Оценка экотоксичности таллия по биологическим свойствам почв

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В лабораторных модельных экспериментах дана оценка экотоксичности Tl по изменению микробиологических, биохимических и фитотоксических свойств почв Юга России: чернозема обыкновенного (Haplic Chernozem (Loamic)), серопесков (Eutric Arenosols) и бурой лесной слабоненасыщенной почвы (Eutric Cambisol), различающихся по гранулометрическому составу, pH и содержанию органического вещества. Как правило, наблюдалась прямая зависимость между концентрацией Tl и степенью ухудшения исследуемых свойств почвы. Нитрат Tl проявил более высокую экотоксичность, чем оксид. Наиболее сильное экотоксическое воздействие Tl проявилось на черноземе и серопесках через 10 сут после загрязнения, на бурой лесной почве — через 30 сут. На 90 сут наблюдалось восстановление биологических свойств почв. Наибольшую устойчивость к загрязнению Tl проявил чернозем обыкновенный, наименьшую — серопески. Полученные результаты свидетельствуют о высокой экотоксичности Tl.

Об авторах

Н. А. Евстегнеева

Южный федеральный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: evstegneeva@sfedu.ru
Россия, Ростов-на-Дону

С. И. Колесников

Южный федеральный университет

Email: evstegneeva@sfedu.ru
Россия, Ростов-на-Дону

А. Н. Тимошенко

Южный федеральный университет

Email: evstegneeva@sfedu.ru
Россия, Ростов-на-Дону

Т. В. Минникова

Южный федеральный университет

Email: evstegneeva@sfedu.ru
Россия, Ростов-на-Дону

Н. И. Цепина

Южный федеральный университет

Email: evstegneeva@sfedu.ru
Россия, Ростов-на-Дону

К. Ш. Казеев

Южный федеральный университет

Email: evstegneeva@sfedu.ru
Россия, Ростов-на-Дону

Список литературы

  1. Алабушев А.В. Экспортные поставки и современное состояние рынка зерна пшеницы в России и мире // Достижения науки и техники АПК. 2019. Т. 33. № 2. С. 68–70.
  2. Водяницкий Ю.Н. Нормативы содержания тяжелых металлов и металлоидов в почвах // Почвоведение. 2012. № 3. С. 368–368.
  3. Гринвуд Н., Эрншо А. Химия элементов. М.: Бином, 2008. Т. 2. 670 с.
  4. Ильин В.Б., Конарбаева Г.А. Таллий в почвах юга Западной Сибири // Почвоведение. 2000. № 6. С. 701–705.
  5. Казеев К.Ш., Колесников С.И., Акименко Ю.В., Даденко Е.В. Методы биодиагностики наземных экосистем. Ростов н/Д.: Изд-во ЮФУ, 2016. 356 с.
  6. Касимов Н.С., Власов Д.В. Технофильность химических элементов в начале XXI века // Вестник Моск. ун-та. Сер. 5, география. 2012. № 1. С. 15–22.
  7. Колесников С.И., Евреинова А.В., Казеев К.Ш., Вальков В.Ф. Изменение эколого-биологических свойств чернозема при загрязнении тяжелыми металлами второго класса опасности (Mo, Co, Cr, Ni) // Почвоведение. 2009. № 8. С. 1007–1013.
  8. Колесников С.И., Казеев К.Ш., Вальков В.Ф. Экологические функции почв и влияние на них загрязнения тяжелыми металлами // Почвоведение. 2002. № 12. 1509–1514.
  9. Колесников С.И., Казеев К.Ш., Вальков В.Ф. Экологическое состояние и функции почв в условиях химического загрязнения. Ростов-на-Дону: Изд-во Ростиздат, 2006, 385 с.
  10. Колесников, С.И., Спивакова Н.А., Казеев К.Ш. Влияние модельного загрязнения Cr, Cu, Ni, Pb на биологические свойства почв сухих степей и полупустынь юга России // Почвоведение. 2011. № 9. С. 1094–1101.
  11. Копцик С.В, Копцик Г.Н. Оценка современных рисков избыточного накопления тяжелых металлов в почвах на основе концепции критических нагрузок (обзор) // Почвоведение. 2022. № 5. С. 615–630.
  12. Минкина Т.М., Мотузова Г.В., Назаренко О.Г. Взаимодействие тяжелых металлов с органическим веществом чернозема обыкновенного // Почвоведение. 2006. № 7. С. 804–811.
  13. Поляк Ю.М., Сухаревич В.И. Почвенные ферменты и загрязнение почв: биодеградация, биоремедиация, биоиндикация // Агрохимия. 2020. № 3. С. 83–93. https://doi.org/10.31857/S0002188120010123
  14. Силяева Е.С. Народнохозяйственное значение озимой пшеницы и ее роль в продовольственной безопасности страны // Научный журнал молодых ученых. 2019. № 4 (17).
  15. Терехова В.А. Биотестирование экотоксичности почв при химическом загрязнении: современные подходы к интеграции для оценки экологического состояния (обзор) // Почвоведение. 2022. № 5. С. 586–599.
  16. Терехова В.А., Прудникова Е.В., Кулачкова С.А., Горленко М.В., Учанов П.В., Сушко С.В., Ананьева Н.Д. Микробиологические показатели агродерново-подзолистых почв разной гумусированности при внесении тяжелых металлов и углеродсодержащих препаратов // Почвоведение. 2021. № 3. С. 372–384.
  17. Тимошенко А.Н., Колесников С.И., Кабакова В.С., Евстегнеева Н.А., Минникова Т.В., Казеев К.Ш., Минкина Т.М. Оценка устойчивости почв к загрязнению наночастицами платины методами биодиагностики // Почвоведение. 2023. № 8. С. 997–1006. https://doi.org/10.31857/S0032180X23600221
  18. Adimalla N. Heavy metals contamination in urban surface soils of Medak province, India, and its risk assessment and spatial distribution // Environ. Geochem. Health. 2020. V. 42 P. 59–75. https://doi.org/10.1007/s10653-019-00270-1
  19. Al-Najar H., Kaschl A., Schulz R., Römheld V. Effect of thallium fractions in the soil and pollution origins on Tl uptake by hyperaccumulator plants: A key factor for the assessment of phytoextraction // Int. J. Phytorem. 2005. V. 7. P. 55–67. https://doi.org/10.1080/16226510590915837
  20. Álvarez-Ayuso E., Otones, V., Murciego, A., García-Sánchez, A., Santa Regina, I. Zinc, cadmium and thallium distribution in soils and plants of an area impacted by sphalerite-bearing mine wastes // Geoderma. 2013. V. 207. P. 25–34. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2013.04.033
  21. Antó, M.A.L., Spears D.A., Somoano M.D., Tarazona M.R.M. Thallium in coal: analysis and environmental implications // Fuel. 2013. V. 105. P. 13–18. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2012.08.004
  22. Aponte H., Meli P., Butler B., Paolini J., Matus F., Merino C., Cornejo P., Kuzyakov Y. Meta-analysis of heavy metal effects on soil enzyme activities // Sci. Total Environ. 2020. V. 737. P. 139744. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.139744
  23. Barsova N., Yakimenko O., Tolpeshta I., Motuzova G. Current state and dynamics of heavy metal soil pollution in Russian Federation—A review // Environ. Pollut. 2019, V. 249, P. 200–207. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2019.03.020
  24. Belzile N., Chen Y. W. Thallium in the environment: a critical review focused on natural waters, soils, sediments and airborne particles // Appl. Geochem. 2017. V. 84. P. 218–243. https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2017.06.013
  25. Carlson H.K., Price M.N., Callaghan M.A. Alex C., Romy L., Hualan K., Jennifer V.A., Adam P.D., Adam M. The selective pressures on the microbial community in a metal-contaminated aquifer // The ISME journal. 2019. V. 13. P. 937–949. https://doi.org/10.1038/s41396-018-0328-1
  26. CCME (Canadian Council of Ministers of the Environment), 2010. Canadian Soil Quality Guidelines for Carcinogenic and Other Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (Environmental and Human Health Effects). Scientific Criteria Document (revised), 2010. 216 p.
  27. D’Orazio M., Campanella B., Bramanti E., Ghezzi, L., Onor M., Vianello G., Vittori-Antisari L., Petrini R. Thallium pollution in water, soils and plants from a past-mining site of Tuscany: Sources, transfer processes and toxicity // J. Geochem. Exploration. 2020. V. 209. P. 106434. https://doi.org/10.1016/j.gexplo.2019.106434
  28. Gadd G.M. Metals, minerals and microbes: geomicrobiology and bioremediation // Microbiology. 2010. V. 156. P. 609–643. https://doi.org/10.1099/mic.0.037143-0
  29. Gianfreda L., Rao M.A. Potential of extra cellular enzymes in remediation of polluted soils: a review // Enzyme Microb. Technol. 2004. V. 35. P. 339–354. http://dx.doi.org/10.1016/j.enzmictec.2004.05.006
  30. Grösslová Z., Vaněk A., Mihaljevič M., Ettler V., Hojdová M., Zádorová T., Ash C. Bioaccumulation of thallium in a neutral soil as affected by solid-phase association // J. Geochem. Explorat. 2015. V. 159. P. 208–212. https://doi.org/10.1016/j.gexplo.2015.09.009
  31. Grösslovà Z., Vanèk A., Obornà V., Mihaljevìc M., Ettler V., Trubač J., Drahota P., Penízek V., Pavlù L., Sracek O. Thallium contamination of desert soil in Namibia: Chemical, mineralogical and isotopic insights // Environ. Pollut. 2018. V. 239. P. 272–280. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2018.04.006
  32. Hsu Y.C., Thia E., Chen P.J. Monitoring of ion release, bioavailability and ecotoxicity of thallium in contaminated paddy soils under rice cultivation conditions // J. Hazard. Mater. 2022. V. 424. P. 126513. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.126513
  33. Jiang H.H., Cai L.M., Wen H.H., Hu G.C., Chen L.G., Luo J. An integrated approach to quantifying ecological and human health risks from different sources of soil heavy metals // Sci. Total Environ. 2020. V. 701. P. 134466. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.134466
  34. Kabata-Pendias A. Trace Elements in Soils and Plants. Boca Raton, FL: Crc Press, 2010. 548 p.
  35. Karbowska B. Presence of thallium in the environment: sources of contaminations, distribution and monitoring methods // Environ. Monit. Assess. 2016. V. 188. P. 640. https://doi.org/10.1007/s10661-016-5647-y
  36. Kazantzis G. Thallium in the environment and health effects // Environ. Geochem. Health. 2000. V. 22. P. 275–280. https://doi.org/10.1023/A:1006791514080
  37. Kolesnikov S., Minnikova T., Kazeev K., Akimenko Y., Evstegneeva N. 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. 2022. V. 233. P. 18. https://doi.org/10.1007/s11270-021-05496-3
  38. Kolesnikov S., Tsepina N., Minnikova T., Kazeev K., Mandzhieva S., Sushkova S., Minkina T., Mazarji M., Singh R.K., Rajput V.D. Influence of Silver Nanoparticles on the Biological Indicators of Haplic Chernozem // Plants. 2021. V. 10. P. 1022. https://doi.org/10.3390/plants10051022
  39. Kolesnikov S.I., Kazeev K.S., Akimenko Y.V. Development of regional standards for pollutants in the soil using biological parameters // Environ. Monit. Assess. 2019. V. 191. P. 544. https://doi.org/10.1007/s10661-019-7718-3
  40. Kolesnikov S.I., Tsepina N.I., Sudina L., Minnikova T.V., Kazeev K.S., Akimenko Y.V. Silver ecotoxicity estimation by the soil state biological indicators // Appl. Environ. Soil Science. 2020. V. 2020. P. 1207210. https://doi.org/10.1155/2020/1207210
  41. Lacoste C., Robinson B., Brooks R. Uptake of thallium by vegetables: Its significance for human health, phytoremediation, and phytomining // J. Plant Nutrition. 2001. V. 24. P. 1205–1215. https://doi.org/10.1081/PLN-100106976
  42. Lee J.H., Kim D.J., Ahn B.K. Distributions and concentrations of thallium in Korean soils determined by single and sequential extraction procedures // Bull. Environ. Contam. Toxicol. 2015. V.94. P. 756–763. https://doi.org/10.1007/s00128-015-1533-5
  43. Liu J. Luo X., Wang J., Xiao T., Chen D., Sheng G., Chen Y. Thallium contamination in arable soils and vegetables around a steel plant—A newly-found significant source of Tl pollution in South China // Environ. Pollut. 2017. V. 224. P. 445–453. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2017.02.025
  44. Liu J., Yin M., Luo X., Xiao T., Wu Z., Li N., Chen Y. The mobility of thallium in sediments and source apportionment by lead isotopes // Chemosphere. 2019. V. 219. P. 864–874. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2018.12.041
  45. Liu J., Li N., Zhang W., Wei X., Tsang D.C.W., Sun Y., Luo X., Bao Z., Zheng W., Wang J. Thallium contamination in farmlands and common vegetables in a pyritemining city and potential health risks // Environ. Pollut. 2019. V. 248. P. 906–915. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2019.02.092
  46. Liu J., Wang J., Chen Y., Shen C.-C., Jiang X., Xie X., Chen D., Lippold H., Wang C. Thallium dispersal and contamination in surface sediments from South China and its source identification // Environ. Pollut. 2016. V. 213. P. 878–887. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2016.03.023
  47. Luo Y., Pang J., Li C., Sun J., Xu Q., Ye J., Shi J. Long-term and high-bioavailable potentially toxic elements (PTEs) strongly influence the microbiota in electroplating sites // Sci. Total Environ. 2022. V. 814. P. 151933. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.151933
  48. Mazur R., Sadowska M., Kowalewska Ł., Abratowska A., Kalaji H.M., Mostowska A., Garstka M., Krasnodębska-Ostręga B. Overlapping toxic effect of long-term thallium exposure on white mustard (Sinapis alba L.) photosynthetic activity // BMC Plant Biol. 2016. V. 16. P. 191. https://doi.org/10.1186/s12870-016-0883-4
  49. McFeters G.A., Yu F.P., Pyle B.H., Stewart P.S. Physiological assessment of bacteria using fluorochromes // J. Microbiol. Methods. 1995. V. 21. P. 1–13. https://doi.org/10.1016/0167-7012(94)00027-5
  50. Meeravali N. N., Madhavi K., Sahayam A. C. Determination of thallium in vegetative plant leaves near industrial areas by high-resolution continuum source electrothermal atomic absorption spectrometry after salt induced cloud point extraction // Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy. 2023. V. 200. P. 106613. https://doi.org/10.1016/j.sab.2022.106613
  51. MEP&MLP (Ministry of Environment Protection and Ministry of Land Resources of the People’s Republic of China). Nationwide Soil Pollution Survey Report, 2014. http://www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/qt/201404/t20140417_270670.htm
  52. Mishra S., Bharagava, R. N., More, N., Yadav, A., Zainith, S., Mani, S., Chowdhary, P. Heavy metal contamination: an alarming threat to environment and human health // Environmental biotechnology: For sustainable future. 2019. P. 103–125. https://doi.org/10.1007/978-981-10-7284-0_5
  53. Sasmaz A., Sen O., Kaya G., Yaman M., Sagiroglu A. Distribution of thallium in soil and plants growing in the keban mining district of Turkey and determined by ICP-MS // At. Spectrosc. 2007. V. 28960. P. 157–163.
  54. Sharma R., Agrawal M. Biological effects of heavy metals: An overview // J. Environ. Biol. 2005. V. 26. P. 301–313.
  55. She J., Liu J., He H., Zhang Q., Lin Y., Wang J., Yin M., Wang L., Wei X., Huang Y. Microbial response and adaption to thallium contamination in soil profiles // J. Hazard. Mater. 2021. V. 423. P. 127080. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.127080
  56. Sun L., Guo D., Liu K., Meng H., Zheng Y., Yuan F., Zhu G. Levels, sources, and spatial distribution of heavy metals in soils from a typical coal industrial city of Tangshan, China // Catena. 2019. V. 175. P. 101–109. https://doi.org/10.1016/j.catena.2018.12.014
  57. Tremel A., Masson P., Sterckeman T., Baize D., Mench M. Thallium in French agrosystems. I. Thallium contents in arable soils // Environ. Pollut. 1997. V. 95. P. 293–302. https://doi.org/10.1016/S0269-7491(96)00145-5
  58. USEPA (United States Environmental Protection Agency), 2018. Regional Screening Levels (RSLs)-Generic Tables, 2018. https://www.epa.gov/risk/regional-screening-levels-rsls
  59. Vaněk A., Grösslová Z., Mihaljevič M., Ettler V., Trubač J., Chrastný V., Ash C. Thallium isotopes in metallurgical wastes/contaminated soils: A novel tool to trace metal source and behavior // J. Hazard. Mater. 2018. V. 343. P. 78–85. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2017.09.020
  60. Wang Y., Zhou Y., Wei X., Chen Y., Beiyuan J., She J., Wang L., Liu J., Liu Y., Wang J. Effects of thallium exposure on intestinal microbial community and organ functions in zebrafish (Danio rerio) // Elementa: Science of the Anthropocene. 2021. V. 9. P. 00092. https://doi.org10.1525/elementa.2021.00092
  61. Wierzbicka M., Szarek-Łukaszewska G., Grodzinska K. Highly toxic thallium in plants from the vicinity of Olkusz (Poland) // Ecotoxicol. Environ. Saf. 2004. V. 59. P. 84–88. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2003.12.009
  62. World Reference Base for Soil Reso creating legends for soil maps. 4th edition published in 2022 by the International Union of Soil Sciences (IUSS), Vienna, Austria. 2022, 234 p.
  63. Xiao E., Ning Z., Sun W., Jiang S., Fan W., Ma L., Xiao T. Thallium shifts the bacterial and fungal community structures in thallium mine waste rocks // Environ. Pollut. 2020. V. 268. P. 115834. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.115834
  64. Xiao T., Guha J., Boyle D., Liu C. Q., Chen J. Environmental concerns related to high thallium levels in soils and thallium uptake by plants in southwest Guizhou, China // Sci. Total Environ. 2004. V. 318 (1–3). P. 223–244. https://doi.org/10.1016/S0048-9697(03)00448-0
  65. Xu H., Luo Y., Wang P., Zhu J., Yang Z., Liu Z. Removal of thallium in water/wastewater: A review // Water Res. 2019. V. 165. P. 114981. https://doi.org/10.1016/j.watres.2019.114981
  66. Yang C., Chen Y., Li C., Chang X., Xie C. Distribution of natural and anthropogenic thallium in the soils in an industrial pyrite slag disposing area // Sci. Total Environ. 2005. V. 341. P. 159–172. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2004.09.024

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024