Влияние полимерных материалов на подвижные формы тяжёлых металлов при моделировании загрязнения зональных типов почв сельскохозяйственного назначения Тульской области

Аннотация

В модельном эксперименте проведено сравнение влияния полимерных сорбентов разного происхождения на содержание подвижных форм тяжёлых металлов (ТМ) в зональных почвах Восточно-Европейской равнины на примере почвенного покрова Тульской области. Были использованы как синтетические, так и природные сорбенты, на примере гидролизованного полиакрилонитрила (ГИПАН), гумата калия «Гумат Сахалинский» (ГС), двухкомпонентного состава (ГИПАН + ГС) и микосорбента А — порошка меланизированного грибного мицелия Alternariaalternata(Fr.) Keissl. Эксперимент проводился на четырёх типах почв (дерново-подзолистые песчаные, серые лесные, чернозёмы выщелоченные и чернозёмы оподзоленные) сельскохозяйственного назначения, отобранных в Тульской области в 2024 г. и загрязнённых солями Cu, Zn, Pb и Cd (6 ОДК). Установлено, что на разных типах почв при одинаковом загрязнении металлами применение одного и того же сорбента оказывает значимо разный ремедиационный эффект: в почвенный раствор переходило Cu от 30% на чернозёмах до 50% на серых лесных почвах (процент от внесённого количества элемента при модельном загрязнении раствора). Наибольший процент подвижных форм по отношению к валовым Pb при применении ГИПАНа наблюдался в дерново-подзолистых почвах (72%), а наименьший в чернозёмах (56%). На сорбцию Cd и Zn в исследуемых почвах эффективно влияло применение микосорбента А: до 70% на чернозёмах — Cd, до 85% на дерново-подзолистых почвах — Zn.

Литература

1.    Авцын А.П., Жаворонков А.А., Риш М.А., Строчкова Л.С. Микроэлементы в организме человека: (этиология, классификация, органопатология). М., 1991. 496 с.
2.    Азнабаева Р.В. Содержание тяжёлых металлов (Pb, Co, Cu, Zn) в почвах сельскохозяйственного назначения Чекмагушевского района РБ // Экология и природопользование: прикладные аспекты: Материалы IX Международной научно-практической конференции / Башкирский государственный педагогический университет. Т. 1. Уфа, 2019. С. 16–19.
3.    Беляцкий В.Н. Основы методов атомно-абсорбционной и атомно-эмиссионной спектроскопии. Минск, 2015. 47 с.
4.    Березкин В.Ю., Волкова В.Д., Дегтярёв А.П. и др. Влияние полимерных материалов на подвижные формы тяжелых металлов при разном уровне полиметаллического загрязнения дерново-подзолистой почвы // Вестн. Российского ун-та дружбы народов. Сер.: Экология и безопасность жизнедеятельности. 2025. Т. 33, № 3. С. 366–379.
5.    Водяницкий Ю.Н. Тяжелые металлы и металлоиды в почвах. М., 2008. 86 с.
6.    Ермаков В.В. Концепция биогеохимических провинций А.П. Виноградова и её развитие // Геохимия. 2017. № 10. С. 875–890.
7.    Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. М., 1989.439 с.
8.    Калеро Э.В.К., Березкин В.Ю. Влияние природных сорбентов на почвы, загрязненные различными дозами тяжёлых металлов // Почва как компонент биосферы: актуальные проблемы в условиях изменений климата. Материалы Всероссийской научной конференции с международным участием, посвященной 120-летию со дня рождения чл.-корр. АН СССР В.А. Ковды / ИФХиБПП РАН. Пущино: 2024. С.126-127.
9.    Ковальский В.В. Геохимическая экология. М., 1974. 299 с.
10.    Королева О.В., Куликова Н.А., Алексеева Т.Н. и др. Сравнительная характеристика грибного меланина и гуминоподобных веществ, синтезируемых Cerrenamaxima 0275 // Прикладная биохимия и микробиология. 2007. Т. 43, № 1. С. 69–76.
11.    Корочкина Е.А. Влияние микроэлементов цинка, кобальта, йода, селена, марганца, меди на здоровье и продуктивные качества животных // Генетика и разведение животных. 2016. № 3. С. 69–73.
12.    Новоскольцева О.А., Панова И.Г., Киушов А.А. и др. Бинарные почвенные мелиоранты из синтетического полимера и природного мульчирующего агента // Высокомолекулярные соединения. 2025. Сер. Б. Т. 67, № 4. С. 283–290. https://doi.org/10.7868/S2412985225040054
13.    Панова И.Г., Ильясов Л.О., Ярославов А.А.Поликомплексные рецептуры для защиты почв от деградации // Высокомолекулярные соединения. 2021. Сер. С. Т. 63, № 2. С. 232–244. https://doi.org/10.31857/S2308114721020060
14.    Панова И.Г., Хайдапова Д.Д., Ильясов Л.О. и др. Полиэлектролитные комплексы гуматов калия и поли(диаллилдиметиламмоний хлорида) для закрепления песчаного грунта // Высокомолекулярные соединения. Сер. Б. 2019. Т. 61, № 6. С. 1–6. https://doi.org/10.1134/S230811391906010X
15.    Сергеева Ю.Д., Кирюшина А.П., Калеро В.К. и др. Сравнение эффективности микро- и наночастиц нульвалентного железа при детоксикации техногенно загрязненной почвы // Почвоведение. 2023. Т. 56, № 2. С. 273–282. https://doi.org/10.1134/S1064229322602037
16.    Скугорева С.Г., Кантор Г.Я., Домрачева Л.И.Биосорбция тяжелых металлов микромицетами: особенности процесса, механизмы, кинетика // Теоретическая и прикладная экология. 2019. № 2. С. 14–31. https://doi.org/10.25750/1995-4301-2019-2-014-031
17.    Теория и практика химического анализа почв / Под ред. Л.А. Воробьевой. М., 2006. 400 с.
18.    Терехова В.А. Микромицеты в экологической оценке водных и наземных экосистем. М., 2007. 215 с.
19.    Терехова В.А., Якименко О.С., Сергеева Ю.Д. и др. Биодиагностика эффектов полимерных мелиорантов на агродерново-подзолистую почву при полиметаллическом загрязнении по реакции растений и микроорганизмов // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2025. № 2. С. 73–83. https://doi.org/10.55959/MSU0137-0944-17-2025-80-2-73-83
20.    Федосеева Е.В., Терехова В.А.Ремедиационный потенциал водных грибов // Тр. Института биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН. 2023. № 103(106). С. 5. https://doi.org/10.47021/0320-3557-2023-50-71
21.    Якименко О.С., Нестеров П.В., Степанов А.А. и др. Влияние гуматов калия, ксантановой камеди и бинарных композиций на их основе на свойства дерново-подзолистой почвы в модельных экспериментах // Почвы и окружающая среда. 2025. Т. 8, № 1. С. e302–e302.0–71.https://doi.org/10.31251/pos.v8i1.302
22.    Delgado M.Z., Aranda F.L., Hernandez-Tenorio F. et al. Polyelectrolytes for tnvironmental, agricultural, and medical applications // Polymers. 2024. Vol. 16, № 10. Р. 1434. https://doi.org/10.3390/polym16101434
23.    Duffus J.H. «Heavy metals» — A meaningless term? // Pure and Applied Chemistry. 2002. 74(5). P. 793–807. https://doi.org/10.1351/pac200274050793
24.    Gadd G.M. Biosorption: critical review of scientific rationale, environmental importance and significance for pollution treatment // J. Chem. Technol. Biotechnol. 2009. Vol. 84. P. 13–28. https://doi.org/10.1002/jctb.1999
25.    Gadd G.M., Rhee Y.J., Stephenson K. et al.Geomycology: metals, actinides and biominerals // Environmental Microbiology Reports. 2012. Vol. 4, № 3. P. 270–296. https://doi.org/10.1111/j.1758-2229.2011.00283.x
26.    Janos P., Vavrova J., Herzogova L. et al. Effects of inorganic and organic amendments on the mobility (leachability) of heavy metals in contaminated soil: a sequential extraction study // Geoderma. 2010. Vol. 159,№ 3–4. P.335–341. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2010.08.009
27.    Kulikova N.A., Perminova I.V. Interactions between humic substances and microorganisms and their implications for nature-like bioremediation technologies // Molecules. 2021. Vol. 26, № 9. P. 2706. https://doi.org/10.3390/molecules26092706
28.    Kulikova N.A., Stepanova E.V., Koroleva O.V. Mitigating activity of humic substances: direct influence on biota // In: Use of humic substances to remediate polluted environments: from theory to practice / I.V. Perminova, K. Hatfield, N Hertkorn (eds.). Netherlands, 2005. https://doi.org/10.1007/1-4020-3252-8_14
29.    Liu R., Meng X., Mo C. et al. Melanin of fungi: From classification to application // World Journal of Microbiology and Biotechnology. 2022. Vol. 38, № 12. P. 228. https://doi.org/10.1007/s11274-022-03415-0
30.    Milan P., França D., Balieiro A.G. et al. Polymers and its applications in agriculture // Polímeros. 2017. Vol. 27. Р. 256–266. http://dx.doi.org/10.1590/0104-1428.09316
31.    Micheal H.S.R., Thyagarajan D., Govindaraj M. et al. Biosorption of halophilic fungal melanized membrane–PUR/melanin polymer for heavy metal detoxification with electrospinning technology // Environmental Technology. 2024. Vol. 45, № 27. Р. 5865–5877. https://doi.org/10.1080/09593330.2024.2310034
32.    Muñoz-Torres P., Cárdenas-Ninasivincha S., Aguilar Y. Exploring the agricultural applications of microbial melanin // Microorganisms. 2024. Vol. 12, № 7. P. 1352. https://doi.org/10.3390/microorganisms12071352
33.    Pourret O., Bollinger J.C. “Heavy metals”— what to do now: to use or not to use? // Science of the Total Environment. 2017. Vol. 610. P. 419–420. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.08.043
34.    Puoci F., Iemma F., Spizzirri U.G. et al. Polymer in agriculture: А review // Am. J. Agric. Biol. Sci. 2008. Vol. 3, № 1. Р. 299–314. https://doi.org/10.3844/ajabssp.2008.299.314
35.    Tran-Ly A.N., Ribera J., Schwarze F.W.M.R. et al. Fungal melanin-based electrospun membranes for heavy metal detoxification of water // Sustainable Materials and Technologies. 2020. Vol. 23. P. e00146.  https://doi.org/10.1016/j.susmat.2019.e00146
36.    Yakimenko O., Pozdnyakov L., Kadulin M. et al. Effects of binary polymer-humic soil amendments on soil carbon cycle and detoxication ability of heavy metal pollution // Chemical and Biological Technologies in Agriculture. 2024. Vol. 11, № 1. P. 174. https://doi.org/10.1186/s40538-024-00679-6