Биоиндикация состояния окружающей среды в районе железорудного производства

Дана оценка состояния компонентов окружающей среды в регионе воздействия АО «Карельский окатыш», Республика Карелия. Установлено содержание металлов (Mn, K, Sc, V, Sr, Fe, Cr, Co, Cu, Ni, Zn, Cd, Ba, Pb, Ti) в почвах, корке сосны Pinus sylvestris и листьях березы Betula pubescens, изучены изменения анатомо-морфологических характеристик растений. За фон приняты природно-территориальные комплексы в Костомукшском заповеднике. Показано, что химический состав почв и растений определяется химизмом подстилающих горных пород, особенностями рудопроявления и интенсивностью торфонакопления. Загрязнение окружающей среды в районе комбината имеет локальный слабовыраженный характер. При пылении от карьеров в почвы и растения поступают K, Sr, Ba, Fe, Mn, Ti. Загрязнение от автотранспорта связано с увеличением концентраций Pb, Zn, Cu, Cd. Биотестирование на Daphnia magna и Chlorella vulgaris отразило низкий уровень токсичности почв. Наиболее показательным является применение комплекса биоиндикационных признаков, чувствительных к малозаметным изменениям состояния окружающей среды. Морфологические отклонения растений под влиянием загрязнения усиливаются в 1,5–4 раза, проективное покрытие эпифитных лишайников снижается до 0% по сравнению с фоном. На территории комбината климатический сигнал радиального прироста P. sylvestris подавляется антропогенным воздействием, минимальные и максимальные индексы прироста уменьшаются в 1,5–3 раза относительно фона. Интегральный биоиндикационный показатель BIP (Bioindication integral parameter) на основе функции желательности Харрингтона указывает на отсутствие антропогенного воздействия в заповеднике (BIP = 0,77–0,84), «средний» (BIP = 0,37–0,63) и «высокий» (BIP = 0,28–0,37) уровни трансформации природной среды вблизи производственных объектов на территории комбината. Обочины дорог, производственные площадки, вырубки зарастают апохорными и рудеральными видами Urtica dioica, Calamagrostis arundinacea, Chamaenerion angustifolium, Tussilago farfara, Picris hieracioides и др. На рекультивированных участках старых отвалов вскрышных пород массовое развитие получают инвазивные Ribes nigrum, Frangula alnus, Melandrium dubium и др. Отмечена необходимость регулярных мониторинговых исследований, контроля содержания Fe, Ni, V, Pb, Cu и Zn в компонентах окружающей среды в зоне воздействия железорудных предприятий.

1. Баргальи Р. Биогеохимия наземных растений. М.: ГЕОС, 2005. 457 с.

2. Биоиндикация загрязнений наземных экосистем / под ред. Р. Шуберта. М., 1988. 350 с.

3. Битюцкий Н.П. Минеральное питание растений: учебник. 2-е изд. СПб.: Изд-во Санкт-Петербургского унта, 2020. 540 с.

4. Ваганов Е.А., Круглов В.Б., Васильев В.Г. Дендрохронология: учеб. пособие. Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2008. 120 с.

5. Галахина Н.Е. Оценка воздействия предприятий горнодобывающей железорудной промышленности на водную среду с учетом природно-техногенных факторов формирования вод: дис. … канд. хим. наук. Петрозаводск, 2016. 160 с.

6. Дзюба О.Ф. Палиноиндикация качества окружающей среды. СПб.: Недра, 2006. 197 с.

7. Добровольский В.В. Основы биогеохимии: учебник для студ. высш. учеб. заведений. М.: Академия, 2003. 400 с.

8. Здоровье среды: методика оценки. М.: Центр экологической политики России, 2000. 68 с.

9. Карташев А.Г. Биоиндикационные методы контроля окружающей среды: учеб. пособие. Москва: Юрайт, 2021. 138 с.

10. Кошелева Н.Е., Касимов Н.С., Сорокина О.И. и др. Геохимия ландшафтов Улан-Батора // Известия Российской академии наук. Серия географическая. 2013. № 5. С. 109–124.

11. Лянгузова И.В. Тяжелые металлыв северотаежных экосистемах России. Saarbrucken: LAP LAMBERT, 2016. 269 с.

12. Методы физико-химического анализа почв и растений: метод. указания / М.Г. Опекунова и др. СПб.: Изд-во Санкт-Петербургского ун-та, 2015. 86 с.

13. Минкина Т.М., Вардуни Т.В., Манджиева С.С. и др. Индикация химического загрязнения почв и растений. Ростов н/Д: Печатная лавка, 2015. 192 с.

14. Опекунов А.Ю., Опекунова М.Г. Интегральная оценка загрязнения ландшафта с использованием функции желательности Харрингтона // Вестн. СанктПетербургского ун-та. Сер. Геология. География. 2014. № 4. С. 101–113.

15. Опекунова М.Г. Диагностика техногенной трансформации ландшафтов на основе биоиндикации: дисс. … д-ра геогр. наук: 25.00.23. СПб., 2013. 402 с.

16. Опекунова М.Г., Гизетдинова М.Ю. Использование лишайников в качестве биоиндикаторов загрязнения окружающей среды // Вестн. Санкт-Петербургского ун-та. Сер. 7. Геология. География. 2014. № 1. С. 79–94.

17. Опекунова М.Г., Никулина А.Р., Смешко И.В. и др. Сравнительный анализ эффективности методов биоиндикации при мониторинговых исследованиях состояния окружающей среды в Санкт-Петербурге // Вестн. Санкт-Петербургского ун-та. Науки о Земле. 2023. Т. 68. № 2. С. 331–356. DOI: 10.21638/spbu07.2023.207.

18. Пантелеева Я.Г. Геохимические изменения окружающей среды в зоне влияния горнопромышленного комплек- са ОАО «Карельский окатыш» (г. Костомукша, Республика Карелия): автореф. дис. … канд. геол.-минерал. наук. СПб., 2009. 240 с.

19. Регионы и города России: интегральная оценка экологического состояния. М.: ИП Филимонов М.В., 2014. 560 с.

20. Тишков А.А., Белоновская Е.А., Кренке А.Н. и др. Изменения биологической продуктивности наземных экосистем Российской Арктики в ХХI в. // Арктика: экология и экономика. 2021. Т. 11, № 1. С. 30-41. DOI 10.25283/2223-4594-2021-1-30-41.

21. Требования к геохимической основе государственной геологической карты Российской Федерации масштаба 1 : 1 000 000 (новая редакция). М., 2005. 28 с.

22. Федорец Н.Г., Солодовников А.Н. Воздействие эмиссий Костомукшского горно-обогатительного комбината на лесные подстилки сосняков в северотаежной подзоне Карелии // Труды КарНЦ РАН. 2013. № 6. С. 143–152.

23. Ярмишко В.Т., Горшков В.В., Лянгузова И.В., Баккал И.Ю. Экологический мониторинг лесных экосистем Кольского полуострова в условиях аэротехногенного загрязнения // Региональная экология. 2011. № 1-2(31). С. 21–29.

24. Agboola O., Babatunde D.E., Fayomi O.S.I. et al. A review on the impact of mining operation: Monitoring, assessment and management, Results in Engineering, 2020, vol. 8, DOI: 10.1016/j.rineng.2020.100181.

25. Bayouli I.T., Bayouli H.T., Dell’Oca A. et al. Ecological indicators and bioindicator plant species for biomonitoring industrial pollution: Eco-based environmental assessment, Ecological Indicators, 2021, vol. 125, no. 6, DOI: 10.1016/j.ecolind.2021.107508.

26. Capozzi F., Giordano S., Aboal J.R. et al. Best options for the exposure of traditional and innovative moss bags: A systematic evaluation in three European countries, Environmental Pollutio, 2016, vol. 214, p. 362–373, DOI 10.1016/j.envpol.2016.04.043.

27. Edvardsson J., Rognvaldsson K., Helgadottir E.P. et al. A statistical model for the prediction of the number of sapwood rings in Scots pine (Pinus sylvestris L.), Dendrochronologia, 2022, vol. 74, no. 2, DOI: 10.1016/j.dendro.2022.125963.

28. Fares M.A., Yusoff Z., Masdar N.D. et al. Tree barks as bioindicator for organic and inorganic pollutants: a preliminary study, Jurnal Intelek, 2014, vol. 9(1), p. 16–22.

29. Giljum S., Maus V., Kuschnig N. et al. A pantropical assessment of deforestation caused by industrial mining, Proceedings of the National Academy of Sciences, 2022, vol. 119(38), 7 p., DOI: 10.1073/pnas.2118273119.

30. Hou S., Zheng N., Tang L. et al. Effect of soil pH and organic matter content on heavy metals availability in maize (Zea mays L.) rhizospheric soil of non-ferrous metals smelting area, Environ Monit Assess, 2019, vol. 191, no. 10, p. 634, DOI: 10.1007/s10661-019-7793-5.

31. Katjutin P.N., Stavrova N.I., Gorshkov V.V. et al. Radial growth of trees differing in their vitality in the middleaged scots pine forests in the Kola Peninsula, Silva Fennica, 2020, vol. 54, no. 3. p. 1–10, DOI 10.14214/SF.10263.

32. Korobova E.M. Toxicity as a Biogeochemical Problem, Geochemistry International, 2020, vol. 58, no. 10, p. 1092– 1096, DOI: 10.1134/S0016702920100080.

33. Li S., Wu J., Huo Y. et al. Profiling multiple heavy metal contamination and bacterial communities surrounding an iron tailing pond in Northwest China, Science of The Total Environment, 2021, vol. 752, no. 2, DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.141827.

34. Markert B. Plants as Biomonitors: Indicators for Heavy Metals in the Terrestrial Environment, VCH Publishers Ltd, 1993.

35. Opekunov A.Y., Opekunova M.G., Kukushkin S.Y. et al. Mineralogical-Geochemical Characteristics of the Snow Cover in Areas with Mining and Ore-Processing, Geochemistry International, 2021, vol. 59, no. 7, p. 711–724, DOI: 10.1134/S0016702921060070.

36. Rybicki J., Abrego N., Ovaskainen O. Habitat fragmentation and species diversity in competitive communities, Ecology letters, 2019, vol. 23, no. 3, p. 506–517, DOI: 10.1111/ele.13450.

37. Speer J.H. Fundamentals of tree-Ring Research, Tucson, Arizona University of Arisona Press, 2010, 368 p.

38. Stavrova N.I., Gorshkov V.V., Katjutin P.N., Bakkal I.J. The structure of northern siberian spruce-scots pine forests at different stages of post-fire succession, Forests, 2020, vol. 11, no. 5, p. 558, DOI: 10.3390/F11050558.

39. Terekhova V.A. Biotesting of Soil Ecotoxicity in Case of Chemical Contamination: Modern Approaches to Integration for Environmental Assessment (a Review), Eurasian Soil Science, 2022, vol. 55, no. 5, p. 601–612, DOI: 10.1134/S106422932205009X.

40. Thakur M., Bhardwaj S., Kumar V. et al. Lichens as effective bioindicators for monitoring environmental changes: A comprehensive review, Total Environment Advances, 2024, vol. 9, DOI: 10.1016/j.teadva.2023.200085.

41. Urosevic M.A., Lazo P., Stafilov T. et al. Active biomonitoring of potentially toxic elements in urban air by two distinct moss species and two analytical techniques: a pan-Southeastern European study, Air Qual, Atmos, Health, 2023, vol. 16, p. 595–612, DOI 10.1007/s11869-022-01291-z.

42. Zamotaev I.V., Ivanov I.V., Mikheev P.V. et al. Transformation and contamination of soils in iron ore mining areas (a review), Eurasian Soil Science, 2017, vol. 50, no. 3, p. 359–372, DOI: 10.1134/S1064229317030127.

43. Zvezdanovic J., Petrovic S., Lazarevic A. Nickel(II) interactions with chlorophylls in solution: impact to degradation induced by UV-irradiation, Chemia Naissensis, 2023, vol. 5, no. 2, p. 1–17, DOI: 10.46793/ChemN5.2.01Z.