Аннотация

Введение. Основным источником антропогенного воздействия на ландшафты Кемеровской области – Кузбасса является добыча угля. Темпы рекультивации нарушенных земель незначительны по сравнению с их ежегодным приростом нарушенных земель. Для решения проблемы предлагается сформировать фонд рекультивации. Цель работы – анализ и систематизация имеющихся данных антропогенного воздействия угледобычи на территории Кемеровской области; анализ новых методов рекультивации, позволяющих с высокой эффективностью восстанавливать плодородный слой почвы, а также повышать процесс ее очищения от вредных ингредиентов.
Объекты и методы исследования. Общедоступная научная информация баз данных PubMed от National Center for Biotechnology Information (США) и Elsevier (Scopus, ScienceDirect), платформы Web of Science и отечественной электронной библиотеки eLibrary.ru с глубиной поиска 10 лет.
Результаты и их обсуждение. На основании литературных источников выявлены территории Кемеровской области – Кузбасса, подвергшиеся наибольшему антропогенному воздействию в ходе угледобычи (Новокузнецкий, Прокопьевский Кемеровский, Беловский, Ленинск-Кузнецкий округа/районы). Описаны распространенные поллютанты, присутствующие на территории угледобычи и в местах захоронения ее отходов. Показано, что наибольшую опасность представляют полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). Это связано с тем, что в процессе горения отвалов они способны распространяться в газовой среде на значительные расстояния. Так как большинство отвалов находится вблизи населенных пунктов, а ПАУ обладают канцерогенными свойствами, то были подробно рассмотрены варианты их биодеструкции. Также рассмотрена законодательная база рекультивации нарушенных земель. Приведен перечень рекомендованных растений для биологического этапа рекультивации, в том числе культур растений, обладающих высокой поглотительной способностью в отношении поллютантов. Приведены примеры микроорганизмов и их комплексов, применяемых для целей биоремедиации.
Выводы. В ходе обзора литературы выявлены перспективные методы восстановления и очистки нарушенных угледобычей земель в условиях Кемеровской области – Кузбасса. К ним относят процессы биоремедиации с использованием перспективных микробных консорциумов и культур растений, характеризующихся способностью к связыванию поллютантов.

Ключевые слова

Угольные отвалы, угледобыча, рекультивация, фиторемедиация, биоремедиация, поллютанты, полициклические ароматические углеводороды, загрязнение окружающей среды, горнодобывающая промышленность

ФИНАНСИРОВАНИЕ

Работа выполнена в рамках государственного задания 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. Цивилев С. Е. Кузбасс 2035: национальные интересы и стратегические приоритеты развития региона. // Экономика промышленности. 2020. Т. 13. № 3. С. 281–289. https://doi.org/10.17073/2072-1633-2020-3-281-289.
2. Зеленый Кузбасс: как увеличить темпы рекультивации. URL: https://gazeta.a42.ru/lenta/projects/62513-zelyonyi-kuzbass-kak-uvelichit-tempy-rekultivacii (дата обращения: 21.08.2021).
3. Наумов И. В. Исследование пространственных диспропорций в процессах нарушения и рекультивации земельных ресурсов в России // Известия Уральского государственного горного университета. 2019. Т. 56. № 4. С. 143–152.
4. Борзенкова А. В., Синьков Л. С. Механизм финансовых гарантий рекультивации земель при открытых горных работах // Управление экономическими системами: электронный научный журнал. 2013. Т. 58. № 10.
5. Петрова Т. В., Корабель Л. А. Анализ возможностей использования механизмов финансовых гарантий для финансирования работ по рекультивации // Горный информационно-научный бюллетень (научно-технический журнал). 2015. № 7. С. 250–254.
6. Яковлева А. В. Концепция формирования проектного фонда рекультивации земель при открытых горных работах // Интернет-журнал Науковедение. 2015. Т. 7. № 1. https://doi.org/10.15862/33EVN115.
7. Li W., Chen B., Ding X. Environment and reproductive health in China: challenges and opportunities Environ // Environmental Health Perspectives. 2012. Vol. 120. № 5. P. 184–185. https://doi.org/10.1289/ehp.1205117.
8. Enhanced degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in the rhizosphere of sudangrass (Sorghum × drummondii) / J. J. A. Dominguez [et al.] // Chemosphere. 2019. Vol. 234. P. 789–795. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2019.05.290.
9. Land use regression modeling of ultrafine particles, ozone, nitrogen oxides and markers of particulate matter pollution in Augsburg, Germany / K. Wolf [et al.] // Science of the Total Environment. 2017. Vol. 579. P. 1531–1540. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.11.160.
10. Borah P., Kumar M., Devi P. Types of inorganic pollutants: metals/metalloids, acids, and organic forms // Inorganic pollutants in water / editors P. Devi, P. Singh, S. K. Kansal. Elsevier, 2020. Р. 17–31. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-818965-8.00002-0.
11. Bioremediation of heavy metals from soil and aquatic environment: An overview of principles and criteria of fundamental processes / R. Dixit [et al.] // Sustainability. 2015. Vol. 7. № 2. P. 2189–2212. https://doi.org/10.3390/su7022189.
12. Марки угля. URL: https://gruntovozov.ru/chasto-zadavayemiye-voprosy/vidyi-uglya/marki-uglya/#:~:text=Какие%20марки%20угля%20существуют.%20Согласно,(КС).%20Коксовый%20слабоспекающийся%20низкометаморфизованный%20(КСН (дата обращения: 22.08.2021).
13. Государственный реестр объектов размещения отходов. URL: https://www.fcao.ru/groro?page=332 (дата обращения: 21.08.2021).
14. Авгушевич И. В., Сидорук Е. И., Броновец Т. М. Стандартные методы испытания углей. Классификация углей. М.: Реклама мастер, 2018. 574 с.
15. Полициклические ароматические углеводороды из углей в объектах окружающей среды / Е. В. Журавлева [и др.] // Химия в интересах устойчивого развития. 2020. Т. 28. № 3. С. 328–336. https://doi.org/10.15372/KhUR2020237.
16. Polar polycyclic aromatic compounds from different coal types show varying mutagenic potential, EROD induction and bioavailability depending on coal rank / W. Meyer [et al.] // Science of the Total Environment. 2014. Vol. 494–495. Р. 320–328. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2014.06.140.
17. Chemical fingerprinting of hydrocarbons / S. A. Stout [et al.] // Introduction to environmental forensics / editors B. L. Murphy, R. D. Morrison. San Diego: Academic Press, 2002. P. 137–260.
18. Determination of PAH in coal of different metamorphism degrees from the Kuznetsk coal basin / E. R. Khabibulina [et al.] // Proceedings of the International Scientific and Practical Conference. 2015. Vol. 2. P. 268–271.
19. Ahrens M. J., Morrisey D. J. Biological effects of unburnt coal in the marine environment // Oceanography and Marine Biology. 2005. Vol. 43. P. 69–122.
20. Yahiya M., Miranda M. T. P. Distribution, sources and potential toxicological significance of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in the south west coast of Kerala, India // Materials Today: Proceedings. 2021. Vol. 41. Р. 736–743. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.07.440.
21. Effects of benzo [a] pyrene (BaP) on the composting and microbial community of sewage sludge / H. Liu [et al.] // Chemosphere. 2019. Vol. 222. Р. 517–526. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2019.01.180.
22. Accumulation of polycyclic aromatic hydrocarbons in soils and plants of the tundra zone under the impact of coal-mining industry / E. V. Yakovleva [et al.] // Eurasian Soil Science. 2016. Vol. 49. № 11. P. 1319–1328. https://doi.org/10.1134/S1064229316090143.
23. Effect of naphthalene on photosystem 2 photochemical activity of pea plants / A. V. Lankin [et al.] // Biochemistry. 2014. Vol. 79. № 11. P. 1216–1225. https://doi.org/10.1134/S0006297914110091.
24. Hindersmann B., Achten C. Urban soils impacted by tailings from coal mining: PAH source identification by 59 PAHs, BPCA and alkylated PAHs // Environmental Pollution. 2018. Vol. 242. Р. 1217–1225. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2018.08.014.
25. Leaching of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) from coal dumps reclaimed with apple trees: a mechanistic insight / M. J. Garcia-Martinez [et al.] // Environmental Geochemistry and Health. 2018. Vol. 40. № 6. Р. 2695–2706. https://doi.org/10.1007/s10653-018-0133-9.
26. Characterization and source identification of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in river bank soils / C. Pies [et al.] // Chemosphere. 2008. Vol. 72. № 10. Р. 1594–1601. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2008.04.021.
27. Dynamics of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in surface sediments of Cochin estuary, India / A. Ramzi [et al.] // Marine Pollution Bulletin. 2017. Vol. 144. № 2. Р. 1081–1087. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2016.10.015.
28. Drwal E., Rak A., Gregoraszczuk E. L. Review: polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) – action on placental function and health risks in future life of newborns // Toxicology. 2019. Vol. 411. P. 133–142. https://doi.org/10.1016/j.tox.2018.10.003.
29. Comparative mechanisms of PAH toxicity by benzo[a]pyrene and dibenzo[def,p]chrysene in primary human bronchial epithelial cells cultured at air-liquid interface / Y. Chang [et al.] // Toxicology and Applied Pharmacology. 2019. Vol. 379. https://doi.org/10.1016/j.taap.2019.114644.
30. Variations in concentrations and compositions of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in coals related to the coal rank and origin / S. Laumann [et al.] // Environmental Pollution. 2011. Vol. 159. № 10. Р. 2690–2697. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2011.05.032.
31. Achten C., Hofmann T. Native polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) in coals – A hardly recognized source of environmental contamination // Science of the Total Environment. 2009. Vol. 407. № 8. Р. 2461–2473. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2008.12.008.
32. Экологические проблемы кузнецкого угольного бассейна. Научные подходы и технологии для снижения загрязнений окружающей среды / З. Р. Исмагилов [и др.] // Химия в интересах устойчивого развития. 2018. Т. 26. № 3. С. 241–260. https://doi.org/10.15372/KhUR20180302.
33. Kuna-Gwozdziewicz P. Emission of polycyclic aromatic hydrocarbons from the exhalation zones of thermally active mine waste dumps // Journal of Sustainable Mining. 2013. Vol. 12. № 1. P. 7–12. https://doi.org/10.7424/jsm130103.
34. Mukasa-Mugerwa T. T., Dames J. F., Rose P. D. The role of a plant/fungal consortium in the degradation of bituminous hard coal // Biodegradation. 2011. Vol. 22. № 1. P. 129–141. https://doi.org/10.1007/s10532-010-9382-8.
35. Heavy metal- and organic-matter pollution due to self-heating coal-waste dumps in the Upper Silesian Coal Basin (Poland) / A. Nadudvari [et al.] // Journal of Hazardous Materials. 2021. Vol. 412. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.125244.
36. Правила проведения рекультивации и консервации земель. URL: https://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_302235/90e01d185047971fe921b2bb4ea2abe4389a57d5/ (дата обращения: 22.08.2021).
37. Уфимцев В. И., Манаков Ю. А., Куприянов А. Н. Методические рекомендации по лесной рекультивации нарушенных земель на предприятиях угольной промышленности в Кузбассе. Кемерово: Ирбис, 2017. 44 с.
38. Agronomic practices for improving gentle remediation of trace element-contaminated soils / P. Kidd [et al.] // International Journal of Phytoremediation. 2015. Vol. 17. № 11. P. 1005–1037. https://doi.org/10.1080/15226514.2014.1003788.
39. Effect of chemophytostabilization practices on arbuscular mycorrhiza colonization of Deschampsia cespitosa ecotype Waryński at different soil depths / E. Gucwa-Przepiora [et al.] // Environmental Pollution. 2007. Vol. 150. № 3. P. 338–346. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2007.01.024.
40. Clonal differences in survival capacity, copper and zinc accumulation, and correlation with leaf polyamine levels in poplar: A large-scale field trial on heavily polluted soil / S. Castiglione [et al.] // Environmental Pollution. 2009. Vol. 157. № 7. P. 2108–2117. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2009.02.011.
41. Assessing phytotoxicity of trace element-contaminated soils phytomanaged with gentle remediation options at ten European field trials / C. Quintela-Sabaris [et al.] // Science of the Total Environment. 2017. Vol. 599–600. P. 1388–1398. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.04.187.
42. Short rotation coppice culture of willows and poplars as energy crops on metal contaminated agricultural soils / A. Ruttens [et al.] // International Journal of Phytoremediation. 2011. Vol. 13. P. 194–207. https://doi.org/10.1080/15226514.2011.568543.
43. Risk management and regeneration of brownfields using bioenergy crops / A. Enell [et al.] // Journal of Soils and Sediments. 2016. Vol. 16. № 3. P. 987–1000. https://doi.org/10.1007/s11368-015-1264-6.
44. Власюк Л. И. Стратегический приоритет экологизации экономики Кузбасса: фонд рекультивации земель // Управленческое консультирование. 2021. Т. 146. № 2. С. 69–78. https://doi.org/10.22394/1726-1139-2021-2-69-78.
45. Биоремедиация угольных отвалов Кузбасса при помощи продуктов комплексной переработки торфа / Н. Н. Терещенко [и др.] // Фундаментальные исследования. 2013. № 11–9. С. 1866–1872.
46. Desai M., Haigh M., Walkington H. Phytoremediation: Metal decontamination of soils after the sequential forestation of former opencast coal land // Science of the Total Environment. 2019. Vol. 656. Р. 670–680. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.11.327.
47. Juwarkar A. A., Jambhulkar H. P. Phytoremediation of coal mine spoil dump through integrated biotechnological approach // Bioresource Technology. 2008. Vol. 99. № 11. Р. 4732–4741. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2007.09.060.
48. Mukasa-Mugerwa T. T., Dames J. F., Rose P. D. The role of a plant/fungal consortium in the degradation of bituminous hard coal // Biodegradation. 2011. Vol. 22. № 1. P. 129–141. https://doi.org/10.1007/s10532-010-9382-8.
49. Bioremediation of copper by active cells of Pseudomonas stutzeri LA3 isolated from an abandoned copper mine soil / T. M. Palanivel [et al.] // Journal of Environmental Management. 2020. Vol. 253. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2019.109706.
50. 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.
51. Response of soil bacterial communities to polycyclic aromatic hydrocarbons during the phyto-microbial remediation of a contaminated soil / R. Miao [et al.] // Chemosphere. 2020. Vol. 261. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.127779.