Ecological assessment of the content of heavy metals and arsenic in soils and agricultural plants of the Central Black Earth Region

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

The purpose of this work was to carry out an environmental assessment of the content Cr, Pb, Cd, Hg, As in arable soils and agricultural plants of the Central Chernozem economic region of Russia using the example of the Belgorod Region. During the studies, it was found that the average gross content of Cr, Pb, As, Cd, Hg in leached arable chernozem was – 19.8, 10.0, 4.15, 0.22, 0.021, in typical arable chernozems was 20.0, 10.3, 4.18, 0.23, 0.022, in ordinary chernozems – 20.9, 11.2, 5.48, 0.35, 0.023 mg/kg, respectively. The average content of mobile forms of Pb, Cr and Cd in leached arable chernozems was 0.52, 0.14, 0.06, and 0.46, 0.13, 0.05 for the typical arable chernozems, in ordinary chernozem – 0.55, 0.13, 0.04 mg/kg, correspondingly. These elements did not exceed the established UEC and MAC standards in the studied soils. The main source of heavy metals in the arable soils of the Belgorod region is organic fertilizers. The average content of Cr, Pb, As, Cd and Hg in cattle manure is 0.90, 0.78, 0.277, 0.060, 0.0084 mg/kg, respectively. Of the studied crops, sunflower seeds had the highest content of Cd, Pb and Cr, while winter wheat grains had Hg and As. The soy grain has the lowest average content of Pb, Hg and As, and the corn grain has Cr, Cd and As. In the grain of winter wheat, corn, soybeans and sunflower seeds, the content of Pb, Cd, Hg, As did not exceed the maximum permissible concentrations established for products intended for food purposes, and the concentration of Cr did not exceed the maximum permissible level established for feed.

Full Text

##article.viewOnOriginalSite##

About the authors

S. V. Lukin

Belgorod Center for Agrochemical Service; Belgorod State National Research University

Author for correspondence.
Email: serg.lukin2010@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-0986-9995
Russian Federation, Belgorod, 308027; Belgorod, 308015

References

  1. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в агроландшафте. СПб.: Изд-во ПИЯФ РАН, 2008. 216 с. EDN: QBSZFJ.
  2. ВМДУ-87. Временный максимально допустимый уровень содержания некоторых химических элементов и госсипола в кормах для сельскохозяйственных животных и кормовых добавках. М., 1987.
  3. Виноградов А.П. Геохимия редких и рассеянных химических элементов в почвах. М.: Изд-во АН СССР, 1957. 238 с.
  4. ГОСТ Р 70281-2022. Охрана окружающей среды. Почвы. Классификация химических веществ для контроля загрязнения.
  5. Ильин В.Б. Тяжелые металлы и неметаллы в системе почва-растение. Новосибирск: Изд-во Сибирского отд. РАН, 2012. 218 с.
  6. Костин И.Г. Использование геоинформационных систем для анализа экологического состояния агроландшафтов // Московский экономический журнал. 2023. Т. 8. № 2. https://doi.org/10.55186/2413046X_2023_8_2_54
  7. Медведев И.Ф., Деревягин С.С. Тяжелые металлы в экосистемах. Саратов: Ракурс, 2017. 178 с.
  8. Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения. М.: МСХ, 2003. 195 с.
  9. Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства. М.: Типография Московской с.-х. академии им. К.А. Тимирязева, 1992. 61 с.
  10. Побилат А.Е., Волошин Е.И. Экологическая оценка содержания ртути в агроценозах Средней Сибири // Микроэлементы в медицине. 2019. Т. 20. № 4. С. 57–62. EDN: OVWGTT. https://doi.org/10.19112/2413-6174-2019-20-4-57-62
  11. Побилат А.Е., Волошин Е.И. Мониторинг хрома в почвах и растениях Красноярского края. Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии. 2019. Т. 22. № 2. С. 49–54. https://doi.org/10.29296/25877313-2019-02-08
  12. Побилат А.Е., Волошин Е.И. Микроэлементы в сельскохозяйственных растениях // Микроэлементы в медицине. 2021. Т. 22. № 3. С. 3–14. EDN: LVNNUV.
  13. Почвы Липецкой области. Липецк: Позитив Л, 2018. 209 с.
  14. СанПиН 1.2.3685-21. Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания. Утверждены Постановлением Главного государственного санитарного врача РФ от 28.01.2021. № 2.
  15. Селюкова С.В. Экологическая оценка содержания свинца, кадмия, ртути и мышьяка в агроэкосистемах юго-западной части Центрально-Черноземного района России. Автореф. … канд. дис. М., 2019. 25 с.
  16. Соловиченко В. Д. Плодородие и рациональное использование почв Белгородской области. Белгород: Отчий дом, 2005. 292 с.
  17. ТРТС015/2011 Технический регламент Таможенного союза “О безопасности зерна” (с изменениями на 15 сентября 2017 года). Технический регламент Таможенного союза от 09.12.2011 N015/2011. docs.cntd.ru›document/902320395
  18. Хижняк Р.М. Экологическая оценка содержания микроэлементов (Zn, Cu, Co, Mo, Cr, Ni) в агроэкосистемах лесостепной зоны юго-западной части ЦЧО. Автореф. … канд. дис. М., 2016. 24 с.
  19. Шеуджен А.Х. Агробиогеохимия чернозема. Майкоп: Полиграф-ЮГ, 2018. 308 с.
  20. Чеснокова С.М., Савельев О.В. Эколого-геохимическая оценка загрязнения тяжелыми металлами и мышьяком почв городов Владимирской области с различной спецификой промышленного производства // Экологическая безопасность строительства и городского хозяйства. 2019. № 1. С. 43–48.
  21. Черных Н.А., Сидоренко С.Н. Экологический мониторинг токсикантов в биосфере. М.: Изд-во РУДН, 2003. 403 с.
  22. Черных Н. А., Овчаренко М.М. Тяжёлые металлы и радионуклиды в биогеоценозах. М.: Агроконсалт, 2003. 200 с.
  23. Chen Sh., Wang M., Li Sh., Zhao Zh., E W. Overview on current criteria for heavy metals and its hint for the revision of soil environmental quality standards in China // J. Integrative Agriculture. 2018. V. 17. № 4. P. 765–774. https://doi.org/10.1016/S2095-3119(17)61892-6
  24. Kabata-Pendias A. Trace Elements in Soils and Plants. 2011. 505 р.
  25. Lukin S.V. Monitoring of the Lead Content in Agroecosystems of the Central Black Earth Region of Russia // Doklady Earth Sciences. 2023. V. 510(2). P. 247–250. https://doi.org/10.1134/S1028334X23600469
  26. Lukin S.V. Monitoring of the Cadmium Content in Agroecosystems in the Central Black Earth Region of Russia // Doklady Earth Sciences. 2023. V. 511(2). P. 274–279. https://doi.org/10.1134/S1028334X23600822
  27. Lukin S.V., Selyukova S.V. Ecological Assessment of the Content of Cadmium in Soils and Crops in Southwestern Regions of the Central Chernozemic Zone, Russia // Eurasian Soil Science. 2018. V. 51(12). P. 1547–1553. https://doi.org/10.1134/S1064229318120074
  28. Malysheva E. S., Malyshev A. V., Kostin I. G. Complex Analysis of Data from Agrochemical and Soil-Erosion Monitoring Using Geoinformation Systems // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, Ussurijsk, 2021. P. 032070. https://doi.org/10.1088/1755-1315/937/3/032070
  29. Rovira J., Nadal M., Schuhmacher M., Domingo JL. Concentrations of trasse elements and PCDD/Fs around a municipal solid waste in cinerator in Girona (Catolonia, Spain). Human health risks for the population living in the neighborhood // Sci. Total Environ. 2018. V. 630. P. 34–45.
  30. Semenkov I.N., Koroleva T.V. International environmental legislation on the content of chemical elements in soils: guidelines and schemes // Eurasian Soil Science. 2019. V. 52. P. 1289–1297. https://doi.org/10.1134/S1064229319100107
  31. Surinov A.V. Fertility dynamics of the forest-steppe zone’s arable soils in the central chernozem region (on the example of the Prokhorovsky district of the Belgorod region) // IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 2022. P. 012014. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1043/1/012014
  32. Surinov A.V. Agro-ecological assessment of the condition of arable soils of the CCR // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. V. 1206. International Scientific and Practical Conference: Food and Environmental Security in Modern Geopolitical Conditions: Problems and Solutions 2023. Kostanay. P. 012011. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1206/1/012011
  33. Toth G., Hermann T., Szatmari G., Pasztor L. Maps of heavy metals in the soils of the European Union priority areas for detailed assessment // Sci. Total Environ. 2016. V. 565. Р. 1054–1062.
  34. Vlasov D.V., Kukushkina O.V., Kosheleva N.E., Kasimov N.S. Levels and factors of the accumulation of metals and metalloids in roadside soils, road dust, and their pm10 fraction in the Western Okrug of Moscow // Eurasian Soil Science. 2022. V. 55. P. 556–572. https://doi.org/10.1134/S1064229322050118
  35. ЕМИСС. Государственная статистика. www.fedstat.ru/indicators/stat.do

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Content of acid-soluble forms of elements in leached (a), typical (b) and ordinary (c) chernozems, mg/kg

Download (336KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences