Біологічні системи: теорія та інновації

Несанкціоновані сміттєзвалища, як джерело забруднення ґрунтів важкими металами: фітотоксичний аспект

Сергій Лелюшок, Олена Наумовська, Лілія Молдован
Завантажити статтю
Анотація

У статті розглянуто питання біотестування ґрунту як ефективного індикаторного підходу до оцінки екологічного стану земель, що зазнають антропогенного навантаження з боку локальних джерел забруднення. Об’єктами дослідження виступають зразки ґрунту, відібрані поблизу потенційно небезпечних техногенних ділянок, а саме з територій сміттєзвалищ. Проведено оцінку токсичності за допомогою фітотестів культури редьки олійної (Raphanus sativus d. var. oleifera Metzg.), що виявилася чутливим індикатором наявності шкідливих речовин у ґрунтовому середовищі. Паралельно здійснено аналітичне визначення вмісту важких металів (Cd, Pb, Zn, Cu) у ґрунтах. Результати фітотестування засвідчили зниження схожості насіння порівняно з контрольними зразками, що є свідченням токсичної дії ґрунтового середовища. Також спостерігалося зменшення енергії проростання та пригнічення росту первинної біомаси. Виявлено тісний кореляційний зв’язок між високим вмістом металів і пригніченням ростових параметрів культури редьки олійної, що вказує на взаємозалежність між хімічними показниками забруднення та біологічною відповіддю організмів. Зокрема, спостерігалося зменшення довжини проростків, що свідчить про біологічну активність важких металів. У деяких зразках було зафіксовано 30 % проростання, що свідчить про критичний рівень токсичності. Біотестування в поєднанні з хімічним аналізом дозволило виявити ділянки з найбільш критичним екологічним станом. Запропонований підхід може бути корисним для екологічних служб, органів місцевого самоврядування та установ, що займаються землеустроєм, для оперативного моніторингу стану ґрунтів та виявлення «гарячих точок» забруднення. Методика може бути адаптована для моніторингу промислових зон, зон санітарного нагляду, а також територій поблизу транспортних магістралей. Результати дослідження підтверджують доцільність використання інтегрованих підходів до моніторингу, що включають як аналітичні методи, так і біоіндикаційні тести. Такий підхід забезпечує більш об’єктивну оцінку ризиків для довкілля та може бути використаний для планування заходів з реабілітації забруднених територій, збереження родючості ґрунтів і сталого землекористування

Ключові слова

екотоксикологія; індекс проростання; біомоніторинг; ризики для агроекосистем; тест-рослини; токсикологічна чутливість

ЦИТУВАТИ
Leliushok, S., Naumovska, O., & Moldovan, L. (2025). Unauthorised landfills as a source of soil contamination with heavy metals: Phytotoxic aspect. Biological Systems: Theory and Innovation, 16(3), 42-61. https://doi.org/10.31548/biologiya/3.2025.42
Використані джерела
  1. Acharya, A., Perez, E., Maddox-Mandolini, M., & De La Fuente, H. (2023). The status and prospects of phytoremediation of heavy metals. arXiv. doi: 10.48550/arXiv.2312.14288.
  2. Albert, S., & Bloem, E. (2023). Ecotoxicological methods to evaluate the toxicity of bio-based fertilizer application to agricultural soils – a review. Science of the Total Environment, 903, article number 163076. doi: 10.1016/j.scitotenv.2023.163076.
  3. Alotaibi, M.O. (2024). Effect of cadmium and lead on the morphology and protein profile of Calligonum comosum seeds. Frontiers in Ecology and Evolution, 11, article number 1308943. doi: 10.3389/fevo.2023.1308943.
  4. Bae, J., Benoit, D.L., & Watson, A.K. (2016). Effect of heavy metals on seed germination and seedling behaviors of common ragweed and roadside ground cover legumes. Environmental Pollution, 213, 112-118. doi: 10.1016/j.envpol.2015.11.041.
  5. Borrelli, P., Robinson, D., Panagos, P., & Ballabio, C. (2020). Land use and climate change impacts on global soil water erosion (2015-2070). Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 117(36), 21994-22001. doi: 10.1073/pnas.2001403117.
  6. Bozym, M. (2022). Assessment of phytotoxicity of landfilled waste and foundry dust based on the direct test. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 109(6), 1095-1105. doi: 10.1007/s00128-022-03603-6.
  7. Chernykh, N., Baeva, Y., & Thoma, A. (2021). Content of heavy metals and arsenic in soils near Sharra landfill (Tirana, Albania). E3S Web of Conferences, 265, article number 03003. doi: 10.1051/e3sconf/202126503003.
  8. Convention on Biological Diversity. (1992, June). Retrieved from https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/995_030#Text.
  9. Datsko, O., Zakharchenko, E., Butenko, Y., Melnyk, O., Kovalenko, I., Onychko, V., Ilchenko, V., & Solokha, M. (2024). Ecological assessment of heavy metal content in Ukrainian soils. Journal of Ecological Engineering, 25(11), 100-108. doi: 10.12911/22998993/192669.
  10. DSTU 4770.2:2007. (2007). Soil quality – determination of mobile zinc compounds in soil in buffered ammonium acetate extract with pH 4.8 by atomic absorption spectrophotometry. Retrieved from https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page?id_doc=58850.
  11. DSTU 4770.3:2007. (2007). Soil quality – determination of mobile cadmium compounds in soil in buffered ammonium acetate extract with pH 4.8 by atomic absorption spectrophotometry. Retrieved from https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page?id_doc=58852.
  12. DSTU 4770.6:2007. (2007). Soil quality – determination of mobile copper compounds in soil in buffered ammonium acetate extract with pH 4.8 by atomic absorption spectrophotometry. Retrieved from https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page?id_doc=58930.
  13. DSTU 4770.9:2007. (2007). Soil quality – determination of mobile lead compounds in soil in buffered ammonium acetate extract with pH 4.8 by atomic absorption spectrophotometry. Retrieved from https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page.html?id_doc=58896.
  14. Du, C., & Li, Z. (2023). Contamination and health risks of heavy metals in the soil of a historical landfill in northern China. Chemosphere, 313, article number 137349. doi: 10.1016/j.chemosphere.2022.137349.
  15. Hazratqulov, S., von Ahlefeldt, G., Liu, R., Bessler, H., Almuina-Villar, H., Dieguez-Alonso, A., & Engels, C. (2024). Processing municipal waste for phytostabilization of heavy metal contaminated soils. Soil Systems, 8(4), article number 109. doi: 10.3390/soilsystems8040109.
  16. Illiash, A., Holik, V., Allesch, A., Chepurko, I., & Serha, T. (2023). Analysis of the morphological composition of municipal solid waste in regional centers of Ukraine. Environmental Problems, 8(4), 241-246. doi: 10.23939/ep2023.04.241.
  17. ISO 11269-1:2012. (2012). Soil quality – determination of the effects of pollutants on soil flora. Part 1: Method for the measurement of inhibition of root growth. Retrieved from https://www.iso.org/standard/51388.html.
  18. ISO 11269-2:2012. (2012). Soil quality – determination of the effects of pollutants on soil flora. Part 2: Effects of contaminated soil on the emergence and early growth of higher plants. Retrieved from https://www.iso.org/standard/51382.html.
  19. ISO 22030:2005. (2005). Soil quality – biological methods – chronic toxicity for higher plants. Retrieved from https://www.iso.org/standard/36065.html.
  20. Kucher, L., Krasnoshtan, I., Nedilska, U., Muliarchuk, O., Manzii, O., Menderetsky, V., Boroday, V., Beregniak, E., Voitsekhivskyi, V., & Myronycheva, O. (2023). Heavy metals in soil and plants during revegetation of coal mine spoil tips and surrounded territories. Journal of Ecological Engineering, 24(7), 234-245. doi: 10.12911/22998993/164756.
  21. Laptiev, V., Giltrap, M., Tian, F., & Ryzhenko, N. (2024). Assessment of heavy metals (Cr, Cu, Pb, and Zn) bioaccumulation and translocation by Erigeron canadensis L. in polluted soil. Pollutants, 4(3), 434-451. doi: 10.3390/pollutants4030029.
  22. Melnychenko, V. (2024). Phytoremediation of soils contaminated as a result of military and anthropogenic impact. Scientific Reports of the National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine, 20(4), 72-84. doi: 10.31548/dopovidi/3.2024.72.
  23. Morales-Hernández, S., López-Martínez, S., Jiménez-Pérez, N.C., Lagunas-Rivera, S., Morales-Bautista, C.M., & Hernández-Núñez, E. (2022). Phytoremediation plants of metals in leached urban solid waste: Phytoremediation in landfill. Horticulture International Journal, 6(4), 189-194. doi: 10.15406/hij.2022.06.00264.
  24. Phoungthong, K., Zhang, H., Shao, L. & He, P.-J. (2016). Variation of the phytotoxicity of municipal solid waste incinerator bottom ash on wheat (Triticum aestivum L.) seed germination with leaching conditions. Chemosphere, 146, 547-554. doi: 10.1016/j.chemosphere.2015.12.063.
  25. Sabir, M., Baltrenaitė-Gedienė, E., Ditta, A., Ullah, H., Kanwal, A., Ullah, S., & Faraj, T.K. (2022). Bioaccumulation of heavy metals in a soil-plant system from an open dumpsite and the associated health risks through multiple routes. Sustainability, 14(20), article number 13223. doi: 10.3390/su142013223.
  26. Sanjosé, I., Navarro Roldán, F., Infante Izquierdo, M.D., Martínez Sagarra, G., Devesa, J.A., Polo, A., Ramírez Acosta, S., Sánchez Gullón, E., Jiménez Nieva, F.J., & Muñoz Rodríguez, A.F. (2021). Accumulation and effect of heavy metals on the germination and growth of Salsola vermiculata L. seedlings. Diversity, 13(11), article number 539. doi: 10.3390/d13110539.
  27. Satin, I.V., & Panchenko, O.S. (2021). Improving the methodology for analyses of the morphological composition of municipal solid waste with stratification approach. Environmental Safety and Natural Resources, 40(4), 110-120. doi: 10.32347/2411-4049.2021.4.110-120.
  28. Sharifi-Rad, M. (2017). Phytotoxic effects of heavy metals on seed germination and seedling growth of medical plant, hyssop (Hyssopus officinalis L.). Journal of Medicinal Plants and By-products, 6(2), 247-253. doi: 10.22092/jmpb.2017.113548.
  29. Tarariko, O.H., Kuchma, T.L., Ilienko, T.V., & Demianiuk, O.S. (2017). Erosion degradation of soils in Ukraine under climate change. Agroecological Journal, 1, 7-15. doi: 10.33730/2077-4893.1.2017.174156.