The Content of Heavy Metals and Sulfur in Forest Ecosystemsin the Pechenganikel Smelter’s Zone of Impact Due to the Reductionof Atmospheric Emissions

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

The relevance of the study is determined by the need to study the state of forest ecosystems in conditions of changing anthropogenic pressure and the practical significance of improving the monitoring system for sustainable forest management. The dynamics of the intake of pollutants with atmospheric precipitation, their accumulation in the soil and tree layer (using the example of an edificator species – Pinus sylvestris L.)with prolonged anthropogenic impact on forest ecosystems, as well as during the period of a sharp reduction in atmospheric emissions in the impact zone of the Pechenganikel smelter (Nickel village, Murmansk region). The studies were carried out in the period from 1991 to 2021 on the test areas of permanent monitoring plots located in pine forests at various distances from the source of atmospheric emissions (7, 14, 44 km). Between 1991 and 2020, the annual volume of industrial emissions of SO2, Ni and Cu into the atmosphere decreased. In December 2020, the release of pollutants into the atmosphere practically stopped due to the Pechenganikel metallurgical smelter being shut down. First of all, a sharp reduction in the emissions of pollutants into the atmosphere led to a change in the composition of snow and rainwater, the concentrations of pollutants (Ni, Cu, Co, Pb и Cd) in them approached regional background values. However, the concentrations of heavy metals and sulfur in the soil are still significantly higher than in typical forest ecosystems of the Murmansk region, due to the long period required for soil regeneration and self-purification.

About the authors

T. A. Sukhareva

Institute of Industrial Ecology Problems of the North, Kola Scientific Center, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: t.sukhareva@ksc.ru
Akademgorodok, 14a, Apatity, Murmansk region, 184209 Russian Federation

V. V. Ershov

Institute of Industrial Ecology Problems of the North, Kola Scientific Center, Russian Academy of Sciences

Email: t.sukhareva@ksc.ru
Akademgorodok, 14a, Apatity, Murmansk region, 184209 Russian Federation

E. A. Ivanova

Institute of Industrial Ecology Problems of the North, Kola Scientific Center, Russian Academy of Sciences

Email: t.sukhareva@ksc.ru
Akademgorodok, 14a, Apatity, Murmansk region, 184209 Russian Federation

References

  1. Chernen'kova T.V., Bochkarev Yu.N., Fridrikh M., Bet-tger T., The impact of natural and anthropogenic factors on radial tree growth on the northern Kola Peninsula, Contemporary Problems of Ecology, 2014, Vol. 7, No. 7, pp. 759–769. https://doi.org/10.1134/S199542551407004X
  2. Critical loads for sulphur and nitrogen. Report from Skokloster Workshop Skokloster, Sweden, Skokloster, 1988, available at: https://doi.org/10.1007/978-94-009-4003-1_11 (May 04, 2023).
  3. Current state of terrestrial ecosystems in the joint Norwegian, Russian and Finish Border Area in Northern Fennoscandia, Helsinki: Finish Forest Research Institute, 2008, 98 p.
  4. Dauval'ter V.A., Kashulin N.A., Akkumulyatsiya i migratsiya khimicheskikh elementov v arkticheskikh nazemnykh i vodnykh ekosistemakh v zone vliyaniya vybrosov kombinata “Pechenganikel'” (Accumulation and migration of chemical elements in Arctic terrestrial and aquatic ecosystems in the zone of influence of emissions from the Pechenganikel smelter), Trudy Karel'skogo nauchnogo tsentra RAN, 2018, No. 3, pp. 31–42.
  5. De Vries W., Banker D.J., Manual for calculating critical load of heavy metals for soils and surface water, Report of DLO Winland Staring Centre, Wageningen (The Neterlands), 1996, No. 114, 133 p.
  6. De Vries W., Dobbertin M.H., Solberg S., van Dob- ben H.F., Schaub M., Impacts of acid deposition, ozone exposure and weather condition on forest ecosystem in Europe: an overview, Plant and Soil. 2014. V. 380. № 1–2. P. 1–45. available at: https://doi.org/10.1007/s11104-014-2056-2 (May 04, 2023).
  7. Dinamika lesnykh soobshchestv Severo-Zapada Rossii (Dynamics of forest communities in North-western Russia), Saint Petersburg: Izd-vo BIN RAN, 2009, 275 p.
  8. Ershov V.V., Lukina N.V., Danilova M.A. et al., Assessment of the composition of rain deposition in coniferous forests at the northern tree line subject to air pollution, Russian Journal of Ecology, 2020, No. 4, pp. 319–328. https://doi.org/10.1134/S1067413620040050
  9. Evdokimova G.A., Mozgova N.P., Korneikova M.V., The content and toxicity of heavy metals in soils affected by aerial emissions from the Pechenganikel plant, Eurasian Soil Science, 2014, Vol. 47, No. 5, pp. 504–510.
  10. Fedorets N.G., Bakhmet O.N., Medvedeva M.V. et al., Tyazhelye metally v pochvakh Karelii (Heavy metals in soils of Karelia), Petrozavodsk: Karel'skii nauchnyi tsentr RAN, 2015, 222 p.
  11. Godovoi otchet PAO «GMK “Noril'skii nikel'”» za 2021 god (Annual report of PJSC MMC Norilsk Nickel for 2021), available at: https://www.nornickel.ru/upload/iblock/53b/k7mqjhb1n9o0y8eieu0adzgn3b98z8xg/NN_AR_2021_Book_RUS_26.09.22.pdf (May 04, 2023).
  12. Hale B., Robertson P., Plant community and litter composition in temperate deciduous woodlots along two field gradients of soil Ni, Cu and Co concentrations, Environmental Pollution, 2016, Vol. 212, pp. 41–47, available at: https://doi.org/10.1016/j.envpol.2016.01.032 (May 04, 2023).
  13. Isaeva L.G., Sukhareva T.A., Otsenka sostoyaniya zelenykh nasazhdenii v zone vozdeistviya kombinata “Pechenganikel'” (Murmanskaya oblast') (Assessment of the green spaces' state in the impact zone of the Pechenganikel smelter, the Murmansk region), Vestnik MGTU, 2021, Vol. 24, No. 1, pp. 97–106.
  14. Kashulina G., Caritat P., Reimann C., Snow and rain chemistry around the “Severonikel” industrial complex, NW Russia: Current status and retrospective analysis, Atmospheric Environment, 2014, Vol. 89, pp. 672–682. available at: https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2014.03.008 (May 04, 2023).
  15. Kislotnye osadki i lesnye pochvy (Acid precipitation and forest soils), Apatity: KNTs RAN, 1999, 320 p.
  16. Kol'skaya gorno-metallurgicheskaya kompaniya (promyshlennye ploshchadki “Nikel”' i “Zapolyarnyi”): vliyanie na nazemnye ekosistemy (Kola Mining and Metallurgical Company (industrial sites “Nickel” and “Zapolyarny”): Impact on terrestrial ecosystems), Ryazan: Golos gubernii, 2012, 92 p.
  17. Koptsik G.N., Koptsik S.V., Smirnova I.E., Kudryavtseva A.D., Turbabina K.A., Reaktsiya lesnykh ekosistem na sokrashchenie atmosfernykh promyshlennykh vybrosov v Kol'skoi Subarktike (The response of forest ecosystems to reduction in industrial atmospheric emission in the Kola Subarctic), Zhurnal obshchei biologii, 2016, Vol. 77, No. 2, pp. 145–163.
  18. Koptsik G.N., Lukina N.V., Smirnova I.E., The effect of industrial aerial pollution on the composition of soil solutions in podzols, Eurasian Soil Science, 2007, No. 2, pp. 203–214.
  19. Koptsik G.N., Ustoichivost' lesnykh pochv k atmosfernomu zagryazneniyu (Resistance of forest soils to air pollution), Lesovedenie, 2004, No. 4, pp. 61–71.
  20. Korhola A., Weckstrom J., Nyman M., Predicting the long-term acidification trends in small subarctic lakes using diatoms, Journal of Applied Ecology, 1999, No. 36, pp. 1021–1034.
  21. Kowalska A., Astel A., Boczoń A., Polkowska Ż., Atmospheric deposition in coniferous and deciduous tree stands in Poland, Atmospheric Environment, 2016, Vol. 133, pp. 145–155, available at: https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2016.03.033 (May 04, 2023).
  22. Kozlov M.V., Barcan V.S., Environmental contamination in the central part of Kola Peninsula: History, documentation and perception, Ambio, 2000, Vol. 29, No. 8, pp. 512–517.
  23. Lukina N.V., Nikonov V.V., Biogeokhimicheskie tsikly v lesakh Severa v usloviyakh aerotekhnogennogo zagryazneniya (Biogeochemical cycles in the Northern forests subjected to air pollution), Apatity: Izd-vo KNTs RAN, 1996, Part 1, 216 p.
  24. Lukina N.V., Nikonov V.V., Pogloshchenie aerotekhnogennykh zagryaznitelei rasteniyami sosnyakov na severo-zapade Kol'skogo poluostrova (Absorption of aerotechnogenic pollutants by pine forest plants in the north-west of the Kola Peninsula), Lesovedenie, 1993, No. 6, pp. 34–41.
  25. Lyanguzova I.V., Gorshkov V.V., Bakkal I.Yu., Bondaren-ko M.S., Vozdeistvie pochvennogo zagryazneniya tyazhelymi metallami na napochvennyi pokrov sosnyaka lishainikovo-zelenomoshnogo v usloviyakh polevogo eksperimenta (Influence of soil pollution (heavy metals) on the lichen pine forest soil cover in conditions of field experiment), Vestnik Povolzhskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universitet, Seriya: Les. Ekologiya. Prirodopol'zovanie, 2015, No. 3 (27), pp. 74–86.
  26. Methods for Integrated Monitoring in the Nordic Countries, Copenhagen: Nordic Council of Ministers, 1989, 280 p.
  27. Mikhailova I.N., Dynamics of epiphytic lichen communities in the initial period after reduction of emissions from a copper smelter, Russian Journal of Ecology, 2020, Vol. 51, No. 1, pp. 38–45.
  28. Reinds G.J., Groenenberg J.E., Vrieset W., Critical Loads of copper, nickel, zinc, arsenic, chromium and selenium for terrestrial ecosystems at a European scale, Wageningen: Alterra, 2006, 46 p.
  29. Reinds G.J., Ilyin I., Groenenberg B.-J., Hettelingh J.-P., Critical and present loads of cadmium, lead and mercury and their exceedances, for Europe and Northern Asia, In: Critical load, dynamic modelling and impact assessment in Europe: CCE Status Report, Bilthoven: Coordination Centre for Effects, Netherlands Environmental Assessment Agency, 2008, pp. 91–101.
  30. Shergina O.V., Mikhailova T.A., Kalugina O.V. Izmenenie biogeokhimicheskikh pokazatelei v sosnovykh lesakh pri tekhnogennom zagryaznenii (Change of biogeochemical indexes in pine forests under technogenic pollution), Sibirskii lesnoi zhurnal, 2018, No. 4, pp. 29–38. https://doi.org/10.15372/SJFS20180404
  31. Sokolova T.A., Dronova T.Ya., Artyukhov D.B., Korobova N.L., Pakhomov A.P., Tolpeshta I.I., Polevoe modelirovanie pervykh stadii vzaimodeistviya kislykh osadkov s lesnymi podzolistymi pochvami (Field modeling of the first stages of interaction between acid precipitation and forest podzolic soils), Pochvovedenie, 1996, No. 7, pp. 847–856.
  32. Sukhareva T.A., Ershov V.V., Isaeva L.G., Shkondin M.A. Otsenka sostoyaniya severotaezhnykh lesov v usloviyakh snizheniya promyshlennykh vybrosov kombinatom "Severonikel'"(Assessment of the state of the North taiga forests in terms of reducing industrial emissions by the Severonikel), Tsvetnye metally, 2020, No. 8, pp. 33–41.
  33. UNECE ICP Forests Programme Coordinating Centre: Manual on methods and criteria for harmonized sampling, assessment, monitoring and analysis of the effects of air pollution on forests, Eberswalde, Germany: Thünen Institute for Forests Ecosystems, 2020, available at: http://www.icp-forests.org/Manual.htm (September 27, 2024).
  34. Vorobeichik E.L., Natural recovery of terrestrial ecosystems after the cessation of industrial pollution. 1. А state-of-the-art review, Russian Journal of Ecology, 2022, Vol. 53, No. 1, p. 1–39.
  35. Vorobeichik E.L., Kaigorodova S.Y., Long-term dynamics of heavy metals in the upper horizons of soils in the region of a copper smelter impacts during the period of reduced emission, Eurasian Soil Science, 2017, Vol. 50, No. 8, pp. 977–990.
  36. Vorobeichik E.L., Trubina M.R., Khantemirova E.V., Bergman I.E., Long-term dynamic of forest vegetation after reduction of copper smelter emissions, Russian Journal of Ecology, 2014, Vol. 45, No. 6, pp. 498–507. https://doi.org/10.1134/S1067413614060150
  37. World Reference Base for Soil Resources. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps, Vienna, Austria: IUSS, 2022, 236 p.
  38. Yakhnin E.Ya., Tomilina O.V., Delarov D.A., Atmosfernye vypadeniya tyazhelykh metallov i ikh vliyanie na ekologicheskoe sostoyanie pochv (Atmospheric emissions of heavy metals and their impact on the ecological state of soils), Ekologicheskaya khimiya, 1997, Vol. 6, No. 4, pp. 253–259.
  39. Zakrzewska M., Klimek B., Trace element concentration in tree leaves and lichen collected along a metal pollution gradient near Olkusz (Soutern Poland), Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 2018, Vol. 100, No. 2, pp. 245–249, available at: https://doi.org/10.1007/s00128-017-2219-y (May 04, 2023).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».