Assessment of the danger of polymetallic contamination of mountain meadow soil from the tailings dump of the Urup mining and processing plant

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Urup Mining and Processing Plant is the largest enterprise in the South of Russia for the extraction and processing of copper pyrite, the waste of which contains high concentrations of heavy metals. As a result of their migration, the soil bordering the existing tailing dump is polluted. The work estimates the degree of contamination of the upper 10 cm layer of mountain meadow chernozem soil (Mollic Leptosol) with 48 potentially toxic elements (PTE) depending on the distance from the tailings dump and the impact of pollution on the biological properties of the soil. The priority pollutants with which the soil is most polluted have been identified: at a distance of 5 m from the tailings dump, the Ag content in the soil is 63 times higher than in the background soil; Sb – 25; Hg – 23; Cu – 19; Te – 19; Zn – 14; Cd – 14; As – in 13; Mo – in 12; Pb – in 6; Sn – in 3.7; Bi – in 3.6. At the same time, at 300-400 m from the tailings dump, soil pollution is no longer observed. The degree of decrease in biological indicators of soil condition (activity of catalase, dehydrogenase, invertase, urease, total number of bacteria, abundance of bacteria of the genus Azotobacter, germination, length of roots and shoots of radish seedlings, etc.) correlates with the content of PTE in it. As we move away from the tailing dump, the biological properties of the soil improve. The abundance of bacteria of the genus Azotobacter, the activity of dehydrogenases and invertase are the most sensitive to polymetallic contamination of mountain meadow soil from the Urupsky mining and Processing Complex, and the activity of dehydrogenases, catalase, and invertase is the most informative (correlating with the content of PTE in the soil).

Full Text

Restricted Access

About the authors

Е. S. Khrapai

Federal University

Author for correspondence.
Email: KaterinaP1996@mail.ru

Ivanovsky Academy of Biology and Biotechnology

Russian Federation, Rostov-on-Don

S. I. Kolesnikov

Federal University

Email: KaterinaP1996@mail.ru

Ivanovsky Academy of Biology and Biotechnology

Russian Federation, Rostov-on-Don

A. А. Kuzina

Federal University

Email: KaterinaP1996@mail.ru

Ivanovsky Academy of Biology and Biotechnology

Russian Federation, Rostov-on-Don

K. Sh. Kazeev

Federal University

Email: KaterinaP1996@mail.ru

Ivanovsky Academy of Biology and Biotechnology

Russian Federation, Rostov-on-Don

T. V. Minnikova

Federal University

Email: KaterinaP1996@mail.ru

Ivanovsky Academy of Biology and Biotechnology

Russian Federation, Rostov-on-Don

A. Y. Septarova

Federal University

Email: KaterinaP1996@mail.ru

Ivanovsky Academy of Biology and Biotechnology

Russian Federation, Rostov-on-Don

А. S. Kurinova

Federal University

Email: KaterinaP1996@mail.ru

Ivanovsky Academy of Biology and Biotechnology

Russian Federation, Rostov-on-Don

References

  1. Алборов И.Д., Тедеева Ф.Г., Гуцаев Ф.Х., Бурдзиева О.Г., Гегелашвили М.В. Влияние горнодобывающего комплекса на качество среды обитания в условиях горных территорий // Горный информационно-аналитический бюл. 2020. № 11–1. С. 32–39.
  2. Богуш И.А., Бурцев А.А., Разоренов Ю.И., Ураскулов М.Р. Проблемы и перспективы освоения медно-колчеданных месторождений Карачаево-Черкесской Республики // Устойчивое развитие горных территорий. 2014. Т. 6. № 2. С. 7–11.
  3. Бурачевская М.В., Минкина Т.М., Манджиева С.С., Бауэр Т.В., Киричков М.В., Невидомская Д.Г., Замулина И.В. Влияние буферной способности почв на трансформацию соединений свинца и кадмия // Почвоведение. 2024. № 7. С. 936–949. https://doi.org/10.31857/S0032180X24070029
  4. Гапонюк Э.И., Малахов С. В. Комплексная система показателей экологического мониторинга почв. // Миграция веществ в почвах и сопредельных средах: Труды 4 Всесоюзного совещания. Обнинск. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. С. 3–10
  5. Гришина Л.А., Орлов Д.С. Система показателей гумусного состояния почв // Проблемы почвоведения. М.: Наука, 1978. С. 42–47.
  6. Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Функции почв в биосфере и экосистемах (экологическое значение почв). М.: Наука, 1990. 261 с.
  7. 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 бюл. (научно-технический журнал). 2023. № 5-1. С. 73.
  8. Елохин В.А. Геохимическая трансформация почв в зоне влияния шлакового отвала за период 2006–2020 гг. // Горный информационно-аналитический бюл. 2021. № 11-1. С. 98–110.
  9. Ермаков В.В., Тютиков С.Ф., Дегтярев А.П., Гуляева У.А., Данилова В.Н. Особенности аккумулирования металлов растениями и активность почвенных ферментов в условиях металлогенических районов северного Кавказа // Геохимия. 2022. Т. 67. № 8. С. 766–772.
  10. Звягинцев Д Г. Биологическая активность почв и шкалы для оценки некоторых ее показателей // Почвоведение. 1978. Т. 6. С. 48–54.
  11. Кабиров Р.Р., Сагитова А.Р., Суханова Н.В. Разработка и использование многокомпонентной тест-системы для оценки токсичности почвенного покрова городской территории //Экология. 1997. № 6. С. 408–411.
  12. Казеев К.Ш., Колесников С.И. Биодиагностика почв: методология и методы исследований. Ростов-на-Дону: Изд-во Южного федерального университета. 2012. 260 с.
  13. Каллистова А.Ю., Сабреков А.Ф., Гончаров В.М., Пименов Н.В., Глаголев М.В. К вопросу об использовании статистического анализа при интерпретации результатов экспериментов в области экологической микробиологии // Микробиология. 2019. Т. 88. № 2. С. 230–239.
  14. Кашулина Г.М. Комплексный мониторинг окружающей среды около медно-никелевого предприятия на Кольском полуострове // Почвоведение. 2022. № 5. С. 556–570.
  15. Колесников С.И., Казеев К.Ш., Вальков В.Ф. Экологические функции почв и влияние на них загрязнения тяжелыми металлами // Почвоведение. 2002. № 12. С. 1509–1514.
  16. Колесников С.И., Казеев К.Ш., Вальков В.Ф., Денисова Т.В. Методология нормирования химического загрязнения почв на основе нарушения их экологических функций // Экология и промышленность России. 2007. № 11. С. 48–51.
  17. Колесников С.И., Тлехас З.Р., Казеев К.Ш., Вальков В.Ф. Изменение биологических свойств почв Адыгеи при химическом загрязнении // Почвоведение. 2009. № 12. С. 1499–1505.
  18. Копцик Г.Н., Копцик С.В., Смирнова И.Е., Синичкина М.А. Влияние деградации и ремедиации почв техногенных пустошей на поглощение элементов питания и тяжелых металлов растениями в Кольской Субарктике // Почвоведение. 2021. № 8. С. 969982.
  19. Корнейкова М.В., Никитин Д.А. Почвенный микробиом в зоне воздействия выбросов горно-металлургического комбината Печенганикель (Мурманская область) // Почвоведение. 2023. № 5. С. 676–688. https://doi.org/10.31857/S0032180X22600883
  20. Красавцева Е.А., Каганович Н.И. Геоэкологическая оценка загрязнения фтором компонентов окружающей среды в зоне влияния заброшенного редкометалльного рудника в Мурманской области // Экология и промышленность России. 2024. Т. 28. № 10. С. 66–71.
  21. Крупская Л.Т. Мелконян Р.Г. Зверева В.П., Растанина Н.К., Голубев Д.А., Филатова М. Ю. Опасность отходов, накопленных горными предприятиями в Дальневосточном федеральном округе, для окружающей среды и рекомендации по снижению риска экологических катастроф // Горный информационно-аналитический бюл. (научно-технический журнал). 2018. № 12. С. 102–120. https://doi.org/10.25018/0236-1493-2018-12-0-102-112
  22. Крупская Л.Т., Орлов А.М., Голубев Д.А., Колобанов К.А., Филатова М.А. Оценка экологической опасности накопленных отходов переработки минерального сырья закрытых горных предприятий в Приамурье и Приморье // Горные науки и технологии. 2020. Т. 5. № 3. С. 208.
  23. Майорова Л.П., Черенцова А.А., Крупская Л.Т., Голубев Д.А., Колобанов К.А. Оценка техногенного загрязнения воздушного бассейна при пылении хвостохранилищ // Горный информационно-аналитический бюл. 2021. № 1. С. 520.
  24. Макаров В.Н. Геохимическая оценка хвостохранилищ горно-обогатительных комбинатов Якутии // Недропользование XXI век. 2023. № 3–4. С. 34–41.
  25. Макаров И.Н. Влияние объектов накопленного вреда на окружающую среду в арктической территории Якутии (на примере хвостохранилища Депутатского ГОК) // Проблемы региональной экологии. 2023. № 5. С. 16–20. https://doi.org/10.24412/1728-323X-2023-5-16-20
  26. Максимова В.В., Красавцева Е.А., Савченко Е.Э., Икконен П.В., Елизарова И.Р., Маслобоев В.А., Макаров Д.В. Исследование состава и свойств хвостов обогащения лопаритовых руд текущего производства // Записки Горного института. 2022. Т. 256. С. 642–650.
  27. Минникова Т.В., Колесников С.И., Евстегнеева Н.А, Тимошенко А.Н., Цепина Н.И., Казеев К.Ш. Влияние загрязнения Ag, Bi, Te и Tl на ферментативную активность чернозема обыкновенного // Почвоведение. 2024. № 3. С. 412–427.
  28. Мощенко Д.И., Кузина А.А., Колесников С.И. Сравнительная оценка устойчивости черноземов Центрального Предкавказья и Кавказа к загрязнению свинцом, хромом, медью, никелем и нефтью // Устойчивое развитие горных территорий. 2020. Т. 12. № 1. С. 76. https://doi.org/10.21177/1998-4502-2020-12-1-76-87
  29. Мягкая И.Н., Лазарев, Е.В., Густайти, М.А., Кириченко И.С., Сарыг-оол Б.Ю. Ртуть в почвах и воздухе в районах антропогенных ореолов рассеяния и с повышенным природным геохимическим фоном // Экология и промышленность России. 2022. Т. 26. № 2. С. 44–50.
  30. Мязин В.П., Михайлютина С.И. Комплексная оценка техногенного загрязнения почв и продуктов питания тяжелыми металлами при размещении хвостохранилищ в Восточном Забайкалье // Горный информационно-аналитический бюл (научно-технический журнал). 2006. № 9. С. 164–170.
  31. Наджафова С.И. Воздействие тяжелых металлов на обилие бактерий рода Azotobacter в серо-бурых почвах Апшеронского полуострова // Агрохимия. 2023. № 4. C. 93–96.
  32. Неаман А., Яньез К. Дождевые черви как биоиндикаторы экологического состояния почв, загрязненных предприятиями меднодобывающей промышленности в Чили // Почвоведение. 2023. № 1. С. 81–88.
  33. Опекунова М.Г., Сомов В.В., Папян Э.Э. Загрязнение почв в районе воздействия горнорудных предприятий башкирского Зауралья // Почвоведение. 2017. № 6. С. 744–758.
  34. Пашкевич М.А., Алексеенко А.В., Нуреев Р.Р. Формирование экологического ущерба при складировании сульфидсодержащих отходов обогащения полезных ископаемых // Записки Горного института. 2023. № 260. С. 155–167.
  35. Петров Ю.С. Соколов А.А., Раус Е.В. Математическая модель оценки техногенного ущерба от функционирования горных предприятий // Устойчивое развитие горных территорий. 2019. Т. 11. № 4. С. 554–560.
  36. Петров Ю.С., Хадзарагова Е.А., Соколов А.А., Шарипзянова Г.Х., Таскин А.В. Основные принципы получения, передачи и хранения информации о параметрах техногенного цикла горно-металлургического предприятия // Горный информационно-аналитический бюл. 2020. № 11–1. С. 178–188.
  37. Почечун В.А., Макаров Я.А. Натурное обследование хвостохранилища качканарского промузла среднего Урала и оценка его воздействия на почву // Горный информационно-аналитический бюл. 2022. № 11–1. С. 68–79.
  38. Пузанов А.В., Бабошкина С.В., Рождественская Т.А., Горбачев И.В., Балыкин С.Н., Салтыков С.В. Оценка воздействия источника загрязнения техногенного происхождения на гидрохимический сток основных рудных элементов (на примере отвалов Алтайского горно-обогатительного комбината, бассейн р. Алей) // Экология и промышленность России. 2023. Т. 27. № 11. С. 54–60.
  39. Растанина Н.К., Колобанов К.А. Воздействие техногенного пылевого загрязнения на экосферу и здоровье человека закрытого горного предприятия Приамурья // Горные науки и технологии. 2021. № 6. С. 1.
  40. Растанина Н.К., Голубев Д.А., Шаврин Е.И. Состояние экосферы и здоровья населения в границах влияния закрытого горного предприятия Приморья // Горный информационно-аналитический бюл. (научно-технический журнал). 2021. № 3. С. 114–127.
  41. Самсонова В.П., Мешалкина Ю.Л. Часто встречающиеся неточности и ошибки применения статистических методов в почвоведении // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2020. № 102. С. 164–182.
  42. Сарапулова Г.И. Геохимический подход в оценке воздействия техногенных объектов на почвы // Записки Горного института. 2020. Т. 243. С. 388–392.
  43. Семячков А.И., Почечун В.А., Семячков К.А. Гидрогеоэкологические условия техногенных подземных вод в объектах размещения отходов // Записки Горного института. 2023. № 260. С. 168–179.
  44. Серегина Ю.Ю., Семенова И.Н., Суюндуков Я.Т., Хасанова Р.Ф., Кужина Г.Ш., Рафикова Ю.С. Оценка фитотоксичности почв в условиях техногенного воздействия предприятий горно-металлургического комплекса Республики Башкортостан // Экология и промышленность России. 2019. Т. 23. № 7. С. 67–71.
  45. Сосорова С.Б., Лаврентьева И.Н., Болонева Л.Н., Убугунов В.Л., Цыремпилов, Э.Г. Ферментативная активность почвогрунтов территории деятельности Джидинского вольфрамо-молибденового комбината (Западное Забайкалье) // Экология и промышленность России. 2021. Т. 25. № 7. С. 48–53.
  46. Сысо А.И., Соколов Д.А., Сиромля Т.И., Ермолов Ю.В., Махатков И.Д. Антропогенная трансформация свойств почв ландшафтов Таймыра // Почвоведение. 2022. № 5. С. 521–537.
  47. Терехова В.А., Федосеева Е. В., Бельфег Ю.В., Кирюшина А.П., Рычагова А.Г., Верховцева Н.В. Структура микробных комплексов при моделировании полиметаллического загрязнения и ремедиации агродерново-подзолистых почв // Вестник Моск. ун-та. Сер. 17, почвоведение. 2021. № 1. С. 38–45.
  48. Терехова В.А. Биотестирование экотоксичности почв при химическом загрязнении: современные подходы к интеграции для оценки экологического состояния (обзор) // Почвоведение. 2022. Т. 5. С. 1–14.
  49. Терехова В.А., Прудникова Е.В., Кирюшина А.П., Карпухин М.М., Плеханова И.О., Якименко О.С. Фитотоксичность тяжелых металлов в дерново-подзолистых почвах разной степени окультуренности // Почвоведение. 2021. № 6. С. 757–768.
  50. Фокина Н.В., Корнейкова М.В., Редькина В.В., Мязин В.А., Сухарева Т.А. Биологическая активность и химические свойства тундровых почв Чукотского автономного округа в условиях промышленного загрязнения // Почвоведение. 2022. № 1. С. 55–67.
  51. Храпай Е.С., Кузина А.А., Колесников С.И., Минникова Т.В., Казеев К.Ш. Оценка содержания тяжелых металлов в почве рекультивированного хвостохранилища Урупского горно-обогатительного комбината // Горный информационно-аналитический бюл. 2024. № 4. С. 56–68.
  52. Храпай Е.С., Кузина А.А., Колесников С.И., Минникова Т.В., Шерстнев А.К., Казеев К. Ш. Опыт оценки эффективности рекультивации хвостохранилища Урупского горно-обогатительного комбината по выполнению экосистемных функций сформированным почвоподобным телом // Экология и промышленность России. 2024 Т. 28 № 8. C. 67–71.
  53. Шабанов М.В., Маричев М.С., Минкина Т.М., Раджпут В.Д., Бауэр Т.В. Изменение эколого-геохимического состояния донных отложений в районе медно-колчеданных месторождений (на примере Карабашских месторождений меди) // Горный информационно-аналитический бюл. 2023. № 5-1. С. 117–134. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2023_51_0_117
  54. Юрак В.В., Апакашев Р.А., Лебзин М.С., Малышев А.Н. Оценка эффективности и экологичности сорбент-ориентированного метода восстановления загрязненных тяжелыми металлами и металлоидами почв // Горные науки и технологии. 2023. С. 327.
  55. Guo H., Nasir M., Lv J., Dai Y., Gao J. Understanding the variation of microbial community in heavy metals contaminated soil using high throughput sequencing. // Ecotoxicol. Environ. Safety. 2017. V. 144. P. 300–306. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2017.06.048
  56. Kolesnikov S.I., Evstegneeva N.A, Minnikova T.V., Timoshenko A.N., Tsepina N.I., Kazeev K.Sh. Assessment of ecotoxicity of tellurium in soils of contrasting properties. // Emerg Contam. 2024. V. 10 № 3. P. 100334. https://doi.org/10.1016/j.emcon.2024.100334
  57. Kolesnikov S.I., Minnikova T.V., Tsepina N.I., Evstegneeva N.A, Timoshenko A.N., Assessment of the Ecotoxicity of Ag, Bi, Te and Tl According to the Biological Indicators of Haplic Chernozem. // Appl. Sci. 2023. V. 12. P. 12854. http://dx.doi.org/10.3390/app122412854
  58. Kolesnikov S.I., Nevedomaya E.N., Kuzina A.A., Gaivoronskiy V.G, Minnikova T.V., Kazeev K.Sh., Minkina T.M., Ranjan A., Sushkova S.N., Shuvaev E.G., Antonenko E.M., Nemtseva A.A., Popov V., Rajput V. D. Limits of resistance of chernozems to petrol pollution: Comparative assessment of different subtypes // Appl. Soil Ecol. 2024. V. 203. P. 105670. http://dx.doi.org/10.1016/j.apsoil.2024.105670
  59. Lemmel F., Maunoury-Danger F., Fanesi A., Leyval C., Cébron A. Soil properties and multi-pollution affect taxonomic and functional bacterial diversity in a range of French soils displaying an anthropisation gradient // Microbial Ecol. 2019. V. 77. P. 993–1013. https://doi.org/10.1007/s00248-018-1297-7
  60. Li X., Meng D., Li J., Yin H., Liu H., Liu X., Yan M. Response of soil microbial communities and microbial interactions to long-term heavy metal contamination. // Environ. Poll. 2017. V. 231. P. 908–917. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2017.08.057
  61. Liu P., Yang Y., Li M. Responses of soil and earthworm gut bacterial communities to heavy metal contamination // Environ. Poll. 2020. V. 265. P. 114921. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.114921
  62. Luo Y., Pang J., Li C., Sun J., Xu Q., Ye J., Shi J. Long-term and high-bioavailable potentially toxic elements (PTEs) strongly influence the microbiota in electroplating sites. // Sci. Total Environ. 2022. V. 814. P. 151933. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.151933
  63. Minkina T.M., Linnik V.G., Nevidomskaya D.G., Bauer T.V., Mandzhieva S.S., Khoroshavin V.Y. Forms of Cu (II), Zn (II), and Pb (II) compounds in technogenically transformed soils adjacent to the Karabashmed copper smelter // J. Soils Sediments. 2018. Т. 18. С. 2217–2228. https://doi.org/10.1007/s11368-017-1708-2
  64. Minkina T. Nevidomskaya D., Bauer T., Shuvaeva V., Soldatov A., Mandzhieva S., Zubavichus Y., Trigub A. Determining the speciation of Zn in soils around the sediment ponds of chemical plants by XRD and XAFS spectroscopy and sequential extraction // Sci. Total Environ. 2018. Т. 634. С. 1165–1173. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.04.118
  65. Minnikova T.V. Kolesnikov S.I., Kuzina A.A., Trufanov D.A., Khrapay E.S, Trushkov A.V. enzymatic diagnostics of soil health of the European part of Russia with lead contamination. // Soil Sci. 2024. V. 8. № 3. P. 76. http://dx.doi.org/10.18412/1816-0395-2021-11-61-65
  66. Okewale I.A., Grobler H. Assessment of heavy metals in tailings and their implications on human health // Geosystems and Geoenviron. 2023. V. 2. P. 100203. http://dx.doi.org/10.1016/j.geogeo.2023.100203
  67. Tang B., Xu H., Song F., Ge H., Yue S. Effects of heavy metals on microorganisms and enzymes in soils of lead–zinc tailing ponds // Environ. Res. 2022. V. 207 P. 112174. https://doi.org/10.1016/j.envres.2021.112174

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Schematic map of soil sampling.

Download (2MB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Excess of PTE content in soil 5 m from the tailings storage facility, number of backgrounds.

Download (792KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Biological indicators of mountain-meadow chernozem-like soil at different distances from the tailings dump: 1 - catalase activity, 2 - dehydrogenase activity, 3 - invertase activity, 4 - urease activity, 5 - total number of bacteria, 6 - abundance of Azotobacter bacteria, 7 - radish germination, 8 - germination energy, 9 - uniformity of germination, 10 - germination rate, 11 - length of radish sprout roots, 12 - length of radish sprout shoots.

Download (1MB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Integrated indicator of biological state (IIBS) of soil at different distances from the tailings storage facility.

Download (698KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences