Влияние добычи платины на экологическое состояние бурой лесной почвы

Металлы платиновой группы являются перспективными для горнодобывающей промышленности, спрос на большинство из них, как ожидается, будет только расти. Северный Кавказ обладает высоким металлогеническим потенциалом Pt и является перспективным для добычи благородных металлов, в том числе Pt. Для прогнозирования возможных неблагоприятных экологических последствий влияния Pt, поступающей из отходов горно-обогатительных комбинатов, на состояние окружающей среды целесообразно изучение нарушения экосистемных функций почв. В зоне влияния горнодобывающих предприятий распространены бурые лесные почвы. В модельном эксперименте было показано влияние Pt в концентрациях 0,01; 0,1; 1; 10 и 100 мг/кг на экологическое состояние бурой лесной слабоненасыщенной почвы. Установлено изменение биологических показателей состояния почвы: общей численности бактерий, активности каталазы и дегидрогеназ, всхожести и длины корней редиса при загрязнении Pt. Наиболее чувствительными показателями были общая численность бактерий, всхожесть и длина корней редиса. Загрязнение Pt в концентрациях 0,01 и 0,1 мг/кг приводит к нарушению основных функций бурой лесной почвы. Более высокое содержание Pt в почве приводит к нарушению всех функций почвы. Полученные результаты могут быть использованы при разработке ПДК Pt в почве.

Тимошенко А. Н., Колесников С. И., Евстегнеева Н. А., Минникова Т. В., Казеев К. Ш. Влияние добычи платины на экологическое состояние бурой лесной почвы // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2024. – № 5. – С. 90–103. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_5_0_90.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-74-00080, https://rscf.ru/project/22-74-00080/.

Тимошенко Алена Николаевна¹ — канд. биол. наук, ведущий научный сотрудник, e-mail: aly9215@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-5733-8796,
Колесников Сергей Ильич¹ — д.с.-х.н., профессор, зав. кафедрой, e-mail: kolesnikov@sfedu.ru, ORCID ID: 0000-0001-5860-8420,
Евстегнеева Наталья Андреевна¹ — аспирант, e-mail: evstegneeva@sfedu.ru, ORCID ID: 0000-0003-3133-7629,
Минникова Татьяна Владимировна¹ — канд. биол. наук, ведущий научный сотрудник, e-mail: loko261008@yandex.ru, ORCID ID: 0000-0002-9453-7137, ORCID ID: 0000-0001-5589-2171,
Казеев Камиль Шагидуллович¹ — д-р геогр. наук, профессор, директор, e-mail: kamil_kazeev@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-0252-6212,
¹ Академия биологии и биотехнологии им. Д.И. Ивановского, Южный федеральный университет.

Тимошенко А.Н., e-mail: aly9215@mail.ru.

1. Ryan G. Energy management by platinum companies in South Africa: exploring mitigation strategies for reducing the impact of electricity price increases / The 6th International Platinum Conference, ‘Platinum — Metal for the Future’, The Southern African Institute of Mining and Metallurgy. 2014, pp. 299—308.

2. Богуш И. А., Черкашин В. И. Источники благородных металлов (Au, Pt, Pd) на Северном Кавказе // Литосфера. — 2019. — № 19. — C. 465—471. DOI: 10.24930/1681-9004-2019-19-3-465-471.

3. Богуш И. А., Рябов Г. В., Бурцев А. А. Колчеданы Северного Кавказа. Перспективы рудоносности Худесского месторождения // Геология и геофизика Юга России. — 2021. — Т. 11. — № 3. — С. 6—16. DOI: 10.46698/VNC.2021.80.87.001.

4. Rauch S., Fatoki O. Impact of platinum group element emissions from mining and production activities // Platinum Metals in the Environment. 2015, pp. 19—29. DOI: 10.1007/978-3-662-44559-4_2.

5. Almécija C., Cobelo-García A., Wepener V., Prego R. Platinum group elements in stream sediments of mining zones: The Hex River (Bushveld Igneous Complex, South Africa) // Journal of African Earth Sciences. 2017, vol. 129, pp. 934—943. DOI: 10.1016/j.jafrearsci.2017.02.002.

6. Erasmus J. H., Malherbe W., Zimmermann S., Lorenz A. W., Nachev M., Wepener V., Sures B., Smit N. J. Metal accumulation in riverine macroinvertebrates from a platinum mining region // Science of the Total Environment. 2020, vol. 703, article 134738. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2019.134738.

7. Rauch S., Fatoki O. S. Anthropogenic platinum enrichment in the vicinity of mines in the Bushveld Igneous Complex, South Africa // Water, Air, & Soil Pollution. 2013, vol. 224, pp. 1—8. DOI: 10.1007/s11270-012-1395-y.

8. Горелкина А. К., Тимощук И. В., Голубева Н. С., Беляева О. В., Михайлова Е. С. Способы снижения воздействия горнодобывающей отрасли на водные экосистемы // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2023. — № 7. — С. 64—75. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_7_0_64.

9. Евстегнеева Н. А., Колесников С. И., Минникова Т. В., Тимошенко А. Н. Оценка экотоксичности тяжелых металлов, металлоидов и неметаллов, содержащихся в отходах предприятий горной промышленности // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2023. — № 5-1. — C. 73—85. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_51_0_73.

10. Мощенко Д. И., Колесников С. И., Кузина А. А., Меженков А. А., Литвинов Ю. А. Разработка прогнозных картосхем нарушения экосистемных функций почв Центрального Предкавказья и Кавказа при их загрязнении разными концентрациями меди // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2023. — № 5-1. — С. 104—116. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_ 51_0_104.

11. Куликова А. А., Овчинникова Т. И. Региональный критерий отнесения горнопромышленных регионов к территориям с наибольшей подверженностью геоэкологическим изменениям // Устойчивое развитие горных территорий. — 2023. — Т. 15. — № 1. — С. 27—34. DOI: 10.21177/ 1998-4502-2023-15-1-27-34.

12. Zuzolo D., Cicchella D., Doherty A. L., Albanese S., Lima A., De Vivo B. The distribution of precious metals (Au, Ag, Pt, and Pd) in the soils of the Campania Region (Italy) // Journal of Geochemical Exploration. 2018, vol. 192, pp. 33—44. DOI: 10.1016/j.gexplo.2018.03.009.

13. Gawrońska H., Przybysz A., Szalacha E., Pawlak K., Brama K., Miszczak A., StankiewiczKosyl M., Gawroński S. W. Platinum uptake, distribution and toxicity in Arabidopsis thaliana L. plants // Ecotoxicology and Environmental Safety. 2018, vol. 147, pp. 982—989. DOI: 10.1016/j. ecoenv.2017.09.065.

14. Egorova K. S., Sinjushin A. A., Posvyatenko A. V., Eremin D. B., Kashin A. S., Galushko A. S., Ananikov V. P. Evaluation of phytotoxicity and cytotoxicity of industrial catalyst components (Fe, Cu, Ni, Rh and Pd). A case of lethal toxicity of a rhodium salt in terrestrial plants // Chemosphere. 2019, vol. 223, pp. 738—747. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2019.02.043.

15. Qiang H., Li R., Ju X., Zhu R. Determination of platinum group elements in human urine and hair samples by inductively coupled plasma mass spectrometry / International Conference on Biomedical Engineering and Biotechnology, IEEE 2012. 2012, pp. 1318—1321. DOI: 10.1109/iCBEB.2012.134.

16. Kumar P. V., Jelastin Kala S. M., Prakash K. S. Green synthesis derived Pt-nanoparticles using Xanthium strumarium leaf extract and their biological studies // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2019, vol. 7, no. 3, article 103146. DOI: 10.1016/j.jece.2019.103146.

17. Lapasam A., Mawnai I. L., Banothu V., Kaminsky W., Kollipara M. R. Ruthenium, rhodium and iridium complexes containing pyrimidine based thienyl pyrazoles: Synthesis and antibacterial studies // Journal of Organometallic Chemistry. 2020, vol. 911, article 121155. DOI: 10.1016/j.jorganchem.2020.121155.

18. Baartzes N., Jordaan A., Warner D. F., Combrinck J., Taylor D., Chibale K., Smith G. S. Antimicrobial evaluation of neutral and cationic iridium (III) and rhodium (III) aminoquinoline-benzimidazole hybrid complexes // European Journal of Medicinal Chemistry. 2020, vol. 206, article 112694. DOI: 10.1016/j. ejmech.2020.112694.

19. Iavicoli I., Leso V., Beezhold D. H., Shvedova A. A. Nanotechnology in agriculture: Opportunities, toxicological implications, and occupational risks // Toxicology and Applied Pharmacology. 2017, vol. 329, pp. 96—111. DOI: 10.1016/j.taap.2017.05.025.

20. Schertzinger G., Zimmermann S., Grabner D., Sures B. Assessment of sublethal endpoints after chronic exposure of the nematode Caenorhabditis elegans to palladium, platinum and rhodium // Environmental Pollution. 2017, vol. 230, pp. 31—39. DOI: 10.1016/j.envpol.2017.06.040.

21. Zhao X., Han L., Xiao J., Wang L., Liang T., Liao X. A comparative study of the physiological and biochemical properties of tomato (Lycopersicon esculentum M.) and maize (Zea mays L.) under palladium stress // Science of the Total Environment. 2020, vol. 705, article 135938. DOI: 10.1016/j. scitotenv.2019.135938 .

22. Maryška L., Jindrichova B., Siegel J., Zaruba K., Burketova L. Impact of palladium nanoparticles on plant and its fungal pathogen. A case study: Brassica napus—Plenodomus lingam // AoB Plants. 2023, vol. 15, no. 2, plad004. DOI: 10.1093/aobpla/plad004.

23. World Reference Base for Soil Resources. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. Schad P., van Huysteen C., Michéli E. (Eds.). 4th edition, International Union of Soil Sciences (IUSS), Vienna, Austria, 2022, 234 p.

24. Barsova N., Yakimenko O., Tolpeshta I., Motuzova G. Current state and dynamics of heavy metal soil pollution in Russian Federation—A review // Environmental Pollution. 2019, vol. 249, pp. 200—207. DOI: 10.1016/j.envpol.2019.03.020.

25. Greenwood N. N., Earnshaw A., Hückmann K. Chemie der elemente, vol. 1. Weinheim, VcH, 1988.

26. Kolesnikov S. I., Kazeev K. Sh., Akimenko Yu. V. Development of regional standards for pollutants in the soil using biological parameters // Environmental Monitoring and Assessment. 2019, vol. 191, no. 9. DOI: 10.1007/s10661-019-7718-3.

27. Maboeta M. S., Claassens S., Rensburg L. V., Rensburg P. J. The effects of platinum mining on the environment from a soil microbial perspective // Water, Air, and Soil Pollution. 2006, no. 175, pp. 149—161. DOI: 10.1007/s11270-006-9122-1.

28. Chlumsky O., Purkrtova S., Michova H., Sykorova H., Slepicka P., Fajstavr D., Ulbrich P., Viktorova J., Demnerova K. Antimicrobial properties of palladium and platinum nanoparticles. A new tool for combating food-borne pathogens // International Journal of Molecular Sciences. 2021, vol. 22, no. 15, article 7892. DOI: 10.3390/ijms22157892.

29. Shar S., Reith F., Ball A. S. Shahsavari E. Long-term impact of gold and platinum on microbial diversity in Australian soils // Microbial Ecology. 2021, no. 81, pp. 977—989. DOI: 10.1007/s00248020-01663-x.

30. Тимошенко А. Н., Колесников С. И., Кабакова В. С., Евстегнеева Н. А., Минникова Т. В., Казеев К. Ш., Минкина Т. М. Оценка устойчивости почв к загрязнению наночастицами платины методами биодиагностики // Почвоведение. — 2023. — № 8. — С. 997—1006. DOI: 10.31857/ S0032180X23600221.

31. Zamulina I. V., Gorovtsov A. V., Minkina T. M., Mandzhieva S. S., Burachevskaya M. V., Bauer T. V. Soil organic matter and biological activity under long-term contamination with copper // Environ Geochem Health. 2022, vol. 44, pp. 387—398. DOI: 10.1007/s10653-021-01044-4.

32. Shar S., Shahsavaria E., Reithc F., Alghamdib O. A., Yamanib H. A., Al Judaibib A., Donnere E., Vasileiadisf S., Ball A. S. Dose-related changes in respiration and enzymatic activities in soils amended with mobile platinum and gold // Applied Soil Ecology. 2021, vol. 157, article 103727. DOI: 10.1016/j. apsoil.2020.103727.

33. Kołton A., Czaja M. A. Influence of platinum ions on the germination and seedling root growth of different plant species // Geology Geophysics & Environment. 2014, vol. 40, pp. 343—348. DOI: 10.7494/geol.2014.40.4.343.

34. Rahman M. S., Chakraborty A., Mazumdar S., Nandi N. C., Bhuiyan M. N. I., Alauddin S. M., Khan I. A., Hossain M. J. Effects of poly(vinylpyrrolidone) protected platinum nanoparticles on seed germination and growth performance of Pisum sativum // Nano-Structures Nano-Objects. 2020, vol. 21, article 100408. DOI: 10.1016/j.nanoso.2019.100408.

35. Savignan L., Faucher S., Chéry P., Lespes G. Platinum group elements contamination in soils: Review of the current state // Chemosphere. 2021, vol. 271, article 129517. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2020.129517.

36. Kolesnikov S., Timoshenko А., Minnikova T., Tsepina N., Kazeev K., Akimenko Y., Shuvaeva V., Rajput V. D., Mandzhieva S., Sushkova S., Minkina T., Dudnikova T., Mazarji M., Zhadobin A., Alamri S., Siddiqui M. H., Singh R. K. Impact of metal-based nanoparticles on cambisol microbial functionality, enzyme activity, and plant growth // Plants. 2021, vol. 10, no. 10, article 2080. DOI: 10.3390/plants10102080.

37. Шестопалов В. Л., Фоменко В. А., Соколов А. А., Мирошников А. С. Сравнительный анализ деформационных методов мониторинга сейсмической активности горных районов Черноморского побережья и Камчатки // Устойчивое развитие горных территорий. — 2021. — Т. 13. — № 4 (50). — С. 535—543. DOI: 10.21177/1998-4502-2021-13-4-535-543.

38. Куликова А. А., Овчинникова Т. И. Региональный критерий отнесения горнопромышленных регионов к территориям с наибольшей подверженностью геоэкологическим изменениям // Устойчивое развитие горных территорий. — 2023. — Т. 15. — № 1. — С. 27—34. DOI: 10. 21177/1998-4502-2023-15-1-27-34.

39. Шабанов М. В., Маричев М. С., Манджиева С. С., Соколов А. А. Формирование хемоземов в условиях длительного воздействия аэропромышленных выбросов горно-металлургического комбината // Устойчивое развитие горных территорий. — 2023. — Т. 15. — № 3. — С. 727— 740. DOI: 10.21177/1998-4502-2023-15-3-727-740.

40. Фоменко В. А., Соколов A. A., Лолаев A. Б., Аймбетова И. О. Некоторые результаты работ по оценке эманаций радона Унальского хвостохранилища // Устойчивое развитие горных территорий. — 2022. — Т. 14. — № 4. — С. 576—585. DOI: 10.21177/1998-4502-2022-14-4-576-585.