№10 октябрь 2022

Портал функционирует при финансовой поддержке Министерства цифрового развития, связи и массовых коммуникаций.

Что губит чернозём?

Загрязнение почвы — одна из важных составляющих, влияющих на продовольственную безопасность. Отсюда понятно, что содержание потенциально токсичных элементов в почве надо контролировать. Химические элементы — металлы, металлоиды и неметаллы — попадают в почву из природных источников (например, из месторождений полезных ископаемых) и «рукотворных» (выбросы и сливы промышленных предприятий, автомобильные выхлопы и др.). Но какие из них считать экологически опасными, а какие — нет? С середины прошлого века предельная допустимая концентрация веществ, загрязняющих почву, рассчитывалась в нашей стране, исходя из санитарно-гигиенических норм, то есть из того, насколько эти вещества опасны для человека. Однако некоторые вещества, признанные при таком подходе безопасными, на самом деле вредят экосистемам.

Место отбора образцов почвы — природный заповедник «Персиановская степь» в Ростовской области. Рисунок (с изменениями) из статьи: Kolesnikov S., Minnikova T., Kazeev K. et al. Assessment of the Ecotoxicity of Pollution by Potentially Toxic Elements by Biological Indicators of Haplic Chernozem of Southern Russia (Rostov region). Water Air Soil Pollut, 18 (2022). https://doi.org/10.1007/s11270-021-05496-3.

В России наиболее плодородные почвы, чернозёмы, находятся на юге, в Ростовской области и Краснодарском крае. Но именно на территории Ростовской области почвы подвергаются наибольшей антропогенной нагрузке из-за интенсивного движения транспорта и множества горнодобывающих и перерабатывающих предприятий, а значит, весьма сильно загрязнены. Зона хронического загрязнения в этом регионе, в два раза превышающего фоновые значения, занимает почти 26 000 км2, то есть более 25% территории. В эту зону входят и сельскохозяйственные угодья, расположенные вблизи крупных промышленных центров.

Сотрудники Академии биологии и биотехнологии им. Д. И. Ивановского Южного федерального университета (ЮФУ, г. Ростов-на-Дону) под руководством профессора Сергея Ильича Колесникова взялись за разработку новых нормативов для оценки экологической токсичности загрязняющих веществ, то есть оценки, насколько те или иные химические элементы опасны для экосистемы (в данном случае — почвы). Ведь если защищена экосистема, то защищён и человек.

По данным ВОЗ, потенциально токсичными элементами считаются только 11 металлов: мышьяк (As), кадмий (Cd), кобальт (Co), хром (Cr), медь (Cu), ртуть (Hg), марганец (Mn), никель (Ni), свинец (Pb), олово (Sn) и титан (Ti). При этом недооценивается токсичность теллура (Te), селена (Se), серебра (Ag), висмута (Bi), германия (Ge) и таллия (Tl). Но исследования последних 15 лет показали, например, что висмут накапливается медленно только в щелочных почвах, а в более кислых он подвижен и токсичен для биоты — снижает ферментативную активность почвы, чем вредит почвенным бактериям, растениям и дождевым червям. А накопленный в почве таллий влияет на всхожесть растений из семян и содержание в них хлорофилла. Серебро снижает проницаемость биологических мембран, вызывает повреждение ДНК и метаболические нарушения.

Почвоведы-экологи ЮФУ свои исследования проводили на чернозёмах обыкновенных. Образцы отбирали из верхнего слоя почвы (0—10 см) на территории природного заповедника «Персиановская степь» площадью 70 га. На этих образцах они изучили экотоксичность двадцати трёх металлов — Cd, Hg, Pb, Cr, Cu, Zn, Ni, Co, Mo, Mn, Ba, Sr, Sn, V, W, Ag, Bi, Ga, Nb, Sc, Tl, Y, Yb, пяти металлоидов — B, As, Ge, Sb, Te и двух неметаллов — F и Se.

Элементы исследователи вносили в количестве 1, 10 и 100 мг на 1 кг почвы. Для этого образцы чернозёма смешивали с необходимой дозой оксида исследуемого металла, металлоида или неметалла, после чего почву тщательно перемешивали, увлажняли и затем выдерживали (инкубировали) 30 суток в вегетационных сосудах при температуре 20—22°С, влажности почвы 55—60% и плотности 1,2 г/см3. Степень опасности элемента оценивали по наиболее чувствительным и информативным показателям биологической активности почвы: общей численности бактерий, обилию азотобактеров, активности каталазы*, целлюлозолитической активности**, изменению длины корня редьки.

В итоге представления об опасности загрязнения окружающей среды химическими элементами, типичными для Ростовской области, были пересмотрены. Загрязнители ранжировали по трём классам опасности, которые не полностью совпадают с классами опасности, разработанными в отношении здоровья человека. В первый из них (самый опасный) попали Te, Ag, Se, Cr, Bi, Ge, Sn, Tl, Hg, Yb, W, Cd, ко второму отнесли As, Co, Sc, Sb, Cu, Ni, B, Nb, Pb, Ga и в третий вошли Sr, Y, Mo, Zn, V, Ba, Mn, F.

То есть наибольшее токсическое воздействие на биологические функции почвы оказывают теллур (Te), селен (Se), серебро (Ag) и хром (Cr), а наименьшее — фтор (F), барий (Ba) и марганец (Mn).

Как поясняют исследователи в своей статье, опубликованной в журнале «Water, Air, & Soil Pollution», такие показатели токсичности обусловлены химическими свойствами элементов: растворимостью в кислотах и щелочах, температурой плавления и некоторыми другими.

Сотрудники Академии биологии и биотехнологии им. Д. И. Ивановского ЮФУ предполагают в дальнейшем оценить устойчивость различных типов почв к тем или иным загрязнителям, изучить токсичность редкоземельных элементов, некоторых лантаноидов и актиноидов, а также широкого спектра неметаллов.

По информации пресс-службы Южного федерального университета.

Комментарии к статье

* Каталаза — фермент, обнаруженный почти во всех живых организмах. Основная его функция — катализировать реакцию разложения перекиси водорода до безвредных для организма веществ. Каталаза имеет большое значение для жизнедеятельности клеток, так как защищает их от разрушения активными формами кислорода.

** Целлюлозолитическая способность почвы — один из показателей общей активности почвенных микроорганизмов. Она может служить характеристикой трансформации органического вещества, вовлечения труднодоступных форм углерода в биологический круговорот и в конечном счёте определяет уровень почвенного плодородия и продуктивность биоты.

Другие статьи из рубрики «Вести из лабораторий»

Портал журнала «Наука и жизнь» использует файлы cookie. Продолжая пользоваться порталом, вы соглашаетесь с хранением и использованием порталом и партнёрскими сайтами файлов cookie на вашем устройстве. Подробнее