2411-3336 2541-9404 Записки Горного института Journal of Mining Institute Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины ΙΙ Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University 10.31897/PMI.2021.1.15 pmi-14044 https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/14044 Геоэкология и безопасность жизнедеятельности Geoecology and occupational health and safety Trace element accumulation by soils and plants in the North Caucasian geochemical province Аккумуляция химических элементов почвенно-растительным покровом Северо-Кавказской геохимической провинции Alekseenko Vladimir A. Алексеенко В. А. Alekseenko Vladimir A. vl.al.alekseenko@gmail.com 0000-0002-7874-8110 Южный федеральный университет (Россия) Southern Federal University (Russia) Shvydkaya Natalya V. Швыдкая Н. В. Shvydkaya Natalya V. nepeta@mail.ru 0000-0003-0243-1480 Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т.Трубилина (Россия) Kuban State Agrarian University (Russia) Bech Jaume Бек Дж. Bech Jaume jaumebechborras@gmail.com 0000-0001-9401-0266 Университет Барселоны (Испания) University of Barcelona (Spain) Puzanov Alexander V. Пузанов А. В. Puzanov Alexander V. puzanov@iwep.ru 0000-0002-1340-486X Институт водных и экологических проблем СО РАН (Россия) Institute for Water and Environmental Problems of Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences (Russia) Nastavkin Aleksei V. Наставкин А. В. Nastavkin Aleksei V. geo_alex@mail.ru 0000-0003-1472-9399 Южный федеральный университет (Россия) Southern Federal University (Russia) 26 04 2021 2021 247 141 153 13 10 2020 02 03 2021 26 04 2021 © 2021 В. А. Алексеенко, Н. В. Швыдкая, Дж. Бек, А. В. Пузанов, А. В. Наставкин © 2021 Vladimir A. Alekseenko, Natalya V. Shvydkaya, Jaume Bech, Alexander V. Puzanov, Aleksei V. Nastavkin 2021 В. А. Алексеенко, Н. В. Швыдкая, Дж. Бек, А. В. Пузанов, А. В. Наставкин Vladimir A. Alekseenko, Natalya V. Shvydkaya, Jaume Bech, Alexander V. Puzanov, Aleksei V. Nastavkin Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) This article is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0) https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/14044

Многолетние исследования Северо-Кавказской геохимической провинции позволили установить местные кларки и кларки концентрации (рассеяния) химических элементов в горных породах, почвах и растениях. Рассматриваемую провинцию характеризует ряд региональных особенностей. Ассоциации элементов, находящихся в повышенных и пониженных концентрациях, часто определяются преобладающим составом горных пород (карбонатно-терригенные, терригенные, магматические). Изучение средних содержаний ряда химических элементов в почвах провинции показало, что в ассоциацию аккумулированных элементов входят металлы с различными миграционными особенностями. Так, несмотря на довольно близкие размеры ионных радиусов, для Pb, Zn, Cu, Li (судя по ионному потенциалу) характерно образование катионов, а Mn, Mo, Zr образуют сложные комплексные ионы. На сероводородных барьерах, в основном, осаждаются Zn, Cu, Pb, а Mo, Co, Mn – на кислородных. Для Cu, Zn, Mo, Co биогенное накопление играет существенную роль, а для Pb, Ni оно практически отсутствует. Величины абсолютного разброса элементов не достигли экологически опасных значений, но свидетельствуют о довольно интенсивной миграции. В древесных растениях наиболее интенсивно накапливаются Ba, Nb, Sc, Sr, Zn. Специфические природные условия, характеризующие Северо-Кавказскую геохимическую провинцию, должны оказывать влияние на развитие техногенеза и его последствия.

Long-term studies of the North Caucasian geochemical province allowed to establish regional abundances and calculate accumulation (dispersion) factors for chemical elements in rocks, soils, and plants. Certain natural regional patterns characterize the province. Associations of elements in high and low concentrations are often determined by the predominant composition of rocks: carbonate-terrigenous, terrigenous, and igneous. The study of the average contents of several chemical elements in the soils of the province showed that the association of accumulated elements includes metals with different migration characteristics. Thus, despite the rather close values of the ionic radii, Pb, Zn, Cu, and Li (judging by the ionic potential) are characterized by the formation of cations, while Mn, Mo, and Zr form complex ions. Such elements as Zn, Cu, and Pb are mainly accumulated on hydrosulfuric barriers, while Mo, Co, and Mn are stopped by oxygenous barriers. For Cu, Zn, Mo, and Co, biogenic accumulation plays a significant role, while for Pb and Ni it is practically absent. The absolute dispersion of the elements did not reach environmentally hazardous values, although it indicates a fairly intensive migration. In woody plants, Ba, Nb, Sc, Sr, and Zn are accumulated most intensively.

 Ключевые слова геохимия почв фитоаккумуляция геохимические ассоциации фитомасса региональный геохимический фон Keywords soil geochemistry phytoaccumulation geochemical associations phytomass regional geochemical background Алексеенко В.А. Экологическая геохимия. М.: Логос, 2000. 627с. Alekseenko V.A. Ecological geochemistry. Moscow: Logos, 2000, p. 627 (in Russian). Алексеенко В.А. Металлы в окружающей среде. Лесные ландшафты Северо-Западного Кавказа / В.А.Алексеенко, А.В.Суворинов, Е.В.Власова. М.: Университетская книга, 2008. 264 с. Alekseenko V.A., Suvorinov A.V., Vlasova E.V. Metals in the environment. Forest landscapes of the Northwest Caucasus. Moscow: Universitetskaya kniga, 2008, p. 264 (in Russian). Алексеенко В.А. Геоэкология. Экологическая геохимия. Ростов-на-Дону: Феникс, 2017. 688 с. Alekseenko V.A. Geoecology. Ecological geochemistry. Rostov-na-Donu: Feniks, 2017, p. 688 (in Russian). Алтухов М.Д. Высокогорные луга Северо-Западного Кавказа / М.Д.Алтухов, Л.Г.Горчарук // Растительные ресурсы. Часть 2. Пищевые, кормовые, лекарственные и другие полезные растения. Ростов-на-Дону: Изд-во Ростовского университета, 1984. С. 77-91. Altukhov M.D., Gorcharuk L.G. Alpine meadows of the Northwestern Caucasus. Rastitelnye resursy. Part 2. Pishchevye, kormovye, lekarstvennye i drugie poleznye rasteniya. Rostov-na-Donu: Izd-vo Rostovskogo universiteta, 1984, p. 77-91. Базилевич Н.И. Географические закономерности структуры и функционирования экосистем / Н.И.Базилевич, О.С.Гребенщиков, А.А.Тишков. М.: Наука, 1986. 296 с. Bazilevich N.I., Grebenshchikov O.S., Tishkov A.A. Geographic patterns of the structure and functioning of ecosystems. Moscow: Nauka, 1986, p. 296 (in Russian). Базилевич Н.И. Динамика органического вещества и биологический круговорот азота и зольных элементов в основных типах растительности земного шара / Н.И.Базилевич, Л.Е.Родин. М., Л.: Наука, 1965. 223 с. Bazilevich N.I., Rodin L.E. Dynamics of organic matter and biological cycle of nitrogen and ash elements in the main types of vegetation of the globe. Moscow, Leningrad: Nauka, 1965, p. 223 (in Russian). Вернадский В.И. Живое вещество и биосфера. М.: Наука, 1994. 672 с. Vernadskii V.I. Living matter and biosphere. Moscow: Nauka, 1994, p. 672 (in Russian). Виноградов А.П. Геохимия редких и рассеянных химических элементов в почвах. М.: Изд-во АН СССР, 1957. 238 с. Vinogradov A.P. Geochemistry of rare and trace elements in soils. Moscow: Izd-vo AN SSSR, 1957, p. 238 (in Russian). Выделение и количественный анализ наночастиц дорожной пыли / М.С.Ермолин, П.С.Федотов, А.И.Иванеев и др. // Журнал аналитической химии. 2017. Т. 72. № 5. С. 448-461. DOI: 10.7868/S004445021705005X Ermolin M.S., Fedotov P.S., Ivaneev A.I. et al. Allocation and quantification of road dust nanoparticles. Zhurnal analiticheskoi khimii. 2017. Vol. 72. N 5, p. 448-461. DOI: 10.7868/S004445021705005X (in Russian). Геологический справочник по сидерофильным и халькофильным редким металлам / В.В.Иванов, О.Е.Юшко-Захарова, Л.Ф.Борисенко, Л.Н.Овчинников. М.: Недра, 1989. 462 с. Ivanov V.V., Yushko-Zakharova O.E., Borisenko L.F., Ovchinnikov L.N. Geological reference book of siderophilic and chalcophilic rare metals. Moscow: Nedra, 1989, p. 462 (in Russian). Джаббаров Н.С. Оценка загрязненности почв тяжелыми металлами вокруг Дашкесанского горно-обогатительного комбината // Бюллетень науки и практики. 2019. Т. 5. № 9. С. 175-183. DOI: 10.33619/2414-2948/46/20 Dzhabbarov N.S. Estimation of Soil Pollution with Heavy Metals Around Dashkesan Mining and Processing Factory. Bulletin of Science and Practice.2019. Vol. 5. N 9, p. 175-183. DOI: 10.33619/2414-2948/46/20 Кабата-Пендиас А. Микроэлементы в почвах и растениях /А.Кабата-Пендиас, Х.Пендиас. М.: Мир, 1989. 439 с. Kabata-Pendias A., Pendias Kh. Trace elements in soils and plants. Moscow: Mir, 1989, p. 439 (in Russian). Карта геохимических ландшафтов Краснодарского края / В.А.Алексеенко, Вал.Ап.Алексеенко, В.И.Седлецкий. М.: Роскартография,1988. Alekseenko V.A., Alekseenko Val.Ap., Sedletskii V.I. Map of geochemical landscapes of Krasnodar Krai. Moscow: Roskartografiya, 1988 (in Russian). Карта геохимических ландшафтов Краснодарского края и Республики Адыгея. М 1:500000 / В.А.Алексеенко, И.Ю.Матасова, Р.В.Аникеенко и др. М., Пятигорск: АО Северо-Кавказское аэрогеодезическое предприятие, 2000. 2 с. Alekseenko V.A., Matasova I.Yu., Anikeenko R.V. et al. Map of geochemical landscapes of Krasnodar Krai and the Republic of Adygea. Scale 1:500,000. Moscow, Pyatigorsk: AO Severo-Kavkazskoe aerogeodezicheskoe predpriyatie, 2000, p. 2 (in Russian). Мониторинговые исследования ландшафтов Северо-Кавказской геохимической провинции / В.А.Алексеенко, Н.В.Швыдкая, А.В.Пузанов, А.В.Наставкин // Записки Горного института. 2020. Т. 243. С. 371-378. DOI: 10.31897/pmi.2020.3.371 Alekseenko V.A., Shvydkaya N.V., Puzanov A.V., Nastavkin A.V. Landscape monitoring studies of the North Caucasian geochemical province. Journal of Mining Institute. 2020. Vol. 243, p. 371-378. DOI: 10.31897/pmi.2020.3.371 Особенности формирования фитоценозов и изменение морфобиологических характеристик растений на отработанных ртутных месторождениях Краснодарского края / В.А.Алексеенко, Н.В.Швыдкая, Е.П.Рудаков, М.А.Катюшенко // Биогеохимия химических элементов и соединений в природных средах: Материалы II Международной школы-семинара для молодых исследователей, посвященной памяти профессора В.Б.Ильина. Тюмень: Тюменский государственный университет, 2016. С. 178-183. Alekseenko V.A., Shvydkaya N.V., Rudakov E.P., Katyushenko M.A. Features of the formation of phytocenoses and changes in the morphobiological characteristics of plants at the spent mercury deposits of the Krasnodar Krai. Bio-geokhimiya khimicheskikh elementov i soedinenii v prirodnykh sredakh: Materialy II Mezhdunarodnoi shkoly-seminara dlya molodykh issledovatelei, posvyashchennoi pamyati professor V.B.Ilina. Tyumen: Tyumenskii gosudarstvennyi universitet, 2016, p. 178-183 (in Russian). Перельман А.И. Геохимия. М.: Высшая школа, 1979. 423 с. Perelman A.I. Geochemistry. Moscow: Vysshaya shkola, 1979, p. 423 (in Russian). Середин Р.М. Северный Кавказ // Растительные ресурсы. Часть 1. Леса. Ростов-на-Дону: Изд-во Ростовского университета, 1980. С. 18-40. Seredin R.M. North Caucasus. Plantresources. Part 1. Forests. Rostov-na-Donu: Izd-vo Rostovskogo universiteta, 1980, p. 18-40 (in Russian). Середин Р.М. Флора и растительность Северного Кавказа. Краснодар: Изд-во Кубанского государственного университета, 1979. 89 с. Seredin R.M. Flora and vegetation of the North Caucasus. Krasnodar: Izd-vo Kubanskogo gosudarstvennogo universiteta, 1979, p. 89 (in Russian). Ферсман А.Е. Избранные труды. В 5 т. М.: Изд-во АН СССР, 1954-1959. Fersman A.E. Selected Works. 5 Volumes. Moscow: Izd-vo AN SSSR, 1954-1959 (in Russian). Швыдкая Н.В. К изучению адвентивной флоры антропогенных ландшафтов Краснодарского края // Экологический вестник Северного Кавказа. 2012. Т. 8. № 4. С. 87-89. Shvydkaya N.B. The study of adventive flora in anthropogenic landscapes of Krasnodar region. The North Caucasus Ecological Herald. Vol. 8. N 4, p. 87-89 (in Russian). Ящинин С.Б. Геология, металлогения, рудноминеральные ресурсы Северного Кавказа в начале XXI столетия. Минеральные Воды: Кавказская здравница, 2008. 198 с. Yashchinin S.B. Geology, metallogeny, and ore mineral resources of the North Caucasus at the beginning of the XXI century. Mineralnye Vody: Kavkazskaya zdravnitsa, 2008, p. 198 (in Russian). Bowen H.J.M. Environmental Chemistry of the Elements. N.Y.: Acad. Press, 1979. 333 p. Bowen H.J.M. Environmental Chemistry of the Elements. N.Y.: Acad. Press, 1979, p. 333. Distinguishing between natural and anthropogenic sources for potentially toxic elements in urban soils of Talcahuano, Chile / P.Tume, E.González, R.W.King et al. // Journal of Soils and Sediments. 2018. Vol. 18. P. 2335-2349. DOI: 10.1007/s11368-017-1750-0 Tume P., González E., King R.W.et al. Distinguishing between natural and anthropogenic sources for potentially toxic elements in urban soils of Talcahuano, Chile. Journal of Soils and Sediments. 2018. Vol. 18, p. 2335-2349. DOI: 10.1007/s11368-017-1750-0 Effects of arbuscularmycorrhizal fungi on the growth and heavy metal accumulation of bermudagrass [Cynodondactylon (L.) Pers.] grown in a lead–zinc mine wasteland / F.Zhan, B.Li, M.Jiang, Y.Li, Y.Wang // International Journal of Phytoremediation. 2019. Vol. 21. Iss. 9. P. 849-856. DOI: 10.1080/15226514.2019.1577353 Zhan F., Li B., Jiang M., Li Y., Wang Y. Effects of arbuscular mycorrhizal fungi on the growth and heavy metal accumulation of bermudagrass [Cynodondactylon (L.) Pers.] grown in a lead-zinc mine wasteland. International Journal of Phytoremediation. 2019. Vol. 21. Iss. 9, p. 849-856. DOI: 10.1080/15226514.2019.1577353 Nagornov D.O. Research of the condition of regional parts of massif at longwall mining of prone to spontaneous ignition coal seams / D.O.Nagornov, E.A.Kremcheev, D.A.Kremcheeva // International Journal of Civil Engineering and Technology. 2019. Vol. 10. Iss. 1. P. 876-883. Nagornov D.O., Kremcheev E.A., Kremcheeva D.A. Research of the condition of regional parts of massif at longwall mining of prone to spontaneous ignition coal seams. International Journal of Civil Engineering and Technology. 2019. Vol. 10. Iss. 1, p. 876-883. Populus nigra L. as a bioindicator of atmospheric trace element pollution and potential toxic impacts on human and ecosystem / A.Yalaltdinova, J.Kim, N.Baranovskaya, L.Rikhvanov // Ecological Indicators. 2018. Vol. 95.Part 2. P. 974-983. DOI: 10.1016/j.ecolind.2017.06.021 Yalaltdinova A., Kim J., Baranovskaya N., Rikhvanov L. Populus nigra L. as a bioindicator of atmospheric trace element pollution and potential toxic impacts on human and ecosystem. Ecological Indicators. 2018. Vol. 95. Part 2, p. 974-983. DOI: 10.1016/j.ecolind.2017.06.021 Sliti N. Assessment of tailings stability and soil contamination of Kef Ettout (NW Tunisia) abandoned mine / N.Sliti, C.Abdelkrim, L.Ayed // Arabian Journal of Geosciences. 2019. Vol. 12. P. 73. DOI: 10.1007/s12517-018-4204-0 Sliti N., Abdelkrim C., Ayed L. Assessment of tailings stability and soil contamination of Kef Ettout (NW Tunisia) abandoned mine. Arabian Journal of Geosciences. 2019. Vol. 12, p. 73. DOI: 10.1007/s12517-018-4204-0 The application of Local Moran's I to identify spatial clusters and hot spots of Pb, Mo and Ti in urban soils of Yerevan / G.Tepanosyan, L.Sahakyan, C.Zhang, A.Saghatelyan // Applied Geochemistry. 2019. Vol. 104. P. 116-123. DOI: 10.1016/j.apgeochem.2019.03.022 Tepanosyan G., Sahakyan L., Zhang C., Saghatelyan A. The application of Local Moran's I to identify spatial clusters and hot spots of Pb, Mo and Ti in urban soils of Yerevan. Applied Geochemistry. 2019. Vol. 104, p. 116-123. DOI: 10.1016/j.apgeochem.2019.03.022