The effect of meliorants on the content of heavy metals in soils and plants 30 years after the application of sewage sludge on the sod-podzolic sandy loam soil of the Balashikha region

Abstract

The results of a vegetation experiment on the humus horizon of sod-podzolic sandy loam soil (Albic Retisol) are presented. Until 1990, sewage sludge was added to the soil, which resulted in the formation of complex polyelement pollution with heavy metals, and even after 30 years the soils remained contaminated.

During this period the phosphorus content decreased by 4 times, potassium by 1.5, and the organic carbon content by 1.6 times. The content of heavy metals also decreased significantly compared to the initial level: Cd by 5 times, Zn and Cu by 1.5 times, Pb by 1.4 times. Vegetation experiments using zeolite clinoptilolite, zeolite ZION and the humic preparation “Vibrostand” showed the possibility of reducing the content of heavy metals using ameliorants in Vicia sp. plants and, to a smaller extent, in Avena sp. A study of the effect of ameliorants on the content of heavy metals in plants grown on soils fertilized with sewage sludge 30 years ago showed that their application changes the content of heavy metals and their distribution within plant organs. Moreover, Vicia sp. plants accumulate significantly less heavy metals than Avena sp., which can be used on soils taking into account their pollution levels. The ameliorants used in the experiments reduce the content of Cd, Zn, Cu and Ni in Vicia sp. plants by 40–60%, but the standard content of heavy metals in plants could not be achieved with such a high level of soil pollution. For Avena sp. plants, the ameliorants were less effective.

References

1. Апакашев Р.А., Валиев Н.Г., Усманов А.И. и др. Эффективность природных сорбентов при адсорбции ионов тяжелых металлов // Известия ТулГУ. 2021. № 4. C. 14–23. 2. Байдина Л.М. К использованию цеолитов в качестве поглотителей тяжелых металлов в техногенно загрязненной почве // Сибирский биологический журнал. 1991. № 6. C. 32–37. 3. Белюченко И.С., Бережная В.П. Влияние осадков сточных вод на плодородие почвы, развитие озимой пшеницы и качество ее зерна // Тр. КубГАУ. 2012. Т. 1, № 34. С. 148–150. 4. Бердяева Е.В., Касатиков В.А., Садовникова Л.К. Влияние осадков сточных вод на изменение химических свойств дерново-подзолистой супесчаной почвы и содержание в ней тяжелых металлов // Агрохимия. 2001. № 10. С. 73–79. 5. Болышева Т.Н., Лопатина Е.А. Поведение кадмия и свинца в почвах после прекращения регулярного использования осадка сточных вод // Проблемы агрохимии и экологии. 2011. № 1. С. 33–37. 6. Васбиева М.Т., Косолапова А.И. Изменение показателей плодородия дерново-подзолистой почвы и содержания в ней тяжелых металлов в результате длительного применения осадков сточных вод // Почвоведение. 2015. № 5. С. 580–586. 7. Водяницкий Ю.Н. Роль почвенных компонентов в закреплении техногенных As, Zn и Pb в почвах // Агрохимия. 2008. № 1. С. 83–91. 8. Водяницкий Ю.Н., Ладонин Д.В., Савичев А.Т. Загрязнение почв тяжелыми металлами. М., 2012. 304 с. 9. Галиулин Р.В., Галиулина Р.А. Фитоэкстракция тяжелых металлов из загрязненных почв // Агрохимия. 2003. № 3. С. 77–85. 10. Дричко В.Ф. Оценка скорости очищения загрязненных почв методом фитомелиорации // Почвоведение. 2006. № 9. С. 1144–1149. 11. Дурихина Н.В., Курганова Е.В., Мерзлая Г.Е. и др. Утилизация городских стоков и улучшение агроэкологической ситуации в Московском регионе // Бюлл. ВИУА. 2002. № 116. С. 487–490. 12. Дурихина Н.В., Хомяков Д.М. Агроэкологические аспекты утилизации осадков сточных вод // Агрохимический вестн. 2003. № 6. С. 25. 13. Зотов В.А., Завгородняя Ю.А., Плеханова И.О. Полициклические ароматические углеводороды в почвоподобных телах, сформированных на основе осадка сточных вод // Проблемы агрохимии и экологии. 2012. № 3. С. 39–44. 14. Ильин В.Б. Тяжелые металлы и неметаллы в системе почва-растение. Новосибирск, 2012. 220 с. 15. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях М., 1989. 439 с. 16. Карпова Е.А., Минеев В.Г. Тяжелые металлы в агроэкосистеме. М., 2015. 252 с. 17. Касатиков В.А. Влияние осадков городских сточных вод на микроэлементный состав почв // Почвоведение. 1991. № 9. С. 41–49. 18. Касатиков В.А. Влияние мелиоративных доз осадка городских сточных вод на азотный режим дерново-подзолистой почвы и продуктивность зерновых культур // Агрохимия. 2020. № 6. С. 64–68. 19. Ковалева Е.И., Перебасова П.М., Авдулов Д.А. и др. Эффективность ремедиантов для детоксикации почв, загрязненных тяжелыми металлами, по результатам лабораторного эксперимента // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2024. Т. 79, № 2. С. 105–118. https://doi.org/10.55959/MSU0137-0944-17-2024-79-2-105-118 20. Копцик Г.Н. Проблемы и перспективы фиторемедиации почв, загрязненных тяжелыми металлами (обзор литературы) // Почвоведение. 2014. № 9. С. 1113–1130. 21. Кутукова Ю.Д., Плеханова И.О. Влияние мелиорантов на состояние тяжелых металлов в почвах и растениях при использовании осадков сточных вод в качестве удобрения // Агрохимия. 2002. № 12. С. 68–72. 22. Мерзлая Г.Е., Дурихина Н.В., Курганова Е.В. Утилизация городских стоков и улучшение агроэкологической ситуации в Московском регионе // Бюлл. ВИУА. 2003. № 117. С. 191–194. 23. Минкина Т.М., Мотузова Г.В., Манджиева С.С. Барьерные функции системы почва-растение // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2008. № 2. 24. Плеханова И.О., Кутукова Ю.Д., Обухов А.И. Накопление тяжелых металлов сельскохозяйственными растениями при внесении осадков сточных вод // Агрохимия. 1995. № 12. С. 1530–1536. 25. Плеханова И.О. Самоочищение агродерново-подзолистых супесчаных почв восточного Подмосковья при полиэлементном загрязнении в результате применения осадков сточных вод // Почвоведение. 2009. № 6. С. 719–725. (Plekhanova I.O. 10.1134/S106422930906012X) 26. Плеханова И.О. Степень самоочищения агродерново-подзолистых супесчаных почв, удобренных осадком сточных вод // Почвоведение. 2017. № 9. С. 1081–1088. 27. Пукальчик М.А., Терехова В.А., Якименко О.С. и др. Сравнение ремедиационных эффектов биочара и лигногумата на почвы при полиметаллическом загрязнении // Теоретическая и прикладная экология. 2016. № 2. C. 70–85. 28. СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания». 29. Терехова В.А., Прудникова Е.В., Кирюшина А.П. и др. Фитотоксичность тяжелых металлов в дерново-подзолистых почвах разной степени окультуренности // Почвоведение. 2021. № 6. C. 757–768. https://doi.org/10.31857/S0032180X21060137 30. Титова В.И., Варламова Л.Д. Использование осадков промышленно-бытовых сточных вод в почвогрунтах для зеленого строительства // Агрохимия. 2006. № 2. С. 44–50. 31. Ягодин Б.А. Агрохимия. М., 1982. 32. Щеголькова Н.М. Осадки станций водоподготовки и водоочистки: проблема или бизнес-проект // Вода Magazine. 2015. № 9(97). С. 28–33. 33. Abollino O., Giacomino A., Malandrino M. et al. Interaction of metal ions with montmorillonite and vermiculite // Applied Clay Science. 2008. Vol. 38. P. 227–236. 34. Bolan N.S., Duraisamy V.P. Role of inorganic and organic soil amendments on immobilization and phytoavailability of heavy metals: a review involving specific case studies // Aust. J. Soil Res. 2003. Vol. 41. P. 533–555. 35. Garcia-Delgado R. Heavy metals and disposal alternatives for an anaerobic sewage sludge // J. Environ. Sci. Health. 2004. № 7. 2004. 36. Ippolito J.A., Cui L., Kammann C. et al. Feedstock choice, pyrolysis temperature and type influence biochar characteristics: A comprehensive meta-data analysis review // Biochar. 2020. P. 1–18. 37. Maharana M., Manna M., Sardar M. et al. Heavy metal removal by low-cost adsorbents // Environmental Chemistry for a Sustainable World. 2021. № 49. 38. Keller C., Kayser A., Schulin R. Heavy-metal uptake by agricultural crops from sewage sludge treated soils of the Upper Swiss Rhine Valley and the effect of time / In: Environmental Restoration of Metals-Contaminated Soils. USA, 2001. P. 273–293. 39. Strauch D. Survival of pathogenic microorganisms and parasites in excreta, manure and sewage sludge // Rev. Sci. Tech. Off. Int. Epiz. 1991. Vol. 10. P. 813–846. 40. Wang Y., Villamil M.B., Davidson P.C. A quantitative understanding of the role of co-composted biochar in plant growth using meta-analysis // Science of the Total Environment. 2019. Vol. 685. Р. 741–752.