Биодиагностика экотоксичности теллура и таллия в почвах Юга России

 
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ 
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Федеральное государственное автономное образовательное 
учреждение высшего образования 
«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» 
 
Академия биологии и биотехнологии им. Д. И. Ивановского 
 
 
 
 
 
 
 
БИОДИАГНОСТИКА ЭКОТОКСИЧНОСТИ ТЕЛЛУРА И ТАЛЛИЯ 
В ПОЧВАХ ЮГА РОССИИ 
 
Монография 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ростов-на-Дону – Таганрог 
Издательство Южного федерального университета 
2024

 
УДК 631.4:504(470.6)(035.3) 
ББК  40.3+20.18(235.7) я43 
   Б63 
 
Печатается по решению Комитета при Ученом совете Южного федерального 
университета по естественнонаучному и математическому направлению науки 
и образования (протокол № 9 от 15 июля 2024 г.) 
  
Рецензенты: 
заведующая кафедрой почвоведения и оценки земельных ресурсов Академии 
биологии и биотехнологии им. Д. И. Ивановского Южного федерального 
университета, доктор биологических наук Т. М. Минкина; 
заместитель директора по экологическим вопросам ООО «Северо-Кавказский 
экспертный центр», кандидат биологических наук М. Г. Жаркова 
 
Авторский коллектив: 
Евстегнеева Н. А., Колесников С. И., Минникова Т. В., 
Тимошенко А. Н., Казеев К. Ш. 
 
 
 
Б63     Биодиагностика экотоксичности теллура и таллия в почвах Юга России : 
монография / Н. А. Евстегнеева, С. И., Колесников, Т. В. Минникова и др. ; Южный 
федеральный университет. – Ростов-на-Дону ; Таганрог : Издательство Южного 
федерального университета, 2024. – 147 с.  
ISBN 978-5-9275-4734-0 
DOI 10.18522/801333039 
 
В монографии дана оценка экологической токсичности теллура и таллия методами биодиагностики по состоянию и функционированию почв Юга России, отличающихся свойствами, определяющими подвижность в почве металлов и металлоидов: чернозема обыкновенного, бурой лесной слабоненасыщенной почвы, 
серопесков. Определены концентрации теллура и таллия, не вызывающие нарушения экосистемных функций почв. Дана оценка устойчивости почв к загрязнению теллуром и таллием. Определены наиболее чувствительные и информативные 
показатели биологического состояния почв к загрязнению теллуром и таллием. 
Книга адресована специалистам в области экологии, почвоведения, природопользования, охраны окружающей среды, а также студентам и аспирантам. 
Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного 
фонда (22-24-01041), Программы стратегического академического лидерства Южного федерального университета «Приоритет 2030» (СП-12-22-10, СП-12-23-01, 
СП-12-24-04), Министерства образования и науки Российской Федерации 
(5.5735.2017/8.9), Президента Российской Федерации (НШ-9072.2016.11, 
НШ-3464.2018.11, НШ-2511.2020.11, НШ-449.2022.5, МК-2688.2022.1.5.8) 
 
УДК 631.4:504(470.6)(035.3) 
ББК 40.3+20.18(235.7) я43 
ISBN 978-5-9275-4734-0 
© Южный федеральный университет, 2024 
© Оформление. Макет. Издательство 
 Южного федерального университета, 2024

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
ВВЕДЕНИЕ .......................................................................................................... 5 
 
ГЛАВА 1. ЭКОТОКСИЧНОСТЬ ТЕЛЛУРА И ТАЛЛИЯ ............................... 7 
1.1. Воздействие теллура на состояние экосистемы ............................. 8 
1.1.1. Содержание теллура в окружающей среде .............................. 8 
1.1.2. Источники поступления теллура в окружающую среду ........ 9 
1.1.3. Токсичность теллура для живых организмов ....................... 10 
1.2. Воздействие таллия на состояние экосистемы ............................ 13 
1.2.1. Содержание таллия в окружающей среде ............................. 13 
1.2.2. Источники поступления таллия в окружающую среду ........ 14 
1.2.3. Токсичность таллия для живых организмов ......................... 16 
 
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ............................... 19 
2.1. Объекты исследования ................................................................... 19 
2.2. Методика исследования .................................................................. 21 
2.3. Методы исследования ..................................................................... 23 
2.4. Интегральный показатель биологического состояния почв ....... 27 
2.5. Статистическая обработка результатов ........................................ 28 
 
ГЛАВА 3. ОЦЕНКА ЭКОТОКСИЧНОСТИ ТЕЛЛУРА 
ПО БИОЛОГИЧЕСКИМ СВОЙСТВАМ ПОЧВ ........................... 29 
3.1. Влияние загрязнения соединениями теллура  
на биологические показатели чернозема обыкновенного ........... 29 
3.2. Влияние загрязнения соединениями теллура  
на биологические показатели бурой лесной почвы ...................... 42 
3.3. Влияние загрязнения соединениями теллура  
на биологические показатели серопесков ..................................... 58 
3.4. Оценка информативности и чувствительности  
биологических показателей при загрязнении почв теллуром ..... 69 
3.5. Интегральная оценка токсичности теллура  
в почвах Юга России ........................................................................ 71 

ГЛАВА 4. ОЦЕНКА ЭКОТОКСИЧНОСТИ ТАЛЛИЯ 
ПО БИОЛОГИЧЕСКИМ СВОЙСТВАМ ПОЧВ .......................... 74 
4.1. Влияние загрязнения соединениями таллия  
на биологические показатели чернозема обыкновенного ........... 74 
4.2. Влияние загрязнения соединениями таллия  
на биологические показатели бурой лесной почвы ..................... 88 
4.3. Влияние загрязнения соединениями таллия  
на биологические показатели серопесков ................................... 103 
4.4. Оценка информативности и чувствительности  
биологических показателей при загрязнении почв таллием .... 115 
4.5. Интегральная оценка токсичности таллия  
в почвах Юга России ..................................................................... 117 
 
ГЛАВА 5. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ 
К ЗАГРЯЗНЕНИЮ ТЕЛЛУРОМ И ТАЛЛИЕМ ПОЧВ  
ЮГА РОССИИ ............................................................................... 121 
 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ .............................................................................................. 125 
ЛИТЕРАТУРА ................................................................................................ 127 

ВВЕДЕНИЕ 
 
На сегодняшний день тяжелые металлы и металлоиды считаются одними 
из основных загрязнителей окружающей среды (Водяницкий, 2012; Raj et al., 
2011; Sun et al., 2019; Adimalla, 2020). В то же время не все тяжелые металлы 
и металлоиды исследованы в достаточной степени. Например, негативное 
воздействие Pb, Cd, Cu, Zn, Cr, Ni, Mo, Co, B, Se, As, Mn, Ba, V, Sb, Sr, Sn, W изучено многими авторами (Колесников и др., 2000, 2006, 2014; Минкина, 2004, 
2009, 2017; Манджиева, 2009; Алексеенко, 2013; Горбов и др., 2015; Дауд, 
2019; Федоров и др., 2022; Евстегнеева и др., 2022, 2023а; Тимошенко и др., 
2024; Sun et al., 2019; Adimalla, 2020; Jiang et al., 2020; Sudina et al., 2021; 
Tsepina N. et al., 2022), а экотоксичность теллура и таллия исследована недостаточно (Водяницкий, 2012; Kolesnikov, 2019). 
Загрязнение окружающей среды теллуром резко выросло в последние десятилетия (Qin et al. 2017; Presentato et al., 2019). В почвах, находящихся 
вблизи предприятий, на которых ведется сортировка и утилизация электронных отходов, зафиксировано превышение содержания теллура в 10 раз 
(Grygoyć, Jabłońska-Czapla, 2021). Загрязнение теллуром почв, поверхностных и грунтовых вод создает большую опасность для биоты (Li Z. et al., 2022).  
Масштабы и степень загрязнения почв таллием с каждым годом увеличиваются (Касимов, Власов, 2012). Согласно исследованиям, острая и хроническая токсичность таллия выше, чем у других элементов, таких как свинец, кадмий, мышьяк и ртуть (Wang, et al., 2021). Основными источниками 
загрязнения почв таллием считаются отходы плавильных и горнодобывающих производств, а также угольные электростанции и цементная, электронная, фармацевтическая промышленности (Kazantzis, 2000; Antón, et al., 2013; 
Vaněk et al., 2018; Liu et al., 2019). 
Несмотря на высокую токсичность теллура и таллия, немного известно 
об их поведении в почве и последующем влиянии на активность ферментов, почвенные микроорганизмы, растения. В связи с растущей тенденцией 
загрязнения окружающей среды (Doulgeridou et al., 2020), в частности почв, 
представляется актуальным детальное изучение вопроса, связанного с качеством почв, загрязненных теллуром и таллием. В том числе оценка токсичности теллура и таллия для живых организмов, основанная на оценке доступности этих элементов в окружающей среде, а не только на измерениях 

Введение 
 
6 
их общего содержания. При оценке устойчивости почв к загрязнению 
теллуром и таллием целесообразно использовать биологические показатели 
состояния почв (Терехова, 2022; Kolesnikov et al., 2021). 
Цель исследования – оценка экотоксичности теллура и таллия по биологическим показателям состояния почв Юга России.

ГЛАВА. 1.  
ЭКОТОКСИЧНОСТЬ ТЕЛЛУРА И ТАЛЛИЯ 
 
С быстрым развитием индустриализации и урбанизации промышленная 
деятельность привела к увеличению встречаемости и уровней токсичных 
элементов в окружающей среде (Касимов, Власов, 2012). Загрязнение почвы 
в результате промышленной деятельности является одной из универсальных проблем во всем мире. Большое количество опасных отходов, содержащих тяжелые металлы (ТМ) и металлоиды, образующиеся в результате 
горнодобывающей, металлургической и другой промышленной деятельности, проникают в почвы и экосистемы различными путями из-за ненадлежащего управления отходами или неэффективного контроля загрязнения 
(Konstantinova et al., 2023; Neaman et al. 2020; Shu et al., 2018; Vaněk et al., 
2018; Xiao et al., 2012). 
Любой химический элемент, который обнаружен в форме или концентрации, наносящей вредное воздействие окружающей среде или человеку, можно считать загрязнителем, будь то металл, металлоид или неметалл 
(McIntyre, 2003). 
Так как тяжелые металлы не подвержены биологическому разложению, 
они могут накапливаться в окружающей среде и почве, образуя труднорастворимые соединения (Алексеев, 1987; Ali et al. 2013). А из-за их возросшего 
количества в результате промышленного прогресса и различных видов человеческой деятельности (Kabata-Pendias, 2011) на сегодняшний день тяжелые 
металлы считаются основными, крайне опасными загрязнителями окружающей среды (Перельман, Касимов, 1999; Raj et al., 2011). Дополнительно способствуют их сохранению и накоплению в почвах медленные процессы удаления, например выщелачивание, эрозия, поглощение растениями. Накопление 
тяжелых металлов в почвенном горизонте имеет гумусово-аккумулятивный 
характер (Попова, 2009). То есть максимальное количество этих поллютантов сосредоточено в верхних слоях, наиболее богатых гумусом. За последние 15–20 лет повысился спрос на использование редких химических элементов, в том числе металлоидов, в различных отраслях промышленности 
(Doulgeridou et al., 2020; Du, Graedel, 2011). 

Глава. 1. Экотоксичность теллура и таллия 
 
8 
1.1. Воздействие теллура на состояние экосистемы 
 
1.1.1. Содержание теллура в окружающей среде 
 
Теллур (Te) – металлоид, принадлежащий к группе халькогенов (Haynes, 
2014; Cooper, 1971). Он обладает промежуточными химическими свойствами 
между металлами и неметаллами (Ashraf et al., 2023). Теллур относится к одним из самых редких элементов земной коры, наряду с золотом и платиной 
(Emsley, 2011), с низким содержанием и неоднородным распространением 
в земной коре (Belzile, Chen, 2015). Из-за очень низкого содержания теллура 
в компонентах окружающей среды возникают сложности с измерением 
и определением его количества. Содержание теллура в земной коре по различным данным составляет около 0,005 мкг/кг (Wedepohl, 1995; Taylor, 1996) 
и в диапазоне 0,001–0,01 мг/кг (Kabata-Pendias, Pendias, 1999). Последние известные значения в поверхностных водах указывают на концентрации от нескольких до десятков нг/кг (Filella et al., 2019; Jabłońska-Czapla, Grygoy, 2021). 
Содержание теллура в почве по различным источникам составляет от 
0,008 до 0,03 мг/кг (Filella et al., 2019), а также в пределах 0,02–0,69 мг/кг 
(Govindaraju, 1994). Средний уровень содержания теллура в европейских 
почвах – 0,03 мг/кг (Salminen R. et al., 2005). Концентрация подвижных форм 
теллура в пахотном слое лугово-черноземной почвы Омской области колеблется в диапазоне 0,77–1,34 мг/кг (Пономарева, Старун, 2006). В почвах, 
прилегающих к предприятиям по переработке и сортировке электроходов, 
содержание теллура может превышать в 10 раз и составляет около 0,166 мг/кг 
(Grygoyć, Jabłońska-Czapla, 2021). Повышенные концентрации теллура (до 
11 мг/кг) обнаружены в верхнем слое почвы (<5 см) вблизи никелевого завода в Клайдахе, в Великобритании (Perkins, 2011). 
В окружающей среде теллур чаще всего встречается в виде соединений – 
теллуридов медных, золотых и серебряных руд (Green et al., 2009), а также встречаются теллурит, теллурат и диметилтеллурид (Turner, 2001). Наиболее токсичными химическими соединениями теллура в окружающей среде являются теллурат с высокой растворимостью и биодоступностью оксианионов (TeO42−) и теллурит (TeO32−), который угрожает здоровью человека и пригодности экосистем 
(Presentato et al., 2019). Теллурит обнаруживается в достаточно высоких концентрациях в почвах и водах, которые находятся близко к местам сброса отходов 
производственных и перерабатывающих предприятий (Harrison et al.,2004). 

1.1. Воздействие теллура на состояние экосистемы 
 
9 
1.1.2. Источники поступления теллура в окружающую среду 
 
В окружающую среду теллур может поступать из природных источников, 
например в результате вулканической деятельности (Ermolin et al., 2018).  
Теллур чаще всего поступает в окружающую среду из промышленных 
источников (Cunha et al., 2009; Qin et al., 2017; Presentato et al., 2019). На ранних стадиях развития промышленности теллур применялся редко, хотя 
обычно его находили в золотоносных районах, особенно в районе золотодобычи Калгурли в Западной Австралии, где золотосодержащие теллуриды содержат ~ 25 % от общего запаса золота (Vielreicher et al., 2016). Мировое 
производство теллура в 2000 г. составляло около 100 тонн/год, в 2014 г. – 
353 тонны/год, а к 2018 г. достигло значений в 647 тонн/год (Agboola et al., 
2020). Всего в мире в 2022 г. было произведено 640 тонн рафинированного 
теллура (Flanagan, 2023). Однако прогнозы показали, что спрос на теллур 
превысит его предложение к 2029 г. (Curtin et al., 2020), что создаст экономические проблемы, которые могут привести к энергетическому и технологическому кризисам. 
Ведущим производителем рафинированного теллура считается Китай 
(53 % мирового производства), основными мировыми производителями теллура являются США, Канада, Болгария, Япония, Россия, ЮАР, Швеция 
и Узбекистан (Brown et al., 2015). Теллур легче всего извлекается из анодных шламов, образующихся при электролитическом рафинировании меди 
(Makuei, Senanayake, 2018), также теллур получают путем обезжиривания 
на свинцовых заводах и из дымовой пыли и газов, образующихся при плавке 
висмутовой, медной и свинцово-цинковой руд. Потенциальные источники 
теллура включают теллурид висмута и теллуридные руды золота. 
В России теллур добывается из медно-никелевых теллуросодержащих 
руд Печенги и Мончегорска, а также свинцово-цинковых руд Алтая. Месторождения теллура в России находятся в Карелии (Сегежский район), на Южном Урале (Еткульский район), на Среднем Урале (Заречный гор. округ), 
в Чукотской АО (Анадырский район) (Лисов, 2018). 
Теллур используется при производстве теллурида кадмия (CdTe) для изготовления тонкопленочных солнечных панелей, имеющих фундаментальное значение для выработки возобновляемой энергии (Ullal, Roedern, 2007; 
Ilyas et al., 2017; Grygoyć, Jabłońska-Czapla, 2021) и при производстве теллурида 
висмута (BiTe), который используется в термоэлектрических устройствах 

Глава. 1. Экотоксичность теллура и таллия 
 
10 
как для охлаждения, так и для выработки энергии (Kraemer et al., 2011; 
Nassar et al., 2022). Также теллур применяют в качестве легирующей добавки в сталь для улучшения характеристик механической обработки, второстепенной добавки в медных сплавах для улучшения обрабатываемости 
без снижения электропроводности (Hein et al., 2003), в свинцовых сплавах 
для повышения устойчивости к вибрации и усталости, в чугуне для контроля глубины охлаждения и в ковком чугуне в роли стабилизатора (Perkins, 
2011; Wiklund et al., 2018; Nuss, 2019; Anderson, 2022).  
В химической промышленности теллур используют в качестве вулканизующего агента и ускорителя при переработке каучука и как компонент катализаторов для производства синтетических волокон (Yarema et al., 2005). 
По оценкам на 2022–2023 гг., конечными видами применения теллура 
в мировом потреблении были солнечные элементы (40 %), производство термоэлектрических устройств (30 %), металлургия (15 %), применение в производстве каучука (5 %) и другие виды деятельности (10 %) (Anderson, 2022; 
Flanagan, 2023). 
Загрязнение теллуром не только обнаружено вблизи источника поступления, но и распространяется в отдаленные районы. Современные темпы 
осаждения теллура в окружающей среде увеличились в шесть раз относительно доиндустриального периода.  
Сегодняшние масштабы использования и неправильная утилизация теллура и его производных, наряду с растущим мировым спросом на возобновляемые источники энергии, вызывают и будут продолжать вызывать накопление этих соединений и материалов в окружающей среде в виде токсичных 
и опасных отходов. Теллур относят к новым загрязняющим элементам, вызывающим потенциальную опасность (Wiklund et al.,2018; Alavi et al. 2020; 
McNulty, Jowitt, 2021). 
 
1.1.3. Токсичность теллура для живых организмов 
 
В связи с широким антропогенным использованием теллура увеличиваются риски загрязнения окружающей среды данным элементом. Поступление теллура в почвы, грунтовые и поверхностные воды представляет серьезную угрозу для наземных и водных организмов (Li Z. et al., 2022).  
Известно, что на токсичность теллура оказывает влияние химическая 
форма соединения. Растворимые химические формы теллура более токсичны,