислых почв, чем из щелочных [22]. При этом биодоступность металлов регулируется: (а) минеральным статусом почвы; (б) степенью ее минерализации; и (с) наличием транспортеров в мембранах клеток корней растений. Основными путями поглощения металлов растениями являются пассивное поглощение, обусловленное градиентом мембранной концентрации, и индуцируемое субстрат-специфическое и энергозависимое поглощение [23].
На проникновение свинца в растения значительное влияние оказывает микрофлора ризосферы, чья деятельность может менять растворимость свинца и его доступность для поглощения вегетирующими растениями [9]. Несмотря на то, что большая часть свинца обычно накапливается в верхних слоях почвы, различают 8 фракций, содержащих металл. Исследователи полагают, что из-за специфической и прочной связи все фракции свинца недоступны живым существам. При этом только растворимая и обменная фракции металла могут стать биодоступными. Как правило, эти формы включают двухвалентные ионы металла [24].
Основным фактором динамики свинца в почве считают величину ее рН [24]. При этом в кислых почвенных условиях свинец существует преимущественно в виде водного раствора двухвалентного свинца, координированного с несколькими молекулами воды [РЬ(Н20)6+2], а в щелочных условиях его ионы легко образуют водные комплексы с гидроксильными ионами. По этой причине при рН 3-5 адсорбция свинца становится значительной, а при рН 6-7 происходит осаждение нерастворимых твердых веществ [25].
Другим фактором, оказывающим влияние на динамику металла в почве. является окислительно-восстановительный потенциал [24]. Хорошо известно, что тяжелые металлы легко растворяются в заболоченных почвах. Также следует отметить, что растворимость свинца сильно зависит от текстуры почвы, включающей глину, представленную разными типами минералов, и песок. Органическое вещество почвы также влияет на рас-
творимость свинца, поскольку при взаимодействии металлов с органическим веществом образуются комплексы [26].
Еще одним фактором, влияющим на мобилизацию свинца, является присутствие оксидов марганца и железа, которые значительно снижают поглощение свинца растениями, Другими факторами, влияющими на динамику содержания свинца в почве, являются физические свойства почвы, такие как проницаемость и трещиноватость [24].
Таким образом, рН почвы, ионообменная способность, окислительно-восстановительный потенциал, микробное сообщество почвы, текстура и минералогия почвы, а также органическое вещество почвы и пр. являются важными факторами, влияющими на адсорбцию, подвижность и растворимость свинца в почве, а также биодоступность для растений.
В то же время считается, что микоризный симбиоз с грибами может играть защитную роль против поглощения тяжелых металлов растениями. Двумя наиболее распространенными типами микоризных ассоциаций являются арбускулярные микоризы (АМ) и эктомикоризы (ЭКМ). Некоторые микоризные грибы обладают уникальными способностями связывать или иммобилизовать тяжелые металлы в почве или в своих гифах, действуя в качестве защитного барьера, защищающего растения от токсичности металлов [27]. Другой механизм состоит в регулировании рН почвы и высвобождении органических кислот, связывающих тяжелые металлы, переводя их в недоступную для растений форму. Кроме того, микоризный симбиоз может стимулировать выработку фитохелатинов и металлотионеинов в зерновых культурах [28]. Некоторые микоризные грибы индуцируют экспрессию генов, связанных с детоксикацией тяжелых металлов в растении-хозяине.
В целом, микоризные ассоциации являются важной естественной стратегией улучшения здоровья растений и снижения рисков, связанных с загрязнением почвы тяжелыми металлами. Но не все микоризные грибы обеспечивают одинаковый уровень защиты от поглощения тяжелых металлов, поскольку их эффективность зависит от различных факторов, включая вид грибов и тип тяжелого металла, присутствующего в почве
[29].
Пути поступления свинца в растения
Ионы металла могут проникать в растения из воздушного пространства через кутикулу и устьица [30]. Достигая эндодермы, ионы металла прочно связываются с клеточной стенкой и плазматической мембраной. При этом оба пути переноса ионов - апопласт и симпласт - после поясков Каспари заменяются симпластным путем [31]. В результате в процессы нейтрализации избытка металла включаются вакуоли клетки, благодаря которым происходит максимальное снижение его концентрации в цитоплазме [32]. Появление высоких концентраций ионов свинца в клетках растений вызывает разрушение барьера, представленного поясками Каспа-
ри. Далее ионы могут проникать в стебель и листья, где происходит конкуренция с ионами других металлов, которые важны для протекания многих биохимических реакций. Также образуются комплексы этих ионов с органическими и аминокислотами [32]. Благодаря транспирации и перемещению водного потока к устьицам, ионы металла могут попадать в межклеточные пространства мезофилла [7].
Основная часть металла может проникать в растения обычным путем через корневую систему с последующим транспортом в сосуды ксилемы [30]. При этом двудольные растения накапливают в корнях большее количество свинца, чем однодольные [10]. Также установлено, что благодаря разным физиолого-биохимическим механизмам в корнях накапливается больше металла, чем в побегах [7, 33]. Они могут включать синтез и накопление каллозы между плазматической мембраной и клеточной стенкой, взаимодействие металла с пектином, образование бляшек с участием ионов Fe/Mn, а также накопление свинца в вакуолях клеток корней [9]. Показано, что содержание свинца в различных органах растения имеет тенденцию к снижению в последовательности «корни > листья > стебель > соцветия > семена» [10].
При этом растения различаются по величине коэффициента переноса - количеству свинца, попадающего из почвы в растения. Он также может меняться в зависимости от физических и химических свойств почвы [32]. Растения с коэффициентом переноса более 1 классифицируются как гипераккумуляторы, тогда как растения с коэффициентом переноса ниже 1 относятся к категории неаккумуляторов свинца [10].
Устойчивость растений определяется стратегией, обусловленной особенностями физиологии и биохимии. Две контрастные группы устойчивых к таеому фактору растений различаются по способности накапливать свинец. Растения-исключатели удерживают металл в корневой системе, что делает невозможным его поступление в побеги. Другая группа -растения-гипераккумуляторы, характеризуется накоплением в побегах больших количеств свинца без видимого нарушения обмена веществ [7].
Влияние свинца на характеристики растений
Свинец, как и другие тяжелые металлы, существенно влияет на рост и развитие растений. Считается, что пороговый уровень негативного воздействия этого металла на растения для сельскохозяйственных почв составляет 50...300 мг/кг [24]. Если уровень свинца превышает этот критический предел, то все морфологические, физиологические и биохимические процессы существенно нарушаются [21].
Показано, что свинец ингибирует формирование проростков уже на стадии прорастания семян большого числа растений, в т.ч. многих важных сельскохозяйственных культур (ячменя - Hordeum vulgare, риса - Oryza sativa, кукурузы - Zea mays, люпина - Lupinus и др.) [10, 23, 32, 33]. При
этом наблюдается уменьшение размеров корней и гипокотиля, замедляется динамика роста побегов, а также накопление сухой массы корней и побегов. Избыток свинца в среде может привести даже к гибели растений [10,11,24].
В первую очередь происходят нарушения в формировании корневой системы растений, вследствие чего ухудшается водный баланс и минеральное питание, что внешне проявляется в почернении корневой системы и хлорозе [10, 30]. Изменения внутри растений затрагивают гистологию клеток и тканей, которые проявляются в уменьшении размеров клеток ксилемы и флоэмы, диаметра сосудов ксилемы сосудистых пучков, из-за чего листовая пластинка становилась тоньше [10, 32].
Исследования на взрослых растениях показали, что загрязнение свинцом почвы или при орошении плантаций загрязненной водой приводило к снижению размеров растений, уменьшению количества цветков и плодов [7]. Такой эффект показан для растений кокосовой пальмы, подсолнечника, бамии. В то же время показано, что даже при наибольшей концентрации металла (371,5 ррт) снижения массы плодов бамии не происходило [34]. Также показано накопление свинца в листьях, стеблях, цветках и плодах, например, стевии - Stevia гвЬапШапа и ежевики - ЯиЬт vulgdris, что важно для оценки пищевой ценности и безопасности таких растений для человека, используемых в питании и/или при лечении травами некоторых заболеваний [7].
В основе снижения биомассы и урожая (продуктивности) растений лежат, в первую очередь, нарушения углеводного обмена, обусловленного процессом фотосинтеза. Это связано с изменениями как усвоения энергии солнечного света, так и восстановления углекислого газа в углеводы. Установлено, что свинец препятствует синтезу хлорофилла, пластохинона, каротиноидов и других компонентов цепи переноса электронов, стимулирует синтез и активность хлорофиллазы, разрушающей хлорофилл, а также нарушает функционирование ферментов, которые участвуют в фиксации С02, меняется организация пигментных систем и повреждается структура хлоропластов. В результате снижения фотосинтетической активности уменьшается количество сосудистых пучков, площадь листьев, общая и продуктивная биомасса растений. При этом процессы, связанные с нарушением дыхания, изучены недостаточно ([10,24]).
В результате нарушений физиолого-биохимических процессов, связанных с фотосинтезом, уменьшением поступления питательных веществ и изменением водного баланса, а также развитием окислительного стресса, происходит снижение урожайности (как общебиологической, так и хозяйственно-ценной, например, зерна), которое в условиях присутствия свинца в среде для разных культур (риса, пшеницы, сахарной свеклы, хлопчатника, моркови и др.) может составлять от 12 до 46 % [24].
Молекулярные механизмы влияния могут включать нарушение состава как липидной мембраны, так и белковой фракции, в результате чего преодолевается защитная функция мембран. Появление ионов свинца внутри растений приводит к изменению активности и количества ключевых ферментов метаболических путей, например, фотосинтеза, метаболизма азота, синтеза углеводов, синтеза АТФ, а также ферментов, важных для преодоления развивающегося окислительного стресса. Последнее, например, показано для такого известного фермента, как каталаза. При этом химическая основа подобных взаимодействий обусловлена наличием у многих ферментов функционально важных сульфгидрильных групп [10].
Биоаккумуляция свинца в растениях как основа биоремедиации
В целом, биоаккумуляцию рассматривают как активный процесс, благодаря которому живые организмы поглощают и накапливают тяжелые металлы в своем внутриклеточном и межклеточном пространстве. Он обеспечивается, в первую очередь, за счет белковых комплексов мембран, которые и способствуют проникновению металлов в организм. Далее тяжелые металлы связываются определенными белками, пептидами, аминокислотами и другими органическими молекулами, из-за чего происходит постепенное увеличение содержания тяжелого металла в организме. При этом, как известно, накопление тяжелого металла в почве и в растениях приводит к негативным последствиям не только для отдельных организмов, популяций, но и для окружающей среды в целом, вследствие токсических эффектов [7, 35].
Восстановление почв в таких случаях может быть достигнуто с помощью традиционных методов фиторемедиации, когда живые растения фактически становятся экстракторами и накопителями [7]. Для этого процесса важны биодоступность металла, его биоаккумуляция с последующей биоконцентрацией и биомагнификацией. Механизмы, обеспечивающие фиторемедиацию, включают фитоэкстракцию, фитоиспарение, фитодегра-дацию, фитостабилизацию и ризофильтрацию.
Другими методами являются биоотвалы, гибридная техника компостирования и биоскладывания, использование биореакторов, например, шламовых и водных реакторов, используемых для очистки загрязненной почвы и воды через инженерную систему местной локализации [35].
Растения в целом обладают разной степенью толерантности к тяжелым металлам и эффективностью их поглощения. Неожиданно среди таких устойчивых к загрязнению тяжелыми металлами оказались широко распространенные зерновые культуры - ячмень и рожь, не испытывающие при этом значительного снижения урожайности. Эти виды злаков обладают естественными механизмами, которые позволяют им противостоять стрессу тяжелых металлов за счет минимизации токсического воздействия
металлов в их тканях. Однако в отношении свинца их устойчивость почти не изучена [5].
Среди изученных растений, обладающих высокими свойствами поглощения свинца, в настоящее время известны следующие виды: ноккея -Thlaspi rotundifolium, молочай - Euphorbia cheradenia, манго - Magnifera indica, капуста - Brassica oleracea, подсолнечник - Helianthus annus, базилик - Ocimum sanctum, рис - Oryza sativa и др. [36].
Список растений-биоаккумуляторов достаточно большой. Однако он включает как относительно малоизвестные, например, каменница ежовая - Chara aculeolata, просо многоцветковое - Piptatherum miliaceum, так и знакомые виды растений, например, молочай - Euphorbia macroclade Boiss, горчица - Brassica nigra и Brassica juncea, подсолнечник - Helianthus annuus, люцерна - Medicago sativa и др. [24].
Иные способы преодоления токсичности свинца и повышения устойчивости растений к нему
Среди способов повышения устойчивости растений к свинцу на сегодняшний день известно несколько. Они не относятся к ремедиации (восстановлению почв путем снижения содержания в них металла), но позволяют на загрязненных территориях вести сельскохозяйственное производство и преодолевать негативные эффекты, вызванные наличием избытка свинца. Поэтому некоторые авторы в таких случаях используют термин - биоремедиация [24]. Ниже мы рассмотрим наиболее приемлемые способы с точки зрения их эффективности для отдельных загрязненных тяжелыми металлами территорий.
В последние пару десятилетий большое внимание уделяется исследованиям взаимодействия почвенных организмов и растений [37]. Это позволило обнаружить не только стимулирующий рост растений эффект, обусловленный ризобактериями (plant growth promoting rhizobacteria - PGPR), в результате чего повышалась урожайность растений, но открыло путь преодоления растениями абиотического стресса с последующим восстановлением окружающей среды. Благодаря своей потенциальной метаболической активности PGPR эффективно снижают фитотоксичность тяжелых металлов для растений, как прямо, так и косвенно [5, 24, 37]. Прямое действие включает иммобилизацию и биотрансформацию тяжелых металлов самими микроорганизмами [38]. Тогда как непрямое действие обеспечивается стимуляцией роста растений в условиях «металлического» стресса за счет образования нескольких специфических ферментов и метаболитов, благодаря которым токсический для растений эффект нейтрализуется, например, через синтез сидерофоров и увеличение активности АСС-дезаминазы (дезаминазы 1-аминоциклопропан-1-карбоновой кислоты - АЦК) [39].
Среди известных технологических приемов можно отметить обработку семян, почвы или даже листьев с помощью PGPR. При этом
наблюдали не только увеличение биомассы на загрязненной свинцом почве, но и ее восстановление. Среди известных растений, показавших такие эффекты, отмечены желтый люпин (Lupinus luteus), кукуруза (Zea mays), томат (Solanum lycopersicum), рапс (Brassica napus), ячмень (Hordeum vulgare) и др. [24].
Исследования с использованием отдельных штаммов микроорганизмов Pseudomonas, Azosperillium, Azotobacter, выделенных из загрязненных почв, показали их высокую эффективность в поддержании ростовых процессов и показателей урожайности растений риса и пшеницы на почвах, загрязненных свинцом. Механизм этого эффекта авторы связывают с тем, что микроорганизмы таких штаммов продуцируют больше белка, который, по-видимому и связывает свинец в окружающей растения среде. Кроме того, было показано, что металлорезистентные PGPR не только снижали доступность металлов для растений, но и повышали доступность для них необходимых элементов [40].
Другой путь нейтрализации тяжелых металлов достигается путем хелатирования их ионов. Образующиеся комплексы, проникающие в растения, обладают гораздо меньшей токсичностью и далее могут накапливаться в вакуолях, либо становятся вообще недоступными для поглощения растениями, чем достигается положительный эффект применяемых для этой цели веществ. Среди наиболее известных хелаторов можно выделить этилендиаминтетрауксусную кислоту (ЭДТА), которая обладает сильным сродством к свинцу и образует стабильный комплекс, устойчивый в широком диапазоне pH почвы. Среди наиболее ярких примеров можно привести исследования с горчицей (Brassica juncea L.), для которой наблюдали 1000 - 10000-кратное накопление свинца в присутствии в среде ЭДТА при сохранении жизнеспособности растений. Аналогичные результаты были получены и для других важнейших сельскохозяйственных культур, а именно кукурузы, маша, сорго, ячменя, подсолнечника и др. [24].
Среди подобных реагентов с положительным действием в отношении свинца известны также сероводород и аминолевулиновая кислота (АЛК).
Использование органических добавок для рекультивации пахотных земель является еще одним технологическим приемом в улучшении свойств почвы, загрязненной свинцом. Среди них отмечен компост, как хорошо разложившийся органический материал растений и животных, полученный в анаэробных условиях. Его эффективность в снижении концентрации биодоступного свинца может достигать 50. 70% [24]. В эту же группу можно отнести и навоз как органическое удобрение, близкое к компосту. В результате биодоступность свинца также становится меньше. При этом еще одним из механизмов, объясняющим положительное
действие веществ подобного типа, может быть повышение рН почвы, благодаря которому растворимость солей свинца значительно снижается.
Среди других средств, позволяющих снизить биодоступность свинца загрязненных территорий для растений, является биоуголь -обугленный органический материал, полученный в результате неполного сгорания биомассы в среде при недостатке кислорода [41]. Это показано для растений, выросших как в горшках, так и в полевых условиях. Механизм такого влияния объясняется высокими адсорбционными свойствами этого материала, в т.ч. в отношении тяжелых металлов.
Использования прессового шлама (побочного продукта сахарной промышленности), несмотря на высокую эффективность нейтрализации свинца (до 90 %) [42], вряд ли экономически оправдано в нынешних условиях.
Таким образом, органические добавки, такие как навоз, компост, биоуголь и прессовый шлам, вполне целесообразно использовать для обеспечения относительно комфортных условий для роста и развития растений. Однако эти способы не решают принципиальную задачу по удалению избытка металла из загрязненных почв.
Заключение
Проблема загрязнения окружающей среды свинцом имеет глобальный характер. Несмотря на отсутствие физиолого-биохимической значимости для биологических процессов и токсичность при высоких концентрациях для них, свинец все же проявляет иногда стимулирующее влияние, механизм которого остается непонятным. Этот вопрос требует специального исследования.
Однако основная проблема состоит в удалении, либо нейтрализации избытка свинца, который попадает и продолжает попадать в окружающую среду ввиду антропологической деятельности. При этом фиторемедиация остается единственным путем фактического удаления свинца из загрязненной им среды. В этой связи основным направлением работ в этой области, по-видимому, может быть создание ген-модифицированных растений, обладающих способностью относительно быстро и эффективно поглощать свинец из среды без существенного влияния на процессы, протекающие в таких организмах. При этом важное значение имеет и скорость роста и развития таких растений, поскольку процесс ремедиации в целом - достаточно медленный. Поэтому существует острая необходимость выявления быстрорастущих и накапливающих более значительную биомассу растений, которые также обладают сильным потенциалом накопления металлов
[43].
В этом отношении генная инженерия успешно способствовала трансформации функций растений путем модификации первичного и вторичного метаболизма, что достигается за счет введения новых генотипиче-ских и фенотипических характеристик растений с целью улучшения их по-
тенциала к фиторемедиации. Гены, участвующие в приобретении, секвестрации, транслокации и детоксикации металлов, были идентифицированы у многих растений, бактерий, дрожжей и микроорганизмов. Известно, что их перенос в быстрорастущие растения с более высокой биомассой ускоряет восстановление тяжелых металлов ([24]).
Таким образом, решение проблемы негативного влияния свинца на биосистемы достаточно многообразно. При этом в каждом конкретном случае разные подходы, по-видимому, должны быть оправданы с экономической точки зрения.
Список литературы
1. Estimation of heavy metal soil contamination distribution, hazard probability, and population at risk by machine learning prediction modeling in Guangxi, China / B. Zhang, H. Hou, Z. Huang, L. Zhao // Environ. Pollut. 2023. V. 330.121607.
2. Contamination characteristics, source apportionment, and health risk assessment of heavy metals in agricultural soil in the Hexi Corridor / F. Wang [and others] // Catena. 2020. V. 191. 104573.
3. Heavy metals in agricultural soils of the European Union with implications for food safety / G. Toth, T. Hermann, M.R. Da Silva, L. Montanarella // Environ. Int. 2016. V. 88. P. 299-309.
4. Maps of heavy metals in the soils of the European Union and proposed priority areas for detailed assessment / G. Toth, T. Hermann, G. Szatmari, L. Pasztor // Sci. Total Environ. 2016. V. 565. P. 1054-1062.
5. Vasilachi I.C., Stoleru V., Gavrilescu M. Analysis of Heavy Metal Impacts on Cereal Crop Growth and Development in Contaminated Soils // Agriculture. 2023. V. 13. 1983.
6. Иванищев В.В. Новые аспекты в изучении адаптации растений к воздействию металлов // Тульский экол. бюллетень, Тула: Гриф и К, 2007. С. 274-277.
7. Bioaccumulation of lead (Pb) and its effects in plants: A review / S. Collin [and others] // Journal of Hazardous Materials Letters. 2022. V. 3. 100064.
8. Национальный Атлас России. Почвенный покров и земельные ресурсы. Содержание свинца в почвах. https://nationalatlas.ru/tom2/317.html (дата обращения: 08.06.2024)
9. Effect of lead on root growth / M. Fahr [and others] // Front Plant Sci. 2013. V. 4. P. 175-182.
10. Nas F.S., Ali M. The effect of lead on plants in terms of growing and biochemical parameters // MOJ Eco Environ Sci. 2018. V. 3. № 4. P. 265-268.
11. Lead toxicity affects growth and biochemical content in various genotypes of barley (Hordeum vulgare L.) / A.L.A. Al-Ghzawi [and others] // Bulgarian Journal of Agricultural Science. 2019. V. 25. № 1. P. 55-61.
12. Heavy metals accumulation and translocation in native plants grown on tailing dumps and human health risk / G. Pehoiu [and others] // Plant Soil. 2020. V. 456. P. 405-424.
13. Гарифзянов А.Р., Жуков Н.Н., Иванищев В.В. Образование и физиологические реакции активных форм кислорода в клетках растений // Современные проблемы науки и образования. 2011. № 2. 21 с.
14. Из чего делают свинец и как добывают свинец в природе // АК-Бскрап. https://priem-akkumulyatorov.moscow/blog/iz-chego-delayut-svinets-i-kak-dobyvayut-svinets-v-prirode/ (дата обращения: 08.06.2024).
15. Мировое производство свинца и цинка в 2023-2024 гг. будет превышать потребление - ILZSG // Финмаркет. https://www.finmarket.ru/news/6052674. (дата обращения: 08.06.2024).
16. Производство свинца в мире увеличилось на 2,8% в 2023 году // Интерfax. https://www.interfax.ru/business/948193 (дата обращения: 08.06.2024).
17. Перечень предельно допустимых концентраций (ПДК) и ориентировочно допустимых количеств (ОДК) химических веществ в почве (утв. Главным государственным санитарным врачом СССР 19 ноября 1991 г. № 6229-91) (с изменениями и дополнениями). https://base.garant.ru/372205/d866c9989c75bef029b67e7a33698205/ (дата обращения: 10.06.2024).
18. Ежегодник. Загрязнение почв Российской Федерации токсикантами промышленного происхождения в 2022 году. Обнинск: ФГБУ «НПО «Тайфун». 2023. 139 c. https://www.rpatyphoon.ru/upload/medialibrary/ ezhegodniki/tpp/tpp_2022.pdf (дата обращения: 10.06.2024).
19. Медведев А.В. Содержание тяжелых металлов в почвах Тульской области // Кадастр недвижимости и мониторинг природных ресурсов: Международная научно-техническая интернет-конференция. Тула, 2011 .http://kadastr.org/conf/2011/pub/monitprir/sod-tyaj-met-pochv.html
20. Содержание тяжелых металлов в почве как индикатор антропогенного загрязнения Тульской области / В.А. Арляпов, Е.М. Волкова, И.А. Нечаква, Л.С. Скворцова // Известия Тульского госуниверситета. Естественные науки. 2015. Вып. №4. С. 194-204.
21. A critical review on speciation, mobilization and toxicity of lead in soil-microbe-plant system and bioremediation strategies / A. Kushwaha, N. Hans, S. Kumar, R. Rani // Ecotoxicology and Environmental Safety. 2018. V. 147. P. 1035-1045.
22. Biological impact of lead from halide perovskites reveals the risk of introducing a safe threshold / J. Li [and others] // Nat. Commun. 2020. V. 11. 310.
23. Lead toxicity in cereals: mechanistic insight into toxicity, mode of action, and management / M. Aslam [and others] // Frontiers in Plant Science. 2021. V. 11. 587785.
24. Lead toxicity in plants: Impacts and remediation / U. Zulfiqar [and others] // Journal of Environmental Management. 2019. V. 250. 109557.
25. Multi-linear regression analysis, preliminary biotic ligand modeling, and cross species comparison of the effects of water chemistry on chronic lead toxicity in invertebrates / A.J. Esbaugh [and others] // Comparative Biochemistry and Physiology Part C: Toxicology & Pharmacology. 2012. V. 155 (2). P. 423-431.
26. Response of soil microbial communities and microbial interactions to long-term heavy metal contamination / X. Li [and others] // Environ. Pollut. 2017. V. 231. P. 908-917.
27. Kumar D., Kumar H., Nepovimova E., Kuca K., Islam M.T., Verma R. Arbuscular mycorrhizal fungi as potential agents in ameliorating heavy metal stress in plants / J. Dhalaria [and others] // Agronomy. 2020. V. 10. 815.
28. Physio-biochemical and transcriptomic features of arbuscular mycorrhizal fungi relieving cadmium stress in wheat / H. Li [and others] // Antioxidants. 2022. V. 11.2390.
29. Role of arbuscular mycorrhiza in heavy metal tolerance in plants: Prospects for phytoremediation / S. Upadhyaya, S.K. Panda, M.K. Bhattachar-jee, S. Dutta // J. Phytol. 2010. V. 2. P. 16-27.
30. Sharma P., Dubey R.S. Lead toxicity in plants // Braz J Plant Physiol. 2005. V. 17. № 1. P. 35-52.
31. Lane S.D., Martin E.S. A histochemical investigation of lead uptake in Raphanus sativus // New Phytol. 1977. V. 79. № 2. P. 281-286.
32. Lead uptake, toxicity, and detoxification in plants / B. Pourrut [and others] //RevEnviron Contam Toxicol. 2011. V. 213. P. 113-136.
33. Effects of lead stress on the growth, physiology, and cellular structure of privet seedlings / J. Zhou [and others] // PLOS ONE. 2018. V. 13. № 3.
34. Consuming blackberry as a traditional nutraceutical resource from an area with high anthropogenic impact / I.A. Vlad [and others] // 2019. Forests. V. 10 (3). 246.
35. Bioremediation methods for the recovery of lead-contaminated soils. A review / M. Rigoletto [and others] // Appl. Sci. 2020. V. 10 (10). 3528.
36. Assessment of heavy metal contamination of rice grains (Oryza sativa) and soil from Ada field, Enugu, Nigeria: estimating the human healtrisk / J.N. Ihedioha [and others] // Hum. Ecol. Risk Assess. Int. J. 2016. V. 22 (8). P. 1665-1677.
37. Lucy M., Reed E., Glick B.R. Applications of free living plant growth-promoting rhizobacteria // Antonie Leeuwenhoek. 2004. V. 86. P. 1-25.
38. Significance of Bacillus subtilis strain SJ-101 as a bioinoculant for concurrent plant growth promotion and nickel accumulation in Brassica juncea /
S. Zaidi, S. Usmani, B.R. Singh, J. Musarrat // Chemosphere. 2006. V. 64. P. 991-997.
39. Burd G.I., Dixon D.G., Glick B.R. A plant growth promoting bacterium that decreasesnickel toxicity in seedlings // Appl. Enviton. Microbiol. 2004. V. 64. P. 3663-3668.
40. Culturable heavy metal-resistant and plant growth promoting bacteria in V-Ti magnetite mine tailing soil from Panzhihua, China / X. Yu [and others] //PLoS One. 2014. V. 9. P. 1-8.
41. Use of phytoremediation and biochar to remediate heavy metal polluted soils: a review / J. Paz-Ferreiro [and others] // Solid Earth. 2014. V. 5. P. 65-75.
42. Ahmad H., Ee C.J., Baharudin N.S. A preliminary study for removal of heavy metals from acidic synthetic wastewater by using pressmud-rice husk mixtures // IOP Conf. Ser. Earth Environ. Sci. 2016. V. 36 (1). 012031.
43. Shah K., Nongkynrih J. Metal hyperaccumulation and bioremedia-tion // Biol. Plant. 2007. V. 51. P. 618-634.
Иванищев Виктор Васильевич, д-р биол. наук, профессор, зав. кафедрой, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого,
Сиголаева Татьяна Евгеньевна, аспирантка, преподаватель, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого
SOURCES OF LEAD IN THE ENVIRONMENT AND PROBLEMS OF REDUCING ITS
CONTENT IN SOIL
V.V. Ivanishchev, T.E. Sigolaeva
The work collected data and discussed issues related to the sources of environmental pollution with lead in connection with its production and use by humans, described the forms of lead and the dynamics of its content in the environment. The issues of metal availability for plants and the mechanisms of its penetration into them are considered. Negative effects of the presence of lead in the plant environment have been noted. The mechanisms of the negative influence of metal on the growth, development and morphological, as well as physiological and biochemical characteristics of plants are described. Ways to reduce the metal content in contaminated soils and its availability to plants are considered. Soil bioremediation pathways for this metal are discussed.
Key words: lead, pollution, environment, forms of lead in soil, plants, bioremedia-
tion.
Ivanishchev Viktor Vasilyevich, doctor of biology, professor, head of the chair, [email protected], Russia, Tula, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University,
Sigolaeva Tatyana Evgenievna, postgraduate, teacher,
[email protected], Russia, Tula, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University
Reference
1. Assessment of the distribution of soil pollution by heavy metals, the probability of danger and the population at risk using predictive modeling using machine learning in Guangxi, China / B. Zhang, H. Hou, Z. Huang, L. Zhao // Environment. Pollute. 2023. V. 330. 121607.
2. Characteristics of heavy metal pollution of agricultural soils in the Hexi corridor, source distribution and health risk assessment / F. Wang [et al.] // Catena. 2020. V. 191. 104573.
3. Heavy metals in agricultural soils of the European Union and their impact on food safety / G. Toth, T. Hermann, M.R. Da Silva, L. Mont Tanarella // Environment. 2016. Issue 88. pp. 299-309.
4. Maps of the content of heavy metals in the soils of the European Union and proposed priority areas for detailed assessment / G. Toth, T. Hermann, G. Satmari, L. Pastor // Sci. Total Environment. 2016. V. 565. P. 1054-1062.
5. Vasilaci I.S., Stoleru V., Gavrilescu M. Analysis of the impact of heavy metals on the growth and development of grain crops on polluted soils // Agriculture. 2023. V. 13. 1983.
6. Ivanishchev V.V. New aspects in the study of plant adaptation to the effects of metals // Tula Ecol. bulletin, Tula: Vulture and K, 2007. pp. 274-277.
7. Bioaccumulation of lead (Pb) and its effect on plants: a review / S. Collin [et al.] // Journal of Hazardous Materials Letters. 2022. V. 3. 100064.
8. The National Atlas of Russia. Soil cover and land resources. Lead content in soils. https://nationalatlas.ru/tom2/317.html (date of reference: 06/08/2024)
9. The effect of lead on root growth / M. Far [et al.] // Front Plant Science. 2013. Vol. 4. pp. 175-182.
10. Nas F.S., Ali M. The influence of lead on plants from the point of view of growth and biochemical parameters // Ministry of Agriculture and Ecology of the Russian Federation. 2018. Vol. 3. No. 4. pp. 265-268.
11. Lead toxicity affects the growth and biochemical content in various genotypes of barley (Hordeum vulgare L.) / A.L.A. Al-Ghazawi [et al.] // Bulgarian Journal of Agricultural Science. 2019. Vol. 25. No. 1. pp. 55-61.
12. Accumulation and movement of heavy metals in local plants grown in tailings dumps and the risk to human health / G. Pekhoyu [et al.] // Soil of plants. 2020. V. 456. P. 405-424.
13. Garifzyanov A.R., Zhukov N.N., Ivanishchev V.V. Formation and physiological reactions of reactive oxygen species in plant cells // Modern problems of science and education. 2011. No. 2. 21 p.
14. What lead is made of and how lead is extracted in nature // AKBskrap. https://priem-akkumulyatorov.moscow/blog/iz-chego-delayut-svinets-i-kak-dobyvayut-svinets-v-prirode / (accessed: 06/08/2024).
15. Global pig production in 2023-2024.. There will be a replacement - ILZSG // Market. https://www.finmarket.ru/news/6052674 . (date of application: 06/08/2024).
16. Global pig production increased by 2.8% in 2023 // Interfax. https://www.interfax.ru/business/948193 (date of application: 06/08/2024).
17. List of maximum permissible concentrations (MPC) and orientatively permissible amounts (ODC) of chemicals in soil (approved by the Chief State Sanitary Doctor of the USSR on November 19, 1991 No. 6229-91) (with amendments and additions). https://base.garant.ru/372205/d866c9989c75bef029b67e7a33698205 / (date of access: 06/10/2024).
18. The yearbook. Contamination of the soils of the Russian Federation with toxins of industrial origin in 2022. Published by: FSBI NGO "Taigun". 2023. 139 c. https://www.rpatyphoon.ru/upload/medialibrary / yearbooks/TPP/tpp_2022.pdf (date of publication: 06/10/2024).
19. Medvedev A.V. The content of heavy metals in the soils of the Tula region // Real estate cadastre and monitoring of natural resources: International scientific and technical Internet conference. Tula, 2011.http://kadastr.org/conf/2011/pub/monitprir/sod-tyaj-met-pochv.html
20. The content of heavy metals in the soil as an indicator of anthropogenic pollution of the Tula region / V.A. Arlyapov, E.M. Volkova, I.A. Nechakva, L.S. Skvortsova // Proceedings of the Tula State University. Natural sciences. 2015. Issue No.4. pp. 194-204.
21. Critical review of speciation, mobilization and toxicity of lead in the soil-microbe-plant system and bioremediation strategies / A. Kushvakha, N. Hans, S. Kumar, R. Rani //Ecotoxicology and environmental safety. 2018. Vol. 147. pp. 1035-1045.
22. The biological effect of lead from halide perovskites reveals the risk of introducing a safe threshold / J. Li [et al.] // Nat. Communication. 2020. V. 11. 310.
23. Lead toxicity in cereals: a mechanistic view of toxicity, mechanism of action and regulation / M. Aslam [et al.] // Frontiers of plant science. 2021. V. 11. 587785.
24. Lead toxicity to plants: effects and recovery measures / U. Zulfikar [et al.] // Journal of Environmental Management. 2019. V. 250. 109557.
25. Multilinear regression analysis, preliminary modeling of biotic ligands and interspecific comparison of the effect of the chemical composition of water on chronic lead toxicity in invertebrates / A.J. Esbo [et al.] // Comparative biochemistry and physiology, part C: toxicology and pharmacology. 2012. Vol. 155 (2). pp. 423-431.
26. Reaction of soil microbial communities and microbial interactions to long-term pollution with heavy metals / X. Li [et al.] // Environment. Pollute. 2017. Vol. 231. pp. 908917.
27. Kumar D., Kumar H., Nevodimova E., Kuka K., Islam M.T., Verma R. Arbuscular mycorrhizal fungi as potential agents for reducing plant stress with heavy metals / J. Dalar-ia [et al.] // Agronomy. 2020. Version 10. 815.
28. Physico-biochemical and transcriptomic features of arbuscular mycorrhizal fungi that relieve cadmium stress in wheat / H. Li [et al.] // Antioxidants. 2022. V. 11. 2390.
29. The role of arbuscular mycorrhiza in plant resistance to heavy metals: prospects for phytoremediation / S. Upadhyaya, S.K. Panda, M.K. Bhattacharji, S. Datta // J. Phytol. 2010. Vol. 2. pp. 16-27.
30. Sharma P., Dubey R.S. Toxicity of lead to plants // Braz J Plant Physiol. 2005. Vol. 17. No. 1. pp. 35-52.
31. Lane S.D., Martin E.S. Histochemical study of lead accumulation in Raphanus sativus //New phytol., 1977. Vol. 79. No. 2. pp. 281-286.
32. Absorption, toxicity and detoxification of lead by plants / B. Purrut [et al.] // Review of environmental toxicology. 2011. Vol. 213. pp. 113-136.
33. The influence of lead stress on the growth, physiology and cellular structure of privet seedlings / J. Zhou [et al.] // PLOS ONE. 2018. Vol. 13. No. 3.
34. Consumption of blackberries as a traditional nutraceutical product in areas with high anthropogenic load / I.A. Vlad [et al.] // 2019. Forests. Vol. 10 (3). 246.
35. Bioremediation methods for the restoration of lead-contaminated soils. Review / M. Rigoletto [et al.] // Appl. Sci. 2020. V. 10 (10). 3528.
36. Assessment of heavy metal contamination of rice grains (Oryza sativa) and soil from the Ada field, Enugu, Nigeria: assessment of the risk to human health / J.N. Ihedioha [et al.] // Hum. Ecol. Risk assessment. Int. J. 2016. V. 22 (8). pp. 1665-1677.
37. Lucy M., Reed E., Glick B.R. The use of free-living rhizobacteria stimulating plant growth // Anthony Leeuwenhoek. 2004. Vol. 86. pp. 1-25.
38. The importance of the Bacillus subtilis strain SJ-101 as a bioinoculant for simultaneous stimulation of plant growth and nickel accumulation in Brassica juncea / S. Zaidi, S. Usmani, B.R. Singh, J. Musarrat // Chemosphere. 2006. Vol. 64. pp. 991-997.
39. Byrd G.I., Dixon D.G., Glick B.R. A bacterium that stimulates plant growth and reduces the toxicity of nickel for seedlings // Appendix. Enviton. Microbiol. 2004. vol. 64. pp. 3663-3668.
40. Cultured bacteria resistant to heavy metals and bacteria that promote plant growth in the soil of the V-Ti magnetite mine tailings pond from Panzhihua, China / X. Yu. [et al.] //PLoS One. 2014. Vol. 9. pp. 1-8.
41. The use of phytoremediation and biochar for the restoration of soils contaminated heavy metals: a review / J. Paz-Ferreiro [et al.] // Solid Earth. 2014. Vol. 5. pp. 65-75.
42. Ahmad H., I.K.J., Baharudin N.S. Preliminary study on the removal of heavy metals from acidic synthetic wastewater using a mixture of manure and rice husk // IOP Conf. Ser. Earth Environmental. Sci. 2016. V. 36 (1). 012031.
43. Shah K., Nongkinrich J. Overaccumulation of metals and their biological recovery//Biol. Factory. 2007. Vol. 51. pp. 618-634.
УДК 504.55.054:622(470.6)
ЭКОЛОГИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЙ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКИ НАГОРНЫХ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
В.И. Голик
Рассмотрен спектр вопросов воздействия горного производства на геосфер-ные оболочки окружающей среды. Наибольшее влияние на экосистемы оказывает их химизация растворами мобильных металлов. Детализирована роль основных горнодобывающих предприятий Северного Кавказа в процессах деградации биоты и отличия их в гористых и равнинных условиях. Рекомендован алгоритм экологически корректного горного производства с утилизацией хвостов переработки после их деметаллизации. Вовлечение в переработку источников химизации экосистем окружающей среды способствует упрочнению сырьевой базы предприятий и сохранению от деградации рекреационных регионов Северного Кавказа.
Ключевые слова: экология, горное производство, окружающая среда, катастрофа, экосистема, минеральные отходы, эволюция, природоохранные технологии, добыча руд.
Человек, используя опыт предшествующих поколений, в течение тысяч лет изменяет биосферу. Первоначально это было исчерпание ресурсов живой природы, затем процесс воздействия на ресурсы включил в себя химическое, радиационное, тепловое, шумовое и др. загрязнение биосферы.
Предприятия горных отраслей являются источником воздействия на геосферные оболочки окружающей среды: гидро-, лито-, атмосферу. Отра-
