Ecological risk of heavy metals in permafrost-affected soils and lichens, Yamal Peninsula

Abstract

A combined method was utilized to determine the pollution level and human health risk potential of heavy metals in soils and lichens from the Arctic region of the Yamal Peninsula, Russia. 39 soil samples and 5 lichen samples were analyzed for 8 heavy metals (Cu, Pb, Cd, Zn, Ni, Mn, Cr, and Hg) during September of 2017. The highest levels of heavy metals were found in mining area with a decreasing level in reference sites. Ni and Mn were dominant metals in all samples. Regulatory threshold limit values (TLV) for Siberian Russia were used to determine soil heavy metal pollution for individual metal. Cu, Pb, and Mn were all lower than TLV in all areas. Yet Cd, Ni, Hg were beyond TLV except one site for Ni. The baseline values for geology background of 8 metals (mg kg-1) measured in Yamal Peninsula were estimated to be 3.5 for Cu, 3.8 for Pb, 0.16 for Cd, 16 for Ni, 12 for Hg, 15 for Zn, 4.67 for Cr and 1400 for Mn. Two different indices, the Geoaccumulation Index (Igeo) and the Pollution Load Index (PLI) were determined to assess soil sample regarding to heavy metals pollution. The results showed that Hg is highly to extremely polluted in all sites, Cd and Ni are only moderately polluted in mining areas. Ni and Mn were detected more in deeper minerogenic soil horizons compared to top soil. Permafrost table acts as a geochemical barrier, retarded migration of metals into deeper barrier. Transfer factors (TFs) of lichens showed Cr, Hg, Cu, and Ni were accumulated in lichens more. Hazard quotient (HQ) shows no health risk for adults for heavy metals, while Ni, Mg, Hg may cause potential health risk for local Nets children via soil ingestion in Yamal Peninsula.

Применен комплексный подход для определения степени загрязнения тяжелыми металлами почв и лишайников, а также вероятность риска для здоровья человека в арктическом регионе полуострова Ямал, Россия. ( На основе комбинированного метода были определены степень загрязнения тяжелыми металлами почв и лишайников, а также вероятность риска для здоровья человека в арктическом регионе полуострова Ямал, Россия.) Проанализированы 39 образцов почв и 5 образцов лишайников на наличие 8 тяжелых металлов (Cu, Pb, Cd, Zn, Ni, Mn, Cr, и Hg) в сентябре 2017 г. Самый высокий уровень содержания тяжелых металлов был зафиксирован (обнаружен) в районе производства горных работ с уменьшением уровня на фоновых территориях. Во всех образцах преобладающими металлами были Ni и Mn. Для определения уровня загрязнения почвы отдельными видами тяжелых металлов были использованы нормативные значения предельно допустимых концентраций (ПДК) для Сибирского региона России. Зафиксировано содержание Cu, Pb, и Mn ниже ПДК во всех областях. При этом содержание Cd, Ni, Hg было выше ПДК за исключением одной области для Ni. Исходные значения фоновыхконцентраций количеств8 металлов (мг кг-1), полученные на полуострове Ямал, были установлены на уровне 3.5 для Cu, 3.8 для Pb, 0.16 для Cd, 16 для Ni, 12 для Hg, 15 для Zn, 4.67 для Cr и 1400 для Mn. Были определены два критерия (показателя), индекс геоаккумуляциигеоаккумуляционный индекс (Igeo) и индекс суммарного загрязнения (ИСЗ), для оценки уровня загрязнения образца почвы тяжелыми металлами. Результаты показали крайне высокое содержание ртути во всех областях, умеренное содержание Cd и Ni в районах производства горных работ. Ni и Mn были обнаружены в основном в минеральных minerogenic почвенных горизонтах по сравнению с почвой верхнего горизонта. Верхний горизонт вечномерзлых грунтов выступает в качестве геохимического барьера, задерживающим миграцию металлов в более глубокий барьер. Transfer factors (TFs) Показатели транслокации для лишайников показали, что Cr, Hg, Cu, и Ni накапливались в лишайниках в большей степени. Согласно индексу опасности (ИО), риск для здоровья взрослого человека со стороны тяжелых металлов отсутствует, в то время как Ni, Mg, Hg могут причинить вред здоровью детей местного населения путем заглатывания почвы на полуострове Ямал.