Поиск эффективных решений по восстановлению почвенно-растительного покрова на загрязненных территориях города Карабаш
- 1 — канд. техн. наук директор научного центра Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II ▪ Orcid
- 2 — канд. техн. наук доцент Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II ▪ Orcid ▪ Scopus
- 3 — инженер учебно-научной лаборатории Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II ▪ Orcid
Аннотация
Деятельность предприятий цветной металлургии приводит к образованию в почвенном покрове близлежащих территорий устойчивых полиметаллических загрязнений, что при длительном негативном воздействии заканчивается деградацией почвенно-растительного покрова. С учетом масштабности проблемы проведена серия экспериментальных исследований по моделированию процесса произрастания растений на сильнозагрязненных тяжелыми металлами кислых почвах для поиска комплексного решения по восстановлению почвенно-растительного покрова. Эксперимент заключался в определении наиболее эффективных почвенных добавок для восстановления кислых почв Карабаша (Челябинская обл.), характеризующихся высоким уровнем загрязнения тяжелыми металлами. По результатам теоретических исследований в качестве почвоулучшающих добавок для эксперимента были выбраны известь, низинный торф, вермикулит, биочар и мелатонин. Представлены результаты лабораторных исследований состава и свойств почв до и после проведения эксперимента, а также результаты визуальной, количественной и химической оценки растительной биомассы. На основании экспериментальных исследований были определены наиболее эффективные почвенные добавки, которые позволяют не только снизить влияние тяжелых металлов на растения, но и повысить их фитомассу. Наилучшие результаты были получены при нейтрализации почвы известью, улучшении физико-механических свойств путем внесения вермикулита, повышении содержания органического вещества за счет низинного торфа и добавлении таких почвоулучшающих добавок широкого спектра действия, как биочар и мелатонин. Комплексное использование почвенных добавок позволило нейтрализовать сильнокислые почвы до pH 6,6-7,5, снизить концентрацию подвижной меди как основного поллютанта в четыре и более раз, а также создать устойчивую корневую систему и здоровую наземную часть растений.
Работа выполнена в рамках Государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации «Исследование процессов комплексного освоения недр Земли и глубокой переработки георесурсов» (FSRW-2026-0003).
Литература
- Копцик Г.Н. Современные подходы к ремедиации почв, загрязненных тяжелыми металлами (обзор литературы) // Почвоведение. 2014. № 7. С. 851-868. DOI: 10.7868/S0032180X14070077
- Barsova N., Yakimenko O., Tolpeshta I., Motuzova G. Current state and dynamics of heavy metal soil pollution in Russian Federation – A review // Environmental Pollution. 2019. Vol. 249. P. 200-207. DOI: 10.1016/j.envpol.2019.03.020
- Чукаева М.А., Кошенкова А.А., Малыгин Н.А. и др. Биогеохимическая оценка загрязнения тяжелыми металлами почвенно-растительного покрова Канонерского острова // Вестник Московского университета. Серия 5. География. 2025. Т. 80. № 1. С. 170-184. DOI: 10.55959/MSU0579-9414.5.80.1.13
- Быкова М.В., Малюхин Д.М. Оценка потенциала техногенных почвогрунтов на основе осадка сточных вод для рекультивации нарушенных земель горнодобывающей промышленности // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2025. № 9. С. 36-52. DOI: 10.25018/0236_1493_2025_9_0_36
- Баркан В.Ш., Лянгузова И.В. Содержание тяжелых металлов в доминантных видах мхов как индикатор аэротехногенной нагрузки // Экология. 2018. № 2. С. 119-126. DOI: 10.7868/S0367059718020051
- Юркевич Н.В., Ельцов И.Н., Гуреев В.Н. и др. Техногенное воздействие на окружающую среду в Российской Арктике на примере Норильского промышленного района // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2021. Т. 332. № 12. С. 230-249. DOI: 10.18799/24131830/2021/12/3207
- Рыкова Т.В. Лесоводственно-экологическая оценка устойчивости сосновых экосистем к загрязнению среды тяжелыми металлами: Автореф. дис. ... канд. с.-х. наук. М.: Всероссийский научно-исследовательский институт лесоводства и механизации лесного хозяйства, 2024. 16 с.
- Данилов А.С., Кремчеев Э.А., Лозовая А.С., Гайдак В.О. Мониторинг загрязнения почв Мончегорска: причины и последствия // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2025. № 9. С. 53-66. DOI: 10.25018/0236_1493_2025_9_0_53
- Шабанов М.В., Маричев М.С. Геохимические аномалии тяжелых металлов в почвах природных и антропогенных ландшафтов (на примере Красноуральского промузла) // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2022. Т. 333. № 6. С. 230-239. DOI: 10.18799/24131830/2022/6/3545
- Петухов А.С., Кремлева Т.А., Левчук Е.Д. и др. Накопление тяжелых металлов в почвах и листьях березы повислой (Betula pendula) в условиях загрязнения городской среды // Теоретическая и прикладная экология. 2025. № 1. С. 83-91. DOI: 10.25750/1995-4301-2024-4-083-091
- Хохряков А.В, Студенок Г.А., Фролов С.Г., Рыбников П.А. Территориальный эколого-технологический подход к обращению с объектами накопленного вреда окружающей среде как структурообразующий элемент системы обеспечения техносферной безопасности горнопромышленных регионов // Известия Уральского государственного горного университета. 2024. Вып. 2 (74). С. 132-141. DOI: 10.21440/2307-2091-2024-2-132-141
- Нуреев Р.Р., Пашкевич М.А., Харько П.А. Оценка воздействия отходов обогащения медных руд на поверхностные и подземные воды // Геология и геофизика Юга России. 2022. Т. 12. № 4. С. 169-179. DOI: 10.46698/VNC.2022.37.95.013
- Пашкевич М.А., Алексеенко А.В., Нуреев Р.Р. Формирование экологического ущерба при складировании сульфидсодержащих отходов обогащения полезных ископаемых // Записки Горного института. 2023. Т. 260. С. 155-167. DOI: 10.31897/PMI.2023.32
- Залесов С.В., Бачурина А.В., Бачурина С.В. Состояние лесных насаждений, подверженных влиянию промышленных поллютантов ЗАО «Карабашмедь», и реакция их компонентов на проведение рубок обновления. Екатеринбург: Уральский государственный лесотехнический университет, 2017. 276 с.
- Сальникова Ю.М., Стрелкова Ю.Ю. Поиск эффективных решений по восстановлению растительного покрова на загрязненных почвах города Карабаш // Геология в развивающемся мире: Сборник научных трудов по материалам XVII Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, 10-12 апреля 2024, Пермь, Россия. Пермь: Пермский государственный национальный исследовательский университет, 2024. С. 586-590.
- Горбунова В.Д., Менщиков С.Л. Макроэлементный состав листьев березы повислой (Betula pendula Roth) в градиенте аэротехногенного загрязнения АО «Карабашмедь» // Лесной вестник. 2023. № 5. С. 170-178. DOI: 10.18698/2542-1468-2023-5-170-178
- Окорков В.В. К теории химической мелиорации кислых почв // Агрохимия. 2019. № 9. С. 3-17. DOI: 10.1134/S0002188119090096
- Sánchez-Castro I., Molina L., Prieto-Fernández M.-Á., Segura A. Past, present and future trends in the remediation of heavy-metal contaminated soil – Remediation techniques applied in real soil-contamination events // Heliyon. 2023. Vol. 9. Iss. 6. № e16692. DOI: 10.1016/j.heliyon.2023.e16692
- Qayyum S., Khan I., Ke Meng et al. A review on remediation technologies for heavy metals contaminated soil // Central Asian Journal of Environmental Science and Technology Innovation. 2020. Vol. 1. P. 21-29. DOI: 10.22034/CAJESTI.2020.01.03
- Wei Liu, Chenchen Zhao, Yanli Yuan et al. Physicochemical Properties, Metal Availability, and Bacterial Community Structure in Cadmium-Contaminated Soil Immobilized by Nano-Montmorillonite // Frontiers in Environmental Science. 2022. Vol. 10. № 908819. DOI: 10.3389/fenvs.2022.908819
- Рудзиш Э., Петрова Т.А. Оценка применимости осадка сточных вод в качестве добавки к почве для рекультивации земель, образованных при добыче полезных ископаемых // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2022. № 10-2. С. 127-134. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_102_0_127
- Smirnov Yu.D., Suchkov D.V., Danilov A.S., Goryunova T.V. Artificial soils for restoration of disturbed land productivity // Eurasian Mining. 2021. № 2. P. 92-96. DOI: 10.17580/em.2021.02.19
- Pukalchik M., Mercl F., Terekhova V., Tlustoš P. Biochar, wood ash and humic substances mitigating trace elements stress in contaminated sandy loam soil: Evidence from an integrative approach // Chemosphere. 2018. Vol. 203. P. 228-238. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2018.03.181
- Menhas S., Xijia Yang, Hayat K. et al. Pleiotropic melatonin-mediated responses on growth and cadmium phytoextraction of Brassica napus: A bioecological trial for enhancing phytoremediation of soil cadmium // Journal of Hazardous Materials. 2023. Vol. 457. № 131862. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2023.131862
- Бондаренко Н.А., Степанов А.Ф., Прохорова Н.А. Партерные газоны для Сибири // Вестник Омского государственного аграрного университета. 2016. № 1 (21). С. 15-21.
- Тимошкин О.А., Тимошкина О.Ю., Тимощук Е.В. Оценка травосмесей газонного типа в условиях лесостепи Среднего Поволжья // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2021. Т. 22. № 5. С. 706-714. DOI: 10.30766/2072-9081.2021.22.5.706-714
- Lu-Lu He, Dao-You Huang, Quan Zhang et al. Meta-analysis of the effects of liming on soil pH and cadmium accumulation in crops // Ecotoxicology and Environmental Safety. 2021. Vol. 223. № 112621. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2021.112621
- Петрова А.Г., Слуковская М.В., Мосендз И.А. и др. Оценка эффективности вермикулит-лизардитовых материалов для снижения подвижности потенциально токсичных металлов в торфяной почве // Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН. Апатиты: Геологический институт КНЦ РАН, 2022. № 19. С. 290-295. DOI: 10.31241/FNS.2022.19.053
- Parmar S., Singh V., Sharma V.K. et al. Effect of Vermiculite Soil Amendment on Immobilization of Selected Heavy Metals of Rhizospheric Zone of Maize // Communications in Soil Science and Plant Analysis. 2022. Vol. 53. Iss. 3. P. 384-395. DOI: 10.1080/00103624.2021.2017444
- Михайлов А.В., Пиирайнен В.Ю., Боброва Е.М., Смирнов А.И. Анализ перспектив использования торфяных почвоулучшителей для рекультивации нарушенных земель // Горная промышленность. 2025. № 2. С. 124-130. DOI: 10.30686/1609-9192-2025-2-124-130
- Кирдей Т.А. Влияние гумусовых кислот низинного торфа на ремедиационные свойства растений пшеницы при комплексном загрязнении тяжелыми металлами // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2021. Т. 11. № 2. С. 228-235. DOI: 10.21285/2227-2925-2021-11-2-228-235
- Sijia Deng, Xinwei Lu, Xiuduan Chen et al. Research on biochar remediation of heavy metal contaminated soil based on CiteSpace visual analysis // Clean Technologies and Environmental Policy. 2024. Vol. 26. Iss. 9. P. 2801-2817. DOI: 10.1007/s10098-024-02767-5
- Yining Gao, Pan Wu, Paramsothy Jeyakumar et al. Biochar as a potential strategy for remediation of contaminated mining soils: Mechanisms, applications, and future perspectives // Journal of Environmental Management. 2022. Vol. 313. № 114973. DOI: 10.1016/j.jenvman.2022.114973
- Iqbal N., Tanzeem-ul-Haq H.S., Gull-e-Faran et al. Soil Amendments and Foliar Melatonin Reduced Pb Uptake, and Oxidative Stress, and Improved Spinach Quality in Pb-Contaminated Soil // Plants. 2023. Vol. 12. Iss. 9. № 1829. DOI: 10.3390/plants12091829
- Xie Zhiming, Ghafoor A, Munir M. et al. Reclaiming multi-contaminated soil: melatonin alleviates cadmium and microplastic toxicity to restore rice growth and yield // RSC Advances. 2026. Vol. 16. Iss. 10. P. 8558-8572. DOI: 10.1039/d5ra10106a
- Meng Na, Chenyang Zhang, Shangqi Xu et al. Melatonin application enhances the remediation of cadmium-contaminated soils by Cinnamomum camphora // Science of The Total Environment. 2025. Vol. 968. № 178912. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2025.178912
- Fayuan Wang, Shuqi Zhang, Peng Cheng et al. Effects of Soil Amendments on Heavy Metal Immobilization and Accumulation by Maize Grown in a Multiple-Metal-Contaminated Soil and Their Potential for Safe Crop Production // Toxics. 2020. Vol. 8. Iss. 4. № 102. DOI: 10.3390/toxics8040102
- Sánchez N., Merbach I., Drabesch S. et al. Bioavailability and phyto-extractability of metals in a peat-amended agricultural soil under climate stress // Journal of Environmental Management. 2025. Vol. 394. № 127167. DOI: 10.1016/j.jenvman.2025.127167
- Xinyi Nie, Xianhuai Huang, Man Li et al. Advances in Soil Amendments for Remediation of Heavy Metal-Contaminated Soils: Mechanisms, Impact, and Future Prospects // Toxics. 2024. Vol. 12. Iss. 12. № 872. DOI: 10.3390/toxics12120872
- Кременецкая И.П., Слуковская М.В., Иванова Л.А. и др. Агрохимическая оценка влияния вермикулита на снижение подвижности ионов аммония // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Агрономия и животноводство. 2025. Т. 20. № 4. С. 606-617. DOI: 10.22363/2312-797X-2025-20-4-606-617
- Данилова Е.Д., Злобин И.Е., Ефимова М.В. Кратковременная предобработка мелатонином повышает устойчивость растений ячменя к последующему действию кадмия // Физиология растений. 2023. Т. 70. № 5. С. 484-493. DOI: 10.31857/S0015330323600225
- Холодова В.П., Васильев С.В., Ефимова М.В. и др. Экзогенный мелатонин защищает растения рапса от токсического действия избытка меди // Физиология растений. 2018. Т. 65. № 6. С. 463-471. DOI: 10.1134/S0015330318060088
- Moustafa-Farag M., Elkelish A., Dafea M. et al. Role of Melatonin in Plant Tolerance to Soil Stressors: Salinity, pH and Heavy Metals // Molecules. 2020. Vol. 25. Iss. 22. № 5359. DOI: 10.3390/molecules25225359
- Дикарев А.В., Дикарев В.Г., Дикарева Н.С. Исследование продуктивности, морфометрических и физиолого-биохимических показателей контрастных по устойчивости к свинцу сортов ярового двурядного ячменя // Агрохимия. 2019. № 10. С. 72-84.
- Петрова Т.А., Рудзиш Э. Метод оценки эффективности мелиорантов при рекультивации нарушенных земель // Вестник Евразийской науки. 2021. Т. 13. № 6. 12 с.
- Скугорева С.Г., Фокина А.И., Домрачева Л.И. Токсичность тяжелых металлов для растений ячменя, почвенной и ризосферной микрофлоры // Теоретическая и прикладная экология. 2016. № 2. С. 32-45.
- Чукаева М.А., Петров Д.С., Малыгин Н.А. Использование белокрыльника болотного в условиях Севера для фиторемедиации промышленных сточных вод от металлов на примере АО «Карельский окатыш» // Арктика: экология и экономика. 2025. Т. 15. № 3. С. 116-126. DOI: 10.25283/2223-4594-2025-3-116-126
- Flávio José Rodrigues Cruz, Raphael Leone da Cruz Ferreira, Susana Silva Conceição et al. Copper Toxicity in Plants: Nutritional, Physiological, and Biochemical Aspects // Advances in Plant Defense Mechanisms. IntechOpen, 2022. DOI: 10.5772/intechopen.105212