CC BY
23^äV.-: vi Трансформация экосистем issn 2619 оэ4х print
^SSij-. ISSN 2619-0931 Online
/L •;.• Ecosystem Transformation www.ecosysttrans.com
Научная статья
Оценка химических и санитарных показателей грунтов угольных отвалов юга Кузнецкой котловины
Е.Е. Воробьева* , Н.В. Фотина , Л .К. Асякина , М.А. Осинцева , А.Ю. Просеков
Кемеровский государственный университет, 650000, Россия, г. Кемерово, ул. Красная, д. 6 *[email protected]
Поступила в редакцию: 03.06.2022 Аннотация. Из-за большого количества загрязнений на терри-Доработана: 20.06.2022 тории угольных отвалов процессы восстановления почвы про-
Принята к печати: 25.06.2022 текают медленно. Для проведения ее рекультивации необходи-
Опубликована онлайн: 29.10.2022 мы разработка и использование микробного препарата, подбор
которого выполняется на основе оценки биохимических пока-DOI: 10.23859^^-220603 зателей грунтов горных пород и степени ее загрязненности.
УДК 631.618 Материалом для настоящего исследования послужили грунты
горных пород, отобранные в трех разных зонах (Ка, КЬ, Кс) Кор-чакольского угольного отвала. Изученные санитарно-химиче-ские показатели не превышали ориентировочно допустимых концентраций (ОДК) / предельно допустимых концентраций (ПДК), кроме нефтепродуктов (в зонах Ка, КЬ, Кс превышение в среднем составило 2.2, 1.4, 1.2 раза соответственно). В ходе исследования обнаружена прямая корреляция между содержанием цинка и ферментативной активностью полифенолоксида-зы, уровнем никеля и пероксидазы, а также обратная корреляция между концентрациями мышьяка и меди с инвертазой и нитритредуктазой соответственно. Индекс бактерий группы кишечной палочки (БГКП) в разных зонах превосходил нормативные значения в 61 и 171 раз. Несмотря на то, что исследованные санитарные показатели не превышают допустимых уровней, они могут приводить к замедлению роста и развития растений. Таким образом, для качественной рекультивации необходимо вносить в грунты горных пород биопрепараты на основе микроорганизмов, осуществляющих биотрансформацию тяжелых металлов, и ризобактерий.
Ключевые слова: Кемеровская область - Кузбасс, ферментативная активность почв, тяжелые металлы, органические поллютанты, санитарно-биологические показатели, восстановление загрязненных почв, ризобактерии, ремедиация
Для цитирования. Воробьева, Е.Е. и др., 2023. Оценка химических и санитарных показателей грунтов угольных отвалов юга Кузнецкой котловины. Трансформация экосистем 5 (4), 83-97. https://doi.org/10.23859/estr-220603
Введение
Кемеровская область занимает первое место в России по угледобыче (Вылегжанин, 2015). Большая часть всего угля Кузбасса добывается на территории следующих муниципальных районов: Кемеровского, Ленинск-Кузнецкого, Прокопьев-ского, Междуреченского, Киселевского и Белов-ского (Манаков и др., 2018). Разработка угольных месторождений, в особенности добыча угля открытым способом, его обогащение и хранение, а также складирование отходов угольной промышленности приводят к истощению плодородных почвенных покровов, росту токсикологических показателей почв (Drozdova et al., 2021; Ismagilov et al., 2018). При разработке угольных отвалов плодородный слой почвы снимается; таким образом на их месте обнажаются грунты горных пород.
Почвенные ферменты способствуют расщеплению сложных органических и неорганических соединений, участвуют в минерализации питательных веществ и их включению в круговорот таких элементов, как углерод (инвертаза, целлюла-за), азот (нитритредуктаза, аспарагиназа, уреаза, протеаза), фосфора (фосфатаза) (Assemien et al., 2019; Fan et al., 2021; Sobat et al., 2021; Yinping et al., 2018). Кроме того, ферменты отвечают за детоксикацию поллютантов (перекиси водорода (каталаза) и сложных органических веществ (пе-роксидаза, полифенолоксидаза)), а также способствуют ремедиации загрязненных почв (Kaushal et al., 2018; Khosrozadeh et al., 2022; Liu et al., 2021).
Деятельность угледобывающих предприятий приводит к разрушению верхнего слоя почвы и нарушению течения подземных и грунтовых вод, вследствие чего снижается биоразнообразие растений и микроорганизмов (Fan et al., 2021). В дальнейшем уменьшается содержание питательных веществ в почве и ее ферментативная активность, накапливаются патогенные микроорганизмы и токсичные соединения (Nakayama and Tateno, 2021). В частности, низкая ферментативная активность почвы может свидетельствовать о высоких концентрациях различных загрязняющих веществ, в том числе тяжелых металлов и металлоидов, служащих ингибиторами для многих групп ферментов. В результате этого в грунте начинаются процессы деградации, которые приводят к истощению питательных веществ, биоразнообразия растительности и полезных микроорганизмов (Samuel et al., 2017).
Процесс ремедиации почв позволяет восстановить техногенно нарушенные территории для передачи их под лесо- либо сельскохозяйственное пользование. Для выбора способа ремеди-ации необходима санитарная оценка почвы, позволяющая определить степень ее загрязнения. При этом оцениваются две группы показателей (Mathew et al., 2017):
1. санитарно-химические: содержание тяжелых металлов и металлоидов, ПАУ, фенолов, нефтепродуктов и т.д.1, 2;
2. санитарно-биологические3:
а) санитарно-бактериологические: индекс БГКП, индекс энтерококков, содержание патогенных энтеробактерий рода Salmonella и Shigella;
б) санитарно-эпидемиологические: яйца и личинки гельминтов, цисты кишечных патогенных простейших, личинки и куколки синантропных мух.
Целью исследования являлось изучение химических и санитарных показателей качества грунтов горных пород угольных отвалов юга Кемеровской области - Кузбасса для дальнейшего выбора рационального способа ремедиации тех-ногенно нарушенных ландшафтов.
Материалы и методы
Объектами исследования послужили образцы грунтов горных пород, отобранные с поверхностного слоя внешнего породного отвала ООО «Разрез «Корчакольский» (К) (Рис. 1). Общая площадь отвала составляет 499 тыс. м2, высота достигает 100 м, а крутизна склонов варьируется от 1°-2° до 35°. Отвал характеризуется песчано-глинистыми рыхлыми породами и редкой растительностью; возраст его отдельных участков составляет от 5 до 30 лет. Территория отвала входит в состав темнохвой-но-таежной природной зоны, располагается в зоне континентального климата. В указанной местности частично проводилась биологическая рекультивация; также наблюдались очаги самовозгорания.
Отбор образцов грунтов горных пород выполняли в осенний период (ноябрь) 2021г. при отрицательной температуре, до выпадения снега, в соответствии с общепринятыми методиками4 (глубина отбора составила 0-20 см). Отбор производили в трех зонах поверхностного слоя Корчакольского угольного отвала в пятикратных повторностях: • Зона «Ка» (возраст - 5 лет) представляет собой смесь отходов - породы от обогащения углей (не менее 86 %) и вскрышные породы (до 14 %), растительность в данной зоне от-
1 СанПиН 42-128-4433-87. Санитарные нормы допустимых концентраций химических веществ в почве.
2 СанПиН 1.2.3685-21. Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания.
3 СанПиН 2.1.3684-21. Санитарно-эпидемиологические требования к содержанию территорий городских и сельских поселений, к водным объектам, питьевой воде и питьевому водоснабжению, атмосферному воздуху, почвам, жилым помещениям, эксплуатации производственных, общественных помещений, организации и проведению санитарно-противоэпидемических (профилактических) мероприятий.
4 ГОСТ 17.4.4.02-2017. Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа.
Рис. 1. Снимок со спутника "Google Maps" угольного отвала ООО «Разрез «Корчакольский». Ка, Kb, Кс - зоны отбора проб.
сутствует. Координаты точки отбора образцов: N 53°42' E 87°25'.
• Зона «КЬ» (возраст - 15 лет) подвергается технической рекультивации (засыпка глиной); растительность не отмечена. Координаты точки отбора образцов: N 53°41' E 87°25'.
• Зона «Кс» (возраст - 20 лет) находится на биологическом этапе рекультивации техногенных земель. Здесь высажены деревья (Pinus sylvestris L.), кустарники (Hippophaë rhamnoides L.) и травянистые растения (Trifolium pratense L. и Melilotus albus L); для всех обнаруженных растений характерна небольшая высота. Координаты точки отбора образцов: N 53°41' E 87°24'.
Для образования плодородного слоя почвы необходимо определенное содержание легкодоступного углерода, а также соотношение C/N и окислительно-восстановительный потенциал грунтов, поэтому на первоначальных этапах исследования были выбраны следующие ферменты: инвертаза, нитритредуктаза, пероксидаза, полифенолоксидаза (Антонов и Чмуж, 2016; Кочкина, 2016; Li et al., 2020).
Определение инвертазной активности проводили по методике X. Sun et al. (2021). Для анализа использовали раствор сахарозы (Россия, «Сигма Тек»), ацетатный буфер, медный реактив (5 % CuSO4*5H2O (Россия, «Югреактив») + р-р 25 г Na2CO3 (Россия, «ЛенРеактив»), 25 г сегнетовой соли (Россия, «Сигма Тек»), 20 г NaHCO3 (Россия, «ЛенРеактив»), 200 г Na2SO4 (Россия, «Югреактив») в 1 л дистиллирован-
ной воды, в соотношении 1:25), гидрофосфат натрия (Россия, «Сигма Тек») и молибденовый реактив (1 л 20 % р-ра H2SO4 (Россия, «ЛенРеактив») + 5 % р-р молибдата аммония (Россия, «Югреактив»)).
Определение нитритредуктазной активности осуществляли по методике X. Liu et al. (2020). Для проведения исследования использовали карбонат кальция (Россия, «ЛенРеактив»), раствор нитрита натрия (Россия, «Югреактив»), раствор глюкозы (Россия, «Сигма Тек»), дистиллированную воду5, алюминиевые квасцы, реактив Грисса (Россия, «ЛенРеактив»).
Определение пероксидазной активности проводили по методике X. Sun et al. (2021). Анализ выполнен с применением раствора гидрохинона (Россия, «Сигма Тек»), раствора пероксида водорода (Россия, «Экос-1»), этилового спирта (Россия, «Кемеровская фармацевтическая фабрика»).
Определение полифенолоксидазной активности осуществляли по методике L. Qianxi. et al. (2022) с использованием раствора гидрохинона (Россия, «Сигма Тек»).
Оптическую плотность всех образцов после термостатирования измеряли на спектрофотометре UNICO мод. 1201 (Россия, «ПроПриборы»).
Анализ литературных источников показал, что основными поллютантами, присутствующими в угле Кемеровской области, являются цинк, медь, никель, мышьяк и ртуть (Журавлева и др., 2015;
' ГОСТ 6709-72. Вода дистиллированная. Технические условия.
Осипова и др., 2015; Фотина и др., 2021). По этой причине данные тяжелые металлы были выбраны для контроля санитарно-химического состояния исследуемого участка. Определение содержания этих веществ проводилось по стандартным методикам6, 7 8. Кроме того, в соответствии с нормативными документами анализировали присутствие бенз(а)пирена, фенолов и нефтепродуктов9, 10 11, а также санитарно-бактериологические и эпидемиологические показатели12.
Все санитарно-химические и санитарно-био-логические параметры определяли в трехкратной повторности. Статистическую обработку проводили с помощью пакета программ Statistica for Windows v. 12.0, ("StatSoft, Inc.").
Результаты и обсуждение
Результаты гранулометрического и физико-химического анализов исследуемых грунтов горных пород представлены в Табл. 1 и 2. Обнаружено, что по гранулометрическому составу грунты горных пород зон Ка, Kb, Кс относятся к легкому суглинку, средней глине и тяжелому суглинку соответственно. Грунты зоны Kb обладают слабощелочной реакцией среды (8.6), в то время как грунты зон Ка и Кс имеют значение рН, близкое к нейтральному (7.4 и 7.5 соответственно). Изученные образцы харак-
6 М-МВИ-80-2008. Методика выполнения измерений массовой доли элементов в пробах почв, грунтов и донных отложениях методами атомно-эмиссионной и атомно-абсорбционной спектрометрии.
7 МУ 31-11/05. Количественный химический анализ проб почв, тепличных грунтов, сапропелей, илов, донных отложений, твердых отходов. Методика выполнения измерений массовых концентраций цинка, кадмия, свинца, меди, марганца, мышьяка, ртути методом инверсионной вольтамперометрии на анализаторах типа ТА.
8 ПНД Ф 16.1:2:2.2.80-2013. Количественный химический анализ почв. Методика измерений массовой доли общей ртути в пробах почв, грунтов, в том числе тепличных, глин и донных отложений атомно-адсорбционным методом с использованием анализатора ртути РА-915М.
9 ФР1.31.2008.01725. Методика выполнения измерений массовой доли бенз(а)пирена в почвах, грунтах и осадков сточных вод методом высокоэффективной хроматографии.
10 ПНД Ф 16.1:2.3:3.44-05. Количественный химический анализ почв. Методика выполнения измерений массовой доли летучих фенолов в пробах почв, осадках сточных вод и отходов фотометрическим методом после отгонки с водяным паром.
11 ПНД Ф 16.1:2.2.22-98. Количественный химический анализ почв. Методика выполнения измерений массовой доли нефтепродуктов в минеральных, органогенных, органо-минеральных почвах и донных отложениях методом ИК-спектрометрии.
12 СанПиН 2.1.3684-21. Санитарно-эпидемиологические требования к содержанию территорий городских и сельских поселений, к водным объектам, питьевой воде и питьевому водоснабжению, атмосферному воздуху, почвам, жилым помещениям, эксплуатации производственных, общественных помещений, организации и проведению санитарно-противоэпидемических (профилактических) мероприятий.
теризуются низким уровнем влажности, что может говорить о недостаточной способности угольных отвалов удерживать воду. Исследованные образцы характеризовались высокой степенью насыщенности основаниями, поэтому восстанавливаемые почвы не нуждаются в известковании. Во всех образцах наблюдается низкое содержание органического вещества, поэтому для улучшения плодородности при рекультивации потребуется внесение дополнительных источников гуминовых кислот. Кроме того, обнаружено низкое содержание общего азота, кальция и магния, что свидетельствует о необходимости внесения минеральных удобрений.
Поскольку неорганические и органические поллютанты существенно влияют на биохимические показатели почвы, оценка активности ферментов позволяет охарактеризовать состояние почвенного покрова (Даденко и др., 2013). Результаты определения ферментативной активности исследуемых образцов грунтов горных пород представлены в Табл. 3; средние значения этих показателей отображены на Рис. 2-4.
Согласно Рис. 2, инвертазная активность повышается по мере проведения рекультивационных работ: ее среднее значение для грунтов горных пород, отобранных с поверхностного слоя Корча-кольского угольного отвала в зоне Кс, практически вдвое превышает тот же показатель для зоны Ка. Это можно объяснить тем, что грунты горных пород зоны Ка содержат небольшое количество полисахаридов, в то время как корневая система растительности в зоне Кс способствует росту их концентрации. Таким образом, можно сделать вывод о том, что аборигенная микрофлора данной территории в качестве источника углерода использует преимущественно полисахариды.
Изучение нитритредуктазной активности грунтов Корчакольского угольного отвала показало, что в зоне Кс указанный параметр в 1.5 раза выше, чем в зоне Ка (Рис. 3). Это может свидетельствовать об увеличенной потребности в азоте, вызванной активной жизнедеятельностью микроорганизмов и растений.
Данные, представленные на Рис. 4, демонстрируют значительное снижение пероксидазной и полифенолоксидазной активностей грунта в зоне Кс по сравнению с зонами Ка и КЬ (в 3.5 и 3.2 раза соответственно). Это может быть связано с тем, что в грунтах горных пород от зоны Ка к зоне Кс уменьшается содержание органических поллю-тантов (Табл. 4), что, в свою очередь, влияет на продуцирование вышеуказанных ферментов. Однако данные загрязнения деградировали не полностью; это можно установить по тому, что в зоне проведения биологического этапа рекультивации все еще отмечается активность ферментов.
Неорганические и органические поллютанты в больших концентрациях оказывают токсическое
Табл. 1. Гранулометрический анализ грунтов поверхностного слоя Корчакольского угольного отвала.
Размер механических частиц, мм Зона Ка % от общего числа частиц Зона Kb Зона Кс
Более 10.0 0 0 0
10.0-5.0 0 0 0
5.0-2.0 0 0 0
2.0-1.0 0 0 0
1.0-0.5 0.4 1.9 0.1
0.5-0.25 0.2 0.2 0.2
0.25-0.1 0.3 0.1 0.3
0.1-0.05 55.4 14.6 10.4
0.05-0.01 22.7 38.7 39.3
0.01-0.002 15.8 27.6 28.4
Менее 0.002 5.2 16.9 21.3
Табл. 2. Физико-химические показатели грунтов поверхностного слоя Корчакольского угольного отвала.
Зона
Показатель
Ка Kb Кс
рН водной вытяжки 7.4 ± 0.1 8.6 ± 0.1 7.5 ± 0.01
Гигроскопическая влажность, % 2.10 ± 0.09 5.16 ± 0.23 4.34 ± 0.21
Органическое вещество, % 1.15 ± 0.04 3.48 ± 0.15 4.08 ± 0.20
Степень насыщенности основаниями, % 98.40 ± 4.52 99.14 ± 4.85 99.66 ± 4.73
Общий азот, % 0.17 ± 0.01 0.21 ± 0.01 1.2 ± 0.04
Кальций, ммоль/100 г 0.45 ± 0.02 0.58 ± 0.02 0.79 ± 0.02
Магний, ммоль/100 г 0.55 ± 0.02 0.64 ± 0.03 0.99 ± 0.04
действие на растения и микроорганизмы. Следовательно, для конструирования консорциума микроорганизмов, осуществляющего ремедиацию загрязненных участков, необходимо оценивать степень загрязненности. Результаты исследования грунтов Корчакольского угольного отвала по санитарно-химическим показателям представлены в Табл. 4. ОДК/ПДК и средние значения концентраций загрязняющих веществ на изученных территориях приведены на Рис. 5 и 6.
Нами обнаружено, что в грунтах Корчакольского отвала наблюдаются высокие концентрации цинка, меди, никеля, мышьяка (Рис. 5), что согласуется с данными других исследований (Акини-на и др., 2017; Фотина и др., 2021). Известно, что повышенное содержание цинка может приводить к замедлению роста растений, вызывать хлороз
листьев (Jain et al., 2020). Это происходит из-за появления Zn-хлорофилла, который не может участвовать в процессе фотосинтеза (Küpper and Andresen, 2016). Высокая концентрация меди негативно влияет на фотосинтезирующую способность, поглощение фосфора из почвы, а также способствует синтезу активных форм кислорода и перекисному окислению липидов в растениях. Это приводит к высокому окислительному стрессу, что может вызвать гибель растения (Angulo-Bejarano et al., 2021). Избыточное количество никеля способно провоцировать снижение прироста биомассы, ингибировать образование боковых корней, нарушать баланс питательных веществ в растении и приводить к хлорозу листьев (Hassan et al., 2019). Наконец, повышенное содержание мышьяка может приводить к уменьшению всхожести и урожай-
Табл. 3. Ферментативная активность грунтов поверхностного слоя Корчакольского угольного отвала (среднее ± ошибка среднего).
Показатель Ка Зона КЬ Кс
К^ 2.197 ± 0.062 КЬ1 3.865 ± 0.102 КС1 4.295 ± 0.164
Инвертазная активность, мг сахарозы, расщепленной 1 г почвы за 1 ч 2.284 ± 0.074 2.140 ± 0.063 (М го bb КК 4.253 ± 0.115 4.154 ± 0.123 КС2 Кс3 5.218 ± 0.231 4.124 ± 0.185
2.161 ± 0.085 КЬ4 4.647 ± 0.098 Кс4 5.081 ± 0.193
К 03 ел 2.185 ± 0.053 КЬ5 3.846 ± 0.075 КС5 4.768 ± 0.205
Нитритредуктазная активность, мг восстановленного NO ~ на 1 г Ка„
Ка. 0.380 ± 0.012 Kb, 1.536 ± 0.086 Кс 2
1 1 1
Ка 0.316 ± 0.007 Kb 1.974 ± 0.092 Кс 2
0.410 ± 0.018 КЬ 1.246 ± 0.066 Кс 2
почвы за 24 ч
Ка4 0.597 ± 0.025 КЬ4 2.211 ± 0.094 Кс4 2 Ка 0.451 ± 0.021 КЬ 2.675 ± 0.083 Кс 3
.378 ± 0.063 .643 ± 0.086 .014 ± 0.051 .936 ± 0.069 .476 ± 0.094
Пероксидазная активность, мг образовавшегося 1.4-п-бензохи-нона на 1 г почвы за 30 мин
Ка1 1.545 ± 0.068 КЬ1 0.856 ± 0.035 Кс1 0.568 ± 0.014
1 1 1
Ка2 1.427 ± 0.053 КЬ2 0.921 ± 0.029 Кс2 0.294 ± 0.006
Ка3 1.638 ± 0.077 КЬ3 1.058 ± 0.051 Кс3 0.316 ± 0.011
Ка4 1.402 ± 0.061 КЬ4 0.716 ± 0.026 Кс4 0.842 ± 0.023
4 4 4
Ка 1.430 ± 0.064 КЬ 0.693 ± 0.034 Кс 0.169 ± 0.004
Полифенолоксидазная активность, мг образовавшегося 1.4-п-бензохинона на 1 г почвы за 30 мин
Ка1 1.101 ± 0.031 КЬ1 1.145 ± 0.046 Кс1 0.564 ± 0.009
1 1 1
Ка2 1.213 ± 0.048 КЬ2 0.956 ± 0.032 Кс2 0.429 ± 0.016
Ка3 1.167 ± 0.056 КЬ3 0.843 ± 0.028 Кс3 0.683 ± 0.017
Ка4 1.054 ± 0.025 КЬ4 1.058 ± 0.041 Кс4 0.267 ± 0.003
4 4 4
Ка 1.182 ± 0.057 КЬ 0.732 ± 0.036 Кс Кс
ности растений, роста побегов, корней и листьев, замедлять процесс фотосинтеза, а также вызывать гибель растений вследствие окислительного стресса (Martins et al., 2019; Zhang et al., 2021). Также отметим, что цинк и мышьяк принадлежат к первому классу опасности; медь и никель - ко второму13.
Во всех исследуемых образцах не обнаружилось превышения ПДК бенз(а)пирена (Рис. 6). Содержание нефтепродуктов в исследуемом грунте образца Ka (среднее значение 160.872 мг/кг) превышало фоновый показатель более чем в 2 раза, однако для отвала зоны Кс, подверженной этапу биологической рекультивации, данный параметр практически равен фоновому содержанию (86.544 мг/кг) (Рис. 5).
Количество фенолов в исследуемых образцах не превышало 1 мг/кг (Рис. 6). Фенольное загрязнение почв может быть вызвано как биогенными, так и техногенными факторами. В связи с комплексным характером данного типа загрязнения,
13 МУ 2.1.7.730-99. Методические указания. Почва, очистка населенных мест, бытовые и промышленные отходы, санитарная охрана почвы. Гигиеническая оценка качества почвы населенных мест.
а также с химическим и типологическим разнообразием почв установление ПДК для общего содержания фенолов затруднительно. Согласно литературным данным, при концентрации фе-нольных веществ от 1 до 5 мг/кг уровень загрязнения интерпретируется как средний (Иеронова и Безухова, 2014). Таким образом, исследуемые грунты горных пород во всех зонах имеют низкий уровень загрязнения фенольными веществами.
Количество ртути в грунтах Корчакольских угольных отвалов не превышало установленной ПДК14 (Рис. 6), что не противоречит литературным данным (Журавлева и др., 2015). Это связано с воздействием мероприятий по рекультивации, способствующих очистке почв от поллютантов.
С целью выявления связи между содержанием металлов и активностью ферментов были вычислены коэффициенты корреляции (г) и значимости (р). Коэффициент значимости
14 СанПиН 1.2.3685-21. Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания.
■ Зона Ка Зона КЬ ■ Зона Кс Рис. 2. Инвертазная активность грунтов поверхностного слоя Корчакольского угольного отвала (среднее ± ошибка среднего).
Рис. 3. Нитритредуктазная активность грунтов поверхностного слоя Корчакольского угольного отвала (среднее ± ошибка среднего).
Зона Ка Зона КЬ Зона Кс
■ Пероксидазная активность Полифенолоксидазная активность
Рис. 4. Перокидазная и полифенолоксидазная активность грунтов поверхностного слоя Корчакольского угольного отвала (среднее ± ошибка среднего).
Табл. 4. Санитарно-химические показатели грунтов поверхностного слоя Корчакольского угольного отвала; «н/н» - показатель не нормируется.
Показатель ПДК15/ ОДК16/ Ка Зона КЬ Кс
Ка1 60.187 ± 2.759 КЬ1 53.452 ± 2.156 КС1 48.556 ± 1.956
Цинк (валовое содержание), 11016 Ка2 Каз 61.234 ± 3.015 60.568 ± 2.963 (М го .а .о КК 52.363 ± 2.349 52.951 ± 2.448 Ко2 КСз 47.234 ± 1.894 48.191 ± 2.056
мг/кг Ка4 59.894 ± 2.565 КЬ4 54.184 ± 2.128 КС4 49.352 ± 2.148
Ка5 60.819 ± 3.003 КЬ5 53.079 ± 2.356 КС5 47.848 ± 1.920
Ка1 22.341 ± 0.987 КЬ1 15.906 ± 0.623 КС1 10.740 ± 0.415
Медь (валовое содержание), Ка2 22.644 ± 1.004 КЬ2 15.231 ± 0.587 КС2 10.327 ± 0.276
6616 Каз 23.104 ± 1.216 КЬз 16.361 ± 0.713 КСз 11.167 ± 0.348
мг/кг Ка4 22.377 ± 0.855 КЬ4 14.815 ± 0.346 КС4 10.078 ± 0.500
Ка5 22.185 ± 0.783 КЬ5 14.557 ± 0.469 КС5 9.856 ± 0.281
Ка1 24.128 ± 1.005 КЬ1 18.751 ± 0.865 КС1 13.841 ± 0.516
Никель (валовое содержание), Ка2 24.896 ± 1.225 КЬ2 19.141 ± 0.921 КС2 14.026 ± 0.631
4016 Каз 24.314 ± 1.119 КЬз 19.759 ± 0.934 КСз 14.338 ± 0.522
мг/кг Ка4 25.373 ± 1.342 КЬ4 20.239 ± 0.756 КС4 15.124 ± 0.684
Ка5 24.184 ± 0.989 КЬ5 20.016 ± 1.005 КС5 14.959 ± 0.348
Ка1 4.313 ± 0.121 КЬ1 3.043 ± 0.124 КС1 1.995 ± 0.085
Мышьяк (валовое содержание), Ка2 4.658 ± 0.203 КЬ2 3.531 ± 0.110 КС2 2.262 ± 0.114
516 Каз 4.066 ± 0.043 КЬз 3.919 ± 0.098 КС2з 2.738 ± 0.099
мг/кг Ка4 4.237 ± 0.109 КЬ4 3.235 ± 0.086 КС4 2.515 ± 0.054
Ка5 4.210 ± 0.098 КЬ5 4.149 ± 0.146 КС5 3.127 ± 0.123
Ка1 0.052 ± 0.00з КЬ1 0.036 ± 0.002 КС1 0.015 ± 0.001
Ка2 0.059 ± 0.002 КЬ2 0.024 ± 0.001 КС2 0.023 ± 0.001
Ртуть (валовая форма), мг/кг 2.115 Каз Ка4 0.065 ± 0.004 0.054 ± 0.002 КЬз КЬ4 0.041 ± 0.002 0.034 ± 0.001 КСз КС4 0.018 ± 0.001 0.023 ± 0.001
Ка5 0.045 ± 0.002 КЬ5 0.046 ± 0.001 КС5 0.031 ± 0.002
Ка1 0.020 ± 0.005 КЬ1 0.014 ± 0.001 КС1
Ка2 0.019 ± 0.006 КЬ2 0.013 ± 0.001 КС2
Бенз(а)пирен, мг/кг 0.0215 Каз Ка4 0.018 ± 0.002 0.019 ± 0.007 КЬз КЬ4 0.013 ± 0.001 0.015 ± 0.001 КСз КС4 <0.010
Ка5 0.017 ± 0.005 КЬ5 0.011 ± 0.001 КС5
Ка1 161.234 ± 8.012 КЬ1 105.349 ± 5.107 КС1 86.348 ± 4.210
Ка2 160.319 ± 7.942 КЬ2 106.217 ± 4.234 КС2 88.102 ± 3.861
Нефтепродукты, мг/кг 73.617 Каз Ка4 161.075 ± 8.105 161.237 ± 7.346 КЬз КЬ4 104.315 ± 4.751 105.284 ± 5.106 КСз КС4 86.318 ± 4.105 85.294 ± 3.756
Ка5 160.496 ±7.812 КЬ5 106.101 ± 5.245 КС5 86.657 ± 4.208
Ка1 0.915 ± 0.041 КЬ1 0.759 ± 0.027 КС1 0.218 ± 0.015
Ка2 0.751 ± 0.036 КЬ2 0.613 ± 0.021 КС2 0.134 ± 0.009
Фенол, мг/кг н/н Каз 0.824 ± 0.042 КЬз 0.598 ± 0.019 КСз 0.259 ± 0.013
Ка4 0.917 ± 0.046 КЬ4 0.716 ± 0.025 КС4 0.187 ± 0.008
Ка5 0.862 ± 0.035 КЬ5 0.653 ± 0.026 КС5 0.210 ± 0.016
15, 16 СанПиН 1.2.3685-21. Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания.
17 Представлено фоновое содержание нефтепродуктов для г. Новокузнецка (Загрязнение..., 2021).
Рис. 5. Содержание тяжелых металлов/металоидов и нефтепродуктов в грунтах горных пород поверхностного слоя Корчакольского угольного отвала (среднее ± ошибка среднего).
Ртуть (Валовое содержание) Бенз(а)пирен Фенолы
■ ОДК/ПДК ЗонаКа ■ Зона КЬ "ЗонаКс
Рис. 6. Содержание ртути, бенз(а)пирена, фенолов в грунтах горных пород поверхностного слоя Корчакольского угольного отвала (среднее ± ошибка среднего).
Табл. 5. Санитарно-биологические показатели грунтов поверхностного слоя Корчакольского угольного отвала; «н/о» - не обнаружено, «н/д» - не допускается.
Зона
Показатель Норма18
Ка Kb Кс
Ка1 КЬ1 643.98 ± 31.50 КС1 1598.54 ± 63.23
Ка2 КЬ2 453.21 ± 20.28 КС2 1456.29 ± 65.29
Индекс БГКП 1-9 Каз н/о КЬз 567.30 ± 28.18 КСз 1673.67 ± 82.51
Ка4 КЬ4 482.49 ± 21.02 КС4 1435.83 ± 69.37
Ка5 КЬ5 631.25 ± 30.65 КС5 1549.11 ± 65.67
Ка1 КЬ1 КС1
Ка2 КЬ2 КС2
Индекс энтерококков 1-9 Каз н/о КЬз н/о КСз н/о
Ка4 КЬ4 КС4
Ка5 КЬ5 КС5
Ка1 КЬ1 КС1
Ка2 КЬ2 КС2
Патогенные энтеробактерии Salmonella sp. и Shigella sp. н/д Каз н/о КЬз н/о КСз н/о
Ка4 КЬ4 КС4
Ка5 КЬ5 КС5
Ка1 КЬ КС1
Ка2 КЬ2 КС2
Жизнеспособные яйца и личин- 1-9 Ка н/о КЬ н/о КС н/о
ки гельминтов з з з
Ка4 КЬ4 КС4
Ка5 КЬ5 КС5
Ка1 КЬ1 КС1
Ка2 КЬ2 КС2
Цисты патогенных простейших 1-9 Каз н/о КЬз н/о КСз н/о
Ка4 КЬ4 КС4
Ка5 КЬ5 КС5
Ка1 КЬ1 КС1
Ка2 КЬ2 КС2
Личинки и куколки синантроп- н/д Ка н/о КЬ н/о КС н/о
ных мух з з з
Ка4 КЬ4 КС4
Ка5 КЬ5 КС5
18 СанПиН 2.1.3684-21. Санитарно-эпидемиологические требования к содержанию территорий городских и сельских поселений, к водным объектам, питьевой воде и питьевому водоснабжению, атмосферному воздуху, почвам, жилым помещениям, эксплуатации производственных, общественных помещений, организации и проведению санитарно-противоэпидемических (профилактических) мероприятий.
во всех случаях был меньше 0.05. В грунтах поверхностного слоя Корчакольского угольного отвала присутствует высокая прямая зависимость между содержанием цинка и активностью полифенолоксидазы (г = 0.84), а также содержанием никеля и активностью пероксидазы (г = 0.83). Полученная прямая зависимость противоречит литературным данным (Плешакова и др., 2010; Русяева и др., 2019; Тапд et а1., 2022) и свидетельствует о возможном присутствии других факторов, нивелирующих действие металлов. К таким факторам могут относиться следующие: количество субстрата, соотношение С^ в почве, рН почвы, состав микробиома, массовая доля гумуса, количество минеральных соединений, влажность (Даденко и др., 2013; Солдатов и др., 2020; Товстик и Олькова, 2021; Хи et а1., 2020). В свою очередь, высокая обратная связь наблюдалась между содержаниями меди и нитритредуктазы (г = -0.92), а также мышьяка и инвертазы (г = -0.84). Подобная зависимость согласуется с данными других исследований (Даденко и др., 2013; В1аСк et а1., 2019; Govarthanan et а1., 2018).
На рост и развитие растений, а также полезной микрофлоры оказывают влияние не только концентрации тяжелых металлов и органических поллютантов, но и санитарно-биологические показатели почвы19, данные по которым для поверхностного слоя Корчакольского угольного отвала представлены в Табл. 5. Согласно результатам исследований, в пробах отсутствуют энтерококки, патогенные энтеробактерии, яйца и личинки гельминтов (жизнеспособные), цисты патогенных простейших, личинки и куколки синантропных мух. Бактерии группы кишечной палочки (БГКП) в образцах грунтов из зоны Ка также не были обнаружены; при этом в зонах КЬ и Кс индекс БГКП превышает норму20 примерно в 61 и 171 раз соответственно. Вероятно, зоны КЬ и Кс обладают оптимальными условиями для роста микроорганизмов; в то же время общее санитарно-химическое состояние зоны Ка угнетает развитие естественного микробиома.
Заключение
В направлении от зоны Ка к зоне Кс активность инвертазы и нитритредуктазы возрастала; перок-
19 МУ 2.1.7.730-99. Методические указания. Почва, очистка населенных мест, бытовые и промышленные отходы, санитарная охрана почвы. Гигиеническая оценка качества почвы населенных мест.
20 СанПиН 2.1.3684-21. Санитарно-эпидемиологические
требования к содержанию территорий городских и сельских поселений, к водным объектам, питьевой воде и питьевому водоснабжению, атмосферному воздуху, почвам, жилым помещениям, эксплуатации производственных, общественных помещений, организации и проведению санитарно-противоэпидемических (профилактических) мероприятий.
сидазная и полифенолоксидазная активности, наоборот, снижались. Это может свидетельствовать о том, что технический и биологический этапы рекультивации положительно влияют на ферментативную активность грунтов горных пород, однако она остается невысокой. Также на данных территориях последовательно уменьшаются значения всех исследованных санитарно-химических показателей; содержание поллютантов не превышает установленных ОДК. Таким образом, можно предположить, что проводимая рекультивация способствует восстановлению антропогенно нарушенных почв. В то же время концентрация загрязняющих веществ остается значительной, и они могут негативно влиять на жизнедеятельность растений, произрастающих на территории угольного отвала, поэтому в дальнейшем потребуются дополнительные меры по очистке почвы от тяжелых металлов.
Статистический анализ биохимических и са-нитарно-химических показателей грунтов горных пород Корчакольского угольного отвала позволил обнаружить значимую отрицательную корреляцию между содержанием меди и активностью нитритре-дуктазы; между уровнем мышьяка и инвертазной активностью. В то же время цинк и полифенолокси-даза, а также никель и пероксидаза демонстрируют прямую корреляцию между собой. В дальнейшем планируется исследовать зависимость ферментативной активности данных территорий от количества субстрата (фенола, ароматических соединений, ПАУ и спиртов), состава микробиома, гумуса и количества минеральных соединений. Кроме того, необходимо оценить воздействие тяжелых металлов на микробиом грунтов горных пород. При этом потребуется учитывать продолжительность воздействия поллютантов, так как негативное влияние данных элементов проявляется в долгосрочной перспективе (Иванова и др., 2020).
При исследовании санитарно-бактериологиче-ских показателей поверхностного слоя угольного отвала обнаружено, что индекс БГКП в зонах КЬ и Кс превышает установленную норму для допустимого уровня загрязнения грунта более чем в 60 раз. Вероятно, эти зоны обладают более благоприятными условиями для развития и жизнедеятельности микробиоты по сравнению с зоной Ка. Также планируется отбор образцов в весенний период для проведения мониторинга состояния отвала21.
На данный момент образцы грунтов поверхностного слоя Корчакольского угольного отвала проанализированы по агрофизическим, агрохимическим, биохимическим и санитарным показателям; кроме того, из них были выделены микроор-
21 ГОСТ 17.4.4.02-2017. Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа.
ганизмы. На основании полученных результатов и дальнейших исследований планируется отобрать определенные виды растений и микроорганизмов для ремедиации техногенно нарушенных земель. Разрабатывая микробный препарат, в первую очередь следует подбирать наиболее перспективные штаммы, осуществляющие биотрансформацию тяжелых металлов. Это необходимо для увеличения выживаемости культур растений, используемых на биологическом этапе рекультивации (Saha et al., 2021). Особое внимание требуется уделить штаммам, способным нейтрализовать цинк и мышьяк, представляющие наибольшую угрозу на загрязненных территориях22. Также для лучшей выживаемости растений необходимо вносить ризобактерии,(Saha et al., 2021) и бактерии-продуценты веществ с антимикробной активностью, способные подавлять жизнедеятельность БГКП для уменьшения риска заражения сельскохозяйственной продукции (Лукин и Марчук, 2011). Таким образом, проведенные и планируемые исследования в перспективе будут использоваться в ходе разработки биопрепарата, наилучшим образом подходящего для ремедиации изученной территории (Третьякова, 2018).
Финансирование
Работа выполнена в рамках государственного задания по теме «Разработка подходов к фиторемедиации посттехногенных ландшафтов с использованием стимулирующих рост растений ризобактерий (PGPB) и «омиксных» технологий», дополнительное соглашение № 075-03-2021189/4 от 30.09.2021 (внутренний номер 075-ГЗ/ X4140/679/4).
ORCID
Е.Е. Воробьева 0000-0001-6362-7589 Н.В. Фотина 0000-0002-7655-0258 Л.К. Асякина 0000-0003-4988-8197 M .А. Осинцева 0000-0002-4045-8054 А.Ю. Просеков 0000-0002-5630-3196
Список литературы
Акинина, А.Н., Середина, В.П., Овсянникова, С.В., 2017. Экологическое состояние почвенных экосистем Кузнецкой котловины. Вестник Оренбургского государственного университета 212 (12), 40-44.
Антонов, Г.И., Чмуж, О.А., 2016. Трансформация биологических свойств почвогрунтов
22 МУ 2.1.7.730-99. Методические указания. Почва, очистка населенных мест, бытовые и промышленные отходы, санитарная охрана почвы. Гигиеническая оценка качества почвы населенных мест.
посттехногенных ландшафтов Бородинского угольного разреза в Рыбинской лесостепи. Евразийский союз ученых 22 (1-5), 89-92.
Вылегжанин, В.Н., 2015. Общие соображения анализа ретроспективы Кузбасса. Горный информационно-аналитический бюллетень 1, 152-163.
Даденко, Е.В., Денисова, Т.В., Казеев, К.Ш., Колесников, С.И., 2013. Оценка применимости показателей ферментативной активности в биодиагностике и мониторинге почв. Поволжский экологический журнал 4, 385-393.
Журавлева, Н.В., Иваныкина, О.В., Исмагилов, З.Р., Потокина, Р.Р., 2015. Содержание токсичных элементов во вскрышных и вмещающих породах угольных месторождений Кемеровской области. Горный информационно-аналитический бюллетень 3, 187-196.
Загрязнение почв Российской Федерации токсикантами промышленного происхождения в 2020 году, 2021. Сатаева, Л.В. (ред.). НПО «Тайфун», Обнинск, Россия, 128 с.
Иванова, Е.А., Першина, Е.В., Карпова, Д.В., Тхакахова, А.К., Железова, А.Д. и др., 2020. Прокариотные сообщества почвогрунтов отвалов курской магнитной аномалии. Экологическая генетика 18 (3), 331-342. https://doi.org/10.17816/ecogen17901
Иеронова, В.В., Безухова, А.В., 2014. Оценка экологического состояния почв в зоне нефтегазодобычи по содержанию загрязняющих веществ (на примере нефтяного месторождения Ямало-Ненецкого автономного округа). Вестник Югорского государственного университета 34 (3), 38-40.
Кочкина, А.В., 2016. Процессы аммонификации и нитрификации в почве. Современная наука: актуальные проблемы теории и практики. Серия: Естественные и технические науки 4, 9-14.
Лукин, С.М., Марчук, Е.В., 2011. Влияние биопрепаратов ассоциативных
азотфиксирующих микроорганизмов на урожайность сельскохозяйственных культур. Достижения науки и техники АПК 8, 18-21.
Манаков, Ю.А., Куприянов, А.Н., Копытов, А.И., 2108. Добыча каменного угля в Кузбассе в аспекте устойчивого развития региона. Уголь
110 (9), 89-94. https://doi.org/10.18796/0041-5790-2018-9-89-94
Осипова, Н.А., Язиков, Е.Г., Тарасова, Н.П., Осипов, К.Ю., 2015. Тяжелые металлы в почвах в районах воздействия угольных предприятий и их влияние на здоровье населения. Безопасность в техносфере 2, 16-26.
Плешакова, Е.В., Решетников, М.В., Любунь, Е.В., Беляков, А.Ю., Турковская, О.В., 2010. Биогенная миграция Cd, Pb, Ni и As в системе «почва-растения» и изменение биологической активности почвы. Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия Науки о Земле 10 (2), 59-66.
Русяева, М.Л., Филончикова, Е.С., Сизенцов, Я.А., 2019. Изучение влияния солей цинка на рост пробиотических, патогенных и условно-патогенных штаммов микроорганизмов. Научное обозрение. Педагогические науки 5-2, 79-82.
Солдатов, В.П., Шхапацев, А.К., Казеев, К.Ш., Азаренко, М.А., Колесников, С.И., 2020. Ферментативная активность и содержание гумуса в послелесных почвах Адыгеи. АгроЭкоИнфо 41 (3), 17.
Товстик, Е.В., Олькова, А.С., 2021. Оценка влияния факторов абиотической природы на ферментативную активность почвы. Экобиотех 4 (2), 128-134. https://doi.org/10.31163/2618-964X-2021-4-2-128-134
Третьякова, М.С., 2018. Перспективы использования эндо- и ризосферных микроорганизмов для восстановления загрязненных нефтью почв. Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук. Иркутск, Россия, 121 с.
Фотина, Н.В., Емельяненко, В.П., Воробьева, Е.Е., Бурова, Н.В., Остапова, Е.Т., 2021. Современные биологические методы восстановления и очистки нарушенных угледобычей земель в условиях Кемеровской области - Кузбасса. Техника и технология пищевых производств 51 (4), 869-882. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2021-4-869-882
Angulo-Bejarano, P.I., Puente-Rivera, J., Cruz-Ortega, R., 2021. Metal and metalloid toxicity in plants: an overview on molecular aspects. Plants 10, 635-663. https://doi.org/10.3390/ plants10040635
Assemien, F.L., Cantarel, A.A., Florio, A., Lerondelle, C., Pommier, T., Gonnety, J.T., Roux, X.L., 2109. Different groups of nitrite-reducers and N2O-reducers have distinct ecological niches and functional roles in West African cultivated soils. Soil Biology and Biochemistry 129, 39-47. https:// doi.org/10.1016/j.soilbio.2018.11.003
Black, A., Wakelin, S., Hamonts, K., Gerard, E., Condron, L., 2019. Impacts of long term copper exposure on abundance of nitrogen cycling genes and denitrification activity in pasture soils. Applied Soil Ecology 138, 253-261. https://doi. org/10.1016/j.apsoil.2019.03.009
Drozdova, M.Y., Pozdnyakova, A.V., Osintseva, M.A., Burova, N.V., Minina, V.I., 2021. The microorganism-plant system for remediation of soil exposed to coal mining. Foods and Raw Materials 9 (2), 406-418. https://doi.org/10.21603/2308-4057-2021-2-406-418
Fan, L., Tarin, M., Yangyang, Z., Yongzhen, H., Rong, J. et al., 2021. Patterns of soil microorganisms and enzymatic activities of various forest types in coastal sandy land. Global Ecology and Conservation 28, e01625. https://doi.org/10.1016/j. gecco.2021.e01625
Govarthanan, M., Mythili, R., Selvankumar, T., Kamala-Kannan, S., Kim, H., 2018. Myco-phytoremediation of arsenic- and lead-contaminated soils by Helianthus annuus and wood rot fungi, Trichoderma sp. isolated from decayed wood. Ecotoxicology and Environmental Safety 151, 279-284. https://doi.org/10.1016/j. ecoenv.2018.01.020
Hassan, M., Chattha, M., Khan, I., Chattha, M., Aamer, M. et al., 2019. Nickel toxicity in plants: Reasons, toxic effects, tolerance mechanisms, and remediation possibilities - a review. Environmental Science and Pollution Research 26, 12673-12688. https://doi.org/10.1007/s11356-019-04892-x
Ismagilov, Z.R., Zhuravleva, N.V., Kerzhentsev, M.A., Yashnik, S.A., Matus, E.V. et al., 2018. Environmental issues in Kuznetsk coal basin. Scientific approaches and technologies to reduce environmental pollution. Chemistry for Sustainable Development 26 (3), 221-239. https://doi. org/10.15372/CSD20180302
Jain, D., Kour, R., Bhojiya, A.A., Meena, R.H., Singh, A. et al., 2020. Zinc tolerant plant growth promoting bacteria alleviates phytotoxic effects of zinc on maize through zinc immobilization. Scientific
Reports 10, 13865. https://doi.org/10.1038/ s41598-020-70846-w
Kaushal, J., Mehandia, S., Singh, G., Raina, A., Arya, S., 2018. Catalase enzyme: application in bioremediation and food industry. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology 16, 192-199. https:// doi.org/10.1016/j.bcab.2018.07.035
Khosrozadeh, S., Guber, A., Kravchenko, A., Ghaderi, N., Blagodatskaya, E., 2022. Soil oxidoreductase zymography: Visualizing spatial distributions of peroxidase and phenol oxidase activities at the root-soil interface. Soil Biology and Biochemistry 167, 108610. https://doi. org/10.1016/j.soilbio.2022.108610
Küpper, H., Andresen, E., 2016. Mechanisms of metal toxicity in plants. Metallomics 8, 269-285. https://doi.org/10.1039/c5mt00244c
Li, Z., Zeng, Z., Tian, D., Wang, J., Fu, Z. et al., 2020. The stoichiometry of soil microbial biomass determines metabolic quotient of nitrogen mineralization. Environmental Research Letters 15 (3), 034005. https://doi.org/10.1088/1748-9326/ ab6a26
Liu, X., Wang, J., Wu, L., Zhang, L., Si, Y., 2021. Impacts of silver nanoparticles on enzymatic activities, nitrifying bacteria, and nitrogen transformation in soil amended with ammonium and nitrate. Pedosphere 1 (6), 934-943. https:// doi.org/10.1016/s1002-0160(21)60036-x
Martins, G.C., Oliveira, C., Ribeiro, P.G., Natal-da-Luz, T., Sousa, J.P., Bundschuh, J., Guilherme, L.R.G., 2019. Assessing the Brazilian prevention value for soil arsenic: Effects on emergence and growth of plant species relevant to tropical agroecosystems. Science of The Total Environment 694, 133663. https://doi. org/10.1016/j.scitotenv.2019.133663
Mathew, B., Singh, H., Biju, V., Beeregowda, K., 2107. Classification, source and effect of environmental pollutants and its biodegradation. Journal of Environmental Pathology, Toxicology and Oncology 36 (1), 55-71. https://doi.org/10.1615/ JEnvironPatholToxicolOncol.2017015804
Nakayama, M., Tateno, R., 2021. Rhizosphere effects on soil extracellular enzymatic activity and microbial abundance during the low-temperature dormant season in a northern hardwood forest. Rhizosphere 21, 100465. https://doi.org/10.1016/j. rhisph.2021.100465
Qianxi, L., Jia, W., Zhang, Q., Cheng, X., 2022. Localized plant-soil-microbe interactions regulate spatial variations of soil oxidase activities within afforested systems in a subtropical area. Geoderma 406, 115499. https://doi.org/10.1016/j. geoderma.2021.115499
Saha, L., Tiwari, J., Bauddh, K., Ma, Y., 2021. Recent developments in microbe-plant-based bioremediation for tackling heavy metal-polluted soils. Frontiers in Microbiology 12, 731723. https:// doi.org/10.3389/fmicb.2021.731723
Samuel, A., Brejea, R., Domuta, C., Bungau, S., Cenusa, N., Tit, D.M., 2017. Enzymatic indicators of soil quality. Journal of Environmental Protection and Ecology 18 (3), 871-878.
Sobat, M., Asad, S., Kabiri, M., Mehrshad, M., 2021. Metagenomic discovery and functional validation of L-asparaginases with anti-leukemic effect from the Caspian Sea. iScience 24 (1), 101973. https:// doi.org/10.1016/j.isci.2020.101973
Sun, X., Ye, Y., Guan, Q., Jones, D.L., 2021. Organic mulching masks rhizosphere effects on carbon and nitrogen fractions and enzyme activities in urban greening space. Journal of Soils and Sediments 21, 1621-1632. https://doi.org/10.1007/s11368-021-02900-7
Tang, B., Xu, H., Song, F., Ge, H., Yue, S., 2022. Effects of heavy metals on microorganisms and enzymes in soils of lead-zinc tailing ponds. Environmental Research 207, 112174. https://doi. org/10.1016/j.envres.2021.112174
Xu, Z., Zhang, T., Wang, S., Wang, Z., 2020. Soil pH and C/N ratio determines spatial variations in soil microbial communities and enzymatic activities of the agricultural ecosystems in Northeast China: Jilin Province case. Applied Soil Ecology 155, 103629. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2020.103629
Yinping, B., Feng, L., Gang, Y., Shengwei, S., Faqin, D. et al., 2018. Meta-analysis of experimental warming on soil invertase and urease activities. Acta Agriculturae Scandinavica, Section B. Soil and Plant Science 68 (2), 104-109. https://doi.org/ 10.1080/09064710.2017.1375140
Zhang, J., Hamza, A., Xie, Z., Hussain, S., Brestic, M. et al., 2021. Arsenic transport and interaction with plant metabolism: Clues for improving agricultural productivity and food safety. Environmental Pollution 290, 117987. https://doi.org/10.1016/j. envpol.2021.117987
Article
Chemical and sanitary assessment of coal spoil heaps in the south of the Kuznetsk Basin
Ekaterina E. Vorobyeva* , Natalya V. Fotina , Lyudmila K. Asyakina , MariyaA. Osintseva , AlexandrYu. Prosekov
Kemerovo State University, ul. Krasnaya 6, Kemerovo, 650000 Russia *[email protected]
Abstract. Due to the large amount of pollution at coal spoil heaps, soil reclamation is slow and requires development and use of microbial preparations, selected based on assessments of the biochemical parameters of soil and the extent of its contamination. The material for this study was mine soils sampled in three different zones (Ka, Kb, Kc) of the Korchakol coal spoil heap. The studied sanitary and chemical indicators did not exceed the approximate permissible concentrations (APC) / maximum allowable concentrations (MAC), except for oil products (in the Ka, Kb, Kc zones, the excess averaged 2.2, 1.4, 1.2 times, respectively). The study found a direct correlation between the zinc content and the enzymatic activity of polyphenol oxidase, the level of Ni and peroxidase, as well as an inverse correlation between the As and Cu concentrations with invertase and nitrite reductase, respectively. The index of bacteria of the Escherichia coligroup (coliform bacteria) in different zones exceeded the standard values by 61 and 171 times. Even though the sanitary indicators studied do not exceed permissible levels, they can slow down growth and development of plants. Thus, successful reclamation of mine soils requires introduction of biological preparations based on microorganisms that biotransform heavy metals and rhizobacteria.
Keywords: Kemerovo Region, Kuznetsk Basin, enzymatic activity of soils, heavy metals, organic pollutants, sanitary and biological indicators, reclamation of contaminated soils, rhizobacteria, remediation
