Оценка устойчивости аридных почв юга европейской части России к загрязнению кадмием по биологическим показателям

Аридные почвы выполняют важные экологические функции, прежде всего, поддержание биологического разнообразия и устойчивости биосферы. Одним из приоритетных загрязнителей для них является кадмий. Аридные почвы Юга Европейской части России различаются по своей устойчивости к загрязнению кадмием и образуют следующий ряд по мере ее снижения: черноземы обыкновенные (haplic chernozem) ≥ темно-каштановые (haplic kastanozems) ≥ каштановые (haplic kastanozems) ≥ светло-каштановые (haplic kastanozems) > бурые полупустынные (haplic calcisols) > песчаные (calcaric arenosols). Чем тяжелее гранулометрический состав и больше органического вещества в исследованных почвах, тем сильнее связываются металлы и меньше проявляют токсичность. Также были разработаны региональные предельно допустимые концентрации (рПДК) кадмия в аридных почвах Юга Европейской части России на основе нарушения их экосистемных функций. Региональная ПДК кадмия для черноземов обыкновенных (haplic chernozem) и темно-каштановых почв (haplic kastanozems) составляет 3,0 мг/кг почвы, для каштановых (kastanozems haplic) – 2,4 мг/кг, для светло-каштановых (haplic kastanozems) – 1,9 мг/кг, для бурых полупустынных (haplic calcisols) 1,6 мг/кг, для песчаных бурых полупустынных (calcaric arenosols) – 1,1 мг/кг. Разработанные рПДК могут быть использованы для нормирования содержания кадмия в аридных почвах других регионов мира. Также, разработаны прогнозные картосхемы, отражающие степени ухудшения биологического состояния аридных почв Юга России при загрязнении разными концентрациями кадмия.

каштановые почвы, бурые полупустынные почвы, биотестирование, нормирование, прогнозирование, региональные предельно допустимые концентрации

1. ГН 2.1.7.2511-09. Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве: Гигиенические нормативы / Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора. М., 2009. 10 с.

2. Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Экология почв. Учение об экологических функциях почв. М.: Наука, 2006. 362 с.

3. Дьяченко В.В., Матасова И.Ю. Региональные кларки химических элементов в почвах европейской части юга России // Почвоведение. 2016. № 10. С. 1159–1166.

4. Казеев К.Ш., Колесников С.И. Атлас почв Азово-Черноморского бассейна. Ростов-на-Дону: Издательство Южного федерального университета, 2015. 80 с.

5. Казеев К.Ш., Колесников С.И., Акименко Ю.В., Даденко Е.В. Методы биодиагностики наземных экосистем. Ростов-на-Дону: Издательство Южного федерального университета, 2016. 356 с.

6. Колесников С.И., Жаркова М.Г., Самохвалова Л.С., Кутузова И.В., Налета Е.В., Зубков Д.А., Казеев К.Ш. Оценка экотоксичности тяжелых металлов и нефти по биологическим показателям чернозема // Экология. 2014. № 3. С. 163–173.

7. Колесников С.И., Казеев К.Ш., Вальков В.Ф. Влияние загрязнения тяжелыми металлами на эколого-биологические свойства чернозема обыкновенного // Экология. 2000. № 3. С. 193–201.

8. Колесников С.И., Казеев К.Ш., Вальков В.Ф. Экологические функции почв и влияние на них загрязнения тяжелыми металлами // Почвоведение. 2002. № 12. С. 1509–1514.

9. Колесников С.И., Тлехас З.Р., Казеев К.Ш., Вальков В.Ф. Изменение биологических свойств почв Адыгеи при химическом загрязнении // Почвоведение. 2009. № 12. С. 1499–1505.

10. Колесников С.И., Ярославцев М.В., Спивакова Н.А., Казеев К.Ш. Сравнительная оценка устойчивости биологических свойств разных подтипов черноземов юга России к загрязнению Cr, Cu, Ni, Pb (в модельном эксперименте) // Почвоведение. 2013. № 2. С. 195–200.

11. Национальный атлас почв Российской Федерации // С.А. Шоба, Г.В. Добровольский, И.О. Алябина и др. М.: АСТ, 2011. 632 с.

12. Отчет о научно-производственной деятельности за 2016 год ФГБУ «ГЦАС «Астраханский»: отчет НИР. Астрахань: ФГБУ «ГЦАС «Астраханский», 2016.

13. Asgher M., Khan M.I.R., Anjum N.A., Khan N.A. Minimizing toxicity of cadmium in plants – role of plant growth regulators. Protoplasma, 2015, vol. 252, p. 399–413.

14. Bro-Rasmussen F. Contamination by persistent chemicals in food chain and human health. Sci. Total Environ, 1996, vol. 188, p. 45–60. DOI: 10.1016/0048-9697(96)05276-X.

15. Cadmium Toxicity and Tolerance in Plants From Physiology to Remediation. Hasanuzzaman M., Majeti Narasimha V.P., Masayuki F. (Eds.), Elsevier, 2019, p. 163–183. DOI: 10.1016/C2017-0-02050-5.

16. Campbell P.G.C. Cadmium-A priority pollutant. Environmental Chemistry, 2006, vol. 3, no. 6, p. 387–388.

17. Davidson N.C. How much wetland has the world lost? Longterm and recent trends in global wetland area. Mar. Freshw. Res., 2014, vol. 65, p. 934–941.

18. Felix-Henningsen P., Urushadze T.F., Narimannidze E.I., Wichmann L., Steffens D., Kalandadze B. Heavy metal pollution of soils and food crops due to mining wastes in an irrigation district south of Tbilisi, eastern Georgia. Annals of Agrarian Science, 2007, vol. 5, no. 3, p. 11–27.

19. Goering P.L., Waalkes M.P., Klaassen C.D. Handbook of experimental pharmacology, vol. 115. Toxicology of Metals, Biochemical Effects. Goyer R.A., Cherian M.G. (Eds.). Springer, New York, 1994, p. 189–214.

20. Greed I.F., Lane C.R., Serran J.N., Alexander L.C., McLaughlin D.L., Raanan-Kiperwas H., Rains M.C., Rains K.C., Smith L. Enhancing protection for vulnerable waters. Nat. Geosci., 2017, vol. 10, no. 11, p. 809–815.

21. Guidelines for Drinking-water Quality, 4th Edition Incorporating the First Addendum. World Health Organization (WHO), Geneva (License: CC BY-NC-SA 3.0 IGO), 2017.

22. Hu Y., Nan Z. Soil Contamination in Arid Region of Northwest China: Status Mechanism and Mitigation. Twenty Years of Research and Development on Soil Pollution and Remediation in China. Luo Y., Tu C. (Eds). Springer, Singapore, 2018, p. 365–374.

23. Jackson T., Macgillivray A. Accounting for cadmium: tracking emissions of cadmium from the global economy. Chem. Ecol., 1995, vol. 11, no. 3, p. 137–181. DOI: 10.1080/02757549508039067.

24. Jarup L. Hazards of heavy metal contamination. Br. Med. Bull., 2003, vol. 68, no. 1, p. 167–182.

25. Kabata-Pendias A. Trace Elements in Soils and Plants. 4 th Edition. Boca Raton, FL: Crc Press, 2010, 548 p.

26. Khan M.A., Khan S., Khan A., Alam M. Soil contamination with cadmium, consequences and remediation using organic amendments. Sci. Total Environ., 2017, vol. 601, p. 1591–1605.

27. Kingsford R.T., Basset A., Jackson L. Wetlands: conservation’s poor cousins. Aquat. Conserv. Mar. Freshwat. Ecosyst., 2016, vol. 26, р. 892–916.

28. Kolesnikov S.I., Kazeev K.S., Akimenko Y.V. Development of regional standards for pollutants in the soil using biological parameters. Environmental Monitoring and Assessment, 2019, p. 191–544.

29. Menéndez-Serra M., Triadó-Margarit X., Castańeda C., Herrero J., Casamayor O.E. Microbial composition, potential functional roles and genetic novelty in gypsum-rich and hypersaline soils of Monegros and Gallocanta (Spain). Science of the Total Environment, 2019, vol. 650, no. 1, p. 343–353.

30. Nan Z.R., Liu X.W., Zhao Z.J., Wang S.L., Yang Y.M., Wang Z.W. Chemical behavior and ecological risk assessment of heavy metals in arid oasis region. Chinese Environmental Science Press, Beijing, 2011.

31. Pan J., Plant J.A., Voulvoulis N., Oates C.J., Ihlenfeld C. Cadmium levels in Europe: implications for human health. Environ. Geochem. Health, 2010, vol. 32, no. 1, p. 1–12.

32. Sidhu G.P.S., Singh H.P., Batish D.R., Kohli R.K. Tolerance and hyperaccumulation of cadmium by a wild, unpalatable herb Coronopus didymus (L.) Sm. (Brassicaceae). Ecotoxicol. Environ., Saf, 2017a, vol. 135, p. 209–215.

33. Tang X., Li Q., Wu M., Lin L., Scholz M. Review of remediation practices regarding cadmium-enriched farmland soil with particular reference to China. J. Environ. Manag., 2016, vol. 181, p. 646–662.

34. Tudoreanu L., Phillips C.J.C. Modelling cadmium uptake and accumulation in plants. Adv. Agron, 2004, vol. 84, p. 121157.

35. Wagner G.J. Accumulation of cadmium in crop plants and its consequences to human health. Adv. Agron, 1993, vol. 51, p. 173–212.

36. World Reference Base for Soil Resources. FAO, Rome, 2006, 128 р.

37. Wuana R.A., Okieimen F.E. Heavy Metals in Contaminated Soils: A Review of Sources, Chemistry, Risks and Best Available Strategies for Remediation. ISRN Ecology, 2011, Article ID 402647, 20 p. DOI: 10.5402/2011/402647.