Bioproductivity and Trace Element Composition of Cereal-Legume Grass Mixtures in Technozem when Applying Mineral Fertilizers

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

The influence of sowing cereal-legume grass mixtures and application of mineral fertilizers on technozem created after the liquidation of the tailing dump of the Dzhida tungsten-molybdenum combine (Republic of Buryatia) on the change of trace element concentrations in plants and formation of turf, limiting the spread of pollutants and reducing environmental risks was assessed. The content of gross and mobile forms of some trace elements in the upper sandy loam layer of technozem was higher than in the background soil, exceeded the median background for the soils of Transbaikalia and in some cases the maximum permissible concentrations, and by the coefficient of total pollution (Zc = 18.8) it was characterized as moderately hazardous, the lower loam – non-hazardous (Zc = 4). It was revealed that the application of fertilizers reduced the concentration of trace elements and their accumulation coefficients in plants. According to the intensity of biological uptake, most of the elements in the aboveground phytomass belonged to the group of medium capture, in the underground – medium and intensive uptake, which indicates its phytostabilizing role. It was found that bioproductivity of grass mixtures in the control was low. Fertilizer application increased this indicator in the second year of grasses life to the average level, in the third year – to a high level, and in the fourth year turf was formed, fixing the surface layers and contributing to the increase of organic matter compared to its initial amount. Тhe research results can be used on technozems created from overburden dumps for phytostabilization and initiation of organic matter accumulation in them by sowing high-yielding perennial grasses and applying mineral fertilizers.

Full Text

Restricted Access

About the authors

L. N. Boloneva

Institute of General and Experimental Biology SB RAS

Email: ldm-boloneva@mail.ru
Russian Federation, Ulan-Ude, 670047

I. N. Lavrentieva

Institute of General and Experimental Biology SB RAS

Author for correspondence.
Email: ldm-boloneva@mail.ru
Russian Federation, Ulan-Ude, 670047

M. G. Merkusheva

Institute of General and Experimental Biology SB RAS

Email: ldm-boloneva@mail.ru
Russian Federation, Ulan-Ude, 670047

L. L. Ubugunov

Institute of General and Experimental Biology SB RAS

Email: ldm-boloneva@mail.ru
Russian Federation, Ulan-Ude, 670047

V. L. Ubugunov

Institute of General and Experimental Biology SB RAS

Email: ldm-boloneva@mail.ru
Russian Federation, Ulan-Ude, 670047

S. B. Sosorova

Institute of General and Experimental Biology SB RAS

Email: ldm-boloneva@mail.ru
Russian Federation, Ulan-Ude, 670047

References

  1. Биологическая рекультивация и мониторинг нарушенных промышленностью земель. Екатеринбург, 2008. 256 с.
  2. Богатиков О.А., Бортников Н.С., Карамурзов Б.С., Докучаев А.Я., Гурбанов А.Г. Техногенные месторождения полезных ископаемых: основные аспекты на современном этапе (на примере Тырныаузского месторождения) // Доклады Академии наук. 2014. Т. 456. № 2. С. 213–218.
  3. Бортников Н.С., Гурбанов А.Г., Богатиков О.А., Карамурзов Б.С., Докучаев А.Я., Лексин А.Б., Газеев В.М., Шевченко А.В. Оценка воздействия захороненных промышленных отходов Тырныазуского вольфрамо-молибденового комбината на экологическую обстановку (почвенно-растительный слой) прилегающих территорий Приэльбрусья (Кабардино-Балкарская республика, Россия) // Геоэкология, инженерная геология, гидрогеология, геокриология. 2013. № 5. С. 405–416.
  4. Брукс Р.Р. Биологические методы поисков полезных ископаемых. М., 1996, 312 с.
  5. Водяницкий Ю.Н. Формулы оценки суммарного загрязнения почв тяжелыми металлами и металлоидами // Почвоведение. 2010. № 10. С. 1276–1280.
  6. Герасимова М.И., Строганова М.Н., Можарова Н.В., Прокофьева Т.В. Антропогенные почвы. М.: Изд-во Юрайт, 2018. 237 с.
  7. Гигиеническая оценка качества почвы населенных мест: Методические указания. М.: Федеральный центр госсанэпиднадзора Минздрава России, 1999. 38 с.
  8. Головин А.А., Москаленко Н.Н., Ачкасов А.И., Волочкович К.Л., Гуляева Н.Г., Гусев Г.С., Килипко В.А., Криночкин Л.В., Морозова И.А., Трефилова Н.Я., Гинзбург Л.Н., Бедер А.Б., Клюев О.С., Колотов Б.А. Требования к производству и результатам многоцелевого геохимического картирования масштаба 1:200 000. М.: Изд-во Ин-та минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов, 2002. 92 с.
  9. ГОСТ 17.5.1.03–86. Охрана природы. Земли. Классификация вскрышных и вмещающих пород для биологической рекультивации земель // Сб. ГОСТов. М.: ИПК Издательство стандартов, 2002. С. 23–28.
  10. Гурбанов А.Г., Богатиков О.А., Винокуров С.Ф., Карамурзов Б.С., Газеев В.М., Лексин А.Б., Шевченко А.В., Долов С.М., Дударов З.И. Геохимическая оценка экологической обстановки в районе деятельности Тырныаузского вольфрамо-молибденового комбината (Кабардино-Балкарская республика, Северный Кавказ): источники загрязнения окружающей среды, влияние на соседние территории и меры по реабилитации // Доклады АН. 2015. Т. 464. № 3. С. 328–333.
  11. Добровольский В.В. Основы биогеохимии. М.: Академия, 2003. 400 с.
  12. Дорошкевич С.Г., Смирнова О.К., Дампилова Б.В., Гайдашев В.В. Оценка состояния почв и растительности г. Закаменска (Бурятия): последствия деятельности Джидинского вольфрамо-молибденового комбината // Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология. 2016. № 5. С. 427–441.
  13. Дорошкевич С.Г., Смирнова О.К., Предеин П.А. Биологическая активность почв в зоне влияния Джидинского вольфрамо-молибденового комбината (Западное Забайкалье) // Вестник Северо-Восточного научного центра ДВО РАН. 2015. № 2. С. 40–47.
  14. Иванов Г.М. Микроэлементы-биофилы в ландшафтах Забайкалья. Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 2007. 239 с
  15. Ильин В.Б. Тяжелые металлы и неметаллы в системе почва–растение. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2012. 220 с.
  16. Ильин В.Б., Сысо А.И. Микроэлементы и тяжелые металлы в почвах и растениях Новосибирской области. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2001. 229 с.
  17. Казнина Н.М. Физиолого-биохимические и молекулярно-генетические механизмы устойчивости растений семейства Poaceae к тяжелым металлам. Дис. … докт. биол. наук. Петрозаводск, 2016. 358 с.
  18. Канищев А.Д., Менакер Г.И. Среднее содержание 15 рудообразующих химических элементов в земной коре центрального и восточного Забайкалья. Чита: Изд-во Мин-ва геол. РСФСР, 1972. 11 с.
  19. Кашин В.К. Cодержание микроэлементов в пырее в Западном Забайкалье // Агрохимия. 2020. № 3. С. 55–61.
  20. Ковда В.А. Биогеохимические циклы в природе и их нарушение человеком // Биогеохимические циклы в биосфере. М., 1976. С. 19–85.
  21. Копцик Г.Н. Современные подходы к ремедиации почв, загрязненных тяжелыми металлами (обзор литературы) // Почвоведение. 2014. № 7. С. 851–868.
  22. Копцик Г.Н. Проблемы и перспективы фиторемедиации почв, загрязненных тяжелыми металлами (обзор литературы) // Почвоведение. 2014. № 9. С. 1113–1130.
  23. 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. 969–982.
  24. Кущ Е.Д., Гребенников В.Г., Шипилов И.А. Продуктивность многолетних бобово-злаковых травосмесей в связи с ценотическим взаимодействием растений // Научный журнал Куб.ГАУ. 2011. № 66(2). С. 1–11.
  25. Меркушева М.Г., Убугунов Л.Л., Корсунов В.М. Биопродуктивность почв сенокосов и пастбищ сухостепной зоны Забайкалья. Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 2006. 515 с.
  26. Неаман А., Яньез К. Фиторемедиация почв, загрязненных выбросами медеплавильного производства в Чили: результаты десятилетних исследований // Почвоведение. 2021. № 12. С. 1564–1572.
  27. Перельман А.И., Касимов Н.С. Геохимия ландшафта. М.: Астрея, 1999. 764 с.
  28. Плюснин А.М., Гунин В.И. Природные гидрогеологические системы, формирование химического состава и реакция на техногенное воздействие (на примере Забайкалья). Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 2001. 137 с.
  29. Практикум по агрохимии / Под ред. Минеева В.Г. М.: Изд-во МГУ, 2001. 689 с.
  30. Сает Ю.Е., Ревич Б.А., Янин Е.П., Смирнова Р.С., Башаркевич И.Л., Онищенко Т.Л., Павлова Л.Н., Трефилова Н.Я., Ачкасов А.И., Саркисян С.Ш. Геохимия окружающей среды. М.: Недра, 1990. 335 с.
  31. СанПиН 1.2.3685–21 “Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания. 29 января 2021 г. № 62296. https://fsvps.gov.ru/sites/default/files/npa-files/2021/ 01/28/sanpin1.2.3685–21.pdf
  32. Серегин И.В., Кожевникова А.Д. Роль тканей корня и побега в транспорте и накоплении кадмия, свинца, никеля и стронция // Физиология растений. 2008. Т. 55. С. 5–26.
  33. Смирнова О.К., Плюснин А.М. Джидинский рудный район (проблемы состояния окружающей среды). Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 2013. 180 с.
  34. Смирнова О.К., Сарапулова А.Е., Цыренова А.А. Особенности нахождения тяжелых металлов в геотехногенных ландшафтах Джидинского вольфрамо-молибденового комбината // Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология. 2010. № 4. С. 319–327.
  35. Тимофеев И.В., Кошелева Н.Е. Оценка эколого-геохимического состояния древесных растений в горнопромышленных ландшафтах (г. Закаменск, Республика Бурятия) // Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии: Сб. научн. ст. по материалам XV междунар. научн.-практ. конф. Барнаул: Концепт, 2016. С. 463–472.
  36. Уиттекер Р. Сообщества и экосистемы. М.: Прогресс, 1980. 327 с.
  37. Чернова О.В., Безуглова О.С. Опыт использования данных фоновых концентраций тяжелых металлов при региональном мониторинге загрязнения почв // Почвоведение. 2019. № 8. С. 1015–1026. https://doi.org/10.1134/S0032180X19080045
  38. Яковлев А.С., Плеханова И.О., Кудряшов С.В., Аймалетдинов Р.А. Оценка и нормирование экологического состояния почв в зоне деятельности предприятий металлургической компании “Норильский никель” // Почвоведение. 2008. № 6. С. 737–750.
  39. Carrier P., Baryla A., Havaux M. Cadmium distribution and microlocalization in oilseed rape plants (Brassica napus) after long-term grown on cadmium-contaminated soil // Planta. 2003. V. 216. P. 939–950. https://doi.org/10.1007/s00425–002–0947–6
  40. Dickinson N.M., Baker A.J.M., Doronila A., Laidlaw S., Reeves R.D. Phytoremediation of inorganics: realism and synergies // Intern. J. Phytoremediation. 2009. V. 11. P. 97–114. https://doi.org/10.1080/15226510802378368
  41. Greger M., Landberg T. Use of willow in phytoextraction // Int. J. Phytorem. 1999. V. 1. № 2. Pр. 115–123. https://doi.org/10.1080/15226519908500010
  42. He Z.L., Yang X.E., Stoffella P.J. Trace elements in agroecosystems and impacts on the environment // J. Trace Elements Medicine Biol. 2005. P. 125–140. https://doi.org/10.1016/j.jtemb.2005.02.010
  43. Heavy Metals in Soils / Еd. Alloway B.J. N.Y.: Wiley & Sons, 1990. 339 p.
  44. Kabata-Pendias A. Trace Elements in Soils and Plants. Boca Raton, FL: CRC Press, 2011. 548 p.
  45. Kloke A. Richtwerte’80. Orientierungsdaten für tolerierbare Gesamtgehalte einger Elemente in Kulturböden // Mitteilungen VDLUFA. 1980. V. 1/3. P. 9–11.
  46. Nazar R., Iqbal N., Masood A., Khan M., Syeed S., Khan N. Cadmium Toxicity in Plants and Role of Mineral Nutrients in Its Alleviation // Am. J. Plant Sci. 2012. V. 3. 2012. Р. 1476–1489. https://doi.org/10.4236/ajps.2012.310178.
  47. Padmavathiamma P.K., Li L.Y. Rhizosphere influence and seasonal impact on phytostabilisation of metals -a field study // Water, Air, Soil Pollut. 2012. V. 223. P. 107–124. https://doi.org/10.1007/s11270–011–0843–4
  48. Phytotechnology Technical and Regulatory Guidance and Decision Trees, Revised. Technical // Regulatory Guidance. Washington, DC: ITRC, 2009. 175 p.
  49. SUMATECS. Sustainable management of trace element contaminated soils -Development of a decision tool system and its evaluation for practical application. Final Research Report / Ed. Puschenreiter M. Vienn: Universitat fur Bodenkultur Wien (BOKU), 2008. 314 p.
  50. Wang F., Li Y, Zhang Q., Qu J. Phytoremediation of cadmium, lead and zinc by Medicago sativa L. (alfalfa): A study of different period // Bulgarian Chem. Commun. 2015. V. 47. P. 167–172.
  51. White P.J., Brown P.H. 2010. Plant nutrition for sustainable development and global health // Annals of Botany. 2010. V. 105. P. 1073–1080. https://doi.org/10.1093/aob/mcq085

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig.1

Download (424KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies