CC BY
16
УДК 550.47:550.73
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ ПО ФИТОРЕМЕДИАЦИИ СУЛЬФИДНЫХ ОТХОДОВ ХВОСТОХРАНИЛИЩ ОВСОМ ПОСЕВНЫМ (AVENA SATIVA)
Бортникова Светлана Борисовна1,
Артамонова Валентина Сергеевна2,
[email protected]; [email protected]
Абросимова Наталья Александровна1,
Юркевич Наталия Викторовна1,
Хващевская Альбина Анатольевна3,
1 Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН, Россия, 630090, г. Новосибирск, пр. Ак. Коптюга, 3.
2 Институт почвоведения и агрохимии СО РАН, Россия, 630090, г. Новосибирск, пр. Лаврентьева, 8/2.
3 Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Россия, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30.
Актуальность. Повышение концентрации металлов и металлоидов в наземных экосистемах в результате деятельности горнодобывающей и металлургической промышленности является серьезной проблемой для окружающей среды - приводит к накоплению элементов в почвах, дикорастущих и сельскохозяйственных растениях и сопровождает загрязнение компонентов пищевой цепи.
Цель: определить и оценить способность овса посевного Avena sativa аккумулировать металлы и металлоиды из вещества хвостохранилищ с разными физико-химическими параметрами для фиторемедиации.
Объекты: вещество хвостохранилищ (Дюков лог, Талмовские Пески, Хову-Аксинские) и отвалов (Урской, Белоключевской, Берикульский).
Методы. Пробы корней и ростков были проанализированы на содержание широкого круга элементов методом ИСП-МС на масс-спектрометре NexION 300D (PerkinElmer, США) (ПНИЛ ГГХ ИШПР ТПУ). Отбор твердых проб выполнялся в соответствии с общепринятыми методиками. Пробы твёрдого вещества были проанализированы на содержание оксидов силикатной группы методом РФА на рентгенофлуоресцентном спектрометре ARL-9900-XP (Thermo Electron Corporation, Switzerland) в лаборатории рентгеноспектральных методов анализа ИГМ СО РАН, элементный анализ проводился методом ИСП-МС на приборе ELAN-9000 DRC-e, Perkin Elmer, USA (ХАЦ «Плазма»).
Результаты. Проведены эксперименты с проращиванием семян однодольного растения - овса посевного (Avena sativa), на субстратах хвостохранилищ (Дюков лог, Талмовские Пески, Хову-Аксинские) и отвалов (Урской, Белоключевской, Берикуль-ский), расположенных в Западной Сибири и республике Тьва. Данное растение относится к списку гостированных тестов фитотоксичности и сидератам, но его развитие на представленных техногенных объектах ранее не изучалось. Впервые показано, что в среднем концентрация металлов и металлоидов в проростках овса превышала концентрацию этих элементов во всех случаях по сравнению с контролем. Оценено влияние кислотности/щелочности техногенных субстратов на извлечение элементов растениями. Показано, что семена овса не взошли в пробах с добавлением вещества, дающего кислую среду (рН<2) либо высокую минерализацию жидкой фазы. В веществе отходов с диапазоном рН 2-5 (кислая и слабокислая среда) семена проросли, но масса проростков существенно меньше, чем в веществе с нейтральной-субщелочной средой (рН 6-8). На всхожесть не влияет соотношение алюмосиликаты/пирит, основное значение имеет наличие карбонатов и степень окисленности вещества отходов. В кислой среде, при относительно высоких концентрациях металлов (Fe, Mn, Cu, Zn) в жидкой фазе, их доля, поглощаемая растениями, была существенно ниже, чем в нейтральной-субщелочной среде. На аккумуляцию большинства элементов кислотность среды не оказывала влияния, их накопление в подземных и в надземных частях растений зависело от содержания их растворимых форм. Для мышьяка и висмута прослеживается повышение их содержания в проростках овса с повышением pH водной вытяжки. Влияние концентраций элементов в среде питания растений неоднозначно. Например, для вещества с высоким содержанием подвижных форм Cd, Pb, Zn биомасса и длина корня проростков овса была выше, чем для овса, выращенного на другом веществе. Транслокационный индекс указывает на то, что накопление большинства металлов и металлоидов выше в корнях, чем в надземных частях.
Ключевые слова:
Хвостохранилища, металлы и металлоиды, подвижные формы элементов, фиторемедиация, овес посевной (Avena sativa).
DOI 10.18799/24131830/2022/11/3762
7
Введение
Фиторемедиация представляет собой эффективную, экологически чистую, недорогую технологию, в которой растения используются для уменьшения или удаления неорганических и органических загрязнителей из окружающей среды [1].
Выбор местных адаптированных видов растений важен для восстановления растительности, долгосрочной стабильности и устойчивости экосистемы. Фиторемедиация - это новая «зеленая» технология, которая использует растения и ризосферные микроорганизмы для очистки загрязненных участков. Фи-торемедиация предлагает множество преимуществ, таких как низкая стоимость, общественное признание и эстетическая ценность, что делает ее востребованной для восстановления загрязненных территорий. Как правило, существует разрыв между исследованиями в лабораториях в контролируемых условиях и «реальным полевым сценарием», когда виды растений растут и выживают в загрязненной окружающей среде [2].
Основными технологиями фиторемедиации являются фитостабилизация и фитоэкстракция, ризоде-градация/фитостимуляция и фитодеградация/фито-трансформация [1, 3]. Фитостабилизация - использование растений для снижения биодоступности тяжелых металлов в почве, (и) фитоэкстракция - использование растений для извлечения и удаления тяжелых металлов из почвы, (ш) фитоволатилизация - использование растений для поглощения тяжелых металлов из почвы и выброса в атмосферу в виде летучих соединений, и (гу) фитофильтрация - использование гидропонно культивируемых растений для поглощения или адсорбции ионов тяжелых металлов из грунтовых вод и водных отходов [4, 5]. В число перспективных технологий биоремедиации входит фиторе-медиация (фитоэкстракция). Механизм фиторемедиации заключается в следующем: в ходе корневого (минерального) питания растения поглощают практически все химические элементы. В процессе роста и развития растений осуществляется их транслокация в надземные органы растений. По мере приближения к старению надземная масса растений удаляется и подлежит соответствующей переработке. При этом растения следует отбирать экспериментально, исходя из поглотительной способности корней, их физиологической активности, гидротермических условий нарушенных территорий, подлежащих восстановлению. После скашивания растений надземная фитомасса может быть использована в качестве источника металлов. С этой целью растения сжигают и из золы извлекают целевые компоненты. Как технологический приём, фитоэкстракцию делят на два разных метода -индуцированную и непрерывную. Первый метод основывается на применении специальных хелатирую-щих агентов, образующих растворимые комплексы с металлами. В комплексном виде они довольно быстро поглощаются корнями и транспортируются в надземные органы растений. Непрерывная фитоэкстракция является более долгосрочной и базируется на приме-
нении растений-гипераккумуляторов [6]. Фиторемедиация стала эффективным и экономически выгодным методом очистки окружающей среды только после того, как обнаружили растения-гипераккумуляторы тяжелых металлов [7]. Фиторемедиация с применением растений-гипераккумуляторов является экологически чистой и экономически выгодной технологией для отчистки окружающей среды [8]. Как правило, растениями-гипераккумуляторами являются те, которые способны накапливать ионы металлов >0,1-1 % в пересчете на сухой вес [9]. Растения-гипераккумуляторы могут накапливать >100 мкг/г Cd, >300 мкг/г Co/Cu/Cr, >1000 мкг/г Ni/As/Pb, >3000 мкг/г Zn, >10000 мкг/г Mn при выращивании в естественной среде обитания [10].
Растения обладают способностью поглощать ионные соединения из корнеобитаемого слоя даже в низких концентрациях. Благодаря ризосферной микрофлоре происходит регулирование биодоступности тяжелых металлов, что позитивно отражается на плодородии [11, 12]. Использование фиторемедиации предполагает: 1) экономическую целесообразность, поскольку фиторемедиация представляет собой авто-трофную систему, работающую от солнечной энергии, поэтому проста в управлении, а стоимость установки и обслуживания невысока; 2) экологичность и снижение воздействия загрязняющих веществ на окружающую среду; 3) доступность применения на крупномасштабных месторождениях; 4) противоэрозионное действие и предупреждающее выщелачивание металлов благодаря стабилизации тяжелых металлов, что сокращает риск распространения загрязняющих веществ; 5) повышение плодородия [13-15].
Факторами, ограничивающими рост растений на отходах, являются кислотность/щелочность среды (значения pH), высокие концентрации растворимых солей As, B, Cd, Cr, Cu, Hg, Mn, Mo, Ni, Pb, Se, недостаток биогенных элементов питания, таких как N и P, низкое содержание азотфиксирующих микроорганизмов [16, 17].
Переход металлов из почвы в растения оценивается и изучается с помощью различных индексов, один из них транслокационный (ТИ). Этот индекс рассчитывается как отношение концентрации металла в растении к концентрации того же металла в почве [18]. Высокие значения ТИ (>1) указывают на хорошую способность поглощения растениями металлов из корнеобитаемого слоя. Низкие значения ТИ указывают на слабое поглощение металлов корневой системой [19].
Цель исследования состояла в анализе влияния состава вещества хвостохранилищ на рост овса посевного (Avena sativa) для применения в фитостабилиза-ции и/или фитоэкстракции металлов и металлоидов.
Материалы и методы
Проведены эксперименты с проращиванием семян однодольного растения - овса посевного (Avena sativa) -на веществе хвостохранилищ (Дюков лог, Талмовские Пески, Хову-Аксинские) и отвалов (Урской, Бело-ключевской, Берикульский), расположенных в Кеме-
ровской области и Республике Тыва (рис. 1). Объекты подобраны таким образом, чтобы их минералого-геохимические характеристики охватывали многообразие составов складированных отходов.
/ I \ Ч чР'./Д 60' 75' /«• I \ \ X < /
60'
Рис. 1. Расположение объектов исследования
Fig. 1. Location of study objects
Хранилища отходов переработки барит-полиметаллических
руд Салаирского рудного поля
(г. Салаир, Кемеровская область)
Талмовские Пески - первое хвостохранилище Салаирского ГОКа - образовано в начале эксплуатации барит-полиметаллических месторождений рудного поля, когда разрабатывались верхние, наиболее богатые части рудных тел из зоны окисления. Переработка руд производилась на Золотоизвлекательной фабрике методами гравитации, цианирования и флотации. С 1932 по 1942 гг. отходы обогащения складировались в запруженное дамбой русло реки Малой Талмо-вой в виде ленты протяженностью 7 км и шириной ~30 м. После заполнения отходами получившегося искусственного пруда ниже по течению сооружалась следующая дамба, и процесс повторялся. В настоящее время хвостохранилище представляет собой узкую (до 30 м) ленту протяженностью около 8 км, в непосредственной близости от которой протекает река Малая Талмовая. Мощность техногенных отложений не превышает 3 м, что составляет около 1 млн т. Содержание сульфидов (пирит, сфалерит, галенит) не превышает 6-7 %, карбонаты (кальцит, доломит) составляют 9-10 %.
Хвостохранилище Дюков лог находится к юго-востоку от Салаирского рудного поля, близ жилых построек г. Салаира. Оно эксплуатировалось после заполнения Талмовских Песков. Вещество, слагающее хвостохранилище, поступало из Золотообогати-тельной фабрики, перерабатывающей руды зоны окисления рудного поля, и поэтому состоит из силь-ноизмененных пород и минералов [20]. Сульфидные минералы составляют около 5 %, основной из них пирит, меньшая доля приходится на галенит и сфалерит; халькопирит встречается очень редко. Доля карбонатов - 2-3 % [21, 22]. В хвостохранилище складировано 1 ,5 млн т отходов.
Насыпные отвалы отходов переработки руд
Урского рудного поля (пос. Урск, Кемеровская область)
Белоключевской отвал (~400 тыс. т) сформирован в результате складирования отходов цианирования руд зоны окисления одноимённого месторождения. Характерной чертой отвала является переслаивание контрастных по составу горизонтов кварц-баритовой (рыжее окисленное вещество) и кварц-пиритовой сы-пучек (голубовато-серое вещество). В сильноокис-ленной кварц-баритовой сыпучке содержание сульфидов составляет 2-4 %, а в кварц пиритовой доходит до 25 %. Доля карбонатов в обоих горизонтах не превышает 0,5 % [23].
Урской отвал образован в 30-40-х гг. прошлого века и содержит отходы переработки зоны окисления Ново-Урского месторождения. Отходы цианирования кварц-баритовой сыпучки (самая верхняя, наиболее окисленная, часть рудных тел) и кварц-пиритовой сыпучки складировались рядом в пойме ручья в два насыпных отвала без защитных технических сооружений или дамб. В результате были сформированы насыпи высотой 10-12 м. Отвал кварц-пиритовой сы-пучки в большой степени изъят в последнее десятилетие для вторичного извлечения барита. Второй, из отходов верхней части зоны окисления, остался как есть. Состав отвалов во многом аналогичен составу Белоключевского.
Берикульский отвал (пос. Комсомольск, Кемеровская обл.)
Берикульские кеки цианирования сульфидного флотоконцентрата являются отходами Берикуль-ского золотоизвлекательного завода (БЗЗ, пос. Новый Берикуль, Тисульский район, Кемеровская область), где перерабатывались главным образом руды Старо-Берикульского месторождения. В отвале складированы отходы цианирования флотоконцен-трата, в котором содержание сульфидов доходило до 25 %.
Хову-Аксинские хранилища
(пос. Хову-Аксы, Республика Тыва)
Месторождение уникальных сульфоарсенидных никель-кобальтовых руд Хову-Аксы расположено на левобережье р. Элегест в 70 км от места впадения ее в верховья р. Енисей (Республика Тыва). Комбинат «Тувакобальт», осуществлявший отработку рудных жил этого месторождения и получение коллективного концентрата, проработал с 1970 по 1991 гг. и остановлен из-за плановой убыточности производства. В результате за 20 лет производственной деятельности на промплощадке в пяти картах захоронения складировано более 2 млн м3 хвостов гидрометаллургического передела [24].
Для проведения экспериментов отобраны пробы хвостохранилищ и отвалов. Пробы (~0,5 кг каждая) отбирались из закопушек глубиной ~20 см в пластиковые герметично закрывающиеся пакеты (грипперы).
Каждый образец высушен на воздухе, измельчен, тщательно перемешан и просеян через сито <0,25 мм.
Лабораторные анализы и эксперименты
Пробоподготовка и анализы вещества
В лабораторных условиях пробы были гомогенизированы и разделены на три части. Первая часть высушена при комнатной температуре и истерта для анализов. Из второй части приготовлены пасты (твер-дое/вода=2/1) для определения кислотно-основного баланса вещества [25], и в них измерены значения рН (рН/Т-метром HI 9025 C, HANNA Instruments, США) и электропроводности (УЭП) кондуктометром Cond 315 i (WTW, США). Водные вытяжки (твер-дое/вода=1/10) для определения концентраций подвижных форм элементов приготовлены из третьей части проб. В водных вытяжках также были измерены значения рН и УЭП. Концентрации основных ионов определялись методом капиллярного электрофореза на приборе «Капель 105-M» (Люмэкс, Санкт-Петербург). На микроэлементный состав пробы анализировались методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой на приборе Agilent 8800 (Agilent Technologies, США).
Пробы твёрдого вещества проанализированы на содержание оксидов силикатной группы методом РФА на рентгенофлуоресцентном спектрометре ARL-9900-XP (Thermo Electron Corporation) в лаборатории рентгеноспектральных методов анализа ИГМ СО РАН, элементный анализ проводился методом ИСП-МС на приборе ELAN-9000 DRC-e, Perkin Elmer, USA (ХАЦ «Плазма»).
Эксперименты по проращиванию
Вещество отходов насыпали в чашки Петри (10 г) и покрывали бумажным фильтром, на котором размещали семена в количестве 25 штук (в пятикратной по-вторности), увлажнённые дистиллированной водой (~5 мл). Закрытые чашки термостатировались в течение трех суток при t=20-25 °С. Одновременно закладывались семена на фильтры, размещённые на поверхность пробы фоновой почвы. После трех суток прорастания семян в термостате подсчитывали долю проросших семян во всех вариантах. После семисуточной экспозиции проростков овса измеряли максимальную длину их корней и высоту ростков, их воздушно-сухую массу. Пробы корней и ростков (их сухая масса) проанализированы на содержание химических элементов методом ИСП-МС на масс-спектрометре NexION 300D (PerkinElmer, США) (ПНИЛ «Вода» ГГХ ИШПР ТПУ). Полученные результаты сопоставлены с параметрами вещества отходов, на которых проводились эксперименты с растениями.
Расчеты и коэффициенты
Для оценки поглощения растениями химических элементов использовали: транслокационный индекс (ТИ), транслокационный фактор (ТФ) и биоконцентрационный фактор (БКФ).
Перемещение металлов из корней в надземную часть оценивают с помощью ТИ, который определяется как отношение концентрации металла в надземной части растения к его концентрации в корне:
С
ТИ = ,
С/
(1)
где СР - содержание элемента в ростках, мг/кг сух. вес.; СК - содержание того же элемента в корнях, мг/кг сух. вес.
Поступление химических элементов из вещества хвостохранилища в корни и надземные части овса оценивали путем изучения соответствующих коэффициентов переноса. ТФ рассчитывался путем деления концентрации металлов в растении на общее содержание металлов в корнеобитаемом слое:
С
ТФ =—-Р С '
(2)
где ТФР - транслокационный фактор для надземных частей [26]; СР - содержание элемента в ростках, мг/кг сух вес.; СП - содержание того же элемента в пробе вещества, г/т;
Ск
ТФк =
Сп
(3)
где ТФК - транслокационный фактор для подземных частей (корней) [27]; СК - содержание элемента в корнях, мг/кг сух вес.; СП - содержание того же элемента в пробе вещества, г/т.
Если значения отношений >1, это указывает на то, что растения накапливают соответствующие элементы, отношения около 1 указывают на то, что растения не подвержены влиянию, а отношения <1 показывают, что растения исключают элементы из поглощения [28-30]. Если растения имеют высокие значения ТФ, они могут быть использованы для фиторемедиации
[27, 31].
Способность аккумулировать металлы рассчитывается через БКФ:
С
БКФ =
С
(4)
где БКФ - биоконцентрационный фактор; СР - суммарное содержание элемента в подземных и надземных частях, мг/кг сух. вес.; СВВ - содержание того же элемента в подвижной форме, в данном случае в водной вытяжке из пробы [29].
БКФ может быть рассчитан отдельно для побегов (БКФР) и корней (БКФК). Значение БКФ>1000 является критерием отнесения растения к хорошим аккумуляторам элементов.
Результаты
Характеристика вещества
Состав экспериментальных проб вещества отходов изменялся в широких пределах (табл. 1 ). Содержание алюмосиликатов ^Ю2+А1203) колебалось в пределах 23,2-88,1 %, Fe (определяемое главным образом количеством пирита) - 2,9-31 %, СаО - 0,05-18,8 %, ^ - 0,4-24,6 % (рис. 2).
В соответствии с особенностями состава (кисло-тонейтрализующие/кислотопродуцирующие компоненты), кислотность вещества и минерализация жид-
кой фазы (в данном случае - электропроводность (УЭП) пасты) также лежат в широкой области значений (рис. 3): от ультракислых (рН 0,89) до слабоще-
лочных (рН 8,13) с УЭП от 0,063 (минерализация водной вытяжки 0,88 г/л, ультрапресная) до 8,9 мСм/см (10,6 г/л, солоноватая).
Таблица 1. Состав проб для экспериментов SiO-LOI в %, Cu-Sb в г/т Table 1. Sample composition for the experiments SiO-LOI in %, Cu-Sb in g/t
N. Объект Object Ком- 4. понент Component N4 Талмовские Пески Talmovskiy Sands Дюков лог Dyukov Log Белоключевской Beloklyuch Урской Ursk Берикульский Berikul Хову-Аксинские хранилища Khovu-Aksy tailings Контроль Control
рНпасты pHpaste 2,47 6,95 7,63 2,27 6,64 1,18 0,89 0,64 1,79 4,95 2,12 4,55 7,63 8,04 8,13 6,87
SiO2 39,34 42,08 85,36 62,86 44,71 69,49 49,24 77,12 23,38 50,77 17,97 34,45 55,45 34,01 35,67 57,45
Al2O3 12,05 3,81 2,70 15,64 2,79 2,77 1,97 4,88 0,91 16,39 5,27 7,22 13,56 7,44 9,26 14,25
Fe2O3 8,17 4,57 2,91 4,63 4,73 4,24 15,66 7,50 17,79 11,53 31,1 7,56 6,00 7,79 7,46 7,25
MnO 0,03 0,16 0,02 0,01 0,02 0,01 0,01 0,00 0,00 0,07 0,051 <0,01 0,13 0,23 0,18 0,13
MgO 1,41 1,30 0,74 0,12 <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 1,21 2,11 4,63 2,47 4,11 4,78 1,86
CaO 1,49 4,31 0,22 2,43 0,94 0,12 0,14 0,12 0,05 5,27 5,42 16,53 5,41 18,77 16,22 6,46
Stotal 9,15 5,83 1,60 3,65 13,43 9,75 24,63 1,38 17,45 1,63 14,45 0,58 0,45 0,68 0,40 0,35
S sufate 0,62 0,01 0,007 0,71 0,0075 7,7 7,4 1,4 16,24 0,11 4,6 0,34 0,92 0,31 0,04 0,005
Na2O 0,26 0,24 <0,05 0,39 0,07 <0,05 <0,05 <0,05 0,38 2,77 0,48 <0,05 1,52 <0,05 <0,05 1,18
K2O 2,43 0,58 0,55 4,09 0,69 0,81 0,66 0,90 0,16 1,63 1,12 1,65 2,37 1,55 1,62 2,5
P2O5 0,22 0,00 0,00 0,00 0,17 0,00 0,00 0,03 0,00 0,11 0,21 0,24 0,13 0,32 0,16 0,12
BaO 16,91 22,30 3,61 1,66 22,88 11,39 10,80 3,46 28,11 <0,01 0,042 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 0,063
TiO2 0,24 0,17 0,10 0,28 0,11 0,58 0,43 0,38 0,26 1,00 0,425 0,37 0,90 0,37 0,39 0,84
LOI 8,60 2,35 1,68 4,91 7,38 4,92 14,63 3,77 13,18 6,16 12,20 14,58 11,29 15,72 14,58 10
Cu 220 480 370 73 460 79 770 270 620 42 760 980 32 1000 610 19
Zn 680 7600 650 270 8400 62 110 110 320 150 330 480 90 330 210 80
Pb 3300 2400 2000 470 4500 1500 2000 1800 3100 370 4300 46 11 51 22 12
Cd 1,1 30 2,0 0,71 33 0,19 0,42 0,15 1,2 0,45 4,8 1,9 0,05 1,5 0,68 0,05
As 180 94 120 270 440 370 630 390 380 5600 8100 22000 180 14000 14000 4,5
Sb 44 37 37 30 190 400 280 130 400 29 140 88 1,4 87 88 1,2
100
""Ç
о <
+ о
¿73
■г 40
•4 8
6*. 13 10 •
5 «7 - 2 15*14 12 9»
I1
1
100
10 ■ о 1
ci
и
0.1-
10
20
Fe,0;
30
%
40
0.01-
15 14 • •• 10 J * i • 1 •
.12 13 • 11 5
3. 6 7
8 У *
0
1
%
10
100
Рис. 2. Содержание некоторых оксидов и серы в пробах (здесь и далее: 1 - Талмовские Пески, окисленное вещество рыжего цвета; 2 - Талмовские пески, слабоокисленное вещество рыжевато-серого цвета; 3 - Дюков лог, желтовато-серое вещество верхнего слоя (ДЛ1-0); 4 - Дюков лог, рыжее вещество верхнего горизонта (ДЛ1-1); 5 - Дюков лог, серый песок (ДЛ2-1); 6 - Белоключевской отвал, кварц-баритовая сыпучка; 7 - Бело-ключевской отвал, кварц-пиритовая сыпучка; 8 - Урской отвал, кварц-баритовая сыпучка; 9 - Урской отвал, кварц-пиритовая сыпучка; 10 - Берикульский отвал, оксиленный слой; 11 - Берикульский отвал рыжевато-серое вещество; 12 - Хову-Аксинские хранилища, карта 1; 13 - Хову-Аксинские хранилища, карта 1, почва; 14 - Хову-Аксинские хранилища, карта 3; 15 - Хову-Аксинские хранилища, карта 5 Fig. 2. Content of some oxides and sulfur in the samples (hereinafter: 1 - Talmovskiy Sands, oxidized tailings with red color; 2 - Talmovskiy Sands, slightly oxidized tailings with reddish-gray color; 3 - Dyukov Log, yellowish-gray tailings of the upper layer (DL1-0); 4 - Dyukov Log, red tailings of the upper horizon (DL1-1); 5 - Dyukov Log, gray sand (DL2-1); 6 - Beloklyuch waste heaps, quartz-barite tailings; 7 - Beloklyuch waste heaps, quartz-pyrite tailings; 8 - Ursk mining tailings, quartz-barite tailings; 9 - Ursk mining tailings, quartz-pyrite tailings; 10 - Berikul mine wastes, oxidized layer; 11 - Berikul mine wastes, reddish-gray tailings; 12 - Khovu-Aksy tailings, pond 1; 13 - Khovu-Aksy tailings, pond 1, soil; 14 - Khovu-Aksy tailings, pond 3; 15 - Khovu-Aksy tailings, pond 5
4 5 6 рН пасты
Рис. 3. Физико-химические параметры проб для экспериментов
Fig. 3. Physical and chemical parameters of samples for the experiments
Вариации в составе экспериментальных проб (концентрации основных и примесных компонентов, кислотность-щелочность, минерализация растворов) исчерпывали всё имеющееся разнообразие изучаемых отходов.
Общеизвестно, что обеспеченность растений элементами минерального питания зависит от кислотности среды, минерализации жидкой фазы и других условий. Повышению доступности металлов и металлоидов способствуют микроорганизмы, продуцирующие экзополисахариды и образующие с металлами хелатные комплексы, а также сидерофоры микробного происхождения, облегчающие транзит металлов через клеточные корневые оболочки внутрь растения. В растения поступают также водорастворимые формы элементов [32], и для оценки их концентраций нами были получены водные вытяжки из твердого вещества, используемого в экспериментах.
Оказалось, что состав водных вытяжек из вещества экспериментальных проб различается как по физико-химическим характеристикам, так и по концентрациям элементов (табл. 2).
По минерализации большинство проб соответствуют пресным водам (Мобщ<1 г/л), 5 - солоноватым водам (Мобщ 1,4-11 г/л), рис. 4. Разброс значений рН -от 2,82 (сильнокислые воды) до 8,28 (слабощелочные воды).
Таблица 2. Состав водных вытяжек из вещества экспериментальных проб, электропроводность УЭП в мкСм/см, концентрации в мг/л
Table 2. Composition of water extracts from the substance of experimental samples, electrical conductivity (SEC) -pS/cm, concentrations - mg/l
Объект Object Компонент. Component Талмовские Пески Talmovskiy Sands Дюков лог Dyukov Log Белоключев-ской Beloklyuch Урской Ursk Берикуль-ский Berikul Хову-Аксинские хранилища Khovu-Aksy tailings
рН 3,26 6,42 7,38 3,16 6,32 2,82 2,95 3,56 2,83 4,76 4,51 5,05 7,89 8,28 8,15
УЭП/SEC 877 165 28 1506 98 4290 4590 430 1759 334 3660 576 1141 476 177
SO42- 620 46 6,9 720 390 7400 1900 170 1300 110 4600 340 920 310 730
Cl- 1,6 0,49 0,35 0,61 1,9 11 0,95 0,22 0,55 0,59 2,04 1,8 2,4 3,0 0,57
no2- <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 46 0,2 0,1 16
NO3- <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 210 42 87 0,81
HCO3- <0,1 65 52 <0,1 30 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 70 140 140 100
РО43- 0,10 <0,002 0,0091 0,076 1,1 10 1,9 0,010 2,3 0,013 11 0,023 0,18 0,0071 0,0031
nh4+ <0,01 <0,01 <0,01 0,15 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 0,05 <0,01 0,06 <0,01
Ca 101 9,9 2,88 151 2,1 46 33 10 6,1 6,12 154 86 160 8,4 5,5
Mg 9,8 8,3 0,40 9,3 0,91 9,5 2,5 9,7 1,5 4,30 49 121 111 114 30
Na 0,45 0,59 0,42 0,57 3,9 4,9 0,26 0,43 3,1 0,92 0,38 4,1 4,6 7,1 2,1
K 0,062 0,62 0,25 0,95 1,3 0,17 <0,1 0,049 8,6 0,10 <0,1 4,0 1,1 4,8 2,4
Fe 9,5 0,078 0,23 0,56 0,47 3000 520 0,70 480 11 1500 0,097 0,18 0,097 0,021
Al 13 0,028 0,14 1,7 0,2 73 15 13 18 0,92 140 0,0031 0,0066 0,028 0,0095
Mn 0,44 0,038 0,02 0,46 0,031 0,98 0,21 0,24 0,22 0,20 2,2 0,012 0,0033 0,018 0,012
Si 2,7 0,34 0,77 1,2 0,89 0,22 1,2 1,2 0,34 5,7 9,0 1,1 3,7 0,53 0,97
Cu 1,2 0,018 0,01 0,05 0,065 3,9 1,3 0,20 0,63 0,17 8,7 0,0026 0,0037 0,0062 0,0025
Zn 16 0,52 0,07 0,78 1,0 1,7 0,73 0,47 0,96 0,25 10 0,0025 0,0033 0,0028 0,0013
Pb 0,017 0,052 0,09 0,07 0,38 1,0 0,0037 0,0032 2,6 0,00 0,00 0,00001 0,00006 0,00003 0,00005
Cd 0,048 0,0090 0,00 0,005 0,002 0,0035 0,0015 0,0008 0,0017 0,006 0,19 0,00003 0,00004 0,00003 0,00000
As 0,0028 0,015 0,003 0,0016 0,053 15 1,9 0,0008 1,8 0,050 87 4,1 0,78 2,6 4,7
Sb 0,0015 0,0032 0,0008 0,0005 0,028 0,13 0,0076 0,0006 0,047 0,001 0,012 0,21 0,0043 0,16 0,20
Cr 0,029 0,00013 0,00021 0,00022 0,00078 0,092 0,024 0,0004 0,011 0,0017 0,37 0,00007 0,00045 0,00016 0,00053
Co 0,0095 0,00025 0,00011 0,0050 0,00071 0,039 0,0099 0,0033 0,022 0,012 0,65 0,014 0,00084 0,0083 0,0087
Ni 0,031 0,00061 0,00033 0,013 0,0025 0,077 0,024 0,0039 0,012 0,013 0,89 0,0049 0,0033 0,0025 0,0085
В широких пределах изменяются концентрации элементов в вытяжках. Суммарные содержания растворимых форм металлов (Cu+Zn+Pb) и металлоидов ^+8Ь), представленные на рис. 5, свидетельствуют о том, что эксперимент проведён с учётом большого разнообразия состава водной фазы и его результаты в дальнейшем могут применяться для оценки возможности рекультивации техногенных тел самого разного состава.
Вытяжки представлены растворами, которые условно можно разделить на 3 группы: 1) высокие
(>1 мг/л) концентрации и металлов, и металлоидов; 2) высокие концентрации металлов (>0,1 мг/л), но сравнительно низкие металлоидов (<0,1 мг/л); 3) низкие концентрации металлов (<0,01 мг/л), но высокие металлоидов (первые мг/л). Это дало возможность проследить транзит элементов в растения из среды с большими колебаниями составов.
Всхожесть и рост овса посевного
Прорастание семян при наличии исследованных субстратов произошло не в каждой пробе (рис. 6).
4 -I
s
1 3 и
с
<п
6 •« 9 • 7 4 ■ 11 * 13 •
• 1 8» 12 10* • 2 • 5 • 1 15 4 • *
3*
рн
Log(I(As,
Рис. 4. Физико-химические параметры водных вытя- Рис 5 Содержание металлов ~Z(Cu, 7.п, Pb) и
жек из экспериментальных проб металлоидов X(As, Sb) в водных вытяжках
Fig. 4. Physicochemical parameters of water leaching solu- Fig. 5 Content of metals Y.(Cu, Zn, Pb) and metalloids tion from the experimental samples Z(As, Sb) in water leaching solution
пр. 6 - Бел о ключе bc кой отвал, рН 1.18 пр. 9 - Урской отвал, рН 1.79
Рис. 6. Примеры всхожести семян овса посевного на веществе с разной кислотностью и в контрольном варианте Fig. 6. Examples of germination of oat seeds on a substance with different acidity and in the control sample
Семена не взошли в пробах с добавлением вещества, дающего ультра-кислую среду (рН<2) либо высокую минерализацию жидкой фазы. В веществе отходов с диапазоном рН 2-5 (кислая-слабокислая среда) всходы появились, но масса проростков была существенно меньше, чем в веществе с нейтральной-субщелочной средой (рН 6-8), рис 7, А. Проращивание семян овса посевного при наличии нейтрального вещества Талмовских Песков (проба 2) показало самую высокую массу проростков, за ним следуют пробы отходов с хвостохранилища Дюков лог (проба 3) и почва на поверхности карты захоронения Хову-Аксинских отходов (проба 13). Также в этих же пробах длина побегов овса оказалась больше (рис. 7, Б). Для проб с высоким содержанием С< РЬ, 2п масса и длина корня овса были выше, чем в других случаях.
Снижение негативного действия высоких концентраций Cd в этих случаях, вероятно, обеспечивается
детоксикацией, как путём связывания металла в корневой зоне, в клеточной стенке и иммобилизации в плаз-малемме, так и путём хелатирования кадмия в цитозо-ле клетки и его транспортирования в вакуоль [33]. Кроме этого, кадмий может повышать активность фермента О-ацетил-серинлиазы, который участвует в образовании цистеина, предшественника глутатиона и фитохелатинов - соединений клетки, связывающих тяжелые металлы. Поэтому повышение активности этого фермента при наличии кадмия рассматривается как адаптивный механизм. Что касается свинца, то он пассивно поглощается корнями, образуя в них нерастворимые комплексы, слабо перемещаемые в другие части растения. Подобное влияние Cd и РЬ на массу корня кукурузы было обнаружено ранее [34]. В свою очередь, цинк в диапазоне кислотности рН 5-8 ед. наиболее доступен. В растениях цинк находится в двухвалентной форме, в то время как в корнеобитае-
мом слое - в адсорбированном виде: в кислой среде благодаря катионному обмену, в щелочной среде -благодаря хемосорбции, которая зависит от присутствия органических лигандов. Адсорбция цинка ослабляется при рН ниже 7. К этому приводит конкуренция со стороны других ионов. При повышенных рН и воз-
растании в почвенном растворе концентрации органических соединений цинк-органические комплексы вносят свой вклад в растворимость цинк-содержащих фаз. Большинство растительных генотипов и видов обладают высокой степенью приспособляемости к избыточным значениям цинка [35].
номер 1
Рис. 7. Сухой вес ростков и корней овса (А), длина корней и высота ростков овса (Б), выращенного на техногенном веществе
Fig. 7. Dry weight of aerial part and roots of oats (A), length of roots and height of aerial part of oats (B) grown on the tailings
Анализ физико-химических параметров техногенного вещества позволил выявить области, соответствующие трём условиям прорастания: 1) полностью непригодные для жизнедеятельности овса (розовая, рис. 8); 2) пригодные, но угнетающие рост (желтая); 3) благоприятные для зарастания овсом и растениями, аналогичными по свойствам (зеленая).
250
10
9 ■
8 ■ 7 ■
2 б
s о s 5 ■
з 4
я с 3
С Г) >■ 2
• к
Л
• А ♦
•
♦ ♦
♦
♦
• д
Ф • I
К t ♦
• Л
--***—*1-Г • • •
150
50
о
1
4 5 рН пасты
(№ 2, 3, 5, 13). Среднее положение занимают пробы № 1, 4 (кислая среда), 15 (субщелочная), минимальные - в пробах № 10, 12 (кислая среда), 14 (субщелочная).
• УЭП пасты ф ростки Л корни Рис. 8. Масса ростков и корней овса в зависимости от
физико-химических параметров субстрата Fig. 8. Mass of aerial part and roots of oats depending on the physicochemical parameters of the tailings
На всхожесть не влияет соотношение алюмосиликаты/пирит, основное значение имеет наличие карбонатов и степень окисленности вещества (рис. 9).
В целом в большинстве исследованных проб суммарный вес корней превышает суммарный вес ростков либо схож с ним, максимальная высота ростков больше максимальной длины корня. Наибольшие значения биомассы и морфометрических показателей овса обнаружены в пробах с нейтральной средой
1 Ю
CaO/Ssulfate
Рис. 9. Зависимость всхожести овса от состава субстрата (красный - не взошли; желтый - угнетенный рост; зеленый - благоприятные условия) Fig. 9. Oat germination depending on the composition of the tailings (red - did not germinate; yellow -growth-inhibiting; green - favorable conditions)
Поступление элементов в растения происходило в соответствии с геохимическими особенностями субстратов - пробами вещества разного состава. Растения, выращенные на отходах полиметаллических руд, накапливали Al, Si, Mn, Fe и характерные металлы, значительная доля которых была представлена водорастворимыми формами: Cu, Zn, Ag, Cd, Pb (рис. 10). При этом наблюдалось обеднение растений некоторыми биогенными элементами: Na, K, P, S, которые, видимо, замещались поступающими из субстратов металлами и металлоидами.
Рис. 10. Fig. 10.
▲ ростки ♦ корни
Накопление/обеднение элементов в растениях, выращенных на субстрате отходов сульфидных руд Accumulation/depletion of elements in oat grown on the sulfide tailings
На веществе арсенидных Си-Со-№ руд (Хову-Аксинские хранилища) в растениях концентрировался главным образом As (повышение его содержания в корнях достигало 200 раз в сравнении с контролем), а также ряд элементов: Со, №, Мо, В^ №, Mg (рис. 11). Как видим, в данном случае натрий, присутствующий в подвижных формах (2-7 мг/л в водных вытяжках), в
отличие от полиметаллических отходов, активно поступает в растения. Снижение концентраций по сравнению с контролем наблюдается для Р, Fe и ряда металлов, содержание которых в Хову-Аксинских отходах существенно ниже, чем в полиметаллических (Берикульских кеках, Дюковом логу, Талмовских Песках).
Рис. 11. Накопление/обеднение элементов в растениях, выращенных на субстрате отходов арсенидных руд Fig. 11. Accumulation/depletion of elements in oat grown on the arsenide tailings
В кислой среде при относительно высоких концентрациях металлов (Ее, Мп, Си, 2п) в жидкой фазе их доля, поглощаемая растениями, была существенно ниже, чем в нейтральной-субщелочной среде (рис. 12). На проникание в растения Лз кислотность среды не оказывала влияния: его количество как в подземных, так и в надземных частях зависело от содержания растворимых форм.
Факторы переноса и транслокации
Транслокационный индекс. В контрольных образцах ТИ (формула (1)) для обсуждаемых элементов меньше 1 и варьирует в пределах 0,2-0,7, за исключением Мо, который легко проникает в надземную часть, его ТИ=0,89. В экспериментальных пробах для ряда элементов (Бп, 2п, №, Мо, ТИ оказался зна-
чимо выше 1 или близок к этому значению. Наиболее высоки значения ТИ были для Бп, для остальных перечисленных элементов он заметно ниже. Однако в сравнении с ТИ контрольных проб можно увидеть, что проникание многих элементов из техногенных субстратов, кроме вышеперечисленных, в надземные части идет более интенсивно: Ag, В^ Cd, Со, Си, РЬ, БЬ, Л1 (рис. 13). Следовательно, в некоторых случаях проявляется ослабление корневых механизмов связывания №, 2п, Бп, Мо, Ли, Щ, что обеспечивает безбарьерный транзит металлов в надземную часть и их накопление в форме внеклеточных металл-связывающих соединений (хелаторов), или запасание в участках, нечувствительных к металлу, например, таких как вакуоли.
Рис. 12. Сравнение концентраций элементов в водных вытяжках экспериментальных проб и их содержания в растении (Сопыт/Сконтроль). По оси Х - отдельные пробы, расположенные в порядке снижения концентраций элемента в водных вытяжках Fig. 12. Comparison of the concentrations of elements in water extracts of experimental samples and their content in the plant (Stest/Scontrol). Along the X axis, individual samples arranged in order of decreasing concentrations of the element in water leaching solution
Рис. 13. Сравнение ТИ некоторых элементов в экспериментальных растениях с контрольными Fig. 13. Comparison of translocation (TF) values of some elements in experimental oat with control ones
Транслокационный фактор. Для надземной части овса посевного минимальные значения ТФ (формула (2)) определены для породообразующих элементов, составляющих основную часть вещества: Fe, Si, А1, максимальные - для металлов Мо, №, Zn, Cd, Мп, Со, Ag, Си (рис. 14). В отдельных пробах ТФ этих элементов достигает значения >1. Металлоиды Sb, As, Bi занимают промежуточную позицию. Отмечается закономерность снижения ТФ в пробах с нейтральной-субщелочной средой по сравнению с кислой-слабокислой. Например, в пробе с рН пасты=2,47 наблюдается активный перенос С<< из корнеобитаемого слоя почвы в растение, что свидетельствует об ослаблении участия корневых хелаторов овса (органических кислот, аминокислот, фенолов и др.) в связывании кадмия, а основную роль в его аккумуляции играют, по-видимому, хелатирующие соединения цитозоля, из которых ионы металла транспортируются в вакуоли.
4 -,
3 -
2 -
1 -
M
О 0 -
н
6D -1 -
—J -2 -
-3 -
-4 -
-5 -
-6 -1
J, '
• • • • • *
Л t t 1 * 44JI ♦
t * • 1 ! 1 1 • TTf Jl
• ' 1 » 1 «s • i •
- • t • • • • •
- 1 1 1 ■ i t
Sb HgMnSnAgCo As Ni CdMoPb Bi Cu Al Fe Si Zn Рис. 15. Значения ТФк элементов в корнях овса Fig. 15. Translocation (TF) values of elements for roots of oat
Биоконцентрационный фактор. Элементы Ag, Bi, Hg во всех пробах характеризуются значениями БКФ>1000 (формула (4)), что означает их высокую аккумуляцию из водной фазы вещества с разным составом (рис. 16). Для остальных элементов в некоторых случаях относительно низкие значения БКФ (<1000), видимо, обусловлены достижением предела их накопления в растениях из минерализованных растворов, как, например, мышьяк в Хову-Аксинских отходах, медь, цинк, алюминий, железо в Талмовских Песках и Берикульском отвале. Только для сурьмы и кремния в большинстве проб БКФ существенно ниже 1000, видимо, эти элементы извлекаются из растворов растениями в небольшой степени. Следует отметить, As, Bi, Hg, Pb, Cd не являются жизненно необходимыми для овса, как и для большинства растений. Высокие значения БКФ - это результат безбарьерного накопления элементов, характерного для фазы проростков, когда нет дифференциации надземных ча-
стей на различные органы [36]. Безбарьерный тип накопления проявляется и в заключительные фазы вегетации, а также в период зимнего покоя, когда оно сопровождается выделением избыточных количеств химических элементов.
Мо Ni Zn Cd Pb Mn Co Ag Cu Sn Hg Sb As Bi Fe Si Al
Рис. 14. Значения ТФр элементов в ростках овса. Здесь и далее: кружки разного цвета означают показатель в разных пробах; синяя линия - среднее Fig. 14. Translocation (TF) values of elements for aerial part of oat. Hereinafter: circles of different colors mean the indicator in different samples; blue line -average
Для подземной части овса посевного значения транслокационного фактора (формула (3)) оказались выше, чем для надземных частей. Элементы Sb, Hg, Mn, Sn, Ag, Co в среднем имеют коэффициент больше 1 (рис. 15).
As As Lei Cd Со Си Hg Mo Ni Pb Sb Su Zn Si Al Fe Mn Na Рис. 16. Биоконцентрационный фактор элементов в эксперименте
Fig. 16. Bioconcentration factor (BCF) of elements for oat
Выводы
В результате экспериментов по проращиванию овса посевного (Avena sativa) на веществе отходов с широким диапазоном кислотности и концентраций химических элементов определены области физико-химических параметров и минерализации жидкой фазы, соответствующие трём условиям прорастания: 1) полностью непригодные для жизнедеятельности овса; 2) пригодные, но угнетающие рост; 3) благоприятные для зарастания овсом.
Экспериментальным путём доказано, что овёс посевной (Avena sativa) на ранних стадиях развития проявляет разные механизмы связывания металлов и металлоидов: корневого и цитозольного.
Высокие концентрации Cd в корнеобитаемом слое овса посевного не оказали губительного воздействия на проростки, что обусловлено, по-видимому, присутствием корневых хелаторов.
Транслокационный индекс указывает на то, что многие металлы в эксперименте аккумулировались не в корнях, а в надземных органах, поэтому овёс посевной (Avena sativa) можно отнести к видам-накопителям металлов.
Высокие значения БКФ для большинства элементов означают детоксикацию поллютантов с участием растения и позволяют рассматривать овёс посевной в качестве возможного участника фиторемедиации.
На аккумуляцию большинства элементов кислотность среды не оказывала влияния, их накопление в подземных и в надземных частях зависело от содержания их растворимых форм. Для мышьяка и висмута прослеживается повышение их содержания в проростках овса с повышением pH водной вытяжки.
Работа выполнена в рамках проектов ИНГГ СО РАН № 0266-2022-0028 и ИПА СО РАН № 1210311700316-9 и при финансовой поддержке РФФИ (грант № 20-05-00336).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Pilon-Smits E., LeDuc D.L. Phytoremediation of selenium using transgenic plants // Current Opinion in Biotechnology. - 2009. -V. 20. - P. 207-212. URL: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/ 19269806/#:~:text=Owing%20to%20the%20similarity0/o20of,poll ution%20and%20as%20fortified%20foods (дата обращения 15.08.2022).
2. Ecological potential of plants for phytoremediation and ecorestoration of fly ash deposits and mine wastes / G. Gajic, L. Djurdjevic, O. Kostic, S. Jaric, M. Mitrovic, P. Pavlovic // Frontiers in Environmental Science. - 2018. - V. 6. - P. 124. URL: https://www.researchgate.net/publication/328907776_Ecological_ Potential_of_Plants_for_Phytoremediation_and_Ecorestoration_of _Fly_Ash_Deposits_and_Mine_Wastes (дата обращения 15.08.2022).
3. Raskin I., Smith R.D., Salt D.E. Phytoremediation of metals: using plants to remove pollutants from the environment // Current Opinion in Biotechnology. - 1997. - V. 8. - P. 22-26. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S095816699 7801061 (дата обращения 15.08.2022).
4. Ernst W.H. Phytoextraction of mine wastes - options and impossibilities // Chemie der Erde - Geochemistry. - 2005. -V. 65. - P. 29-42. URL: https://www.researchgate.net/publication/ 223774756_Phytoextraction_of_Mine_Wastes_-_Options_and_ Impossibilities (дата обращения 15.08.2022).
5. Marques A.P., Rangel A.O., Castro P.M. Remediation of heavy metal contaminated soils: phytoremediation as a potentially promising clean-up technology // Critical Reviews in Environmental Science and Technology. - 2009. - V. 39. - P. 622-654. URL: https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/10643380701798272 (дата обращения 15.08.2022).
6. Emelyanova E.V. Effect of cultivation conditions on the growth of the basidiomycete Coriolus hirsutus in a medium with pentose wood hydrolysate // Process Biochemistry. - 2005. - V. 40. -№ 3-4. - Р. 1119-1124. URL: https://www.researchgate.net/ publication/229188403_Effects_of_cultivation_conditions_on_the _growth_of_the_basidiomycete_Coriolus_hirsutus_in_a_medium_ with_pentose_wood_hydrolyzate (дата обращения 15.08.2022).
7. Душенков В., Раскин И. Фиторемедиация - зеленая революция в экологии // Химия и Жизнь 21 век. - 1999. - № 11-12. -P. 48-49. URL: http://www.chem.msu.su/rus/journals/chemlife/ fito.html (дата обращения 15.08.2022).
8. Rai P.K. Heavy metals/metalloids remediation from wastewater using free floating macrophytes of a natural wetland // Environmental Technology & Innovation. - 2019. - V. 15. -P. 100393. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/ abs/pii/S2352186418306151 (дата обращения 15.08.2022).
9. Meagher R.B. Phytoremediation of toxic elemental and organic pollutants // Current Opinion in Plant Biology. - 2000. - V. 3. -P. 153-162. URL: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/10712958/ (дата обращения 15.08.2022).
10. A global database for plants that hyperaccumulate metal and metalloid trace elements / R.D. Reeves, A.J. Baker, T. Jaffre, P.D. Erskine, G. Echevarria, A. van der Ent // New Phytologist. -2018. - V. 218. - № 2. - P. 407-411. URL: https://nph. onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.14907 (дата обращения 15.08.2022).
11. Ali H., Khan E., Sajad M.A Phytoremediation of heavy metals-concepts and applications // Chemosphere. - 2013. - V. 91. -P. 869-881. URL: https://www.researchgate.net/publication/ 235880244_Phytoremediation_of_heavy_metals-Concepts_and_applications (дата обращения 15.08.2022).
12. Heavy metal pollutions: state of the art and innovation in phytoremediation / G. DalCorso, E. Fasani, A. Manara, G. Visioli, A. Furini // International Journal of Molecular Sciences. - 2019. -V. 20. - P. 3412. URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/ articles/PMC6679171/ (дата обращения 15.08.2022).
13. Aken B.V., Correa P.A., Schnoor J.L. Phytoremediation of poly chlorinated biphenyls: new trends and promises // Environmental Science & Technology. - 2009. - V. 44. - P. 2767-2776. URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3025541/ (дата обращения 15.08.2022).
14. Wuana R.A., Okieimen F.E. Heavy metals in contaminated soils: a review of sources, chemistry, risks and best available strategies for remediation // Isrn Ecology. - 2011. - P. 402647. URL: https://www.hindawi.com/journals/isrn/2011/402647/ (дата обращения 15.08.2022).
15. Biological approaches to tackle heavy metal pollution: a survey of literature / J.M. Jacob, C. Karthik, R.G. Saratale, S.S. Kumar,
D. Prabakar, K. Kadirvelu // The Journal of Environmental Management. - 2018. - V. 217. - P. 56-70. URL: https://pubmed. ncbi.nlm.nih.gov/29597108/ (дата обращения 15.08.2022).
16. Rhizomediation potential of spontaneous grown Typha latifolia on fly ash basins: study from the field / V.C. Pandey, N. Singh, R.P. Singh, D.P. Singh // Ecological Engineering. - 2014. -V. 71. - P. 722-727.
17. Gajic G., Pavlovi'c P. The role of vascular plants in the «phytoremediation of fly ash deposits» // Phytoremediation: Methods, Management and Assessment / ed. by V. Matichenkov. -New York, NY: Nova Science Publishers, Inc., 2018. - P. 151-236.
18. Study of uptake of Pb and Cd by three nutritionally important Indian vegetables grown in artificially contaminated soils of Mumbai, India / S.S. Rangnekar, S.K. Sahu, G.G. Pandit, V.B. Gaikwad // International Research Journal of Environmental Sciences. - 2013. - V. 2. - P. 1-5. URL: https://www. semanticscholar.org/paper/Study-of-Uptake-of-Pb-and-Cd-by-Three-Nutritionally-Rangnekar-Pandit/00f69bb62d87e01a814a 49822654aeb043558bde (дата обращения 15.08.2022).
19. Accumulation and translocation of nickel and cobalt in nutritionally important Indian vegetables grown in artificially contaminated soil of Mumbai, India // S.S. Rangnekar, S.K. Sahu, G.G. Pandit, V.B. Gaikwad // Research Journal of Agricultural and Forest Sciences. - 2013. - V. 1. - P. 15-21. URL: https://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.1078.3 247&rep=rep1&type=pdf (дата обращения 15.08.2022).
20. Lazareva E.V. Peculiarities of mineral association in oxidized zone of polystage Salair deposit (Pb-Zn-Cu-Au-Ag) (West Siberia) // Abstracts I CAM'96. - Warsaw, Poland, 1996. - Р. 162.
21. Mineralogical forms of precious metals in oxidized оrеs of the Salair mine, West Siberia, and their importance in the metallurgical treatment / S.B. Bortnikova, А.А. Airijants,
E.V. Lasareva, S.B. Karlova // Process Mineralogy XIII: Applications to Beneficiation Probems, Pyrometallurgical Products, Advanced Mineralogical Techniques and Other Industrial Problems. - Rolla: Missouri, 1995. - Р. 213-223.
22. Бортникова С.Б., Гаськова О.Л., Айриянц А.А. Техногенные озера. - Новосибирск: Академ. Изд-во «Гео», 2003. - 120 с. URL: https://www.rfbr.ru/rffi/ru/books/o_60747 (дата обращения 15.08.2022).
23. Mechanisms of low-temperature vapor-gas streams formation from sulfide mine waste / S. Bortnikova, N. Yurkevich, A. Devyatova, O. Saeva, O. Shuvaeva, A. Makas, M. Troshkov, N. Abrosimova, M. Kirillov, T. Korneeva, T. Kremleva, N. Fefilov, G. Shigabaeva // Science of the Total Environment. - 2019. - V. 647. - P. 411-419. URL: https://www.researchgate.net/publication/326807664_ Mechanisms_of_low-temperature_vapor-gas_streams_formation_ from_sulfide_mine_waste (дата обращения 15.08.2022).
24. Лебедев В.И. Хову-Аксынское месторождение арсенидных кобальтовых руд (Республика Тыва, Россия): новые взгляды на проблему возобновления добычи и переработки // Геология рудных месторождений. - 2021. - Т. 63. - № 3. - С. 236-264. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=46120198 (дата обращения 15.08.2022).
25. Field and laboratory methods applicable to overburden and mine soils, US EPA 600/2-78-054 / A.A. Sobek, W.A. Schuller, J.R. Freeman, R.M. Smith. - 1978. URL: https://nepis.epa.gov/ Exe/ZyNET.exe/91017FGB.TXT?ZyActionD=ZyDocument&Clie nt=EPA&Index=1976+Thru+1980&Docs=&Query=&Time=&En dTime=&SearchMethod=1&TocRestrict=n&Toc=&TocEntry=&Q Field=&QFieldYear=&QFieldMonth=&QFieldDay=&IntQFieldO p=0&ExtQField0p=0&XmlQuery=&File=D%3A%5Czyfiles%5C Index%20Data%5C76thru80%5CTxt%5C00000025%5C91017FG B.txt&User=ANONYMOUS&Password=anonymous&SortMetho d=h%7C-&MaximumDocuments=1&FuzzyDegree=0&Image Quality=r75g8/r75g8/x150y150g16/i425&Display=hpfr&DefSeek
Page=x&SearchBack=ZyActionL&Back=ZyActionS&BackDesc= Results%20page&MaximumPages=1&ZyEntry=1&SeekPage=x& ZyPURL (дата обращения 15.08.2022).
26. Transfer of heavy metals from soils to vegetables and associated human health risks at selected sites in Pakistan / U. Rehman, S. Khan, M.T. Shah, M.L. Brusseau, S.A. Khan, J. Mainhagu // Pedosphere. - 2018. - V. 28. - № 4. - P. 666-679. URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6527332/ (дата обращения 15.08.2022).
27. Bioaccumulation and translocation efficacy of heavy metals by Rhizophora mucronata from tropical mangrove ecosystem, Southeast coast of India / A. Ganeshkumar, G. Arun, S. Vinothkumar, R. Rajaram // Ecohydrology & Hydrobiology. -2019. - V. 19. - № 1. - P. 66-74. URL: https://www. researchgate.net/publication/328835165_Bioaccumulation_and_tra nslocation_efficacy_of_heavy_metals_by_Rhizophora_mucronata _from_tropical_mangrove_ecosystem_Southeast_coast_of_India (дата обращения 15.08.2022).
28. Trace metals in soil and leaves of Jacaranda mimosifolia in Tshwane area / J.O. Olowoyo, E. Van Heerden, J.L. Fischer, C. Baker // South Africa Atmospheric Environment. - 2010. -V. 44. - P. 1826-1830. URL: https://www.researchgate.net/ publication/229421613_Trace_metals_in_soil_and_leaves_of_Jaca randa_mimosifolia_in_Tshwane_area_South_Africa (дата обращения 15.08.2022).
29. Chandra R., Yadav S., Yadav S. Phytoextraction potential of heavy metals by native wetland plants growing on chlorolignin containing sludge of pulp and paper industry // Journal of Ecological Engineering. - 2017. - V. 98. - P. 134-145. URL: https://www.researchgate.net/publication/309545962_Phytoextract ion_potential_of_heavy_metals_by_native_wetland_plants_growi ng_on_chlorolignin_containing_sludge_of_pulp_and_paper_indus try (дата обращения 15.08.2022).
30. Effects of compost and technosol amendments on metal concentrations in a mine soil planted with Brassica Juncea / L.R. Forján, A. Rodríguez-Vila, B. Cerqueira, E.F. Covelo // Environmental Science and Pollution Research. - 2018. - V. 25. -
P. 19713-19727. URL: https://www.researchgate.net/publication/ 325003592_Effects_of_compost_and_technosol_amendments_on_ metal_concentrations_in_a_mine_soil_planted_with_Brassicajun cea_L (дата обращения 15.08.2022).
31. Alleviation of cadmium (Cd) toxicity and minimizing its uptake in wheat (Triticum aestivum) by using organic carbon sources in Cd-spiked soil / M.Z. Rehman, M. Rizwan, A. Hussain, M. Saqib, S. Ali, M.I Sohail // Environmental Pollution. - 2018. - V. 241. -P. 557-565. URL: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29885626/ (дата обращения 15.08.2022).
32. Accumulation of Pb, Cu, and Zn in native plants growing on a contaminated Florida site / J. Yoon, X. Cao, Q. Zhou, L.Q. Ma // Science of the total environment. - 2006. - V. 368. - № (2-3). -P. 456-464. URL: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/16600337/ (дата обращения 15.08.2022).
33. Титов А.Ф., Казнина Н.М., Таланова В.В. Устойчивость растений к кадмию (на примере семейства злаков). - Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2012. - 55 с. URL: http://elibrary.krc.karelia.ru/394/ (дата обращения 15.08.2022).
34. Accumulation of Pb and Cd and its effect on Ca distribution in maize seedlings (Zea mays L.) / E. Malkowski, R. Kurtyka, A. Kita, W. Karcz // Polish Journal of Environmental Studies. - 2005. - V. 14. -№ 2. - P. 203. URL: http://www.pjoes.com/Accumulation-of-Pb-and-Cd-and-its-Effect-on-Ca-Distribution-in-Maize-Seedlings-Zea, 87749,0,2.html (дата обращения 15.08.2022).
35. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях / Перевод с английского. - М.: Мир, 1989. - 439 с. URL: https://www.studmed.ru/kabata-pendias-a-pendias-x-mikroelementy-v-pochvah-i-rasteniyah_44c0b3dae34.html (дата обращения 15.08.2022).
36. Ковалевский А.Л. Биогеохимия растений. - Новосибирск: Наука, 1991. - 294 с. URL: https://www.biosoil.ru/files/ publications/00015321.pdf (дата обращения 15.08.2022).
Поступила 05.09.2022 г.
Прошла рецензирование 27.09.2022 г.
Информация об авторах
Бортникова С.Б., доктор геолого-минералогических наук, профессор, заведующая лабораторией геоэлектрохимии, Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН.
Артамонова В.С., доктор биологических наук, доцент, ведущий научный сотрудник, Институт почвоведения и агрохимии СО РАН.
Абросимова Н.А., кандидат геолого-минералогических наук, научный сотрудник, Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН.
Юркевич Н.В., кандидат геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник, Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН.
Хващевская А.А., кандидат геолого-минералогических наук, доцент, заведующая лабораторией гидрогеохимии Национального исследовательского Томского политехнического университета.
UDC 550.47:550.73
RESULTS OF PHYTOREMEDIATION EXPERIMENTS WITH SOWING OATS (AVENA SATIVA)
ON DIFFERENT TYPES OF MINE TAILINGS
Svetlana B. Bortnikova1,
Valentina S. Artamonova2,
[email protected]; [email protected]
Natalya A. Abrosimova1,
Nataliya V. Yurkevich1,
Albina A. Khvachevskaya3,
1 Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, 3, Koptyug avenue, Novosibirsk, 630090, Russia.
2 Institute of Soil Science and Agrochemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, 8/2, Lavrentyev avenue, Novosibirsk, 630090, Russia.
3 National Research Tomsk Polytechnic University, 30, Lenin avenue, Tomsk, 634050, Russia.
The relevance. The increase in concentrations of metals and metalloids in terrestrial ecosystems as a result of the activities of the mining and metallurgical industries is a serious problem for the environment - it leads to the accumulation of elements in soils, wild and agricultural plants and accompanies the pollution of food chains.
The main aim of this study is to determine and evaluate the phytoremediation ability of oats Avena sativa to accumulate metals and metalloids from tailings with different physicochemical parameters.
Objects of the study are the material of tailings (Dyukov Log, Talmovskiy Sands, Khovu-Aksy) and waste heaps (Ursk, Beloklyuch, Berikul). Methods. Root and shoot samples were analyzed for the content of a wide range of elements by ICP-MS on a NexION 300D mass spectrometer (PerkinElmer, USA) (PNL «Voda» GGCISHPR TPU). The selection of solid samples was carried out in accordance with generally accepted methods. The solid samples were analyzed for the content of oxides of the silicate group by XRF on an X-ray fluorescence spectrometer ARL-9900-XP (Thermo Electron Corporation) at the Laboratory of X-ray Spectral Analysis Methods of the Institute of Geology and Mineralogy, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences; analysis of trace elements concentration was carried out by ICP-Ms on an ELAN-9000 DRC-e instrument, Perkin Elmer, USA (HAC Plasma).
Results. Experiments were carried out with the germination of seeds of a monocotyledonous plant - oats (Avena sativa) on the substrates of tailings located in Western Siberia and the Republic of Tuva. This plant belongs to the list of hosted tests of phytotoxicity and green manure, but its development on the presented technogenic objects has not been studied before. It is shown for the first time that on average, the concentration of metals and metalloids in oat seedlings exceeded the concentration of these elements in all samples compared to the control. The effect of acidity/alkalinity of tailings on the extraction of elements by plants was evaluated. It was shown that oat seeds did not germinate in samples with the addition of a substance that gives an acidic environment (pH<2) or high mineralization of the liquid phase. In the tailings with a pH range of 2-5 (acidic and slightly acidic environments), the seeds germinated, but the mass of seedlings was significantly less than in the material with a neutral-subalkaline environment (pH 6-8). Germination is not affected by the ratio of aluminosilicates minerals/pyrite, the main is the presence of carbonates and the degree of oxidation. In an acidic medium, at relatively high concentrations of metals (Fe, Mn, Cu, Zn) in the liquid phase, their proportion absorbed by plants was significantly lower than in a neutral subalkaline medium. The acidity of the environment did not affect the accumulation of most elements, their accumulation in the underground and above-ground parts depended on the content of their soluble forms. For arsenic and Bi, there is an increase in their content in oat seedlings with an increase in the pH of the aqueous extract. The influence of high concentrations of elements in the plant nutrition environment is ambiguous. For example, for a substance with a high content of mobile forms of Cd, Pb, Zn, the biomass and root length of oat seedlings were higher than for oats grown on another substance. The translocation index indicates that the accumulation of most metals and metalloids is higher in the roots than in the aerial parts of oats.
Key words:
Tailings, metals and metalloids, mobile forms of elements, phytoremediation, oats (Avena sativa).
The work was carried out within the framework of projects no. 0266-2022-0028 of the IPGG SB RAS, no. 1210311700316-9 of the IPA SB RAS and with the financial support of the Russian Foundation for Basic Research (grant no. 20-05-00336).
REFERENES
1. Pilon-Smits E., LeDuc D.L. Phytoremediation of selenium using transgenic plants. Current Opinion in Biotechnology, 2009, vol. 20, pp. 207-212. Available at: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/ 19269806/#:~:text=Owing%20to%20the%20similarity0/o20of,pollu tion%20and%20as%20foitified%20foods (accessed 15 August 2022).
2. Gajic G., Djurdjevic L., Kostic O., Jaric S., Mitrovic M., Pavlovic P. Ecological potential of plants for phytoremediation and ecorestora-tion of fly ash deposits and mine wastes. Frontiers in Environmental Science, 2018, vol. 6, pp. 124. Available at: https://www.researchgate.net/publication/328907776_Ecological_ Potential_of_Plants_for_Phytoremediation_and_Ecorestoration_ of_Fly_Ash_Deposits_and_Mine_Wastes (accessed 15 August 2022).
3. Raskin I., Smith R.D., Salt D.E. Phytoremediation of metals: using plants to remove pollutants from the environment. Current Opinion in Biotechnology, 1997, vol. 8, pp. 22-26. Available at: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S095816699 7801061 (accessed 15 August 2022).
4. Ernst W.H. Phytoextraction of mine wastes-options and impossibilities. Chemie derErde - Geochemistry, 2005, vol. 65, pp. 29-42. Available at: https://www.researchgate.net/publication/223774756_ Phytoextraction_of_Mine_Wastes_-_Options_and_Impossibilities (accessed 15 August 2022).
5. Marques A.P., Rangel A.O., Castro P.M. Remediation of heavy metal contaminated soils: phytoremediation as a potentially promising clean-up technology. Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 2009, vol. 39, pp. 622-654. Available at: https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/10643380701798272 (accessed 15 August 2022).
6. Emelyanova E.V. Effect of cultivation conditions on the growth of the basidiomycete Coriolus hirsutus in a medium with pentose wood hydrolysate. Process Biochemistry, 2005, vol. 40, no. 3-4, pp. 1119-1124. Available at: https://www.researchgate.net/ publi-cation/229188403_Effects_of_cultivation_conditions_on_the_ growth_of_the_basidiomycete_Coriolus_hirsutus_in_a_medium_ with_pentose_wood_hydrolyzate (accessed 15 August 2022).
7. Dushenkov V., Raskin I. Fitoremediatsiya - zelenaya revolyutsiya v ekologii [Phytoremediation - green revolution in ecology]. Chemistry and Life 21st century, 1999, no. 11-12, pp. 48-49. Available at: http://www.chem.msu.su/rus/journals/chemlife/fito. html (accessed 15 August 2022).
8. Rai P.K. Heavy metals/metalloids remediation from wastewater using free floating macrophytes of a natural wetland. Environmental Technology & Innovation, 2019, vol. 15, pp. 100393. Available at: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/ S2352186418306151 (accessed 15 August 2022).
9. Meagher R.B. Phytoremediation of toxic elemental and organic pollutants. Current Opinion in Plant Biology, 2000, vol. 3, pp. 153-162. Available at: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/ 10712958/ (accessed 15 August 2022).
10. Reeves R.D., Baker A.J., Jaffre T., Erskine P.D., Echevarria G., Van der Ent A. A global database for plants that hyperaccumulate metal and metalloid trace elements. New Phytologist, 2018, vol. 218, no. 2, pp. 407-411. Available at: https://nph.onlinelibrary. wiley.com/doi/10.1111/nph.14907 (accessed 15 August 2022).
11. Ali H., Khan E., Sajad M.A Phytoremediation of heavy metals-concepts and applications. Chemosphere, 2013, vol. 91, pp. 869-881. Available at: https://www.researchgate.net/publication/ 235880244_Phytoremediation_of_heavy_metals-Concepts_and_applications (accessed 15 August 2022).
12. DalCorso G., Fasani E., Manara A., Visioli G., Furini A. Heavy metal pollutions: state of the art and innovation in phytoremediation. International Journal of Molecular Sciences, 2019, vol. 20, pp. 3412. Available at: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/ PMC6679171/ (accessed 15 August 2022).
13. Aken B.V., Correa P.A., Schnoor J.L. Phytoremediation of poly-chlorinated biphenyls: new trends and promises. Environmental Science & Technology, 2009, vol. 44, pp. 2767-2776. Available at: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3025541/ (accessed 15 August 2022).
14. Wuana R.A., Okieimen F.E. Heavy metals in contaminated soils: a review of sources, chemistry, risks and best available strategies for remediation. Isrn Ecology, 2011, pp. 402647. Available at: https://www. hindawi.com/journals/isrn/2011/402647/ (accessed 15 August 2022).
15. Jacob J.M., Karthik C., Saratale R.G., Kumar S.S., Prabakar D., Kadirvelu K. Biological approaches to tackle heavy metal pollution: a survey of literature. The Journal of Environmental Management, 2018, vol. 217, pp. 56-70. Available at: https:// pub-med.ncbi.nlm.nih.gov/29597108/ (accessed 15 August 2022).
16. Pandey V.C., Singh N., Singh R.P., Singh D.P. Rhizomediation potential of spontaneous grown Typha latifolia on fly ash basins: study from the field. Ecological Engineering, 2014, vol. 71, pp. 722-727.
17. Gajic G., Pavlovi'c P. The role of vascular plants in the «phytoremediation of fly ash deposits». Phytoremediation: Methods, Management and Assessment. Ed. by V. Matichenkov. New York, NY, Nova Science Publishers, Inc., 2018. pp. 151-236.
18. Rangnekar S.S., Sahu S.K., Pandit G.G., Gaikwad V.B. Study of uptake of Pb and Cd by three nutritionally important Indian vegetables grown in artificially contaminated soils of Mumbai, India. International Research Journal of Environmental Sciences, 2013, vol. 2, pp. 1-5. Available at: https://www.semanticscholar.org/ pa-per/Study-of-Uptake-of-Pb-and-Cd-by-Three-Nutritionally-Rangnekar-Pandit/00f69bb62d87e01a814a49822654aeb043 558bde (accessed 15 August 2022).
19. Rangnekar S.S., Sahu S.K., Pandit G.G., Gaikwad V.B. Accumulation and translocation of nickel and cobalt in nutritionally important Indian vegetables grown in artificially contaminated soil of Mumbai, India. Research Journal of Agricultural and Forest Sciences, 2013, vol. 1, pp. 15-21. Available at: https://citeseerx.ist. psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.1078.3247&rep=rep1&typ e=pdf (accessed 15 August 2022).
20. Lazareva E.V. Peculiarities of mineral association in oxidized zone of polystage Salair deposit (Pb-Zn-Cu-Au-Ag) (West Siberia). Abstracts I CAM'96. Warsaw, Poland, 1996. pp. 162.
21. Bortnikova S.B., Airijants A.A., Lasareva E. V., Karlova S.B. Mineralogical forms of precious metals in oxidized ores of the Salair mine, West Siberia, and their importance in the metallurgical treatment. Process Mineralogy XIII: Applications to Beneficia-tion Probems, Pyrometallurgical Products, Advanced Mineralogi-cal Techniques and Other Industrial Problems. Rolla, Missouri, 1995. pp. 213-223.
22. Bortnikova S.B., Gaskova O.L., Ayriyants A.A. Tekhnogennye ozera [Technogenic lakes]. Novosibirsk, Geo Academ. Publ. house, 2003. 120 p. Available at: https://www.rfbr.ru/rffi/ru/ books/o_60747 (accessed 15 August 2022).
23. Bortnikova S., Yurkevich N., Devyatova A., Saeva O., Shuvaeva O., Makas A., Troshkov M., Abrosimova N., Kirillov M., Korneeva T., Kremleva T., Fefilov N., Shigabaeva G. Mechanisms of low-temperature vapor-gas streams formation from sulfide mine waste. Science of the Total Environment, 2019, vol. 647, pp. 411-419. Available at: https://www.researchgate.net/publication/326807664_ Mechanisms_of_low-temperature_vapor-gas_streams_formation_ from_sulfide_mine_waste (accessed 15 August 2022).
24. Lebedev V.I. Khovu-Aksynskoe mestorozhdenie arsenidnykh ko-baltovykh rud (Respublika Tyva, Rossiya): novye vzglyady na problem vozobnovleniya dobychi i pererabotki [Khovu-Aksy deposit of arsenide cobalt ores (Tuva Republic, Russia): new views on the problem of renewal of mining and processing]. Geology of Ore Deposits, 2021, vol. 63, no. 3, pp. 236-264. Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=46120198 (accessed 15 August 2022).
25. Sobek A.A., Schuller W.A., Freeman J.R., Smith R.M. Field and laboratory methods applicable to overburden and mine soils, US EPA 600/2-78-054. Available at: https://nepis.epa.gov/Exe/ ZyNET.exe/91017FGB.TXT?ZyActionD=ZyDocument&Client=E PA&Index=1976+Thru+1980&Docs=&Query=&Time=&EndTim e=&SearchMethod=1&TocRestrict=n&Toc=&TocEntry=&QField =&QFieldYear=&QFieldMonth=&QFieldDay=&IntQField0p=0 &ExtQField0p=0&XmlQuery=&File=D%3A%5Czyfiles%5CInd ex%20Data%5C76thru80%5CTxt%5C00000025%5C91017FGB.t xt&User=ANONYMOUS&Password=anonymous&SortMethod= h%7C-&MaximumDocuments=1&FuzzyDegree=0&ImageQuality =r75g8/r75g8/x150y150g16/i425&Display=hpfr&DefSeekPage=x &SearchBack=ZyActionL&Back=ZyActionS&BackDesc=Results %20page&MaximumPages=1&ZyEntry=1&SeekPage=x&ZyPUR L (accessed 15 August 2022).
26. Rehman U., Khan S., Shah M.T., Brusseau M.L., Khan S.A., Mainhagu J. Transfer of heavy metals from soils to vegetables and
associated human health risks at selected sites in Pakistan. Pe-dosphere, 2018, vol. 28, no. 4, pp. 666-679. Available at: https ://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6527332/ (accessed 15 August 2022).
27. Ganeshkumar A., Arun G., Vinothkumar S., Rajaram R. Bioaccumulation and translocation efficacy of heavy metals by Rhizophora mucronata from tropical mangrove ecosystem, Southeast coast of India. Ecohydrology & Hydrobiology. system, Southeast coast of India. Ecohydrology & Hydrobiology, 2019, vol. 19, no. 1, pp. 66-74. Available at: https://www.researchgate.net/publication/328835165_ Bioaccumulation_and_translocation_efficacy_of_heavy_metals_ by_Rhizophora_mucronata_from_tropical_mangrove_ecosystem_ Southeast_coast_of_India (accessed 15 August 2022).
28. Olowoyo J.O., Van Heerden E., Fischer J.L., Baker C. Trace metals in soil and leaves of Jacaranda mimosifolia in Tshwane area. South Africa Atmospheric Environment, 2010, vol. 44, pp. 1826-1830. Available at: https://www.researchgate.net/publication/229421613_ Trace_metals_in_soil_and_leaves_of_Jacaranda_mimosifolia_in_ Tshwane_area_South_Africa (accessed 15 August 2022).
29. Chandra R., Yadav S., Yadav S. Phytoextraction potential of heavy metals by native wetland plants growing on chlorolignin containing sludge of pulp and paper industry. Journal of Ecological Engineering, 2017, vol. 98, pp. 134-145. Available at: https://www.researchgate.net/publication/309545962_Phytoextract ion_potential_of_heavy_metals_by_native_wetland_plants_growi ng_on_chlorolignin_containing_sludge_of_pulp_and_paper_indus try (accessed 15 August 2022).
30. Forján L.R., Rodríguez-Vila A., Cerqueira B., Covelo E.F. Effects of compost and technosol amendments on metal concentrations in a mine soil planted with Brassica Juncea. Environmental Science and Pollution Research, 2018, vol. 25, pp. 19713-19727. Available at: https://www.researchgate.net/publication/325003592_ Ef-fects_of_compost_and_technosol_amendments_on_metal_concent rations_in_a_mine_soil_planted_with_Brassica_juncea_L (accessed 15 August 2022).
31. Rehman M.Z., Rizwan M., Hussain A., Saqib M., Ali S., Sohail M.I Alleviation of cadmium (Cd) toxicity and minimizing its uptake in wheat (Triticum aestivum) by using organic carbon sources in Cd-spiked soil. Environmental Pollution, 2018, vol. 241. pp. 557-565. Available at: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/ 29885626/ (accessed 15 August 2022).
32. Yoon J., Cao X., Zhou Q., Ma L.Q. Accumulation of Pb, Cu, and Zn in native plants growing on a contaminated Florida site. Science of the total environment, 2006, vol. 368, no. (2-3), pp. 456-464. Available at: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/16600337/ (accessed 15 August 2022).
33. Titov A.F., Kaznina N.M., Talanova V.V. Ustoychivost rasteny k kadmiyu (na primere semeystva zlakov) [Plant resistance to cadmium (on the example of the cereal family)]. Petrozavodsk, Karelian Scientific Center of the Russian Academy of Sciences Publ., 2012. 55 p. Available at: http://elibrary.krc.karelia.ru/394/ (accessed 15 August 2022).
34. Malkowski E., Kurtyka R., Kita A., Karcz W. Accumulation of Pb and Cd and its effect on Ca distribution in maize seedlings (Zea mays L.). Polish Journal of Environmental Studies, 2005, vol. 1, no. 2, pp. 203. Available at: http://www.pjoes.com/Accumulation-of-Pb-and-Cd-and-its-Effect-on-Ca-Distribution-in-Maize-Seedlings-Zea,87749,0,2.html (accessed 15 August 2022).
35. Kabata-Pendias A., Pendias H. Mikroelementy v pochvakh i ras-teniyakh [Trace elements in soils and plants]. Translated from English. Moscow, Mir Publ., 1989. 439 p. Available at: https://www.studmed.ru/kabata-pendias-a-pendias-x-mikroele-menty-v-pochvah-i-rasteniyah_44c0b3dae34.html (accessed 15 August 2022).
36. Kovalevsky A.L. Biogeokhimiya rasteny [Biogeochemistry of plants]. Novosibirsk, Nauka Publ., 1991. 294 p. Available at: https ://www.biosoil.ru/files/publications/00015321 .pdf (accessed 15 August 2022).
Received: 5 September 2022.
Reviewed: 27 September 2022.
Information about the authors
Svetlana B. Bortnikova, Dr. Sc., professor, Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences.
Valentina S. Artamonova, Dr. Sc., associate professor, leading researcher, Institute of Soil Science and Agrochemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences.
Natalya A. Abrosimova, Cand. Sc., researcher, Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences.
Nataliya V. Yurkevich, Cand. Sc., leading researcher, Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences .
Albina A. Khvachevskaya, Cand. Sc., associate professor, head of the laboratory, National Research Tomsk Polytechnic University.
