О биоремедиации почв на территории складирования отходов добычи антрацита в Сибири

Проблема вовлечения в хозяйственный оборот техногенных скоплений минерального сырья в угледобывающих регионах Сибири чрезвычайно актуальна. Отходы открытой добычи антрацита – вскрышные и вмещающие породы (ВВП), складированные при неселективной отсыпке в отвалы, представляют собой смесь рыхлых и твёрдых пород – техногенного элювия, состоящего из углевмещающих пород, углепородных сростков и включений, низкосортных углей, поднятых на дневную поверхность. Масштабы их накопления на земной поверхности постоянно растут, поскольку достигают 85% объема пород, извлекаемых из недр в процессе угледобычи. Отходы претерпевают физические и химические изменения, обнаруживают образование новых аутогенных и техногенных минералов, представляя собой современный феномен геологического масштаба. Наряду с этим они малопродуктивны,

практически биологически стерильны, обеднены легкодоступными питательными веществами, что не способствует формированию фитомикробных сообществ (фитомикробиомов), вовлечению минеральных субстратов в почвообразование.

Экологические параметры, определяющие ресурсную ценность техногенных отходов, позволяющие установить возможность их эффективного вторичного использования, включают содержание токсичных элементов (тяжелых металлов) и естественных радионуклидов. Токсичные и потенциально токсичные металлы: V, Ni, Cr, Mn, Zn, Сo, Mo и Pb в крупнотоннажных скоплениях отходов могут присутствовать в значительных количествах и при определённых условиях представлять угрозу окружающей среде – приземным слоям атмосферы, почвам, поверхностным и грунтовым водам, биоте.

Вместе с тем, ВВП относятся к разновидности отходов недропользования1. Они не подлежат учету на государственном или территориальном балансе запасов полезных ископаемых, если последние отсутствуют в ВВП, отчего могут подлежать рекультива-ции2. В реальности в ВВП может находиться до 10% угля, прежде всего при наличии техногенного элювия – аргиллитов, алевролитов, песчаников, углистых включений. Большинство антрацитов, как и каменных углей, содержат поллютанты, поскольку они биолиты, формировавшиеся в период извержений и подвижек земной коры, что обусловило выполнение ими в былые эпохи роль геохимического барьера. Такая функция углей отразилась на содержании в них широкого набора тяжёлых металлов и металлоидов, определивших современную геохимическую (металлогенетическую) специализацию на химические элементы. Показано (Арбузов, Ершов, 2007, С. 128-129), что все угли С-Р возраста, к которым относятся и интенсивно метаморфизированные антрациты Сибири, обладают накоплением литофильных (Sr, Be, Nb, U, также REE), халькофильных (As, Au, Se) и сидерофильных (Co, Ni) элементов. Антрациты Новосибирской области (Горловское месторождение), которые оказались в центре внимания в данной статье, обнаруживают геохимическую специализацию на золото, в них также отмечаются контрастные аномалии As и малоконтрастные – Br, Co, Sr. Высвобождение металлов из техногенного элювия, в частности из антрацита – метаморфизированного угля высокой плотности – происходит постепенно, поскольку они прочно связаны по типу металл-углерод (Ме – С) (Шишов и др., 2004). В аутогенных минералах:

сульфидах, карбонатах, силикатах, фосфатах они, как и другие элементы, могут быть сорбированы на минеральном веществе, высвобождаясь при его выветривании.

В тоже время угли Сибири содержат меньше сульфидных и сульфатсодержащих соединений, нежели таковые Урала, Подмосковья и Донбасса. Так, в углях Кузнецкого угольного бассейна количество общей серы составляет 0,23-2,7%; в углях Печорского угольного бассейна – 0,4-0,8%; Южно-Якутского угольного бассейна – лишь 0,19-0,67%³. Угли Западного Урала (Кизеловский углебассейн), Подмосковья (Подмосковский угольный бассейн) и Донбасса относятся к высоко сернистым, в них присутствует 4-8% серы (максимум в Пермском крае). Сера в углях представлена органической формой – So, пиритной – Sp (FeS и FeS 2 ) и сульфатной – Ss (CaSO 4 , FeSO 4 , MgSO 4 ). Неорганическая сера сосредоточена в минеральной части угля, органическая – в составе меркаптанов, тиоэфиров, тиофенолов, тиофенов (Алещенкова и др., 2011). В углях Кузнецкого угольного бассейна органическая сера не превышает 0,7%, Печорского угольного бассейна – 0,73%, Южно-Якутского угольного бассейна – 0,67%.

Поэтому сернистые соединения, присутствующие в ВВП, при неселективной отсыпке, могут оказывать влияние на подвижность металлов, поскольку окисление сульфидов твёрдых пород сопровождается образованием серной кислоты, способствующей миграции металлов, проявляясь локально. О присутствии таких очагов экстремального почвообразования на отвалах свидетельствуют их космические изображения4. Ускорению почвообразования могут способствовать разные технологии биоремедиации. Внедрение в биологическую рекультивацию отвалов отходов добычи антрацита новых современных природоподобных методов, в том числе биоремедиации, обеспечивающей снижение негативного влияния тяжёлых металлов в очагах их присутствия на фитомикробиомы, актуально.

Биоремедиация – способ восстановления средообразующей функции почв с использованием метаболического потенциала представителей биоты: высших и низших растений, макро- и миромицетов, бактерий, водорослей, червей и других представителей педонаселе-ния. Термин «биоремедиация» (bios – «жизнь», remediatio – «лечение», «восстановление баланса») заимствован из англоязычной литературы. В прямом смысле он означает «излечивание» химически загрязненных почв, грунтов, подземных (грунтовых) вод, то есть их восстановление, в том числе очищение (Янин,

2014). Иногда толкование термина отождествляется с терминами биорекультивация, деконтаминация, что представляется не корректным. Отличие биоремедиации от биорекультивации заключается в том, что рекультивация фокусируется на восстановлении нарушенных земель в целом, а ремедиация – на восстановлении качества жизнеобитаемых сред, изменении в них валентности токсичных поливалентных металлов и неметаллов, снижении их концентрации.

В свою очередь, биоремедиация отличается от санации вовлечением в процесс очищения метаболически активных организмов, то есть жизнедеятельных.

Биомеридиация зародилась в связи с необходимостью решения проблемы загрязнения территорий нефтью и её продуктами переработки. В этой связи, основная масса имеющихся в настоящее время публикаций посвящена изучению данного воздействия, способам его устранения вплоть до использования наночастиц и привлечения искусственного интеллекта (Patowary et al., 2023). Позитивное воздействие присуще индуцированной фиторемедиации рассматривается как экстенсивный метод восстановления прежнего состояния загрязнённых почв и грунтов от нефте-загрязнения (Автухович, 2010), как инновационный метод санации депрессивных территорий (Демин и др., 2022). В последние годы в разных странах мира: Индии, Китае, Пакистане, Иране, Италии, Австралии, Португалии, России наблюдается тенденция роста информации о микробно-индуцированной фиторемедиации почв, в ИЭГМ УрО РАН под руководством акад. И.Б. Ившиной создана Региональная профилированная коллекция алканотрофных бактерий, в том числе угле-водородокисляющих родококков (Углеводородокис-ляющие родококки…, 2021). Современные представления об использовании микроорганизмов в очищении техногенных сред от загрязнения нефти, углеводородного газа, нефтепродуктов изложены в учебных и научных публикациях (Пиковский и др., 2022; Туркин, 2025; Чайкин и др., 2025).

Некоторые микроорганизмы вошли в коммерческие биопрепараты для очистки от нефтезагрянения. Например, производителем ООО «Уралэкоресурс» разработан препарат «БИОРЕК-РА» ТУ 929-01100495603-00 от 11.01.2016 на основе инокуляции угольных отходов после обогащения бурого угля бактериями Azotobacter chroococcum АИН и Pseudomonas fluorescens ВКГ. Он зарекомендовал себя, как биосорбент c высокой степенью очистки почв от загрязнения нефтью и тяжёлыми металлами, благодаря наличию в нём гуминовых кислот углистого происхождения (Белик, Злобина, 2016). Внесение препарата in situ в нефтезагрязнённую почву оказывало позитивное влияние на снижение загрязнения до уровня ПДК (Егорова, Ташкинов, 2024). Следует добавить, что обе бактерии продуцируют альгинаты (Ertesvåg, 2015; Бонарцева, 2017), которые наряду с гуминовыми кислотами, могут связывать металлы полисахаридами.

Исследования, посвященные микробной ремедиации техногенного элювия и почв, деградированных в районах угледобычи, немногочисленны. Приводятся единичные сведения об использовании микоризообразующих грибов и хелатов, снижающих биотоксичность металлов в корнеобитаемом слое растений на территории Восточного Донбасса⁵ (Ivanov et al., 2025; Siunova et al., 2025). В Сибири фиторемедиационные подходы рассмотрены для хранилищ отходов рудообо-гащения (Бортникова и др., 2022), отвалов клинкеров цинкового завода (Артамонова и др., 2021) с целью вовлечения сидеральных растений и бактерии р. Azoto-bacter. Поиск путей содействия естественному возобновлению почвообразования на отходах угледобычи, образованной при неселективной отсыпке в Сибири, представляется своевременным. Их применение сэкономит расходы на биологическую рекультивацию традиционными методами, в том числе с применением землевания (гумусовой мелиорации).

Цель настоящей работы – показать возможности реабилитации новообразуемых и загрязнённых почв на территории складирования отвалов неселективного от-валообразования отходов антрацита в Сибири (по материалам литературных и собственных данных) .

Объекты и методы

Основное внимание сосредоточено на отвалы отходов неселективного отсыпки ВВП на территории Горловского месторождения (Новосибирская область), которые интенсивно увеличиваются в размерах из-за интенсивной добычи антрацита в 37 км от г. мегаполиса (г. Новосибирск). Горловский угольный бассейн расположен в правобережье Оби в административных границах Новосибирской области. Угленосная толща месторождения имеет мощность 640-940 м, вытянута полосой в северо-восточном направлении на 120 км при средней ширине 1,5-7,5 км, залегает на небольшой глубине. Прогнозные запасы антрацита до глубины 900 м оценены в 6,5 млрд т. Они отличаются высоким качеством: малозольные, малосернистые, высокоуглеродистые, высокой механической прочности и термической стойкости. Промышленное освоение бассейна началось в 30-е годы прошлого века, с 1980-1990 гг. по настоящее время идёт активная добыча антрацита, что подтверждается присутствием техногенных образований – глубоких карьеров (рис. 1 / fig. 1) и многоярусных отвалов ВВП, протянувшихся на несколько километров (рис. 2 / fig. 2).

Как показывает расшифровка космических снимков, поверхность Нагорного отвала Горловского месторождения антрацита6 – одного из типичных на данной территории, по прошествию 20-25 лет самозарас-тания, обнаруживает мозаичное присутствие почвенноподобных тел (ППТ), или биогенно-неразвитых эм-бриозёмов (Герасимова и др., 2003), которым принадлежит около 50% площади, остальная часть – не подвержена первичному почвообразованию. Эмбриозёмы инициальные (ЭИ) соответствуют литостратам (группа натурфабрикатов), эмбриозёмы органо-аккумулятивные (ЭОА) и дерновые (ЭД), формирующиеся на плотных породах – литозёмам, эмбриозёмы дерновые на рыхлых породах – пелозёмам (Шишов и др., 2023). Исходные почвы, прилегающие к отвалам, – черноземы, лугово-чернозёмные и серые лесные.

Современный природно-техногенный ландшафт (ПТП) привлекает внимание всех любителей природы.

Находясь вблизи прохождения федеральной трассы Р256 «Чуйский тракт» , по которой проходит маршрут от Новосибирска до Барнаула и далее на Алтай и в Монголию, ПТП может войти в список территорий, используемых в рекреационных и туристических целях, поскольку вокруг отвалов присутствует уникальная растительность, выходы обнажённых древних пород, природный водопад.

Рис. 1. Горловское месторождение антрацита, карьер

Fig. 1. Gorlovskoye anthracite deposit, quarry

Востребованность территории предопределяет проведение биологической рекультивации отвалов отходов открытой добычи антрацита, в том числе биоремедиации в связи с её экологичностью, высокой эффективностью, экономичностью по сравнению с другими методами (Mokrani et al., 2024). Отсутствие информации по данному вопросу в отношении отвалов угледобычи Сибири, мотивировало изучение проблемы, её анализ и изложение возможных путей её решения.

Рис. 2. Отвалы отходов добычи антрацита, Горловское месторождение

Fig. 2. Anthracite mining waste dumps, Gorlovskoye deposit

Результаты и обсуждение

Биоремедиация биогенно – неразвитых почв, формирующиеся на ВВП. Судя по визуализации поверхности со спутникового радиометрического снимка ALOS, 68% формирующихся почв приурочено к пла-корным участкам, остальная часть занята склоновыми позициями (32%)6. На плакоре развивается преимущественно берёза, под её пологом встречаются щавель, клубника, пырей, другие злаковые растения. В единичном представительстве присутствует сосна обыкновенная (рис. 3 / fig. 3). Также регистрируются разрастания многолетнего мха Polytrichum commúne (кукушкин лён обыкновенный), предпочитающего места обитания с повышенной влажностью, чему способствует присутствие твёрдых пород, ослабляющих фильтрацию атмосферных вод вглубь отвала. При этом не исключено закисление среды обитания, поскольку слабо разложившийся листовой опад берёзы сохраняет органические кислоты.

Известно, что актуальная рН может составлять в присутствии листового опада берёзы, например, на суглинках 6,0 ед. (среда – слабокислая), песчаных и супесчаных субстратах – до 7,5 ед. (слабощелочная среда). Обильное выпадение атмосферных осадков может дополнительно защелачивать поверхность. Кукушкин лён разрастается вблизи выветренных пород, в которых содержание металлов, например, Mn, Zn, Cu, Pb, Ni, превышает кларк углей (табл. 1 / tabl. 1). Уста-новлено7, что кукушкин лён в кислых, техногенно загрязнённых средах отходов обогащения на полигонах золотодобычи, накапливал до 2,5 мг/кг Zn, а также депонировал Cu, Hg, As. При этом берёза плосколистная оказалась менее активной к аккумуляции металлов, в частности Zn – почти в 20 раз.

В нашем случае пробы эмбриозёмов, сформировавшиеся вблизи берёзы, характеризовались высоким присутствием валового содержания Mn, что обязано, очевидно, листьям берёзы. Её листовой опад, как известно, повышает марганценосность сибирских почв. В коре берёзы содержание элемента почти в 2 раза больше, чем в сосне и осине. Однако минимальная способность поглощать Mn присуща мхам и лишайникам, возможно, кукушкин лён оказался толерантным к присутствию Mn.

Лидерство берёзы в растительном покрове отвала обусловлено её высокой устойчивостью к тяжёлым металлам по сранению с соной. Берёза – это факультативный микоризообразователь, сосна же – облигатный, к тому же она, как симбионт, высокотрофна. Сосна не может нормально развиваться без микоризы, которая обеспечивает ей приток Са, P, K в количестве, превышающем таковое у берёзы из-за большей потребности на формирование древесной ткани.

Берёза выступает в роли основного участника формирования фитоценотической среды, определяющей развитие и усложнение структуры группировок травянистых растений (Андроханов и др., 2004), способствует существенному привносу на поверхность первичного органического вещества, необходимого для образования подстилки и дернины. Согласно мнению Л.О. Карпачевского (1981), листья древесных пород и травянистые растения относятся к активной фракции органических остатков, обладающих наибольшей скоростью разложения по сравнению, с другими структурными компонентами опада – ветками, корой и т.д., что способствует быстрому высвобождению углерода, азота и других элементов, необходимых для корневого питания травянистых растений.

Наряду с разложением легко минерализуемых остатков им присуще более быстрая деструкция лигнина по сравнению с таковым сосны. Это обусловлено тем, что лигнины лиственных пород содержат кроме ванилина сиреневый альдегид, а травянистых растений – помимо ванилина, сиреневого альдегида – n-оксибензальдегид, которые быстро распадаются до ароматических кислот и альдегидов. В лигнине хвойных пород преобладают гваяциловые (конифериловые) структуры, преимущественно ванилина, который разрушается крайне медленно. Распад лигнина хвои происходит под воздействием синергической системы, состоящей из почвенных животных, исключительно аэробных микромицетов, действующих как последовательно, так и параллельно друг другу. Возможно, что в техногенных экосистемах их содержание недостаточно для формирования фитомикобиома.

Поэтому берёза является основным биогенным почвообразователем, обеспечивая в течение 20-25 лет не только ЭИ, но и ЭОА, а также ЭД6. Появление ЭД на плотных породах спланированного участка неселективной отсыпки ВВП регистрируется через 25 лет, их доля в 2,6 раза уступает по площади 15-летним участкам отсыпки рыхлых пород. Тем не менее, они формируют условия для выживания и развития гемикриптофитов – дернообразующих травянистых растений, почки возобновления у которых находятся на уровне почвы или непосредственно под её поверхностью. Это свидетельствует о тенденции участия слаборазвитых почв в формировании органогенного слоя на поверхности отвала, фактически на большей его площади (рис. 4 / fig. 4).

Ускорить темпы перехода слаборазвитых почв на более зрелую стадию, например, гумусово-аккумулятивную, можно достичь, вероятно, привлечением биоремедиации, например, путём средоулучшения условий для выживания микоризы на корнях сосны. Известно, что причиной ослабленного роста сосны на отвалах отходов угледобычи является повышенная влажность, отсутствие в корнеобитаемом слое лёгкого механического состава, снижение числа арбус-кулярных грибов, особенно на ранних стадиях укоренения. Кислотность свежего опада хвои составляет 3,2-3,8 ед., а разложенного – 5,5-6,5 ед., поэтому подкисление корнеобитаемого слоя в начальный период поступления хвои в почву обусловливает повышение мобильности тяжёлых металлов5, к которым симбио-трофные грибные партнеры сосны чрезвычайно чувствительны.

Тяжёлые металлы вызывают преждевременное старение эумицетных хальмофаговых эктомикориз, их повреждение и отмирание, что наблюдалось, например, на отвалах Кумертауского буроугольного разреза (Фаизова, Зайцев, 2012). При загрязнении лесов промышленными выбросами также снижалась интенсивность микоризации поглощающих корней, уменьшалась длина корней, несущих активные микоризные чехлы (Зайцев, 2009), сокращалось число плодовых тел макромицетов – агариковых грибов, являющихся экто-микоризообразователями (Переведенцева, 1998).

Злаковые растения // Cereal plants

Betula verrucosa

Макромицеты // Macromycetes

Polýtrichum commúne

Tara xacum officinale

Злаковые растения // Cereal plants

Рис. 3. Растительный покров на отвалах отходов угледобычи, Горловское месторождение Fig. 3. Vegetation cover on coal mining waste dumps, Gorlovskoye field

Сложноцветные растения // Compound- flowered plants

Таблица 1

Максимальное содержание металлов в выветренных твёрдых породах плакора отвала угледобычи, Горловское месторождение (мг/кг)

Table 1

Maximum content of metal in weathered hard rocks at the coal mining dump site, Gorlovskoye deposit (mg/kg)

Элемент // Elements	Кларк // Clark		Субстрат // Substrate
			Выветренные твёрдые породы // Weathered hard rocks
	литосферы1// lithospheres1	углей2 // coals2	валовое содержание металлов // gross content of metals	содержание подвижных форм // content of mobile forms
K	25 000	—	25 637	280
Na	25 000	—	3 930	63
Ca	29 600	—	2 972	1 000
Mg	18 700	—	1 480	1 344
Fe	46 500	—	8 614	10
Mn	1 000	95±16	147	5,0
Zn	83	22±2	40	5,1
Cu	47	18,5±0,2	30	6,0
Cd	0,13	0,6±0,3	0,3	0,12
Pb	16	25±3	25	4
Co	18	5,2±0,3	5	0,7
Ni	59	16±2	20	1,6

*Примечание: 1 – кларк по (Виноградов, 1962); 2 – кларк по (Юдович и др., 1985).

Жирным шрифтом выделены значения, превышающие кларк литосферы и углей.

*Notes: 1 – clarke according to Vinogradov (Vinogradov, 1962); 2 – clarke according to (Yudovich et al., 1985).

Values exceeding the clarke of the lithosphere and coals are highlighted in bold.

Рис. 4. Градации почвенно-экологического состояния Нагорного отвала (возраст 25-27 лет)6

Fig. 4. Gradations of the soil-ecological state of the Upland dump (25-27 years old)6

Воздействие выбросов завода синтетических моющих средств (г. Пермь) снизило в березняке разнообразие агариковых грибов со 135 видов до 39, в сосняках – с 91 вида до 26.

То есть, реакция макромицетов – микоризообразо-вателей на техногенное загрязнение среды обитания в данном случае оказалась схожей, независимо от вида древесного растения – симбиотрофного партнёра. Микоризообразователями являются более 40% агари-ковых грибов, то есть их гибель нежелательна ни для берёзы, ни тем более – для сосны. Некоторые семейства макромицетов являются 100% – микоризными, например, сыроежковые и трубчатые, они никогда не встречаются в отсутствие фитосимбионтов. Гибель плодового тела макромицетов может быть вызвана гибелью мицелия, на котором формируются ба-зидиомы – плодовые тела (спороносящая структура) у грибов класса Basidiomycetes (базидиомицетов). Именно на базидиоме или внутри неё формируются специализированные клетки – базидии, в которых образуются половые споры (базидиоспоры). Следовательно, загрязнение среды обитания грибов негативно влияет на гифальную сеть и базидий, благодаря которым формируются споры полового размножения. Не случайно, при выращивании сосны обыкновенной в открытых питомниках во избежание проявления кислотности, которая вызывает мобильность металлов, используют известковые удобрения для поддержания оптимальной рН.

Эктомикориза – форма симбиотических отношений, при которой грибы не проникают через клеточную стенку хозяина, а образуют полностью межклеточный интерфейс (сеть Гартига), переводя труднорастворимые соединения в доступные растениям формы. Поражение микоризных грибов при подкислении корнеобитаемого слоя древесных растений может сопровождаться анатомическими и физиологическими изменениями деревьев, что ведёт к снижению их охво-енности и облиственности, уменьшению длины и массы хвоинок и листьев, проявлению гипертрофии проводящего пучка в ассимиляционном аппарате.

Макромицеты, образующие эктотрофную микоризу на корнях деревьев и кустарников, составляют 40% от общего количества шляпочных грибов, известных в настоящее время. Доказано, что многие грибы, как высшие, так и низшие, в том числе симбиотроф-ные, обладают способностью к депонированию тяжёлых металлов и неметаллов: As, Cu, Zn, Fe, Pb, Ni, Hg, Al, Cr и др. Это происходит благодаря: 1) сорбции металлов на поверхности клеточных стенок грибов, в том числе хитином; 2) внутриклеточному накоплению металлов в вакуолях; 3) экстраклеточной иммобилизации металлов, например, с участием щавелевой кислоты, образующей нерастворимые соли – оксалаты, которые снижают биодоступность металлов.

Макромицеты аккумулируют металлы в ножке, шляпке, пластинках, трубчатке (Соколов, Черников, 1999). Такие виды, как вешенка, относятся к гипераккумуляторам свинца, кадмия, хрома, других металлов и востребованы в очистке от них (Kapahi, Sachdeva, 2017). Однако многие высшие макромицеты представляют пищевую и лекарственную ценность (Юй и др., 2009; Переведенцева, 2021). Из 10 тыс. базидиальных грибов 700 видов считаются съедобными, более 200 видов обладают терапевтическим действием, что обусловливает их ограничение в биоремедиации из-за потенциального интереса в гастрономических и лечебных целях, что может привести к отравлению. Поэтому привнос макромицетов для дополнительного заражения корней сосны микоризообразователем должен быть ориентирован на ассортимент съедобных малоизвестных, либо ядовитых грибов-микоризообразовате-лей во избежание нежелательных последствий. Это можно достичь путём привноса споровой суспензии из высушенных плодовых тел базидиомицетов, в том числе длительно хранящихся. Этот подход наиболее приемлем в сочетании с подщелачивания среды в корнеобитаемом слое.

Помимо эктомикоризных грибов можно использовать эндомикоризообразующие грибы, обеспечивающих растения P и N. Известно, что угли характеризуются высокой концентрацией неорганического азота

(Перельман, 1972), но в элювии проявляется недостаток аммиачной и нитратной форм. Это вызвано: 1) дефицитом аммиака, продуцируемого аммонифицирующими микроорганизмами, в том числе из-за ослабленной фиксации азота атмосферы несимбиотическими бактериями; 2) низким содержанием нитратов из-за замедленного роста возбудителей нитрификации; 3) востребованностью нитратов денитрификаторами в качестве акцептора электронов для энергообеспечения клеток. Поэтому привнос эндомикоризных грибов в корнеобитаемый слой сосны предпочтителен, но следует иметь в виду, что они, как и эктомикоризообразо-ватели, облигатны. К тому же имеются факты неоднозначного реагирования сосны на эндомикоризу, проявляющиеся в ограничении её роста.

Наиболее перспективной представляется арбуску-лярная микоризация семян сидеральных растений, например, люцерны, отзывчивой на инфицирование (Алещенкова, 2011), которую можно подсевать на малозаселённых участках. Такой путь обеспечит одновременно повышение органического вещества и доступного азота в корнеобитаемой толще эмбриозё-мов. Образование арбускулярной микоризы не сопровождается существенными изменениями корневой системы растения. Мицелий влияет на уровень pH и подвижность элементов питания в зонах обитания. Арбускулярная микориза может составлять 4-17% сухого веса корня и содержать до 1,4 м гиф на 1 см корня (Воронина, 2007), что важно для корневого питания растений.

Установлено, что микоризация люцерны в комбинации с применением органических хелатов, например, лимонной кислотой, способствует переводу труднодоступных металлов в доступные формы, снижая тем самым их фитотоксичность в почвах на территории угледобычи в Донбассе5. При этом наблюдалось повышение надземной и подземной биомассы. Схожая тенденция обнаружена и у пырея при совместном применении микоризации и хелатизации корней, что также свидетельствует об улучшении корнеобитаемой среды в условиях техногенного загрязнения.

Другой способ фиторемедиации, который может способствовать средоулучшению в корнеобитаемом слое и эмбриозёмообразованию на проблемных участках отвалов – это применение дернообразующих злаков. Установлено (Зуева, 2001), что на схожих объектах биорекультивации отвалов ВВП каменного угля в Кузбассе, формирование дернины происходило с сохранением высокой жизнеспособности испытанных дернообразующих злаков: овсяницы красной, овсяницы луговой, местных форм мятлика. Некоторые злаки накапливали Rb, Sb, Mn, Co (Ламанова, 2010). Семенной материал можно получить способом, апробированным в регионе (Куприянов и др., 2025). Подобный подход биоремедиации был апробирован для нефтезагрязнённых мерзлотных почв в Якутии (Ерофеевская и др., 2012). Были использованы дернообра-зующие злаки, обладающие активным побегообразованием, высокой семенной продуктивностью и комплексной устойчивостью в сочетании с предварительной микробной очисткой корнеобитаемой толщи. Она была предварительно обработана биопрепаратом, содержащим аборигенные углеводородокисляющие микроорганизмы, культивированные в среде, содержащей именно ту нефть, которая присутствовала на территориях. Это обеспечило перевод аварийных участков в состояние, соответствующее безопасному уровню.

При достижении эмбриозёмами гумусово-аккумулятивной стадии можно использовать донник как регулятор содержания новообразуемых фракций гумусовых кислот (Клёнов, 2000). Для повышения содержания устойчивых фракций, а, следовательно, и бензоидных структур, можно рекомендовать привнос соломы, торфа, опилок, короминеральных отходов. Они также применяются в качестве структураторов – материалов, которые служат сорбентами загрязняющих веществ, аэраторами субстратов, что особенно важно для аэробных микромицетов – деструкторов лигнина, а также фито- и микробных продуцентов меланиновых соединений – предшественников гумуса. Такой путь биоремедиации обеспечит накопление клетчатки и лигнина в молодых почвах, обеспечит их преобразования в гумусоподобные соединения, временное закрепление углерода в них и микробной плазме.

Меланины синтезируют некоторые виды высших растений, макро- и микромицеты, особенно плесневые грибы, а также бактерии рода Azotobacter. Азотобактер обладает широким набором адаптаций к экстремальным местообитаниям. Он быстро колонизирует техногенные среды, в том числе отвалы отходов угледобычи. Как биоремедиант, бактерия чрезвычайно перспективна вследствие полифункциональности. Она способна метаболизировать углеродистые соединения, фиксировать азот атмосферы, синтезировать ростсти-мулирующие соединения, сидерофоры, альгинаты – экзополимеры. Последние важны бактерии в качестве: 1) запасного питательного вещества, 2) защитного механизма от неблагоприятных факторов, 3) детоксиканта тяжёлых металлов и металлоидов. Экзополимеры бактерий обладают наибольшей способностью к гелеобразованию, по сравнению с водорослями, и меньшей вязкостью, чем у близкородственной бактерии р. Pseudomonas (Бонарцева и др., 2017).

Азотобактер – микроаэрофильная бактерия. Её способность к парамагнетизму обеспечивает ей перемещение с помощью магнитосом в локусы с кислородом. При этом, бактерия синтезирует ферменты: каталазу, пероксидазу, супероксидисмутазу, чтобы нейтрализовать активные формы кислорода. В свою очередь, защиту нитрогеназы обеспечивает меланин – полимерное соединение (молекулярная формула – С18Н10N204) с множественными ароматическими кольцами, конденсированными с π-системами. Меланины обладают высокой термической стабильностью, что обеспечивает сохранность нитрогеназы в период перегрева поверхности отвалов. Меланины связывают Fe, Cu, Zn, U, сорбируют уран и трансурановые элементы, предохра- няя клетки от их токсичного действия. При этом бактерия нуждается в Ni, необходимом для синтеза супероксидисмутазы, имеющемся в достатке на отвалах. Помимо этого, меланины считаются предшественниками гумусовых веществ, что важно при формировании эм-бриозёмами экологической функции почв – плодородия, а также при участии их в улучшении роста и питания растений, повышении продуктивности (Aasfar et al., 2021).

Предпосылкой для вовлечения азотобактера в ремедиацию корнеобитаемого слоя в случае с отвалами ВВП на антрацитовом разрезе является выявленная ростстимулирующая активность живых культур местных штаммов азотобактера. Установлено, что инокуляция семян аборигенными штаммами (из ВВП) увеличивала всхожесть семян горчицы до 20%, массу проростков – в 1,3 раза, длину максимального корня – в одну третью раза. Скрининг активных штаммов, отобранных из проб у излива подотвальных вод в районе добычи антрацита, а также хвостохранилищ отходов рудообогащения, позволил выявить схожую тенденцию позитивного метаболического воздействия бактерии на некоторые морфометрические показатели проростков. Таким образом, азотобактер можно рекомендовать в качестве агента средоулучшения корнеобитаемого слоя фитопоселенцев отходов добычи антрацита.

Рассмотренные методы биоремедиации ориентированы на улучшение среды обитания растений, заселяющих техногенные отходы и выступающих в качестве фактора почвообразования в экстремальных условиях. При этом не менее важен вопрос о возможности использования акваремедиации для снижения негативного воздействия толщи отвалов на окружающие зрелые почвы вследствие транзита химических элементов и мелких минеральных частиц с фильтрующимися водоносными потоками за его пределы.

Биоремедиация загрязнённых почв подотвальными водами. Отвалы имеют большую водосборную площадь, ВВП – существенную скелетность и каменистость, что предопределяет значительный влагозапас в техногенном теле. Высокая водопроницаемость пород способствует транзиту поровых вод к основанию отвала, пополнению запаса грунтовых вод и разгрузке, что проявляется в изливе у подножья отвалов ручьёв (рис. 5 / fig. 5).

У истока ручья на поверхности пород наблюдается формирование сноттитов в виде слизистых натеков, в том числе с присутствием водорослей и цианобактерий, в водной среде – образование вторичных минералов в виде «скорлупок» белого цвета, содержащих широкий набор химических элементов. Ниже по ходу водотока присутствуют сплавины (рис. 6 / fig. 6), в том числе минерализованные, мощностью 18-20 см, выдерживающие вес человека.

Рис. 5. Подотвальные водотоки, Горловское месторождение

Fig. 5. Sub-basement watercourses, Gorlovskoye field

Сноттиты и минерализованные образования

Формирование сплавинов

Минерализованные сплавины

Рис. 6. Водоток у подножья отвала

Fig. 6. The watercourse at the foot of the dump

Заросли тростника

Почвы, находящиеся у истока подотвальных вод, содержат потенциально токсичные элементы: Ni, Zn, Cd, Co, Cu, Rb, As и другие (Артамонова и др., 2016). Кларковые значения металлов и мышьяка (Ni, Zn, Sr, Zr, As, Mo, Ca) превышают кларк земной коры, что может говорить о развитии технологической деградации (Деградация земельных ресурсов, 2025). Количество Zn и Ni выше ОДК тяжёлых металлов8 и ПДК9 фитотоксичности грунтов. В прибрежных почвах, удалённых от истока на 50 м, пул экотоксикантов ниже. Содержание валовых и подвижных форм Ni, Zn, Co имеет схожую тенденцию. Уменьшение концентрации 2-х валентных металлов, вероятно, обусловлено связыванием их низкомолекулярными органическими соединениями. Обращает на себя внимание способность водорослей, накапливать в наибольшем количестве As, Mn, Мо, Fe; мхов – преимущественно Сu и Sr; рогоза, как и водорослей – Мo. В этой связи, для улучшения качества прибрежных почв, можно использовать акваремедиационный подход, то есть интенсифицировать депонирование химических элементов растениями сем. Рясковые – путём привноса их в водоток. Такое предложение основано на наблюдениях очистки загрязнённых вод г. Новосибирска и вокруг него (Артамонова и др., 2005). 30-дневный рост растения в загрязнённой среде обеспечивал существенное снижение содержания металлов (рис. 6 / fig. 6).

Рис. 7. Содержание химических элементов в воде после 30-дневного роста в ней гидрофитов: в числителе – химический элемент, в знаменателе – содержание, % от исходной пробы (Артамонова и др. 2005)

Fig. 7. The content of chemical elements in water after a 30-day growth of hydrophytes in it: in the numerator – the chemical element, in the denominator – the content, % of the initial sample (Artamonova et al., 2005)

Разные виды ряски поглощали экотоксиканты из вод промышленных зон Томской области10 (Барановская и др., 2025). В районах с высоким развитием нефтегазодобывающего комплекса проявлялось высокое накопление в биомассе ряски Cr, Sb, Br, As, Ta, U. Оценка данного химического состава методом факторного анализа показала, что элементы присутствуют в ассоциации редкоземельных и радиоактивных элементов совместно с Sb и Cr; ассоциации Sr, Nr, Z; ассоциация As и Au. Выявлены факты присутствия высоких концентраций Hg, Th, U и других токсикантов в биомассе ряски промышленных зон в других регионах

РФ¹⁰. Рясковые способны накапливать поллютанты не только в зрелых особях, но и внутри турионов – специализированных почках, образуемых растениями в ответ на неблагоприятные условия, например, уменьшение продолжительности светового дня, понижение температуры воды. Турионы образуются из модифицированного апекса, нередко содержат большое количество крахмала и сахаров, что обеспечивает выживание им около дна в зимний период. Весной турионы всплывают вместе с депонированными элементами, что позволяет рассматривать их в качестве внесезонного фиторемедианта.

Показано также, что в техногенной среде вокруг корней ряски образуются муцигельные чехлы из полисахаридов (Артамонова, Марченко, 2013) где возможно депонирование металлов и неметаллов, их преобразование. Следовательно, есть все основания полагать, что гидрофит может быть востребован в акваремедиации техногенных ручьев на территории Горловского разреза, что будет способствовать и качеству прибрежных почв сельскохозяйственного фонда, прилегающих к техногенному ручью.

Заключение

Интенсивная добыча антрацита вблизи сибирского мегаполиса неизбежно сопровождается разрушением природных ландшафтов, ростом отходов неселективного отвалообразования на дневной поверхности, появлением высоких отвалов и глубоких карьеров. Техногенные образования находятся в окружении природных экосистем, в которых сохранились редкие виды растений, выходы древних пород, природные водопады. Такой природно-техногенный ландшафт привлекателен для туристических компаний, природоохранных и научных организаций. В свою очередь, промышленный интерес к месторождению неизбежно сопровождается появлением новых отвалов, что диктует поиск современных подходов биорекультивации с трендом на ускорение почвенно-растительного экранирования их поверхности. Учитывая мозаичный характер самозарастания отвалов, долговременное пребывание молодых почв на стадии биогенно неразвитых, целесообразно проведение локального средоулучшения корнеобитаемой толщи, прежде всего на участках замедленного почвообразования, путём вовлечения в биоремедиацию.

Для оперативного выявления очагов экстремального почвообразования предлагается привлечение данных дистанционного зондирования, источниками которых могут быть космические спутники Sentinel, Landsat, а также БПЛА. Подобная информация обеспечит своевременное выявление проблемных участков самозарастания отвалов с целью привлечения конкретного содействия развитию эмбриозёмов, в том числе для достижения ими гумусово-аккумулятивной стадии. Использование индуцированной биоремедиациия (фито-, мико-, микробной) в сочетании с другими способами биорекультивации ускорит восстановление природной среды. Биоремедиационные механизмы следует рассматривать как природосберегающие (природоподобные) и, возможно, в некоторых случаях, как альтернативные мелиорации. Своевременная минимизация негативного воздействия загрязнения окружающей среды подотвальными водами с применением акваремедиации снизит экологические риски. Для выявления позитивного последействия биоремедиации в долгосрочной перспективе необходимо проведение интеграционных исследований.

Финансирование

Работа выполнена в рамках государственного задания, номер госрегистрации темы: ИПА СО РАН №126032419121-2

Funding

The work was performed within the framework of the state assignment, the state registration number of the topic: IPA SB RAS №126032419121-2

Статья посвящается памяти профессора Пермского университета Лидии Григорьевны Переведенцевой.

Acknowledgements

The article is dedicated to the memory of Perm University professor Lidiya Grigoryevna Perevedentseva.