CELLULOLYTIC ACTIVITY OF SOILS CONTAINING COAL IN THE OKTYABR’SKIY DISTRICT OF THE IRKUTSK

Abstract

The results of the investigation the cellulolytic activity (CA) of soils containing coal are presented in this paper. The CA studies of the soils were based on the application method “cotton strip assay”. The interaction of coal with the studied soils over many years led to their enrichment by carbon, sulfur and phosphorus, as well as to increased contents of zinc, chromium, copper and lead in the soils. The considered soils are characterized by high average gross concentrations of C(total) (25-30%), S(total) (4860-5730 mg/kg), exceeding the maximum permissible concentration (MPC) (160 mg/kg) by 30-36 times for sulfur, as well as P (2766-3045 mg/kg), exceeding its background concentration by 1.4-1.5 times. The average gross concentrations of toxic elements exceed their MPC from 1.7-1.8 times for chromium and to 4.6-5.1 times for zinc. In addition, high average gross concentrations of arsenic (12-13 mg/kg) were found in the studied soils, exceeding its MPC by 6.0-6.5 times. Despite the high degree of pollution by S(total), Cr, Cu, Zn, As and Pb, the studied soils are characterized by high values of CA. The pH values of the studied soils (6.4-6.6), corresponding to a slightly acidic environment, enrichment of the soils by carbon and phosphorus, as well as climatic conditions facilitate the development and intense activity of cellulose-decomposing microorganisms.

Keywords

Cellulolytic activity, soils, coal, granulometric composition, total pollution index.

References

1. Фасхутдинова Е.Р., Осинцева М.А., Неверова О.А. Перспективы использования микробиома почв угольных отвалов с целью ремедиации антропогенно нарушенных экосистем // Техника и технология пищевых производств. 2021. Т. 51, № 4. С. 883-904. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2021-4-883-904. Faskhutdinova E.R., Osintseva M.A., Neverova O.A. Prospects of using soil microbiome of mine tips for remediation of anthropogenically disturbed ecosystems. Tehnika i tehnologiya pishchevykh proizvodstv. 2021;51(4):883-904. (In Russ.). https://doi.org/10.21603/2074-9414-2021-4-883-904.
2. Raghunandan K., Kumar A., Kumar S., Permaul K., Singh S. Production of gellan gum, an exopolysaccharide, from biodiesel-derived waste glycerol by Sphingomonas spp. Biotech. 2018;8(1):71. https://doi.org/10.1007/s13205-018-1096-3.
3. Zijing Lu, Hengshuang Wang, Zhixiang Wang, Jiazhi Liu, Yinta Li, Ling Xia, Shaoxian Song. Critical steps in the restoration of coal mine soils: Microbial-accelerated soil reconstruction. Journal of Environmental Management. 2024;(368). https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2024.122200.
4. Смирнова И.Э., Саданов А.К. Целлюлолитические бактерии, перспективные для создания биоудобрения под кормобобовые культуры // Научное обозрение. Биологические науки. 2021. № 1. С. 22-26. DOI: 10.17513/srbs.1220. Smirnova I.E., Sadanov A.K. Cellulolytic bacteria promising for creating biofertilizers for forage legumes crops. Nauchnoe obozrenie. Biologicheskie nauki. 2021;(1):22-26. (In Russ.). DOI: 10.17513/srbs.1220.
5. Авдеева Л.В., Осадчая А.И., Хархота М.А. Целлюлозная активность бактерий рода Bacillus // Microbiology&Biotechnology. 2011. № 2. С. 65–72. DOI: 10.18524/2307-4663.2011.2(14).92777. Avdeeva L.V., Osadchaya A.I., Kharkhota M.A. Cellolytic activity of bacteria of genus Bacillus. Microbiology&Biotechnology. 2011;(2):65-72. (In Russ.). DOI: 10.18524/2307-4663.2011.2(14).92777.
6. Гаврилова В.И., Герасимова М.И. Целлюлозолитическая активность почв: методы измерения, факторы и эколого-географическая изменчивость // Вестник Моск. Университета. Сер. 17. Почвоведение. 2019. № 1. С. 23-27. Gavrilova V.I., Gerasimova M.I. Cellulosolytic activity of soils: methods of measuring, factors, and geographic variability. Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 17. Pochvovedenie. 2019;(1):23-27. (In Russ.).
7. Джанаев З.Г. Агрохимия и биология почв юга России. М.: Изд-во МГУ, 2008. 528 c.
8. Звягинцев Д.Г. Методы почвенной микробиологии и биохимии. М.: Изд-во МГУ, 1991. 304 с.
9. Баландина А.В., Еремченко О.З. Микробная ремедиация нефтезагрязненных агродерново-карбонатных почв и техногенных поверхностных образований в подзоне южной тайги. Пермь: Перм. гос. фарм. акад.; Перм. гос. нац. исслед. ун-т., 2016. 100 с.
10. Пряженникова О.Е. Целлюлозолитическая активность почв в условиях городской среды // Вестник КемГУ. 2011. № 3(47). С. 10-14. Pryazhennikova O.E. Cellulolytic activity of soils in the conditions of city medium. Vestnik Kemerovskogo gosudarstvennogo universiteta. 2011;3(47):10-14. (In Russ.).
11. Ананьева Ю.С., Шпис Т.Э. Влияние загрязнения свинцом на биологические свойства чернозема выщелоченного // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2010. № 10(72). С. 29-32. Ananyeva Yu.S., Shpis T.E. Effects of lead pollution on biological properties of the leached black soil. Vestnik Altajskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2010;(10):29–32. (In Russ.).
12. Штельмах С.И. Целлюлозолитическая активность почв, загрязненных токсичными элементами, в Октябрьском районе г. Иркутска // Исследования. Инновации. Практика. 2024. Ч. 1. № 13. С. 41-44. https://doi.org/10.18411/iip-12-2024-09. Shtel’makh S.I. Cellulose decomposing capacity of soils contaminated with toxic elements in the Oktyabrsky district of the city of Irkutsk. Issledovaniya. Innovatsii. Praktika. 2024;1(13):41-44. (In Russ.). https://doi.org/10.18411/iip-12-2024-09.
13. Шарапова А.В., Семенков И.Н., Кречетов П.П., Леднев С.А., Королева Т.В. Влияние керосина на целлюлозолитическую активность дерново-подзолистой и песчаной пустынной почв (лабораторный эксперимент) // Почвоведение. 2022. № 2. С. 244-251. DOI: 10.31851/S0032180X22020113. Sharapova A.V., Semenkov I.N., Krechetov P.P., Lednev S.A., Koroleva T.V. Influence of kerosene pollution on cellulolytic activity of albic retisols and arenosols (laboratory experiment). Pochvovedenie. 2022;(2):244-251. (In Russ.). DOI: 10.31851/S0032180X22020113.
14. Щур А.В., Виноградов Д.В., Валько В.П. Целлюлозолитическая активность почв при различных уровнях агротехнического воздействия // Вестник КрасГАУ. 2015. № 7. С. 45-49. Shchur A.V., Vinogradov D.V., Valko V.P. The soil cellulolytic activity in various levels of agrotechnical influence. Vestnik Krasnoyarskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2015;(7):45-49. (In Russ.).
15. Ezeokoli O.T., Bezuidenhout K.K., Maboeta M.S., Hasa D.P., Adeleke R.A. Structural and functional differentiation of bacterial communities in post-coal mining reclamation soils of South Africa: bioindicators of soil ecosystem restoration. Scientific Reports. 2020;10(1). https://doi.org/10.1038/s41598-020-58576-5.
16. Ломтадзе В.Д. Физико-механические свойства горных пород. Методы лабораторных исследований. Л.: Недра, 1990. 328 с.
17. Качинский Н.А. Физика почв. Ч. 1. М.: Высшая школа, 1965. 323 с.
18. Service Manual, S8 TIGER XRF Spectrometer, Bruker AXS, Berlin 2007. 700 p.
19. Ревенко А.Г. Рентгеноспектральный флуоресцентный анализ природных материалов. Новосибирск: ВО «Наука», Сиб. издательская фирма, 1994. 264 c.
20. Ревенко А.Г., Пашкова Г.В. Применение рентгенофлуоресцентного метода анализа для исследования состава угля и золы // Аналитика. 2022. Т. 12. № 6. С. 410-419. Revenko A.G., Pashkova G.V. Application of X-ray fluorescent method to study the composition of coal and ash. Analitika. 2022;12(6):410-419. (In Russ.).
21. Ketris M.P., Yudovich Y.E. Estimations of Clarkes for Carbonaceous biolithes: World averages for trace element contents in black shales and coals. International Journal of Coal Geology. 2009;78(2):135-148. DOI: 10.1016/j.coal.2009.01.002.
22. Изучение распределения макро– и микроэлементов в отходах обогащения углей Кузнецкого угольного бассейна / Н.В. Журавлева, Р.Р. Потокина, З.Р. Исмагилов и др. // Химия в интересах устойчивого развития. 2016. Т. 24. № 6. С. 761-767. Zhuravleva N.V., Potokina R.R., Ismagilov Z.R., Nagaytseva N.V. Research into the distribution of macro- and microelements in coal enrichment waste from the Kuznetsk coal basin. Himiya v interesakh ustoychivogo razvitiya. 2016;24(6):761-767. (In Russ.).
23. Загрязнение почв урбанизированных территорий Байкальского региона / И.А. Белозерцева, И.Б. Воробьева, А.А. Сороковой и др. // Почвоведение. 2022. № 1. С. 119-132. Belozertseva I.A., Vorobyeva I.B., Sorokovoy A.A., Lopatina D.N. Soil pollution of urbanized centers of Baikal Region (Irkutsk, Ulan-Ude, Ulaanbaatar Cities). Pochvovedenie. 2022;(1):119-132. (In Russ.).
24. Порядин А.Ф., Хованский А.Д. Оценка и регулирование качества окружающей природной среды. М.: Издательский дом «Прибой», 1996. 350 с.
25. Домась А.С., Рахуба М.Г., Колядич М.А. Целлюлозолитическая способность почв некоторых рекреационных территорий г. Бреста / Материалы конференции. Актуальные вопросы устойчивого природопользования: научно-методическое обеспечение и практическое решение. 2022. С. 73-76.

Acknowledgements

The research was supported by the grant of the Russian Science Foundation No. 25-77-30006, https://rscf.ru/project/25-77-30006/.