С середины прошлого века предельная допустимая концентрация веществ, загрязняющих почву, рассчитывалась в России исходя из санитарно-гигиенических норм, то есть из того, насколько они опасны для человека. Ученые ЮФУ выяснили, что некоторые вещества, признанные при таком подходе безопасными, на самом деле вредят экосистемам.

Южный федеральный университет заботится о повышении экологической безопасности: выпускает профессиональные кадры в сфере природопользования и проводит передовые научные исследования в Академии биологии и биотехнологии им. Д.И. Ивановского. Разработка наукоемких технологий, методов и стратегий сохранения и восстановления почвенных ресурсов также является важной задачей стратегии ЮФУ в рамках программы «Приоритет 2030» и программы развития ЮФУ до 2030 года.  

Так, одной из важнейших глобальных экологических проблем современности является загрязнение почвы — оно угрожает продовольственной безопасности человечества. Важным инструментом предотвращения загрязнения являются разработка и использование экологических нормативов качества почв.

Для разработки новых нормативов взамен устаревшим научные специалисты кафедры экологии и природопользования — заведующий кафедрой профессор Сергей Колесников, директор АБиБ ЮФУ, профессор Камиль Казеев, кандидат биологических наук Юлия Акименко и молодой преподаватель Наталья Евстигнеева — провели исследование «Оценка экотоксичности загрязнения потенциально токсичными элементами по биологическим показателям гапловых черноземов Юга России (Ростовская область)». Проект поддержан Президентским грантом по поддержке ведущих научных школ Российской Федерации и рядом других грантов.

«В настоящее время в России и в мире в основном используются “антропоцентрические” нормативы качества почв. При оценке опасности поллютантов (загрязняющих веществ) используют классы опасности, определенные по отношению к человеку. Сейчас в период перехода к экоцентризму все более актуальным становится экологическое нормирование содержания поллютантов в почве по опасности для экосистемы, полагая, что если защищена экосистема, то защищен и человек», — рассказал профессор Сергей Колесников.

По данным Всемирной организации здравоохранения, потенциально токсичными элементами (ПТЭ) считаются только 11 металлов: мышьяк (As), кадмий (Cd), кобальт (Co), хром (Cr), медь (Cu), ртуть (Hg), марганец (Mn), никель (Ni), свинец (Pb) и олово (Sn). При этом, говорится в исследовании ЮФУ, совершенно недооценивается токсичность теллура (Te), селена (Se), серебра (Ag), висмута (Bi), германия (Ge) и таллия (Tl). Так сложилось, потому что эти элементы не показывали никакого эффекта ни по одному биологическому индикатору при загрязнении почвы разовой дозой.

Но исследования последних 15 лет показали, например, что висмут накапливается медленно только в щелочных почвах, а в более кислых он подвижен и токсичен для биоты — он снижает ферментативную активность почвы, чем вредит почвенным бактериям, растениям и дождевым червям. А накопленный в почве таллий влияет на показатели всхожести растений из семян и содержание в них хлорофилла. Серебро снижает проницаемость биологических мембран, вызывает повреждение ДНК и метаболические нарушения — таких данных попросту не было, когда элементы ранжировали по степеням опасности.

Результаты проведенного в ЮФУ исследования позволили пересмотреть представления об опасности загрязнения окружающей среды химическими элементами, наиболее типичными для Ростовской области, — приоритетными полютантами (загрязнителями) для чернозема Haplic (название донского чернозема в международной системе почвенных ресурсов).

Была исследована экотоксичность двадцати трех металлов — Cd, Hg, Pb, Cr, Cu, Zn, Ni, Co, Mo, Mn, Ba, Sr, Sn, V, W, Ag, Bi, Ga, Nb, Sc, Tl, Y, Yb, пяти металлоидов (веществ, проявляющих некоторые свойства металлов) — B, As, Ge, Sb, Te и 2 неметаллов — F и Se.

Элементы вносились в почву в количестве 1, 10 и 100 миллиграммов на один килограмм почвы. Образцы чернозема смешивали с необходимой дозой оксида металла, металлоида или неметалла, после этого почву тщательно перемешивали и увлажняли. Образцы почвы инкубировали в вегетационных сосудах при температуре 20–22 °С, влажности почвы 55–60% и плотности почвы 1,2 г/см3. Лабораторно-аналитические исследования проводились через 30 суток после заражения.

Степень опасности элемента оценивали по наиболее чувствительным и информативным показателям биологической активности почвы: общей численности бактерий, обилию азотобактерных бактерий, активности каталазы, целлюлозолитической активности, изменению длины корня редьки.

По результатам исследования химические элементы были ранжированы на три класса по степени их экотоксичности: I класс — Te, Ag, Se, Cr, Bi, Ge, Sn, Tl, Hg, Yb, W, Cd; II класс — As, Co, Sc, Sb, Cu, Ni, B, Nb, Pb, Ga; III класс — Sr, Y, Mo, Zn, V, Ba, Mn, F.

«Поскольку в настоящее время до 95% продуктов питания человечество получает благодаря почве, применение указанных экологических нормативов качества почв в природоохранной деятельности играет важную роль в обеспечении продовольственной и экологической безопасности России и мира. Исследования по данной тематике обязательно будут продолжены, хотя бы по той причине, что с каждым годом появляется все больше новых веществ, опасность которых должна быть оценена», — поделилась доцент кафедры экологии и природопользования АБиБ ЮФУ Юлия Акименко.