Влияние микропластика на загрязнение почв тяжелыми металлами

  • А.С. Кануков Геофизический институт Владикавказского научного центра РАН, Россия, 362002, г. Владикавказ, ул. Маркова, 93а
  • О.Г. Бурдзиева Геофизический институт Владикавказского научного центра РАН, Россия, 362002, г. Владикавказ, ул. Маркова, 93а
  • К.В. Корбесова Геофизический институт Владикавказского научного центра РАН, Россия, 362002, г. Владикавказ, ул. Маркова, 93а
  • Э.В. Дадтеева Геофизический институт Владикавказского научного центра РАН, Россия, 362002, г. Владикавказ, ул. Маркова, 93а
DOI: https://doi.org/10.46698/a8396-0899-8665-m
Ключевые слова: геоэкология, тяжелые металлы, загрязнение почв, микропластик

Резюме

Целью работы являлось изучение современного состояния проблемы загрязнения горнодобывающей территории. Длительная добыча полезных ископаемых в Северной Осетии привела к образованию большого количества отходов, обогащенных тяжелыми металлами, которые способствуют загрязнению почв и вод. Представляет интерес проблема комплексного взаимодействия частиц микропластика (МП) и тяжелых металлов (ТМ) в окружающей среде, когда рассматриваются как прямые механизмы, такие как физико-химическая сорбция, так и опосредованные воздействия. Это в полной мере определяет актуальность проблемы. Методы. Проведен анализ современных источников по исследуемой тематике. В соответствии с используемой методологией выполнена критическая оценка и обобщение литературных источников для формирования общей картины текущего состояния научной области. В процессе поиска научных публикаций использовались несколько ведущих международных научных баз данных (Scopus, Web of Science, PubMed и др.) с релевантными ключевыми словами. Результаты. Показано, что состаренные и фотодеградированные частицы, обладают более высокой сорбционной емкостью из-за увеличения удельной поверхности и образования кислородсодержащих групп. Показано, что явления адсорбции и десорбции способны кардинально менять распределение металлов между их фазами, влиять на их химическую спецификацию (формы нахождения) и, что наиболее важно с токсикологической точки зрения, на биодоступность для гидробионтов и почвенных организмов. Несмотря на большое число исследований, многое во взаимодействиях элементов загрязнения все еще остается неясным. Тем не менее, установлены ключевые пробелы в современных исследованиях по данной тематике, что обуславливает необходимость исследований, ориентированных на реалистичные многокомпонентные системы и долгосрочные эффекты в природных экосистемах для адекватной оценки геэкологических рисков.

Литература

Бурдзиева О.Г., Заалишвили В.Б., Бериев О.Г., Кануков А.С., Майсурадзе М.В. Влияние горнодобывающей деятельности на загрязнение окружающей среды. // Геология и геофизика Юга России. – 2014. – No 4-2. – С. 8–13.

Бурдзиева О.Г., Ревазов М.О., Кортиев А.Л., Гогичев Р.Р. Влияние воздействия геодинамических процессов на геоэкологическую нагрузку горного региона. // Геология и геофизика Юга России. – 2024. – Т. 14. No 4. – С. 166–179. DOI: 10.46698/VNC.2024.50.44.014.

Заалишвили В.Б., Бурдзиева О.Г., Кануков А.С., Дзобелова Л.В. Разработка карт индекса канцерогенного риска территории г. Владикавказа. // Геология и геофизика Юга России. – 2021. – Т. 11. No 4. – С. 147–160. DOI: 10.46698/VNC.2021.98.22.012.

Комаров Р.С., Решетняк О.С. Пространственно-временная изменчивость ионного стока в бассейне р. Кубани. // Геология и геофизика Юга России. – 2024. – Т. 14. No 3. – С. 191–203. DOI: 10.46698/q4491-7472-5566-w.

Реутова Н.В., Реутова Т.В., Дреева Ф.Р. Природное и антропогенное загрязнение микроэлементами верховий бассейна р. Ардон. // Геология и геофизика Юга России. – 2025. – Т. 15. No 2. – С. 219–230. DOI: 10.46698/VNC.2025.46.62.001.

Abbasi S., Moore F., Keshavarzi B., Hopke P.K., Naidu R., Rahman M.M., Oleszczuk P., Karimi J. PET-microplastics as a vector for heavy metals in a simulated plant rhizosphere zone. // Science of The Total Environment. – 2020. – Vol. 744. – Art. No. 140984. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2020.123799.

Abdolahpur Monikh F., Vijver M.G., Guo Z., Zhang P., Darbha G.K., Peijnenburg W.J.G.M. Metal sorption onto nanoscale plastic debris and trojan horse effects in Daphnia magna: Role of dissolved organic matter. // Water Research. – 2020. – Vol. 186. – Art. No. 116410.

Akhbarizadeh R., Moore F., Keshavarzi B., Moeinpour A. Microplastics and potentially toxic elements in coastal sediments of Iran’s main oil terminal (Khark Island). // Environmental Pollution. – 2017. – Vol. 220. – pp. 720–731.

Banaee M., Soltanian S., Sureda A., Gholamhosseini A., Haghi B.N., Akhlaghi M., Derikvandy A. Evaluation of single and combined effects of cadmium and micro-plastic particles on biochemical and immunological parameters of common carp (Cyprinus carpio). // Chemosphere. – 2019. – Vol. 236. – Art. No. 124335.

Barboza L.G.A., Vieira L.R., Branco V., Figueiredo N., Carvalho F., Carvalho C., Guilhermino L. Microplastics cause neurotoxicity, oxidative damage and energy-related changes and interact with the bioaccumulation of mercury in the European seabass, Dicentrarchus labrax (Linnaeus, 1758). // Aquatic Toxicology. – 2018. – Vol. 195. – pp. 49–57.

Bayo J., Martinez A., Guillen M., Olmos S., Roca M.J., Alcolea A. Microbeads in commercial facial cleansers: threatening the environment. // Clean Soil Air Water. – 2017. – Vol. 45. Issue 7. – Art. No. 1600683.

Bellingeri A., Bergami E., Grassi G., Faleri C., Redondo-Hasselerharm P., Koelmans A.A., Corsi I. Combined effects of nanoplastics and copper on the freshwater alga Raphidocelis subcapitata. // Aquatic Toxicology. – 2019. – Vol. 210. – pp. 179–187.

Bradney L., Wijesekara H., Palansooriya K.N., Obadamudalige N., Bolan N.S., Ok Y.S., Rinklebe J., Kim K.-H., Kirkham M.B. Particulate plastics as a vector for toxic trace-element uptake by aquatic and terrestrial organisms and human health risk. // Environment International. – 2019. – Vol. 131. – Art. No. 104937.

Brennecke D., Duarte B., Paiva F., Caçador I., Canning-Clode J. Microplastics as vector for heavy metal contamination from the marine environment. // Estuarine Coastal and Shelf Science. – 2016. – Vol. 178. – pp. 189–195.

Dey T.K., Uddin M.E., Jamal M. Detection and removal of microplastics in wastewater: evolution and impact. // Environmental Science and Pollution Research. – 2021. – Vol. 28. Issue 14. – pp. 16925–16947.

Dong Y.M., Gao M.L., Qiu W.W., Song Z.G. Effect of microplastics and arsenic on nutrients and microorganisms in rice rhizosphere soil. // Ecotoxicology and Environmental Safety. – 2021. –Vol. 211. – Art. No. 111899.

Fernandez B., Santos-Echeandía J., Rivera-Hernandez J.R., Garrido S., Albentosa M. Mercury interactions with algal and plastic microparticles: Comparative role as vectors of metals for the mussel, Mytilus galloprovincialis. // Journal of Hazardous Materials. – 2020. – Vol. 396. – Art. No. 122739.

Gao D., Li X.Y., Liu H.T. Source, occurrence, migration and potential environmental risk of microplastics in sewage sludge and during sludge amendment to soil. // The Science of The Total Environment. – 2020. – Vol. 742. – Art. No. 140355.

Gao F.L., Li J.X., Sun C.J., Zhang L.T., Jiang F.H., Cao W., Zheng L. Study on the capability and characteristics of heavy metals enriched on microplastics in marine environment. // Marine Pollution Bulletin. – 2019. – Vol. 144. – pp. 61–67.

Godoy V., Blazquez G., Calero M., Quesada L., Martin-Lara M.A. The potential of microplastics as carriers of metals. // Environmental Pollution. – 2019. – Vol. 255. – Art. No. 113363.

Godoy V., Martinez-Ferez A., Martin-Lara M., Vellido-Perez J.A., Calero M., Blazquez G. Microplastics as vectors of chromium and lead during dynamic simulation of the human gastrointestinal tract. // Sustainability. – 2020. – Vol. 12. Issue 11. – Art. No. 4792.

Guo X.T., Hu G.L., Fan X.Y., Jia H.Z. Sorption properties of cadmium on microplastics: the common practice experiment and a two-dimensional correlation spectroscopic study. // Ecotoxicology and Environmental Safety. – 2020. – Vol. 190. – Art. No. 110118.

Holmes L.A., Turner A., Thompson R.C. Interactions between trace metals and plastic production pellets under estuarine conditions. // Marine Chemistry. – 2014. – Vol. 167. – pp. 25–32.

Huang W., Song B., Liang J., Niu Q.Y., Zeng G.M., Shen M.C., Deng J.Q., Luo Y., Wen X.F., Zhang Y.F. Microplastics and associated contaminants in the aquatic environment: a review on their ecotoxicological effects, trophic transfer, and potential impacts to human health. // Journal of Hazardous Materials. – 2021. – Vol. 405. – Art. No. 124187.

Kern S., Kern C., Pradja M.M., Düring R.-A., Rohnke M. Spatially resolved indiffusion behavior of Cu2+ and Ni2+ in polypropylene. // Journal of Applied Polymer Science. – 2021. – Vol. 138. Issue 2. – Art. No. 49655.

Lee W.S., Cho H.J., Kim E., Huh Y.H., Kim H.J., Kim B., Kang T., Lee J.S., Jeong J. Bioaccumulation of polystyrene nanoplastics and their effect on the toxicity of Au ions in zebrafish embryos. // Nanoscale. – 2019. – Vol. 11. Issue 7. – pp. 3173–3185.

Li P., Li Q.C., Hao Z.N., Yu S.J., Liu J.F. Analytical methods and environmental processes of nanoplastics. // Journal of Environmental Sciences. – 2020. – Vol. 94. – pp. 88–99.

Li X.W., Mei Q.Q., Chen L.B., Zhang H.Y., Dong B., Dai X.H., He C.Q., Zhou J. Enhancement in adsorption potential of microplastics in sewage sludge for metal pollutants after the wastewater treatment process. // Water Research. – 2019. – Vol. 157. – pp. 228–237.

Lian J.P., Wu J.N., Zeb A., Zheng S.N., Ma T., Peng F.H., Tang J.C., Liu W.T. Do polystyrene nanoplastics affect the toxicity of cadmium to wheat (Triticum aestivum L.)? // Environmental Pollution. – 2020. – Vol. 263. – Art. No. 114498.

Liao Y.L., Yang J.Y. Microplastic serves as a potential vector for Cr in an in-vitro human digestive model. // The Science of The Total Environment. – 2020. – Vol. 703. – Art. No. 134805.

Lin L.J., Tang S., Wang X.S., Sun X., Yu A.Q. Hexabromocyclododecane alters malachite green and lead(II) adsorption behaviors onto polystyrene microplastics: interaction mechanism and competitive effect. // Chemosphere. – 2021. – Vol. 265. – Art. No. 129079.

Lin Z., Hu Y.W., Yuan Y.J., Hu B.W., Wang B.L. Comparative analysis of kinetics and mechanisms for Pb(II) sorption onto three kinds of microplastics. // Ecotoxicology and Environmental Safety. – 2021. – Vol. 208. – Art. No. 111451.

Lu K., Qiao R.X., An H., Zhang Y. Influence of microplastics on the accumulation and chronic toxic effects of cadmium in zebrafish (Danio rerio). // Chemosphere. – 2018. – Vol. 202. – pp. 514–520.

Lu X.M., Lu P.Z., Liu X.P. Fate and abundance of antibiotic resistance genes on microplastics in facility vegetable soil. // The Science of The Total Environment. – 2020. – Vol. 709. – Art. No. 136276.

Mao R.F., Lang M.F., Yu X.Q., Wu R.R., Yang X.M., Guo X.T. Aging mechanism of microplastics with UV irradiation and its effects on the adsorption of heavy metals. // Journal of Hazardous Materials. – 2020. – Vol. 393. – Art. No. 122515.

Naqash N., Prakash S., Kapoor D., Singh R. Interaction of freshwater microplastics with biota and heavy metals: a review. // Environmental Chemistry Letters. – 2020. – Vol. 18. Issue 6. – pp. 1813–1824.

Othman A.R., Abu Hasan H., Muhamad M.H., Ismail N.I., Abdullah S.R.S. Microbial degradation of microplastics by enzymatic processes: a review. // Environmental Chemistry Letters. – 2021. – Vol. 19. – pp. 3057–3073.

Purwiyanto A.I.S., Suteja Y., Trisno, Ningrum P.S., Putri W.A.E., Rozirwan, Agustriani F., Fauziyah, Cordova M.R., Koropitan A.F. Concentration and adsorption of Pb and Cu in microplastics: case study in aquatic environment. // Marine Pollution Bulletin. – 2020. – Vol. 158. – Art. No. 111380.

Qiao R.X., Lu K., Deng Y.F., Ren H.Q., Zhang Y. Combined effects of polystyrene microplastics and natural organic matter on the accumulation and toxicity of copper in zebrafish. // The Science of The Total Environment. – 2019. – Vol. 682. – pp. 128–137.

Sun J.H., Xia S.D., Ning Y., Pan X., Qu J.H., Xu Y.J. Effects of microplastics and attached heavy metals on growth, immunity, and heavy metal accumulation in the yellow seahorse, Hippocampus kuda Bleeker. // Marine Pollution Bulletin. – 2019. – Vol. 149. – Art. No. 110510.

Tang S., Lin L.J., Wang X.S., Feng A.X., Yu A.Q. Pb(II) uptake onto nylon microplastics: interaction mechanism and adsorption performance. // Journal of Hazardous Materials. – 2020. – Vol. 386. – Art. No. 121960.

Tang S., Lin L.J., Wang X.S., Yu A.Q., Sun X. Interfacial interactions between collected nylon microplastics and three divalent metal ions (Cu(II), Ni(II), Zn(II)) in aqueous solutions. // Journal of Hazardous Materials. – 2021. – Vol. 403. – Art. No. 123548.

Vedolin M.C., Teophilo C.Y.S., Turra A., Figueira R.C.L. Spatial variability in the concentrations of metals in beached microplastics. // Marine Pollution Bulletin. – 2018. – Vol. 129. Issue 2. – pp. 487–493.

Wakkaf T., Allouche M., Harrath A.H., Mansour L., Alwasel S., Mohamed Thameemul Ansari K.G., Beyrem H., Sellami B., Boufahja F. The individual and combined effects of cadmium, polyvinyl chloride (PVC) microplastics and their polyalkylamines modified forms on meiobenthic features in a microcosm. // Environmental Pollution. – 2020. – Vol. 266. – Art. No. 115263.

Wang F.Y., Zhang X.Q., Zhang S.Q., Zhang S.W., Sun Y.H. Interactions of microplastics and cadmium on plant growth and arbuscular mycorrhizal fungal communities in an agricultural soil. // Chemosphere. – 2020. – Vol. 254. – Art. No. 126791.

Wang L., Gao Y.X., Jiang W., Chen J.X., Chen Y.S., Zhang X.H., Wang G.X. Microplastics with cadmium inhibit the growth of Vallisneria natans (Lour.) Hara rather than reduce cadmium toxicity. // Chemosphere. – 2021. – Vol. 266. – Art. No. 128979.

Wang Q.J., Zhang Y., Wangjin X.X., Wang Y.L., Meng G.H., Chen Y.H. The adsorption behavior of metals in aqueous solution by microplastics effected by UV radiation. // Journal of Environmental Sciences. – 2020. – Vol. 87. – pp. 272–280.

Wen B., Jin S.R., Chen Z.Z., Gao J.Z., Liu Y.N., Liu J.H., Feng X.S. Single and combined effects of microplastics and cadmium on the cadmium accumulation, antioxidant defence and innate immunity of the discus fish (Symphysodon aequifasciatus). // Environmental Pollution. – 2018. – Vol. 243. – pp. 462–471.

Yan W., Hamid N., Deng S., Jia P.P., Pei D.S. Individual and combined toxicogenetic effects of microplastics and heavy metals (Cd, Pb, and Zn) perturb gut microbiota homeostasis and gonadal development in marine medaka (Oryzias melastigma). // Journal of Hazardous Materials. – 2020. – Vol. 397. – Art. No. 122795.

Yazdani Foshtomi M., Oryan S., Taheri M., Darvish Bastami K., Zahed M.A. Composition and abundance of microplastics in surface sediments and their interaction with sedimentary heavy metals, PAHs and TPH (total petroleum hydrocarbons). // Marine Pollution Bulletin. – 2019. – Vol. 149. – Art. No. 110655.

Yu H., Hou J.H., Dang Q.L., Cui D.Y., Xi B.D., Tan W.B. Decrease in bioavailability of soil heavy metals caused by the presence of microplastics varies across aggregate levels. // Journal of Hazardous Materials. – 2020. – Vol. 395. – Art. No. 122690.

Yu H., Zhang Z., Zhang Y., Fan P., Xi B.D., Tan W.B. Metal type and aggregate microenvironment govern the response sequence of speciation transformation of different heavy metals to microplastics in soil. // The Science of The Total Environment. – 2021. – Vol. 752. – Art. No. 141956.

Zhou Y.F., Liu X.N., Wang J. Ecotoxicological effects of microplastics and cadmium on the earthworm Eisenia foetida. // Journal of Hazardous Materials. – 2020. – Vol. 392. – Art. No. 122273.

Zou J.Y., Liu X.P., Zhang D.M., Yuan X. Adsorption of three bivalent metals by four chemical distinct microplastics. // Chemosphere. – 2020. – Vol. 248. – Art. No. 126064.

Опубликован
2025-12-30
Выпуск
Том 15 № 4 (2025): Геология и Геофизика Юга России, 2025 №4
Раздел
Геоэкология