gscienceMining Science and Technology (Russia)Горные науки и технологии2500-0632The National University of Science and Technology MISiIS (NUST MISIS)10.17073/2500-0632-2023-01-73gscience-542Research ArticleSAFETY IN MINING AND PROCESSING INDUSTRY AND ENVIRONMENTAL PROTECTIONТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ В МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОМ КОМПЛЕКСЕ И ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫEstablishment of an erosion-control plant cover in a sand pit under Arctic conditions using sewage sludgeФормирование противоэрозионного растительного покрова на песчаном карьере в условиях Арктики с помощью осадка сточных водhttps://orcid.org/0009-0004-0114-5372ЛусисА. В.LusisA. V.

Аделина Вадимовна Лусис – специалист, специалист по охране труда, промышленной безопасности и охране окружающей среды

Москва

Кировск 

Adelina V. Lusis – Specialist, Evoblast Group, Leading Specialist in Labor Protection, Industrial Safety and Environmental Protection

Moscow

Kirovsk 

adeliysrab@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-7994-5431ИвановаЛ. А.IvanovaL. A.

Любовь Андреевна Иванова – доктор биологических наук, заведующая лабораторией декоративного цветоводства и озеленения, ведущий  научный сотрудник 

Кировск

Апатиты 

Lubov A. Ivanova – Dr. Sci. (Biol.), Head of the Laboratory of Decorative Floriculture and Landscaping, Leading Researcher

Kirovsk

Apatity 

ivanova_la@inbox.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5014-4385ГорбачеваТ. Т.GorbachyovaT. T.

Тамара Тимофеевна Горбачева – кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник

Scopus ID 6602532642 

Апатиты 

Tamara T. Gorbacheva – Cand. Sci. (Biol.), Leading Researcher, Institute for Problems of Industrial Ecology

Scopus ID 6602532642

Apatity 

podzol_gorby@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7918-1857РумянцеваА. В.RumyantsevaA. V.

Анжелла  Владимировна  Румянцева – кандидат биологических наук, доцент кафедры биологии 

Череповец 

Anzhella V. Rumyantseva – Cand. Sci. (Biol.), Associate Professor, Department of Biology 

 Cherepovets

a-v-rum@yandex.ruГК «Эвобласт»; Полярно-альпийский ботанический сад-институт им. Н.А. Аврорина Федерального исследовательского центра «Кольский научный центр Российской академии наук» (ПАБСИ КНЦ РАН)РоссияSC Evoblast ; Polar-Alpine Botanical Garden-Institute of N.A. Avrorin, KSC RASRussian FederationПолярно-альпийский ботанический сад-институт им. Н.А. Аврорина Федерального исследовательского центра «Кольский научный центр Российской академии наук» (ПАБСИ КНЦ РАН); Институт проблем промышленной экологии Севера Федерального исследовательского центра «Кольский научный центр Российской академии наук» (ИППЭС КНЦ РАН)РоссияPolar-Alpine Botanical Garden-Institute of N.A. Avrorin, KSC RAS ; Institute of North Industrial Ecology Problems, KSC RASRussian FederationИнститут проблем промышленной экологии Севера Федерального исследовательского центра «Кольский научный центр Российской академии наук» (ИППЭС КНЦ РАН)РоссияInstitute of North Industrial Ecology Problems, KSC RASRussian FederationЧереповецкий государственный университетРоссияCherepovets State UniversityRussian Federation20231409202383223231Copyright © Lusis A.V., Ivanova L.A., Gorbachyova T.T., Rumyantseva A.V., 20232023Лусис А.В., Иванова Л.А., Горбачева Т.Т., Румянцева А.В.Lusis A.V., Ivanova L.A., Gorbachyova T.T., Rumyantseva A.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://mst.misis.ru/jour/article/view/542

This paper presents the findings of a prolonged field studies that ained to assess the feasibility of using the sewage sludges (SS) form a regional water and wastewater services enterprise to expedite the establishment of a resilient erosion-control plant cover in sand pits located in the Arctic region of the Russian Federation. The study confirms the beneficial impact of the SS on the seed germination, subsequent growth, and development of plants.The study shows that SS can be used in two ways: first, by applying a continuous layer measuring 5 to 10 cm thick on the soil surface or by fragmentarily applying a layer 2–3 cm thick. Second, through early-winter sowing of seeds directly on the soil surface (under the SS layer) or on top of the sewage sludge. In both cases, an annual enhancement of the qualitative and quantitative parameters of the artificially formed stand of grass was observed. This included a significant increase in its height and density, biomass, foliage cover, and thickness of the formed sod, in contrast to the reference sample.The present study investigates the characteristics of the floristic composition of the phytocenoses formed in a sand pit. The findings demonstrate that the use of sewage sludge (SS), regardless of the quantity and application method, accelerates the restorative succession in the sand pit. The thick stand in the experimental variants, resulting from the attraction of pioneer vegetation, promotes the complexity of its structure and species composition, rapid vegetation of inner bare areas, and the emergence of natural phytocenoses elements that are specific to the zonal type of vegetation. Additionally, the use of SS stabilizes erosion processes in the study ares. Consequently, the plant community formed in the experiment using SS can be classified as ecologically sustainable, with the potential for independent existence and further development.These results can serve as a foundation for monitoring efforts and the development of measures to optimize the vegetation of such ecotopes.

В настоящей работе представлены результаты многолетних полевых исследований по оценке возможности применения ОСВ регионального предприятия водопроводно-канализационного хозяйства для ускоренного формирования устойчивого противоэрозионного растительного покрова на песчаных карьерах в Арктической зоне РФ с подтверждением оказания им стимулирующего эффекта на прорастание семян, дальнейший рост и развитие растений.Показано, что ОСВ может применяться двумя способами: нанесением на поверхность грунта сплошным слоем высотой от 5 до 10 см, и фрагментарно – слоем 2–3 см, а подзимний посев семян – непосредственно по поверхности грунта (под слой ОСВ) либо поверх осадка сточных вод. В обоих случаях отмечено ежегодное улучшение качественных и количественных показателей искусственно созданного травостоя – многократное, по сравнению с контролем, увеличение его высоты и плотности, биомассы, проективного покрытия и мощности сформированной дернины.Исследованы особенности формирования флористического состава созданных в песчаном карьере фитоценозов. Установлено, что независимо от количества и способа нанесения применение ОСВ способствует ускорению восстановительной сукцессии на песчаном карьере, а мощный травостой опытных вариантов путем привлечения пионерной растительности – усложнению его структуры и видового состава, быстрому зарастанию внутренних оголенных участков и возникновению элементов естественных фитоценозов, свойственных зональному типу растительности, а также стабилизации процессов эрозии на объекте исследования. Все это позволяет характеризовать сформированное в эксперименте с помощью ОСВ растительное сообщество как экологически устойчивое, имеющее перспективы к самостоятельному существованию и дальнейшему развитию.Результаты таких исследований могут послужить основой для организации мониторинга и разработки мероприятий по оптимизации растительности подобных экотопов.

песчаный карьерфиторекультивацияосадок сточных вод (ОСВ)мелиоранттравосмесьрастительный покровsand pitphytoremediationsewage sludge (SS)ameliorantgrass mixtureplant coverПроведенные исследования были поддержаны грантом РФФИ и Министерства образования и науки Мурманской области. Проект 17-45-510205: «Дефосфотация коммунальных стоков в условиях снижения водопотребления» в 2017–2019 гг.This research received funding from the Russian Foundation for Basic Research and the Ministry of Education and Science of the Murmansk Region. The project, titled “Dephosphorization of municipal wastewater under the conditions of reduced water consumption” (Project 17-45-510205), was conducted between 2017 and 2019.ReferencesКапелькина Л.П. О естественном зарастании и рекультивации нарушенных земель Севера. Успехи современного естествознания. 2012;(11):98–102. URL: https://s.natural-sciences.ru/pdf/2012/11-1/29.pdfKapelkina L. P. Natural revegetation and remediation of disturbed lands of the north. Advances in Current Natural Sciences. 2012;(11):98–102. (In Russ.) URL: https://s.natural-sciences.ru/pdf/2012/11-1/29.pdfПевзнер М.Е., Костовецкий В.П. Экология горного производства. М.: Недра; 1990. 235 с.Pevzner E. M., Kostovetsky V. P. Ecology of mining. Moscow: Nedra; 1990. 235 p. (In Russ.)Кондратюк Е.Н., Тарабрин В.П., Бакланов В.И. и др. Промышленная ботаника. Киев: Наук. думка; 1980. 260 с.Kondratyuk E. N., Tarabrin V. P., Baklanov V. I., et al. Industrial botany. Kyiv: Naukova Dumka; 260 p. (In Russ.)Капелькина Л.П. Экологические аспекты оптимизации техногенных ландшафтов. М.: Наука; СПб.: ПРОПО; 1993. 191 с.Kapelkina L. P. Ecological aspects of optimization of man-made landscapes. Moscow: Nauka; St. Petersburg: PROPO; 1993. 191 p. (In Russ.)Евдокимова Г.А., Переверзев В.Н., Зенкова И.В. и др. Эволюция техногенных ландшафтов (на примере отходов апатитовой промышленности). Апатиты: Изд-во Кольского НЦ РАН; 2010. 146 с.Evdokymova G. A., Pereverzev V. N., Zenkova I. V., et al. Evolution of technogenic landscapes (on the example of waste from the apatite industry). Apatity: Publ. House of the Kola National Center of the Russian Academy of Sciences; 2010. 146 p. (In Russ.)Копцик Г.Н., Копцик С.В., Смирнова И.Е. Альтернативные технологии ремедиации техногенных пустошей в Кольской субарктике. Почвоведение. 2016;(11):1375–1391. https://doi.org/10.7868/S0032180X16090082 (Перев. вер.: Koptsik G.N., Koptsik S.V., Smirnova I.E. Alternative technologies for remediation of technogenic barrens in the kola subarctic. Eurasian Soil Science. 2016;49(11):1294–1309. https://doi.org/10.1134/S1064229316090088)Koptsik G. N., Koptsik S. V., Smirnova I. E. Alternative technologies for remediation of technogenic barrens in the kola subarctic. Eurasian Soil Science. 2016;49(11):1294–1309. https://doi.org/10.1134/S1064229316090088 (Orig. ver.: Koptsik G. N., Koptsik S. V., Smirnova I. E. Alternative technologies for remediation of technogenic barrens in the kola subarctic. Pochvovedenie. 2016;(11):1375–1391. (In Russ.) https://doi.org/10.7868/S0032180X16090082)Копцик Г.Н., Смирнова И.Е., Копцик С.В. и др. Эффективность ремедиации почв техногенных пустошей вблизи комбината «Североникель» на Кольском полуострове. Вестник Московского университета. Серия 17: Почвоведение. 2015;(2):42–48.Koptsik G. N., Smirnova I. E., Koptsik S. V., et al. Efficiency of remediation of technogenic barrens around the “Severonikel” works in the Kola peninsula. Vestnik Moskovskogo Universiteta. Seriya 17: Pochvovedenie. 2015;(2):42–48. (In Russ.)Chen W., Wu L., Frankenberger W.T., Chang A.C. Soil enzyme activities of long term reclaimed wastewater-irrigated soils. Journal of Environmental Quality. 2008;37(5):36–42. https://doi.org/10.2134/jeq2007.0315Chen W., Wu L., Frankenberger W. T., Chang A. C. Soil enzyme activities of long term reclaimed wastewater-irrigated soils. Journal of Environmental Quality. 2008;37(5):36–42. https://doi.org/10.2134/jeq2007.0315Kuypers M.M.M., Marchant H.K., Kartul B. The microbial nitrogen-cycling network. Nature Review Microbiology. 2018;16:263–276. https://doi.org/10.1038/nrmicro.2018.9Kuypers M. M. M., Marchant H. K., Kartul B. The microbial nitrogen-cycling network. Nature Review Microbiology. 2018;16:263–276. https://doi.org/10.1038/nrmicro.2018.9Jones D.L. Organic acids in the rhizosphere – a critical review. Plant and Soil. 1998;205:25–44. https://doi.org/10.1023/A:1004356007312Jones D. L. Organic acids in the rhizosphere – a critical review. Plant and Soil. 1998;205:25–44. https://doi.org/10.1023/A:1004356007312Горбачева Т.Т., Лусис А.В., Иванова Л.А. Химическая мелиорация нефелиновых песков c применением осадка сточных вод регионального предприятия водопроводно-канализационного хозяйства. Вестник МГТУ. 2021;24(1):88–96. https://doi.org/10.21443/1560-9278-2021-24-1-88-96Gorbacheva T. T., Lusis A. V., Ivanova L. A. Chemical amelioration of nepheline sands using sewage sludge from a regional wastewater treatment plant. Vestnik of MSTU. 2021;24(1):88–96. (In Russ.) https://doi.org/10.21443/1560-9278-2021-24-1-88-96Петрова Т.А., Рудзиш Э. Рекультивация техногенно-нарушенных земель с применением осадков сточных вод в качестве мелиорантов. Записки Горного института. 2021;251:767–776. https://doi.org/10.31897/PMI.2021.5.16Petrova T. A., Rudzisha E. Utilization of sewage sludge as an ameliorant for reclamation of technogenically disturbed lands. Journal of Mining Institute. 2021;251:767–776. https://doi.org/10.31897/PMI.2021.5.16Раменская М.Л. Анализ флоры Мурманской области. Л: Наука;1983. 216 с.Ramenskaya M. L. Analysis of the flora of the Murmansk region. Leningrad: Nauka; 1983. 216 p.McGill B.J. Towards a unification of unified theories of biodiversity. Ecology Letters. 2010;13(5):627–642. https://doi.org/10.1111/j.1461-0248.2010.01449.xMcGill B. J. Towards a unification of unified theories of biodiversity. Ecology Letters. 2010;13(5):627–642. https://doi.org/10.1111/j.1461-0248.2010.01449.xЛавренко Е.М., Корчагин А.А. (ред.). Полевая геоботаника. Т. 3. М.-Л.: Наука; 1964. 530 с.Lavrenko E. M., Korchagin A. A. (eds.) Field geobotany. Moscow-Leningrad: Nauka Publ. House; 1964. 530 p. (In Russ.)Тиходеева М.Ю., Лебедева Т.Х. Практическая геоботаника (анализ состава растительных сообществ). СПб.: изд-во С.-Петер. ун-та; 2015. 166 с.Tikhodeeva M. Yu., Lebedeva T. Kh. Practical geobotany (analysis of the composition of plant communities). St. Petersburg: Saint Petersburg University Publ. House; 2015. 166 p. (In Russ.)Скворцов В.Э. Атлас-определитель сосудистых растений таежной зоны Европейской России. М.: Гринпис России; 2000. 587 с.Skvortsov V. E. Atlas-determiner of vascular plants of the taiga zone of European Russia. Moscow: Greenpeace of Russia; 2000. 587 p. (In Russ.)Вихман М.И., Кислых Е.Е., Лисеенко Л.А. Урожайность и качество кормовых трав в зависимости от метеорологических факторов в условиях регулируемого плодородия почв. В: Материалы 40-й Международной научной конференции «Агрохимические приёмы повышения плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур в адаптивно-ландшафтных системах земледелия» ВНИИА им. Д. Н. Прянишникова. М.: Изд-во ВНИИА; 2006. С. 127–129.Vikhman M. I., Kislykh E. E., Liseenko L. A. Yield and quality of fodder grasses depending on meteorological factors under controlled soil fertility. In: Proceedings of the 40th International Scientific Conference “Agrochemical Methods for Increasing Soil Fertility and Productivity of Agricultural Crops in Adaptive Landscape Farming Systems” of All-Russian Research Institute of Agrochemistry named after D. N. Pryanishnikov. Moscow: Publishing house VNIIA; 2006. Pp. 127–129. (In Russ.)Третьякова А.С., Мухин В.А. Синантропная флора Среднего Урала. Екатеринбург; 2001. 147 с.Tretyakova A. S., Mukhyn V. A. Synanthropic flora of the Middle Urals. Yekaterinburg; 2001. 147 p. (In Russ.)Harder R., Peters G.M., Svanström M., et al. Estimating human toxicity potential of land application of sewage sludge: the effect of modeling choices. International Journal of Life Cycle Assess. 2017;22(5):731–743. https://doi.org/10.1007/s11367-016-1182-xHarder R., Peters G. M., Svanström M., et al. Estimating human toxicity potential of land application of sewage sludge: the effect of modeling choices. International Journal of Life Cycle Assess. 2017;22(5):731–743. https://doi.org/10.1007/s11367-016-1182-xZema D.A., Bombino G., Andiloro S., Zimbone S.M. Irrigation of energy crops with urban wastewater: effects on biomass yields, soils and heating values. Agricultural Water Management. 2012;115:55–65. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2012.08.009Zema D. A., Bombino G., Andiloro S., Zimbone S. M. Irrigation of energy crops with urban wastewater: effects on biomass yields, soils and heating values. Agricultural Water Management. 2012;115:55–65. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2012.08.009

The authors declare that there are no conflicts of interest present.