ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ ХРАНИЛИЩ ОТХОДОВ ОБОГАЩЕНИЯ РЕДКОМЕТАЛЛЬНЫХ РУД

Проведена интегральная оценка токсичности средней пробы хвостов обогащения лопаритовых руд и отделённой тонкой фракции (-0.071 мм) методом фитотестирования в элюатном и контактном исполнении с использованием стандартных тест-культур: овёс посевной Avena sativa L., редис Raphanus sativus и пшеница мягкая Tríticum aestívum. Установлен фитотоксический эффект, который оказывает водная вытяжка тонкой фракции хвостов на Avena sativa L. Проведена оценка пригодности хвостов к рекультивации, в том числе определены неблагоприятные характеристики для произрастания растений и самозарастания поверхности хвостохранилища. Низкое содержание глинистых частиц, повышенный уровень рН водной вытяжки, низкая гигроскопическая влажность, повышенное содержание подвижных форм Al определены как главные факторы, затрудняющие проведение биологической рекультивации. Для определения пределов толерантности высших растений контактным методом в искусственной почве, загрязнённой монокомпонентными растворами солей Ce, La, Zn, Cu, Sr, Mn, проращивали семена Raphanus sativus и Tríticum aestívum. По итогам проведённого фитотестирования отмечено снижение надземной биомассы относительно контроля для наибольшей концентрации Се и первого разбавления. Из рассматриваемых металлов наиболее выраженное негативное действие на тест-культуры выявлено для Mn. Для Sr и Zn фитотоксический эффект не настолько яркий. В почве с содержанием Cu до 20ПДК семена тест-культур проросли без явных отличий от более низких уровней загрязнения, визуально можно отметить пожелтение ростков. Для установления пределов толерантности высших растений к РЗЭ и ТМ элюатным методом были приготовлены растворы с заданным содержанием металлов. Дополнительно для Cе и La была оценена фитотоксичность согласно существующей методике Allium-теста без предварительного проращивания луковиц Allium cepa L. Результаты элюатного фитотестирования выявили фитотоксическое действие на Avéna satíva L.концентрированных растворов La и Ce. Из рассматриваемых ТМ наибольшее негативное воздействие обнаружено для Cu, далее по мере уменьшения угнетающего действия можно расположить в ряд Zn, Sr, Mn.Закономерно, раствор, приготовленный из смеси солей металлов, также оказывает сильное фитотоксическое действие на Avéna satíva L. Анализ результатов Allium-теста: изменение клеток апикальной меристемы образцов нативных растворов, утолщение и пожелтение корневого чехлика, в совокупности со значительным замедлением роста корней по результатам микроскопического и элюатного исследования однозначно указывает на фитотоксическое действие La и Ce. В первой серии экспериментов по оценке возможности применения различных растений для фитостабилизации хвостохранилища почву загрязняли однокомпонентными растворами солей металлов, в грунт высеивали семена овсяницы красной (Festuca rubra L.), овсяницы луговой (Festuca pratensis Huds.), овса посевного (Avena sativa L.), рапса ярового (Brássica nápus), клевера лугового (Trifolium praténse) и редиса (Raphanus sativus) как представителей стандартных тест-культур и аборигенных растений разных видов – однодольные и двудольные. Во второй серии эксперимента семена Festuca rubra L., Festuca pratensis Huds., райграса пастбищного (Lolium perenne), тимофеевки луговой (Phleum pratense) высеивали в контейнеры с почвой, загрязнённой поликомпонентными растворами металлов. В эксперименте использовали нативный раствор, разбавленный в 5, 10 и 20 раз. Все эксперименты проводились в трёх повторностях. Результаты статистически обработаны. Рассчитывали среднее арифметическое и стандартное отклонение. Значимость различий по вариантам проверялась однофакторным дисперсионным анализом (p<0.05). Все статистические расчеты проводились в Microsoft Excel 2010. Надземную и подземную биомассу высушивали, измельчали и передавали на анализ. Контроль и качество анализа обеспечивались одновременным разложением и анализом аттестованных стандартных образцов: травосмесь ТР-1 (ГСО 8922-2007; СО КООМЕТ 0066-2008-RU). Средство измерения - масс-спектрометр ELAN 9000 (PerkinElmer, США). Метод анализа - ИСП-МС. Погрешность измерения не превышала 0.5 % при p = 0.95. На основе полученных результатов рассчитывали коэффициенты биоаккумуляции (КБ) – как отношение концентрации металла в тканях растения к концентрации металла в почве и транслокации (КТ) – как отношение концентрации в побегах к концентрации в корнях. Сделаны выводы о возможности применения рассматриваемых растений для очистки загрязнённых территорий за счёт фитостабилизации либо фитоэкстракции металлов растениями. По итогам двух серий экспериментов можно отметить, что изученные виды растений могут быть использованы для фитостабилизации редкометалльного хвостохранилища ввиду низкого значения КТ < 1 для РЗЭ. Для ряда культур можно отметить коэффициенты КТ > 1, что указывает на переход металлов в надземную часть растений, однако значения КТ не слишком велики, чтобы можно было выделить растения-гипераккумуляторы ТМ. В лабораторных условиях осуществлен эксперимент по подбору пылеподавителей для закрепления пылящих участков хвостохранилищ. Основное внимание уделено реагентам отечественного производства, поскольку приобретение зарубежных реагентов в условиях санкций затруднительно. Определена кинетика набора прочности покрытий, образованных связующими реагентами. Проведена оценка изменения водопроницаемости обработанных хвостов и растворимости полимеризовавшихся плёнок реагентов. Установлено, что связующий реагент показал лучшие прочностные характеристики в сравнении с битумной эмульсией, образовав покрытие, устойчивое к замораживанию и оттаиванию, что позволяет рекомендовать его так же для нанесения на пылящие участки хвостохранилища в осенний период для предупреждения пыления после схода снежного покрова весной. По итогам комплекса лабораторных и полевых исследований выбран реагент и оптимальный режим создания прочного полимерного покрытия для пылеподавления пылящих поверхностей. Проведены лабораторные и полевые эксперименты по применению выбранных реагентов (брусита, вермикулита и опоки) в качестве мелиорантов. В лабораторных условиях был проведен эксперимент по созданию одновидового сеяного фитоценоза (Festuca rubra L.) на техногрунте хвостохранилища. В условиях полевого эксперимента в июне 2023 г. были заложены опытные площадки (Festuca rubra L., Festuca pratensis Huds., Lolium perenne и Trifolium praténse - данные культуры являются традиционными составляющими травосмесей для рекультивации нарушенных территорий в условиях Субарктики и Арктики) на выведенном из эксплуатации хвостохранилище. Анализ полученных в ходе лабораторных экспериментов результатов показал, что внесение мелиорантов оказало стимулирующее действие на высоту растений и прирост надземной зелёной биомассы (p < 0.05). Результаты листовой диагностики Festuca rubra L. продемонстрировали в ходе эксперимента активное накопление основных элементов питания K, Ca, Mg, Si в надземной части растений и снижение доступности Al и Na для растений во всех опытных вариантах. Наибольший эффект был достигнут в вариантах 2 (вермикулит+опока) и 3 (вермикулит+брусит). Анализ отобранных с экспериментальных площадок на хвостохранилище проб растений показал качественно схожие результаты: отмечено снижение доступности Na, Al, La, Ce для растений во всех опытных вариантах. Наибольший эффект достигнут при внесении опоки и брусита в смеси с вермикулитом. Подтверждена эффективность внесения добавок в виде смесей вермикулита с Mg и Si-содержащими реагентами в хвосты обогащения для улучшения питательного режима, снижения токсичности Al, что способствует устойчивой фитостабилизации техногрунта. Также обосновано применение Festuca rubra L. в качестве посевного материала ввиду её металлорезистентности, что в значительной степени влияет на успех фиторемедиационных мероприятий