Influence of sorbents on phytotoxicity of soils of technogenic ecotopes

Abstract

This work aimed to study the effect of sorbents on the phytotoxicity of soils of heaps by changing the values of germination energy and seed viability, as well as morphometric indicators of model plants.Three dumps were selected as the objects of research – two rock dumps (Kalinin mine, Zaperevalnaya mine and one dump of a central processing plant (Chumakovskaya CPP), located on the territory of the Donetsk coal basin within the city of Donetsk, Donetsk People's Republic. Soil of heaps was used for laboratory modeling, as well as soil with the addition of biochar (1%) and layered MgFe-LDH double hydroxide (0.5%). Festuca rubra L. and Trifolium rubens L. were used as test cultures. It was found that the phytotoxicity of technogenic ecotopes had an inhibitory effect on the seed viability and germination energy of the seeds of both test crops. The greatest phytotoxic effect was found for embryozems of the Chumakovskaya CPP, where the decrease in seed viability and germination energy was 83–92% relative to the control. The most sensitive indicators were the length and mass of the root. The submission of sorbents, especially MgFe-LDH, contributed to a decrease in phytotoxicity, most pronounced on the embryozemsof the Chumakovskaya CPP, which was confirmed by the positive dynamics of morphometric parameters. According to the integral toxicity index, the rock of the dump of the Chumakovskaya CPP is assigned to hazard class I (extremely high toxicity), while the dumps of coal mines are classified as low toxicity or normal. The greatest positive effect was fixed with the use of MgFe-LDH, which not only stimulated growth processes, but also contributed to the transition of the substrate to the category of a lower hazard class.

References

1.    Арзиев А.У., Холмогорова Н.В.Оценка загрязнения почв города Ижевска методами биотестирования // Актуальные проблемы правовой охраны окружающей среды и природопользования: Материалы Всероссийской ежегодной научно-практической конференции с международным участием. Ижевск, 25 апреля 2024 года. Ижевск, 2024. С. 47–50.
2.    Багдасарян А.С. Биотестирование почв техногенных зон городских территорий с использованием растительных организмов: Автореф.дис. …канд. биол. наук. Ставрополь, 2005. 25 с.
3.    Базарова М.А., Рахманова З.Т., Осинкина Т.В.Исследование фитотоксичности почв некоторых районов города Оренбурга методом биотестирования // Сборник материалов международных научно-практических конференций, Москва, 31 мая 2018 года / Под редакцией А.А. Коротких. М., 2018. С. 524–527.
4.    Бадтиев Ю.С., Кулемин А.А. Методика биоиндикации окружающей природной среды // Экологический вестн. России. 2001. № 4. С. 27–29.
5.    Барахов А.В., Бауэр Т.В., Лацынник Е.С. и др.Эффективность сорбционной ремедиациитехногенно загрязненной почвы при использовании углеродистых и нанокомпозитных сорбентов // Наука Юга России: достижения и перспективы: Тезисы докладов XXI Всероссийской ежегодной молодежной научной конференции с международным участием, Ростов-на-Дону, 14–25 апреля 2025 года. Ростов-на-Дону, 2025. С. 6.
6.    Безуглова О.С.,Парамонова Е.А.Фитотоксичность почв г. Шахты (Ростовская область) // Проблемы трансформации естественных ландшафтов в результате антропогенной деятельности и пути их решения: Сборник научных трудов по материалам Международной научной экологической конференции, посвященной Году науки и технологий, Краснодар, 29–31 марта 2021 года. Краснодар, 2021. С. 725–727.
7.    БойцоваЛ.В., Рижия Е.Я.Агрохимические свойства дерново-подзолистой супесчаной почвы разной степени окультуренности при внесении биоугля // Агрохимия. 2022. № 7. С. 14–23. https://doi.org/10.31857/S0002188122070043
8.    Валейша Е.Ф.,Комаров М.М., Курганская С.Д.Почвоведение. Методы определения физико-химических и химических свойств почвы: методические указания к лабораторно-практическим занятиям. Горки, 2019. 32 с.
9.    Горбов С.Н.,Безуглова О.С.Почвенный покров Ростовской агломерации. Ростов н/Д.–Таганрог, 2019. 188 с. https://doi.org/10.23683/800919057
10.    Госсе Д.Д., Девечи Ф., Пашкевич Е.Б.и др.Питательная ценность биочара при выращивании яровой пшеницы (Triticumaestivum L.) на аллювиальной среднесуглинистой почве // Проблемы агрохимии и экологии. 2021. № 3–4. С. 38–44. https://doi.org/10.26178/AE.2021.81.61.002
11.    ГОСТ 12038-84. Семена сельскохозяйственных культур, методы определения всхожести. М., 2011. 30 с.
12.    ЕлисееваМ.В.,Укенов Б.С.Фитотоксичность почв ботанического сада Оренбургского государственного университета // Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры: Материалы Всероссийской научно-методической конференции, Оренбург, 03–05 февраля 2016 года. Оренбург, 2016. С. 1316–1320.
13.    Кабиров Р.Р., Сагитова А.Р., Суханова И.В. Разработка и использование многокомпонентной тест-системы для оценки токсичности почвенного покрова городской территории // Экология. 1997. №6. С. 408–411.
14.    МахановаЕ.В. Оценка фитотоксичности почв в модельном эксперименте // Вестн. научных конференций. 2018. № 6–2(34). С. 128–129.
15.    Минеев В.Г. Практикум по агрохимии. М., 2001. 689 с.
16.    МорозоваТ.С., Ширяев А.В., Тимофеев Т.А. Агроэкологическая оценка фитотоксичности почв естественных ценозов и агроценоза // Инновации в АПК: проблемы и перспективы. 2020. № 2(26). С. 185–190.
17.    Нуртдинова Д.Р., Булгакова М.А.Фитотоксичность почв, прилегающих к свалке промышленных отходов ОАО «Синтез-Каучук»«Михайловская» // Теория и практика инновационных исследований в области естественных наук: сборник материалов II Всероссийской научно-практической конференции с международным участием, Оренбург, 26–27 апреля 2023 года. Оренбург, 2023. С. 62–65.
18.    Промышленная ботаника / Под ред. Е.Н. Кондратюка. Киев., 1980. 257 с.
19.    Семенова И.Н., Кужина Г.Ш., ХасановаР.Ф.и др.Оценка фитотоксичности почв в зоне влияния предприятий горнодобывающей промышленности // Инновационные подходы к обеспечению устойчивого развития социо-эколого-экономических систем: материалы пятой Международной конференции, Самара–Тольятти, 11–14 апреля 2018 года / Институт экологии Волжского бассейна РАН; Самарский государственный экономический университет. Самара–Тольятти, 2018. С. 222–228.
20.    Сколько в Донецкой Народной Республике терриконов?/ Государственный комитет по экологической политике и природным ресурсам при Главе Донецкой Народной Республики. 2021. URL: https://gkecopoldnr.ru/08/06/2021/news/terricon/?ysclid=m9qo8hx5u3776558287 (дата обращения: 18.04.2025).
21.    СтепановаЛ.П.,Яковлева Е.В., Писарева А.В.Экологическая оценка степени фитотоксичности почв антропогенно-трансформированных территорий // Вестн. Мичуринского гос-го аграрного ун-та. 2017. № 2. С. 10–15.
22.    Трояновская Е.С., Абросимова О.В., Тихомирова Е.Н. Оценка состояния почв городских территорий методом комплексного биотестирования // Теоретическая и прикладная экология. 2011. №2. С.32–36.
23.    Abdollahi E., Heidari A., Mohammadi T. Application of Mg-Al LDH nanoparticles to enhance flux, hydrophilicity and antifouling properties of PVDF ultrafiltration membrane: Experimental and modeling studies // Separation and Purification Technology. 2021. Vol. 257. P. 117931.
24.    Bedassa M. Soil acid management using Biochar: Review // Inter. J. Agric. Sci/ Food Technol. 2020. Vol. 6(2). P. 211–217. https://doi.org/10.17352/2455–815X.0
25.    Chan K.Y., Barchia I. Soil compaction controls the abundance, biomass and distribution of earthworms in a single dairy farm in southeastern Australia // Soil and Tillage Research. 2007. Vol. 94, № 1. P. 75–82.
26.    Farrell M., Kuhn T.K., Macdonald L.M. et al. Microbial utilization of biochar-derived carbon // Science of the Total Environment. 2013. Vol. 465. P. 288–297.
27.    Giagnoni L., Maienza A.,Baronti S. et al. Long-term soil biological fertility, volatile organic compounds andchemical properties in a vineyard soil after biocharamendment // Geoderma. 2019. Vol. 344. P. 127–136.
28.    Leyva Cruz E.O., Lopez-Medina R., Angeles-Beltrán D. et al. Removal of Cu (II) from aqueous medium with LDH-Mg/Fe and its subsequent application as a sustainable catalyst // Catalysts. 2025. Vol. 15(10). P. 930.
29.    Polyakov V., Bauer T., Kirichkov M. et al. MOF-biochar nanocomposite for sustainable remediation of contaminated soil // Environmental Science and Pollution Research. 2025. Vol. 32, № 9. P. 5533–5550. https://doi.org/10.1007/s11356-025-36052-9
30.    Yin L., Hu Y., Ma R. et al. Smart construction of mesoporous carbon templated hierarchical Mg-Al and Ni-Al layered double hydroxides for remarkably enhanced U(VI) management // Chemical Engineering Journal. 2019. Vol. 359. P. 1550–1562.
31.    Zhang S., Chen J., Yu J. et al. Remediation of Cd-contaminated soil through different layered double hydroxides: The weakness of delamination and mechanism // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2022. Vol. 10, № 3. P. 107815.