Аннотация

Одним из основных факторов, лимитирующих сельскохозяйственное использование почв, является их загрязненность различными соединениями и низкое содержание элементов питания. Цель работы – исследование уникальных почв Ямальской опытной станции на предмет их загрязненности тяжелыми металлами и оценка их потенциального плодородия.
Объектом исследования являлась Ямальская опытная станция (Салехард), на которой с 1932 г. велись опытные работы по выведению различных сортов овощных культур в открытом и закрытом грунте. В августе 2021 г. заложен почвенный разрез и 40 прикопок в 0–10 см слое. Рентген-флуоресцентным методом были определены концентрации 11 металлов и оксидов. Качественная оценка почв осуществлялась с помощью индексов суммарного загрязнения почв (Z_c), загрязнения почв и геоаккумуляции (I_geo). Определяли содержание элементов питания.
Распределение металлов и оксидов металлов по почвенному профилю соответствует регрессионно-аккумулятивному типу. Концентрации изученных экотоксикантов (за исключением мышьяка) не превышали ориентировочно допустимые и предельно допустимые. Были зафиксированы повышенные концентрации мышьяка, но, учитывая высокий региональный фон этого элемента, отнесение почвы к классу непригодных не является обоснованным при организации контроля за качеством почв и сельскохозяйственной продукции. Качественная оценка полиэлементного загрязнения почвы, основанная на фоновых региональных концентрациях загрязняющих веществ, показала, что по индексу Z_c уровень загрязнения соответствует допустимому. Применение индекса I_geo показало, что почвы «практически не загрязнены» металлами. Значения индекса загрязнения почв менее 1, что свидетельствует об отсутствии загрязнения.
Почвы залежного поля Ямальской опытной агростанции обладают высоким уровнем потенциального плодородия и пригодны для повторного вовлечения в сельскохозяйственный оборот по комплексным показателям качества почв. Они могут служить локальным геохимическим эталоном с долголетней историей наблюдений агрогенной трансформацией почв криогенных экосистем. Принимая во внимание повышенные концентрации мышьяка, рекомендуется проведение первичного контроля качества сельскохозяйственной продукции на предмет его возможной миграции в системе почва – растение.

Ключевые слова

Экотоксикологическое состояние, качество почв, агроземы, тяжелые металлы, Арктика, полярное земледелие

ФИНАНСИРОВАНИЕ

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ-ЯНАО № 19-416-890002 «Микробиом залежных почв агроэкосистем Ямало-Ненецкого автономного округа: разнообразие, свойства, таксономия и динамика» и при поддержке Департамента внешних связей Ямало-Ненецкого АО.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Guo B, Hong C, Tong W, Xu M, Huang C, Yin H, et al. Health risk assessment of heavy metal pollution in a soil-rice system: a case study in the Jin-Qu Basin of China. Scientific Reports. 2020;1(1). https://doi.org/10.1038/s41598-020-68295-6
2. Logan TJ, Traina SJ. Trace metals in agricultural soils. In: Allen HE, Perdue EM, Brown DS, editors. Metals in groundwater. Boca Raton: CRC Press; 2020. p. 309–347.
3. Bezuglova OS, Gorbov SN, Tischenko SA, Aleksikova AS, Tagiverdiev SS, Sherstnev AK, et al. Accumulation and migration of heavy metals in soils of the Rostov region, south of Russia. Journal of Soils and Sediments. 2016;16(4):1203–1213. https://doi.org/10.1007/s11368-015-1165-8
4. Suleymanov A, Abakumov E, Zakharenko I, Suleymanov R. Assessment and mapping of landfills on soils in the Serpukhov district (Moscow region). Geodesy and Cartography. 2021;47(4):181–185. https://doi.org/10.3846/gac.2021.12922
5. Polyakov V, Kozlov A, Suleymanov A, Abakumov E. Soil pollution status of urban soils in St. Petersburg city, North-west of Russia. Soil and Water Research. 2021;16(3):164–173. https://doi.org/10.17221/95/2020-SWR
6. Gebeyehu HR, Bayissa LD. Levels of heavy metals in soil and vegetables and associated health risks in Mojo area, Ethiopia. PLoS ONE. 2020;15(1). https://doi.org/10.1371/journal.pone.0227883
7. Gao L, Wang Z, Li S, Chen J. Bioavailability and toxicity of trace metals (Cd, Cr, Cu, Ni, and Zn) in sediment cores from the Shima River, South China. Chemosphere. 2018;192:31–42. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2017.10.110
8. Khan A, Khan S, Khan MA, Aamir M, Ullah H, Nawab J, et al. Heavy metals effects on plant growth and dietary intake of trace metals in vegetables cultivated in contaminated soil. International Journal of Environmental Science and Technology. 2019;16(5):2295–2304. https://doi.org/10.1007/s13762-018-1849-x
9. Черных Н. Опыт освоения лесотундровых почв под сельскохозяйственные культуры // Сельское и промысловое хозяйство Ямало-Ненецкого национального округа. Салехард, 1977. C. 14–19.
10. Morgun EN, Abakumov EV. Agricultural research and crop yields in the Yamal-Nenets Autonomous District: Retrospective analysis (1932–2019). Scientific Bulletin of the Yamal-Nenets Autonomous District. 2019;104(3):4–9. (In Russ.). https://doi.org/10.26110/ARCTIC.2019.104.3.001
11. Тихановский А. Н. Картофель на Ямале. Новосибирск: Академиздат, 2021. 160 с.
12. Абакумов Е. В., Моргун Е. Н. Состояние и перспективы использования залежных земель в Ямало-Ненецком автономном округе // Биосферное хозяйство: теория и практика. 2021. T. 11. № 40. C. 5–17.
13. Черных Н. А., Челтыгмашева И. С., Баева Ю. И. Загрязнение почв тяжелыми металлами и качество растениеводческой продукции // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности. 2003. № 9. C. 179–187.
14. Zhong Y, Igalavithana AD, Zhang M, Li X, Rinklebe J, Hou D, et al. Effects of aging and weathering on immobilization of trace metals/metalloids in soils amended with biochar. Environmental Science: Processes and Impacts. 2020;22(9):1790–1808. https://doi.org/10.1039/d0em00057d
15. Неверова О. А., Егорова И. Н. Оценка качества плодов шиповника (Rosa majalis Herrm.), произрастающего на породном отвале угольного разреза в условиях Кемеровской области // Техника и технология пищевых производств. 2015. Т. 38. № 3. С. 139–145.
16. Komarov VI, Selivanov OG, Martsev AA, Podoletc AA, Lukyanov SN. Heavy metals contamination in arable horizon of soils of agricultural appointment of the Vladimir Region. Agrohimia. 2019;(12):75–82. (In Russ.). https://doi.org/10.1134/S0002188119100089
17. Паромов В. В., Земцов В. А., Копысов С. Г. Климат Западной Сибири в фазу замедления потепления (1986–2015 гг.) и прогнозирование гидроклиматических ресурсов на 2021–2030 гг // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2017. T. 328. № 1. C. 62–74.
18. Аринушкина Е. Химический анализ почв и грунтов М.: Издательство Московского университета, 1952. 240 с.
19. Saltan N, Slukovskaya M, Mikhaylova I, Zarov E, Skripnikov P, Gorbov S, et al. Assessment of soil heavy metal pollution by land use zones in small towns of the industrialized Arctic Region, Russia. In: Vasenev V, Dovletyarova E, Valentini R, Cheng Z, Calfapietra C, Inostroza L, Leuchner M, editors. Springer Geography. Cham: Springer; 2020. pp. 100–110. https://doi.org/10.1007/978-3-030-75285-9_10
20. Baghaie AH, Aghili F. Investigation of heavy metals concentration in soil around a PbZn mine and ecological risk assessment. Environmental Health Engineering and Management Journal. 2019;6(3):151–156. https://doi.org/10.15171/EHEM.2019.17
21. Kowalska JB, Mazurek R, Gąsiorek M, Zaleski T. Pollution indices as useful tools for the comprehensive evaluation of the degree of soil contamination – A review. Environmental Geochemistry and Health. 2018;40(6):2395–2420.
22. Rehman I, Ishaq M, Ali L, Khan S, Ahmad I, Din I, et al. Enrichment, spatial distribution of potential ecological and human health risk assessment via toxic metals in soil and surface water ingestion in the vicinity of Sewakht mines, district Chitral, Northern Pakistan. Ecotoxicology and Environmental Safety. 2018;154:127–136. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2018.02.033
23. Łyszczarz S, Błońska E, Lasota J. The application of the geo-accumulation index and geostatistical methods to the assessment of forest soil contamination with heavy metals in the Babia Góra National Park (Poland). Archives of Environmental Protection. 2020;46(3):69–79. https://doi.org/10.24425/aep.2020.134537
24. Sabet Aghlidi P, Cheraghi M, Lorestani B, Sobhanardakani S, Merrikhpour H. Analysis, spatial distribution and ecological risk assessment of arsenic and some heavy metals of agricultural soils, case study: South of Iran. Journal of Environmental Health Science and Engineering. 2020;18(2):665–676. https://doi.org/10.1007/s40201-020-00492-x
25. Nizamutdinov T, Abakumov E, Morgun E. Morphological features, productivity and pollution state of abandoned agricultural soils in the Russian Arctic (Yamal Region). One Ecosystem. 2021;6. https://doi.org/10.3897/oneeco.6.e68408
26. Nizamutdinov T, Abakumov E, Morgun E, Loktev R, Kolesnikov R. Agrochemical and pollution status of urbanized agricultural soils in the central part of Yamal region. Energies. 2021;14(14). https://doi.org/10.3390/en14144080
27. Nizamutdinov T, Morgun E, Pechkin A, Kostecki J, Greinert A, Abakumov E. Differentiation of trace metal contamination level between different urban functional zones in permafrost affected soils (The example of several cities in the Yamal Region, Russian arctic). Minerals. 2021;11(7). https://doi.org/10.3390/min11070668
28. Томашунас В. М., Абакумов E. B. Содержание тяжелых металлов в почвах полуострова Ямал и острова Белый // Гигиена и санитария. 2014. T. 93. № 6. C. 26–31.
29. Alekseev II, Dinkelaker NV, Oripova AA, Semyina GA, Morozov AA, Abakumov EV. Assessment of ecotoxicological state of soils of the Polar Ural and Southern Yamal. Hygiene and Sanitation. 2017;96(10):941–945. (In Russ.). https://doi.org/10.18821/0016-9900-2017-96-10-941-945
30. Ji X, Abakumov E, Antcibor I, Tomashunas V, Knoblauch C, Zubzycki S, et al. Influence of anthropogenic activities on metals in arctic permafrost: a characterization of benchmark soils on the Yamal and Gydan peninsulas in Russia. Archives of Environmental Contamination and Toxicology. 2019;76(4):540–553. https://doi.org/10.1007/s00244-019-00607-y
31. Moskovchenko DV, Kurchatova AN, Fefilov NN, Yurtaev AA. Concentrations of trace elements and iron in the Arctic soils of Belyi Island (the Kara Sea, Russia): patterns of variation across landscapes. Environmental Monitoring and Assessment. 2017;189(5). https://doi.org/10.1007/s10661-017-5928-0
32. Romanenko EA, Moskovchenko DV, Kudryavtsev AA, Shigabaeva GN. Mobile forms of metals in soils in the Nadym-Pur interfluve (Western Siberia). Bulletin of Nizhnevartovsk State University. 2020;(2):136–145. (In Russ.). https://doi.org/10.36906/2311-4444/20-2/18
33. Moskovchenko DV, Romanenko EA. Elemental composition of soils of the Pur-Taz interfluve. Dokuchaev Soil Bulletin. 2020;(103):51–84. (In Russ.). https://doi.org/10.19047/0136-1694-2020-103-51-84
34. Opekunova MG, Opekunov AYu, Kukushkin SYu, Ganul AG. Background contents of heavy metals in soils and bottom sediments in the north of Western Siberia. Eurasian Soil Science. 2019;(4):422–439. (In Russ.). https://doi.org/10.1134/S0032180X19020114
35. Pechkin AS, Agbalian EV, SHinkaruk EV, Khnycheva NA, Melnikova VV, Iulbarisova KV, et al. Background physical and chemical characteristics of the soil cover of the northern part of the state reserve “Verkhne-Tazovsky”. Nature management and protection: natural monuments, biological and landscape diversity of the Tomsk Ob region and other regions of Russia: Proceeding of the 9th All-Russian scientific conference with international participation; 2020; Tomsk. Tomsk: Tomsk State University; 2020. p. 211–215. (In Russ.). https://doi.org 10.17223/978-5-94621-954-9-2020-50
36. Ковальский В. В. Геохимическая экология. М.: Наука, 1974. 299 с.