THE ESTIMATION OF ECOLOGICAL RISK IN CONNECTION WITH THE HEAVY METALS ACCUMULATION IN SOIL OF URBAN FORESTS

Article Sidebar

PDF (Русский)
Published: Nov 10, 2018
Keywords:
ecological risk heavy metals soil stability phytotesting

Main Article Content

Ольга/Olga Зиновьевна/Zinovevna Еремченко/Eremchenko
Perm State University
Валентина/Valentina Сергеевна/Sergeevna Артамонова/Artamonova
Institute of Soil and Agrochemistry, SB of the RAS
Светлана/Svetlana Борисовна/Borisovna Бортникова/Bortnikova
Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB of the RAS
Наталья/Natalia Евгеньевна/Evgen’evna Белышева/Belysheva
Perm State University

Abstract

The ecological risk associated with the continued accumulation of Cd and Pb in sandy soils of the Perm Protected Areas was investigated. Soil-forming sands of ancient alluvial origin and the soils formed on them were characterized by a lower content of V, Mn, Ni, Zn, Zr, Mo, Cd, Sn, and Pb relative to the world clarks. The gray humus horizons of sandy soils are enriched with heavy metals in comparison with the soil-forming rock, including Cd and especially Pb. Phytotesting showed that with relatively little contamination (at a rate of 0.01 of Approximatele Permissible Concentration (APC) of Cd and Pb), the soils turned into unsatisfactory ecological conditions and acquired moderate toxicity. When these metals were applied at the rate of 0.25 APC of Cd and 0.1 APC of Pb, soils became environmentally hazardous and highly toxic. In general, the sandy soils of the Perm Protected Areas were characterized by low resistance to heavy metal contamination; the critical consequences for biocenoses of urban forests due to soil toxicity are likely to be expected with the accumulation of Cd to 0.42 mg/kg, and Pb to 21.4 mg/kg.

Article Details

How to Cite
Еремченко/Eremchenko О. З., Артамонова/Artamonova В. С., Бортникова/Bortnikova С. Б., & Белышева/Belysheva Н. Е. (2018). THE ESTIMATION OF ECOLOGICAL RISK IN CONNECTION WITH THE HEAVY METALS ACCUMULATION IN SOIL OF URBAN FORESTS. Bulletin of Perm University. Biology, (1), 70–80. Retrieved from https://press.psu.ru/index.php/bio/article/view/1911
Issue
No. 1 (2018): Вестник Пермского университета. Серия «Биология»=Bulletin of Perm University. Biology
Section
Ecology

License agreement

 

Author Biographies

Ольга/Olga Зиновьевна/Zinovevna Еремченко/Eremchenko, Perm State University

Doctor of biology, professor, head of the Department of physiology of plant and microorganisms

Валентина/Valentina Сергеевна/Sergeevna Артамонова/Artamonova, Institute of Soil and Agrochemistry, SB of the RAS

Doctor of biology, associate professor, senior researcherlaboratory of recultivation soils

Светлана/Svetlana Борисовна/Borisovna Бортникова/Bortnikova, Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB of the RAS

Doctor of geology, professor

Наталья/Natalia Евгеньевна/Evgen’evna Белышева/Belysheva, Perm State University

Master student of the biological faculty

References

Антоненко Е.М. и др. Влияние состава почвенного раствора на адсорбцию меди, цинка и свинца твердыми фазами почв // Почвы России: современное состояние, перспективы изучения и использования: материалы докл. VI съезда о-ва почвоведов им. В.В. Докучаева. Петрозаводск, 2012. Кн. 2. С. 230–232.

Багдасарян А.С. Биотестирование почв техногенных зон городских территорий с использованием растительных организмов: автореф. дис. … канд. биол. наук. Ставрополь, 2005. 24 с.

Бакина Л.Г. и др. К методике фитотестирования техногенно загрязненных почв и грунтов // Экологические проблемы северных регионов и пути их решения: материалы междунар. конф. Апатиты, 2004. Ч. 1. С. 167–169.

Бардина Т.В. и др. Биологическая оценка токсичности городских почв в почвенно-экологическом мониторинге // Экология урбанизированных территорий. 2014. № 2. С. 87–91.

Беус А.А., Грабовская Л.И., Тихонова Н.В. Геохимия окружающей среды. М.: Недра, 1976. 248 с.

Бузмаков С.А. и др. Особо охраняемые природные территории г. Перми. Пермь, 2011. 204 с.

Васильев А.А., Чащин А.Н. Тяжелые металлы в почвах города Чусового: оценка и диагностика загрязнения. Пермь, 2011. 197 с.

Ворончихина Е.А., Запоров А.Ю. Экологические аспекты загрязнения среды тяжелыми металлами // Вопросы физической географии и гео-

экологии Урала: межвуз. сб. науч. тр. Пермь, 1998. С. 139–147.

Воробейчик Е.Л., Садыков О.Ф., Фарафонтов М.Г. Экологическое нормирование техногенных загрязнений наземных экосистем. Екатеринбург: Наука, 1994. 280 с.

Глазовская М.А. Методологические основы оценки эколого-геохимической устойчивости почв к техногенным воздействиям: метод. пособие. М.: Изд-во МГУ, 1997. 102 с.

Горбовская А.Д. Оценка устойчивости буферных систем почв к факторам воздействия: учеб. пособие. СПб., 2006. 444 с.

Духовский П.В. и др. Реакция растений на комплексное воздействие природных и антропогенных стрессоров // Физиология растений.

Т. 50, № 2. С. 165–173.

Еремченко О.З., Митракова Н.В. Способ оценки биологической активности и токсичности почв и техногенных почвогрунтов: пат. Рос. Федерации № 2620555. 2017.

Еремченко О.З., Митракова Н.В., Липин И.Н. Морфогенетические свойства песчаных почв камских террас // Теоретические и прикладные аспекты лесного почвоведения. Петрозаводск, 2017. С. 56–58.

Еремченко О.З., Москвина Н.В. Свойства почв и техногенных поверхностных образований в районах многоэтажной застройки г. Пермь // Почвоведение. 2005. № 7. С. 782–789.

Еремченко О.З., Шестаков И.Е., Москвина Н.В. Почвы и техногенные поверхностные образования урбанизированных территорий Пермского

Прикамья. Пермь, 2016. 252 с.

Ильин В.Б., Сысо А.И. Микроэлементы и тяжелые металлы в почвах и растениях Новосибирской области. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2001. 229 с.

Интерпретация геохимических данных / под ред. Е.В. Склярова. М.: Интернет Инжиниринг. 2001. 288 с.

Квеситадзе Г.И. и др. Метаболизм антропогенных токсикантов в высших растениях. М.: Наука, 2005. 199 с.

Колесников С.И. и др. Устойчивость биологических свойств почв юга России к нефтяному загрязнению // Экология. 2010. № 5. С. 357–

Колесников С.И. и др. Сравнительная оценка устойчивости биологических свойств черноземов юга России к загрязнению Cr, Cu, Ni, Pb в модельном эксперименте // Почвоведение. 2013. № 2. С. 195–201.

Колесников С.И., Спивакова Н.А., Казеев К.Ш. Влияние модельного загрязнения Cr, Cu, Ni, Pb на биологические свойства почв сухих степей и полупустынь юга России // Почвоведение. 2011. № 9. С. 1094–1101.

Копылов И.С. Закономерности формирования почвенных ландшафтов Приуралья, их геохимические особенности и аномалии // Современные проблемы науки и образования. 2013. №. 4. 8 с.

Лисовицкая О.В., Терехова В.А. Фитотестирование: основные подходы, проблемы лабораторного метода и современные решения // Доклады по экологическому почвоведению. 2010. № 1. Вып. 13. С. 1–18.

Макаров О.А., Макаров А.А. Подходы к оценке риска химического загрязнения городских почв // Почвоведение. 2016. № 9. С. 1147–1156.

Маячкина Н.В., Чугунова М.В. Особенности биотестирования почв с целью их экотоксикологической оценки // Вестник Нижегородского ун-та им. Н.И. Лобачевского. 2009. № 1. С. 84–93.

Минкина Т.М., Мотузова Г.В., Назаренко О.Г. Состав соединений тяжёлых металлов в почвах. Ростов н/Д: Эверест, 2009. 208 с.

Минкина Т.М. и др. Состав соединений Mn, Cr, Ni и Cd в почвах техногенных ландшафтов // Почвы России: современное состояние, перспективы изучения и использования: материалы докл. VI съезда о-ва почвоведов им. В.В. Докучаева. Петрозаводск, 2012. Кн. 2. С. 271-

Митракова Н.В. Оценка устойчивости почв, находящихся под угрозой исчезновения, методами биотестирования // Вестник молодых ученых

ПГНИУ: сб. науч. тр. в 2 т. Пермь, 2012. Т. 1. С. 14–24.

Митракова Н.В., Агафонова Е.В. Наследуемые и приобретенные свойства почв и техногенных поверхностных образований разных урбопедокомплексов г. Перми // Почва и устойчивое развитие государства: материалы Междунар. науч. конф. «XX Докучаевские молодежные чтения». СПб., 2017. С. 311–313.

Мотузова Г.В. Соединения микроэлементов в почвах: системная организация, экологическое значение, мониторинг. М.: Эдиториал УРСС, 1999. 168 с.

Мотузова Г.В. Устойчивость почв к химическому воздействию. М.: Изд-во МГУ, 2000. 57 с.

Мотузова Г.В. Роль почв в формировании эколого-геохимической устойчивости ландшафтов к загрязнению тяжелыми металлами // Геохимия ландшафтов и география почв: доклады Всерос.

науч. конф. М., 2012. С. 227–228.

Николаева О.В., Терехова В.А. Совершенствование лабораторного фитотестирования для экотоксикологической оценки почв // Почвоведение. 2017. № 9. С. 1141–1152.

О состоянии и об охране окружающей среды Пермского края в 2013 году: доклад. Пермь, 2014. 264 с.

Овчинникова И.Н. Экологический риск и загрязнение почв. М.: Альтекс, 2003. 363 c.

Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве. [Электронный ресурс] URL: https://ohranatruda.ru/ot_biblio/normativ/data_normativ/46/46590/ (дата обращения: 05.09.2017).

Серегин И.В., Иванов В.Б. Физиологические аспекты токсического действия кадмия и свинца на высшие растения // Физиология растений. 2001. Т. 48, № 4. С. 606–630.

Терехова В.А. Биотестирование почв: подходы и проблемы // Почвоведение. 2011. № 2. С. 190–198.

Тимофеев М.А., Терехова В.А., Кожевин П.А. Биотестирование почв при загрязнении кадмием // Вестник Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2010. № 4. С. 44–47.

Устойчивость почв к воздействию тяжёлых металлов [Электронный ресурс]. URL: http://soil.msu.ru/himiaissledovania/sovremennye- nauchnyenapravleniya/1841-napravlenie-ustojchivostpochv-k-vozdejstviyu-tyazhelykh-metallov (дата обращения: 29.01.2018)

Minkina T.M. et al. Heavy metal compounds in soil: Transformation upon soil pollution and ecological significance. New York: Nova Since Publ., 2010. 184 p.

References

Antonenko E.M., Pinskii D.L., Minkina T.M., Sushkova S.N. [Influence of composition soil solution an adsorbtion Cu, Zn and Pb solid phasa of

soil]. Počvy Rossii: sovremennoe sostojanie, perspectivy izučeniya i ispol’zovanija [Soils of Russia: current state, prospects of study and use: proceedings of the VI Congress of the society of soil scientists]. Petrozavodsk, 2012, B. 2, pp. 230-232. (In Russ.).

Baghdasaryan A.S. Biotestirovanie pochv tekhnogennykh zon gorodskich territorij s ispol’zovaniem rastitelnych organizmov. Avtoref. diss. kand. biol. nauk [Bioassay of soil technogenic zones in urban areas with the use of plant organisms: Abstract kand. dis]. Stavropol, 2005. 25 p. (In Russ.).

Bakina L.G. et al. [To the method of phytotesting of technogeneously contaminated soils and grounds]. Ĕcjljgičeskie problemy severnych regioniv i puti ich rešenija [Ecological problems of northern regions and ways of their solution: Proceedings of the International conference]. Apatity, 2004, Part 1, pp.167-169. (In Russ.).

Bardina T.V. et al. [Biological assessment of toxicity of urban soils for soil-ecological monitoring]. Ĕkologija urbanizirovannych territorij, N 2

(2014): pp. 87–91. (In Russ.).

Beus A.A., Grabovskaya L.I., Tikhonova N.V. Geochimija okružajuščej sredy [Geochemistry of the Environment]. Moscow, Nedra Publ., 1976. 248 р. (In Russ.).

Buzmakov S.A. et al. Osobo ochranjaemye prirodnye territorii g. Permi. [Specially protected natural territories of Perm ]. Perm, 2011. 204 p. (In

Russ.).

Vasil'ev A.A., Chashchin A.N. Tjaželye metally v počvach goroda Čusovogo: ocenka i diagnostika zagrjaznenija [Heavy metals in soils of Chusovoi town: estimation and contamination diagnostics]. Perm, 2011. 197 p. (In Russ.).

Voronchikhina E.A., Zaporov A.Yu. [Ecological aspects of environment pollution]. Voprosy fizičeskoj geografii i geoĕkologii Urala [Questions of physical geography and geoecology of the Urals: Interuniversity collected scientific papers]. Perm, 1998, pp. 139-147. (In Russ.).

Vorobeychik E. L., Sadykov O.F., Farafontov M.G. Ĕkologičeskoe normirovanie technogennych zagrjaznenij nazemnych ĕkosistem.[Ecological standardization of technogenic pollution of terrestrial

ecosystems]. Ekaterinburg, Nauka Publ., 1994. 280 p. (In Russ.).

Glazovskaya M.A Metodologičeskie osnovy ocenki ĕkologo-geochimičeskoj ustojčivosti počv k technogennym vozdejstvijam [Methodological framework for the assessment of ecological and geochemical stability of soils to technogenic impacts: manual]. Moscow, MSU Publ., 1997. 102 p. (In Russ.).

Gorbovskaya A.D. Ocenka ustojčivosti bufernych sistem počv k faktoram vozdejstvija [Assessment of stability of buffer systems of soils to an influence factor: manual]. St. Petersburg, State University Publ., 2006. 44 p. (In Russ.).

O sostoyanii i ob ochrane okružajuščey sredy Permskogo kraja v 2013 godu. Doklad [The report "On the state and environmental protection of the Perm region in 2013]. Perm, 2014. 264 p. (In Russ.).

Dukhovskii P.V. et al. [The reaction of plants to the combined effects of natural and anthropogenic stressors]. Fiziologija rastenij, V. 50. N 2 (2003): pp. 165-173. (In Russ.).

Eremchenko O.Z., Mitrakova N.V. Sposob ocenki biologičeskoj aktivnosti i toksičnosti počv i technogennych počvogruntov [A method for assessing

the biological activity and toxicity of soils and man-caused soil grounds]. Patent of the Russian Federation. N 2620555. 2017. (In Russ.).

Eremchenko O.Z., Mitrakova N.V., Lipin I.N. [The morphogenetic properties of sandy soils of the terraces of the Kama]. Teoretičeskie i prikladnye aspekty lesnogo počvovedenija [Theoretical and applied aspects of forest soil science]. Petrozavodsk, 2017, pp. 56–58. (In Russ).

Eremchenko O.Z., Moskvina N.V. [Characteristics of soils and anthropogenic and surface formations in the multistorey housing districts of Perm]. Počvovedenie, N 7 (2005): рр. 782-789. (In Russ.).

Eremchenko O.Z., Shestakov I.E., Moskvina N.V. Počvy i technogennye poverchnostnye obrazovanija urbanizirovannych territorij Permskogo

Prikam'ja [Soils and technogenic grounds of urbanized territories of Perm Kama region]. Perm, 2016. 252 p. (In Russ.).

Iljin V.B., Syso A.I. Mikroĕlementy i tjaželye metally v počvach Novosibirskoj oblasti [Mikroelements and heavy metals in soils of Novosibirsk region]. Novosibirsk, SB RAS Publ., 2001. 229 p. (In Russ.).

Interpretacija geochimičescich dannych [Interpretation of geochemical data]. Moscow, Internet Engineering Publ., 2001. 288 p. (In Russ.).

Kolesnikov S.I. et al. [Biological properties of south russian soils: tolerance to oil pollution]. Ĕkologija, N 5 (2010): pp. 357–364. (In Russ.).

Kolesnikov S.I., Spivakova N.A., Kazeev K.Sh. [Influence of modeling pollution with Cr, Cu, Ni, and Pb on biological properties of soils of dry

steppes and semi-deserts of the south of Russia]. Počvovedenie, N 9 (2011): pp.1094-1101. (In Russ.).

Kolesnikov S.I. et al. [Comparative assessment of the stability of the biological properties of the chernozem in southern Russia for the

contamination with Cr, Cu, Ni, and Pb in a model experiment]. Počvovedenie, N 2 (2013): pp. 195–201. (In Russ.).

Kopylov I.S. [Regularities in the formation of soil landscapes of the Urals, their geochemical features and anomalies]. Sovremennye problemy

nauki i obrazovanija, N 4 (2013): 8 pp. (In Russ.).

Kvesitadze G.I. et al. Metabolizm antropogennych toksikantov v vysšich rastenijach [The metabolism of antropogenic toxicity in higher plants]. Moscow, Nauka Publ., 2005. 199 p. (In Russ.).

Lisovitskaya O.V., Terekhova V.A. [Phytotesting: basic approaches, problems of the laboratory method and modern solutions]. Doklady po ĕkologičeskomu počvovedeniju, N 1(13) (2010): pp. 1–18. (In Russ.).

Makarov O.A., Makarov A.A. [Approaches to assessing the risk of chemical contamination of urban soils]. Počvovedenie, N 9 (2016): pp. 1147–1156. (In Russ.).

Mayachkina N.V., Chugunova M. V. [Peculiarities of soil biotests to evaluate soil ecotoxicity]. Vestnik Nižegorodskogo universiteta im. N.I. Lobachevskogo, N 1 (2009): pp. 84–93. (In Russ.).

Minkina T.M., Motuzova G.V., Nazarenko O.G. Sostav soedinenij tjaželych metallov v počvach [Composition of compounds heavy metal in soil].

Rostov-na-Donu, Everest Publ., 2009. 208 p. (In Russ.).

Minkina T.M., Motuzova G.V., Nazarenko O.G., Mandzhieva S.S. Heavy metal compounds in soil: Transformation upon soil pollution and ecological significance. New York, Nova Since Publ., 2010. 184 p.

Minkina T.M. et al. [Composition of compounds Mn, Cr, Ni and Cd in soils technogenic landscapes]. Počvy Rossii: sovremennoe sostojanie, perspectivy izučeniya i ispol’zovanija [Soils of Russia: current state, prospects of study and use: proceedings of the VI Congress of the society of soil scientists]. Petrozavodsk, 2012, B. 2, pp. 271-272. (In Russ.).

Mitrakova N.V. [Assessment of soil stability, endangered, biotesting methods]. Vestnik molodych učenych PGNIU: sb. nauč. trudov. Perm, V. 1 (2012): pp. 14-24. (In Russ.).

Mitrakova N.V., Agafonova E.V. [Hereditary and acquired properties of soil and technogenic surface ground of different urbopedo complexes of

Perm]. Počva i ustojčivoe razvitie gosudarstva [Soil and sustainable development of the state. International scientific conference "XX

Dokuchaevsky youth readings"]. St-Petersburg, 2017, pp. 311–313. (In Russ.).

Motuzova G.V. Soedinenija mikroĕlementov v počvach: sistemnaja organizacija, ĕkologičeskoe značenie, monitoring [Compounds microelements in soil: system organization, ecological significance,

monitoring]. Мoscow, Ĕditorail URSS, 1999. 168 p. (In Russ.).

Motuzova G.V. Ustojčivost počv k chimičeskomu vozdejstviju [Stability of soil to chemical imnpact]. Moscow, MSU Publ., 2000. 57 p. (In Russ).

Motuzova G.V. [The role of soil in the formation of ecological and geochemical stability of landscapes to contamination by heavy metal]. Geochimija landšaftov i geografiya počv [Geochemistry of landscapes and geography of soils. Vseros. Scientific conference]. Moscow, 2012, pp. 227–228. (In Russ.).

Nikolaeva O.V., Terekhova V.A. [Perfection of laboratory phytotesting for ecotoxicological assessment of soils]. Počvovedenie, N 9 (2017): pp. 1141–1152. (In Russ).

Ovchinnikova I.N. Ĕkologičeskij risk i zagrjaznenie počv [Ecological Risk and Soil Pollution]. Moscow, Al'teks Publ., 2003. 363 p. (In Russ.).

Orientirovočno dopustimye koncentracii (ODK) chimičeskich veščestv v počve [Approximate permissible concentration (APC) of chemical

substances in soils]. Available at: https://ohranatruda.ru/ot_biblio/normativ/data_normativ/46/46590/ (reference date: 05.09.2017). (In Russ.).

Terekhova V.A. [Biotesting of soils: approaches and problems]. Počvovedenie, N 2 (2011): pp. 190–198. (In Russ.).

Timofeev M.A., Terekhova V.A., Kozhevin P.A. [Biotesting for Cd pollution in soils]. Vestnik Mosk. Universiteta, ser. 17. Počvovedenie, N 4 (2010): pp. 44–47. (In Russ.).

Ustojčivost’ počv k vozdejstviju tjažmetallov [The resistance

of soils to the effects of heavy metals]. Available at: http://soil.msu.ru/himiaissledovania/sovremennye-nauchnyenapravleniya/1841-napravlenie-ustojchivostpochv-k-vozdejstviyu-tyazhelykh-metallov (дата обращения: 29.01.2018). (In Russ.).

Most read articles by the same author(s)