Аннотация

Введение. Постоянно увеличивающиеся объемы токсичных выбросов в биосферу способствуют накоплению загрязняющих веществ в почве, воде и атмосфере. Это представляет серьезную угрозу для живых систем и экосистемы в целом. Поэтому целью работы является разработка и/или усовершенствование существующих методов и комплексов на их основе по восстановлению загрязненных природных систем.
Объекты и методы исследования. Общедоступная научная информация баз данных PubMed от National Center for Biotechnology Information (США), Elsevier (Scopus, ScienceDirect), платформы Web of Science и отечественной электронной библиотеке eLibrary.ru с глубиной поиска 16 лет.
Результаты и их обсуждение. В результате анализа научной литературы выделены основные техногенные объекты, оказывающие токсическое действие на биоту. Деструктивному воздействию подвержены почвенные покровы. Среди существующих техногенно нарушенных объектов наибольшую площадь занимают отходы горнодобывающей промышленности. К загрязняющим веществам относятся тяжелые металлы, углеводороды, соединения серы, кислоты и др. Для снижения техногенного воздействия на окружающую среду используют различные технологии ремедиации. Они включают в себя полное или частичное разрушение поллютантов, извлечение их для дальнейшей переработки в нетоксичную продукцию и/или полного удаления, а также стабилизацию в менее токсичные формы. В настоящем обзоре представлена информация об основных методах восстановления нарушенных почв и обоснована перспектива разработки комплексных технологий ремедиации.
Выводы. Рассмотрены основные поллютанты антропогенного происхождения, влияющие на состояние окружающей биоты. Изучены классические методы восстановления техногенно-нарушенных почв. Обоснована перспектива разработки новых технологий ремедиации почв на основе комбинирования биологических методов – фиторемедиации, биоаугментации и биостимуляции для восстановления посттехногенных ландшафтов.

Ключевые слова

Экология, поллютанты, горнодобывающая промышленность, рекультивация, биоремедиация

ФИНАНСИРОВАНИЕ

Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (Минобрнауки России) для выполнения научно-исследовательских работ по теме «Разработка подходов к фиторемедиации посттехногенных ландшафтов с использованием стимулирующих рост растений ризобактерий (PGPB) и “омиксных” технологий», дополнительное соглашение № 075-03-2021-189/4 от 30.09.2021 (внутренний номер 075-ГЗ/X4140/679/4). Работа выполнена с использованием оборудования Центра коллективного пользования научным оборудованием КемГУ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Beneficial microbiomes for bioremediation of diverse contaminated environments for environmental sustainability: present status and future challenges / D. Kour [et al.] // Environmental Science and Pollution Research. 2021. Vol. 28. № 20. P. 24917–24939. https://doi.org/10.1007/s11356-021-13252-7.
2. A review on catalytic-enzyme degradation of toxic environmental pollutants: Microbial enzymes / A. Saravanan [et al.] // Journal of Hazardous Materials. 2021. Vol. 419. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.126451.
3. Goswami S., Manna K. Organochlorine pesticide residues and other toxic substances in salted Tenualosa ilisha L.: Northeastern part of India. Foods and Raw Materials. 2021. Vol. 9. № 2. P. 201–206. https://doi.org/10.21603/2308-4057-2021-2-201-206.
4. Громов Д. А., Борисова А. В., Бахарев В. В. Пищевые аллергены и способы получения гипоаллергенных пищевых продуктов // Техника и технология пищевых производств. 2021. Т. 51. № 2. С. 232–247. https://doi.org/10.21603/2074- 9414-2021-2-232-247.
5. Environmental and health impacts of air pollution: A review / I. Manisalidis [et al.] // Frontiers in Public Health. 2020. Vol. 8. https://doi.org/10.3389/fpubh.2020.00014.
6. Azubuike C. C., Chikere C. B., Okpokwasili G. C. Bioremediation techniques-classification based on site of application: principles, advantages, limitations and prospects // World Journal of Microbiology and Biotechnology. 2016. Vol. 32. № 11. https://doi.org/10.1007/s11274-016-2137-x.
7. Rhizoremediation: A beneficial plant-microbe interaction / I. Kuiper [et al.] // Molecular Plant – Microbe Interactions. 2004. Vol. 17. № 1. P. 6–15. https://doi.org/10.1094/MPMI.2004.17.1.6.
8. Материалы по рекультивации нарушенных земель. URL: http://kuzbasseco.ru/inye-dokumenty/materialy-po-rekultivacii-narushennyx-zemel (дата обращения: 10.08.2021).
9. Rahman Z. An overview on heavy metal resistant microorganisms for simultaneous treatment of multiple chemical pollutants at co-contaminated sites, and their multipurpose application // Journal of Hazardous Materials. 2020. Vol. 396. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.122682.
10. Welch C., Barbour S. L., Hendry M. J. The geochemistry and hydrology of coal waste rock dumps: A systematic global review // Science of the Total Environment. 2021. Vol. 795. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.148798.
11. Recycling municipal solid waste incineration slag and fly ash as precursors in low-range alkaline cements / N. Cristelo [et al.] // Waste Management. 2020. Vol. 104. Р. 60–73. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2020.01.013.
12. Co-disposal of municipal solid waste incineration fly ash and bottom slag: A novel method of low temperature melting treatment / G. Wong [et al.] // Journal of Hazardous Materials. 2021. Vol. 408. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.124438.
13. Fractionation and leachability of Fe, Zn, Cu and Ni in the sludge from a sulphate-reducing bioreactor treating metal-bearing wastewater / P. Kousi [et al.] // Environmental Science and Pollution Research. 2018. Vol. 25. № 36. Р. 35883–35894. https://doi.org/10.1007/s11356-018-1905-6.
14. Rao P., Rathod V. Valorization of food and agricultural waste: A step towards greener future // Chemical Record. 2018. Vol. 19. № 9. Р. 1858–1871. https://doi.org/10.1002/tcr.201800094.
15. Oil removal from spent HDT catalyst by an aqueous method with assistance of ultrasound / Y. Yang [et al.] // Waste Management. 2018. Vol. 78. Р. 595–601. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2018.05.055.
16. Скугорева С. Г., Фокина А. И., Домрачева Л. И. Токсичность тяжёлых металлов для растений ячменя, почвенной и ризосферной микрофлоры // Теоретическая и прикладная экология. 2016. № 2. С. 32–45.
17. Ayangbenro A. S., Babalola O. O. A new strategy for heavy metal polluted environments: A review of microbial biosorbents // International Journal of Environmental Research and Public Health. 2017. Vol. 14. № 1. https://doi.org/10.3390/ijerph14010094.
18. Recent advances in conventional and contemporary methods for remediation of heavy metal-contaminated soils / S. Sharma [et al.] // 3 Biotech. 2018. Vol. 8. № 4. https://doi.org/10.1007/s13205-018-1237-8.
19. Kurwadkar S. Occurrence and distribution of organic and inorganic pollutants in groundwater // Water Environment Research. 2019. Vol. 91. № 10. Р. 1001–1008. https://doi.org/10.1002/wer.1166.
20. Effective removal of inorganic and organic heavy metal pollutants with poly(amino acid)-based micromotors / T. Hou [et al.] // Nanoscale. 2020. Vol. 12. № 8. Р. 5227–5232. https://doi.org/10.1039/c9nr09813e.
21. Scullion J. Remediating polluted soils // Naturwissenschaften. 2006. Vol. 93. № 2. Р. 51–65. https://doi.org/10.1007/s00114-005-0079-5.
22. Elemental composition of vegetables cultivated over coal-mining waste / J. J. Zocche [et al.] // Anais da Academia Brasileira de Ciencias. 2017. Vol. 89. № 3. Р. 2383–2398. https://doi.org/10.1590/0001-3765201720170234.
23. Formation of PAH derivatives and increased developmental toxicity during steam enhanced extraction remediation of creosote contaminated superfund soil / L. S. D. Trine [et al.] // Environmental Science and Technology. 2019. Vol. 53. № 8. Р. 4460–4469. https://doi.org/10.1021/acs.est.8b07231.
24. Souza L. R. R., Pomarolli L. C., da Veiga M. A. M. S. From classic methodologies to application of nanomaterials for soil remediation: an integrated view of methods for decontamination of toxic metal(oid)s // Environmental Science and Pollution Research. 2020. Vol. 27. № 10. Р. 10205–10227. https://doi.org/10.1007/s11356-020-08032-8.
25. Remediation techniques for removal of heavy metals from the soil contaminated through different sources: a review / S. S. Dhaliwal [et al.] // Environmental Science and Pollution Research. 2020. Vol. 27. № 2. Р. 1319–1333. https://doi.org/10.1007/s11356-019-06967-1.
26. Plant-assisted remediation of hydrocarbons in water and soil: Application, mechanisms, challenges and opportunities / S. R. S. Abdullah [et al.] // Chemosphere. 2020. Vol. 247. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.125932.
27. Quantifying soil contamination and identifying interventions to limit health risks / A. D. Gailey [et al.] // Current Problems in Pediatric and Adolescent Health Care. 2020. Vol. 50. № 1. https://doi.org/10.1016/j.cppeds.2019.100740.
28. Hölzle I. Contaminant patterns in soils from landfill mining // Waste Management. 2019. Vol. 83. Р. 151–160. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2018.11.013.
29. Remediation of metal-contaminated urban soil using flotation technique / G. Dermont [et al.] // Science of the Total Environment. 2010. Vol. 408. № 5. Р. 1199–1211. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2009.11.036.
30. Bisone S., Mercier G., Blais J.-F. Decontamination of metals and polycyclic aromatic hydrocarbons from slag-polluted soil // Environmental Technology. 2013. Vol. 34. № 18. Р. 2633–2648. https://doi.org/10.1080/09593330.2013.781231.
31. Removal kinetics of petroleum hydrocarbons from low-permeable soil by sand mixing and thermal enhancement of soil vapor extraction / Y. Yu [et al.] // Chemosphere. 2019. Vol. 236. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2019.07.050.
32. Liang C., Yang S.-Y. Foam flushing with soil vapor extraction for enhanced treatment of diesel contaminated soils in a one-dimensional column // Chemosphere. 2021. Vol. 285. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.131471.
33. Research progress in the enhancement technology of soil vapor extraction of volatile petroleum hydrocarbon pollutants / W. Cao [et al.] // Environmental Science: Processes and Impacts. 2021. Vol. 23. № 11. Р. 1650–1662. https://doi.org/10.1039/d1em00170a.
34. Aerobic bioremediation of PAH contaminated soil results in increased genotoxicity and developmental toxicity / L. Chibwe [et al.] // Environmental Science and Technology. 2015. Vol. 49. № 23. Р. 13889–13898. https://doi.org/10.1021/acs.est.5b00499.
35. Self-cleaning of very heavily oil-polluted sites proceeds even under heavy-metal stress while involved bacteria exhibit bizarre pleomorphism / N. Ali [et al.] // Ecotoxicology and Environmental Safety. 2020. Vol. 200. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2020.110717.
36. A new insight on enhanced Pb(II) removal by sludge biochar catalyst coupling with ultrasound irradiation and its synergism with phenol removal / Z.-H. Diao [et al.] // Chemosphere. 2021. Vol. 263. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.128287.
37. Ultrasound-assisted catalytic reduction of Cr(VI) by an acid mine drainage based nZVI coupling with FeS2 system from aqueous solutions: Performance and mechanism / Z. H. Diao [et al.] // Journal of Environmental Management. 2021. Vol. 278. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2020.111518.
38. Choi J., Lee D., Son Y. Ultrasound-assisted soil washing processes for the remediation of heavy metals contaminated soils: The mechanism of the ultrasonic desorption // Ultrasonics Sonochemistry. 2021. Vol. 74. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2021.105574.
39. Sustainable remediation of mercury contaminated soils by thermal desorption / M. J. Sierra [et al.] // Environmental Science and Pollution Research. 2016. Vol. 23. № 5. Р. 4898–4907. https://doi.org/10.1007/s11356-015-5688-8.
40. Dynamic immobilization of simulated radionuclide 133Cs in soil by thermal treatment/vitrification with nanometallic Ca/CaO composites / S. R. Mallampati [et al.] // Journal of Environmental Radioactivity. 2015. Vol. 139. Р. 118–124. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2014.10.006.
41. Gas thermal remediation of an organic contaminated site: field trial / J. Xu [et al.] // Environmental Science and Pollution Research. 2019. Vol. 26. № 6. Р. 6038–6047. https://doi.org/10.1007/s11356-018-4027-2.
42. Remediation by chemical reduction in laboratory mesocosms of three chlordecone-contaminated tropical soils / C. Mouvet [et al.] // Environmental Science and Pollution Research. 2017. Vol. 24. № 33. Р. 25500–25512. https://doi.org/10.1007/s11356-016-7582-4.
43. Remediation of artificially contaminated soil and groundwater with copper using hydroxyapatite/calcium silicate hydrate recovered from phosphorus-rich wastewater / Y. Liu [et al.] // Environmental Pollution. 2021. Vol. 272. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.115978.
44. Remediation of contaminated soil and groundwater using chemical reduction and solidification/stabilization method: a case study / S.-F. Lu [et al.] // Environmental Science and Pollution Research. 2021. Vol. 28. № 10. Р. 12766–12779. https://doi.org/10.1007/s11356-020-11337-3.
45. Komárek M., Vaněk A., Ettler V. Chemical stabilization of metals and arsenic in contaminated soils using oxides – A review // Environmental Pollution. 2013. Vol. 172. Р. 9–22. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2012.07.045.
46. Zero-valent iron nanoparticles for soil and groundwater remediation / A. Galdames [et al.] // International Journal of Environmental Research and Public Health. 2020. Vol. 17. № 16. https://doi.org/10.3390/ijerph17165817.
47. Green remediation of As and Pb contaminated soil using cement-free clay-based stabilization/solidification / L. Wang [et al.] // Environment International. 2019. Vol. 126. Р. 336–345. https://doi.org/10.1016/j.envint.2019.02.057.
48. Remediation of soil contaminated with high levels of hexavalent chromium by combined chemical-microbial reduction and stabilization / L. Fu [et al.] // Journal of Hazardous Materials. 2021. Vol. 403. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.123847.
49. Li Q., Zhong H., Cao Y. Effective extraction and recovery of rare earth elements (REEs) in contaminated soils using a reusable biosurfactant // Chemosphere. 2020. Vol. 256. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.127070.
50. Saldaña M. D. A., Nagpal V., Guigard S. E. Remediation of contaminated soils using supercritical fluid extraction: a review (1994–2004) // Environmental Technology. 2005. Vol. 26. № 9. Р. 1013–1032. https://doi.org/10.1080/09593332608618490.
51. Decontamination of petroleum-contaminated soils using the electrochemical technique: Remediation degree and energy consumption / C. Streche [et al.] // Scientific Reports. 2018. Vol. 8. № 1. https://doi.org/10.1038/s41598-018-21606-4.
52. Electrochemical degradation of ibuprofen-contaminated soils over Fe/Al oxidation electrodes / C.-H. Hung [et al.] // Science of the Total Environment. 2018. Vol. 640–641. Р. 1205–1213. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.06.001.
53. Megharaj M., Naidu R. Soil and brownfield bioremediation // Microbial Biotechnology. 2017. Vol. 10. № 5. Р. 1244–1249. https://doi.org/10.1111/1751-7915.12840.
54. Jørgensen K. S., Salminen J. M., Björklöf K. Monitored natural attenuation // Methods in Molecular Biology (Clifton, N.J.). 2010. Vol. 599. Р. 217–233. https://doi.org/10.1007/978-1-60761-439-5_14.
55. Cycoń M., Piotrowska-Seget Z. Pyrethroid-degrading microorganisms and their potential for the bioremediation of contaminated soils: A review // Frontiers in Microbiology. 2016. Vol. 7. https://doi.org/10.3389/fmicb.2016.01463.
56. Kästner M., Miltner A. Application of compost for effective bioremediation of organic contaminants and pollutants in soil // Applied Microbiology and Biotechnology. 2016. Vol. 100. № 8. Р. 3433–3449. https://doi.org/10.1007/s00253-016-7378-y.
57. Aerobic composting remediation of petroleum hydrocarbon-contaminated soil. Current and future perspectives / H.-T. Tran [et al.] // Science of the Total Environment. 2021. Vol. 753. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.142250.
58. Bioaugmentation: possible scenarios due to application of bacterial preparations for remediation of oil-contaminated soil / L. G. Bakina [et al.] // Environmental Geochemistry and Health. 2021. Vol. 43. № 6. Р. 2347–2356. https://doi.org/10.1007/s10653-020-00755-4.
59. Cycoń M., Mrozik A., Piotrowska-Seget Z. Bioaugmentation as a strategy for the remediation of pesticide-polluted soil: A review // Chemosphere. 2017. Vol. 172. Р. 52–71. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2016.12.129.
60. Effect of consortium bioaugmentation and biostimulation on remediation efficiency and bacterial diversity of diesel-contaminated aged soil / D. Chaudhary [et al.] // World Journal of Microbiology and Biotechnology. 2021. Vol. 37. № 3. https://doi.org/10.1007/s11274-021-02999-3.
61. Haferburg G., Kothe E. Metallomics: lessons for metalliferous soil remediation // Applied Microbiology and Biotechnology. 2010. Vol. 87. № 4. Р. 1271–1280. https://doi.org/10.1007/s00253-010-2695-z.
62. Phytoextraction and phytostabilization potential of plants grown in the vicinity of heavy metal-contaminated soils: A case study at an industrial town site / B. Lorestani [et al.] // Environmental Monitoring and Assessment. 2013. Vol. 185. № 12. Р. 10217–10223. https://doi.org/10.1007/s10661-013-3326-9.
63. Phytoremediation of toxic metals present in soil and water environment: a critical review / V. S. Kanwar [et al.] // Environmental Science and Pollution Research. 2020. Vol. 27. № 36. Р. 44835–44860. https://doi.org/10.1007/s11356-020-10713-3.
64. Копцик Г. Н. Проблемы и перспективы фиторемедиации почв, загрязненных тяжелыми металлами (обзор литературы) // Почвоведение. 2014. № 9. С. 1113–1130. https://doi.org/10.7868/S0032180X1409007X .
65. Nero B. F. Phytoremediation of petroleum hydrocarbon-contaminated soils with two plant species: Jatropha curcas and Vetiveria zizanioides at Ghana Manganese Company Ltd // International Journal of Phytoremediation. 2021. Vol. 23. № 2. Р. 171–180. https://doi.org/10.1080/15226514.2020.1803204.
66. Concept of aided phytostabilization of contaminated soils in postindustrial areas / M. Radziemska [et al.] // International Journal of Environmental Research and Public Health. 2017. Vol. 15. № 1. https://doi.org/10.3390/ijerph15010024.