Диагностика кислых сульфатных почв в угледобывающем районе в таежной зоне
https://doi.org/10.26907/2542-064X.2024.2.324-341
Аннотация
Процессы окисления и гидролиза минералов в извлеченных на поверхность породах в горнодобывающих районах приводят к возникновению техногенных почв. Их диагностика опирается на комплекс анализов, часто трудоемких и дорогостоящих. Для сульфатных почв Кизеловского угольного бассейна (Пермский край) применен метод определения рН после разложения пероксидом водорода. Изучены почвы на участках влияния стоков с породных отвалов, самоизливов и водосбросов шахтных вод. Результаты показали наличие горизонтов, где рН после обработки H2O2 (рН-H2O2) ниже 2.5, что свидетельствует о наличии сульфидов. Кроме того, для почв характерно превышение в десятки-сотни раз содержания подвижных форм серы и железа, валовой серы, а также сульфатов относительно фона. Рентгенофазовый анализ показал наличие гётита и ярозита в исследованных почвах, что также подтверждает эффективность применения метода определения рН-H2O2 для экспресс-диагностики кислых сульфатных почв в горнодобывающих районах.
Ключевые слова
При поддержке: Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки РФ (проект FSNF-2020-0021), а также Пермского научно-образовательного центра мирового уровня «Рациональное недропользование», 2023 г.
Об авторах
Н. В. Митракова
Пермский государственный национальный исследовательский университет
Россия
Россия
Митракова Наталья Васильевна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории биогеохимии техногенных ландшафтов Естественнонаучного института
ул. Букирева, д. 15, г. Пермь, 614068
Е. А. Меньшикова
Пермский государственный национальный исследовательский университет
Россия
Россия
Меньшикова Елена Александровна, доктор геолого-минералогических наук, доцент, заведующий кафедрой минералогии и петрографии геологического факультета, ведущий научный сотрудник Естественнонаучного института
ул. Букирева, д. 15, г. Пермь, 614068
Е. А. Хайрулина
Пермский государственный национальный исследовательский университет
Россия
Россия
Хайрулина Елена Александровна, доктор географических наук, доцент, заведующий лабораторией биогеохимии техногенных ландшафтов, директор Естественнонаучного института
ул. Букирева, д. 15, г. Пермь, 614068
Н. В. Порошина
Пермский государственный национальный исследовательский университет
Россия
Россия
Порошина Наталья Витальевна, кандидат химических наук, старший научный сотрудник лаборатории биогеохимии техногенных ландшафтов Естественнонаучного института
ул. Букирева, д. 15, г. Пермь, 614068
Список литературы
1. Rouhani A., Gusiatin M.Z. Hejcman M. An overview of the impacts of coal mining and processing on soil: Assessment, monitoring, and challenges in the Czech Republic // Environ. Geochem. Health. 2023. V. 45, No 11. P. 7459–7490. https://doi.org/10.1007/s10653-023-01700-x.
2. Abliz A., Shi Q., Keyimu M., Sawut R. Spatial distribution, source, and risk assessment of soil toxic metals in the coal-mining region of northwestern China // Arabian J. Geosci. 2018. V. 11, No 24. Art. 793. https://doi.org/10.1007/s12517-018-4152-8.
3. Ribeiro J., Flores D. Occurrence, leaching, and mobility of major and trace elements in a coal mining waste dump: The case of Douro Coalfield, Portugal // Energy Geosci. 2021. V. 2, No 2. P. 121–128. https://doi.org/10.1016/j.engeos.2020.09.005.
4. Thomas G., Sheridan C., Holm P.E. Arsenic contamination and rare earth element composition of acid mine drainage impacted soils from South Africa // Miner. Eng. 2023. V. 203. Art. 108288. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2023.108288.
5. Nordstrom K.D., Blowes D.W., Ptacek C.J. Hydrogeochemistry and microbiology of mine drainage: An update // Appl. Geochem. 2015. V. 57. P. 3–16. https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2015.02.008.
6. Максимович Н.Г., Пьянков С.В. Кизеловский угольный бассейн: экологические проблемы и пути решения. Пермь: Пермский государственный национальный исследовательский университет, 2018. 288 с.
7. Kostin A.S., Krechetov P.P., Chernitsova O.V, Terskaya E.V. Data on physico-chemical characteristics and elemental composition of gray forest soils (Greyzemic Phaeozems) in natural-technogenic landscapes of Moscow brown coal basin // Data Brief. 2021. V. 35. Art. 106817. https://doi.org/10.1016/j.dib.2021.106817.
8. Mitrakova N.V., Khayrulina E.A., Blinov S.M., Perevoshchikova A.A. Efficiency of acid sulphate soils reclamation in coal mining areas // J. Min. Inst. 2023. V. 260, No 2. P. 266–278. https://doi.org/10.31897/PMI.2023.31.
9. Alvarenga P., Mourinha C., Palma P., Cruz N., Rodrigues S.M. Assessment of soil physicochemical characteristics and As, Cu, Pb and Zn contamination in non-active mines at the Portuguese sector of the Iberian Pyrite Belt // Environments. 2022. V. 9, No 8. Art. 105. https://doi.org/10.3390/environments9080105.
10. Mimba M.E., Mbafor P.U.T., Fils S.C.N., Nforba M.T. Environmental impact of artisanal and small-scale gold mining in East Cameroon, Sub-Saharan Africa: An overview // Ore Energy Resour. Geol. 2023. V. 15. Art. 100031. https://doi.org/10.1016/j.oreoa.2023.100031.
11. Fernández-Caliani J.C., Barba-Brioso C., González I., Galán E. Heavy metal pollution in soils around the abandoned mine sites of the Iberian Pyrite Belt (Southwest Spain) // Water, Air, Soil Pollut. 2009. V. 200, No 1–4. P. 211–226. https://doi.org/10.1007/s11270-008-9905-7.
12. Солнцева Н.П., Рубилина Н.Е., Герасимова М.И., Алистратов С.В. Изменение морфологии выщелоченных черноземов в районах добычи угля // Почвоведение. 1992. № 1. C. 17–29.
13. Kostin A., Krechetov P., Chernitsova O. Alteration of physico chemical and morphological characteristics of sod-podzolic soils in technogenically-affected landscapes of Moscow Brown Coal Basin // Mine water: Technological and Ecological Challenges: Proc. IMWA 2019 Conf. (Perm, July 15–19, 2019). Perm: Perm State University, 2019. P. 725–731.
14. Menshikova E., Osovetsky B., Blinov S., Belkin P. Mineral formation under the influence of mine waters (The Kizel Coal Basin, Russia) // Minerals. 2020. V. 10, No 4. Art. 364. https://doi.org/10.3390/min10040364.
15. Ushakova E., Menshikova E., Blinov S., Osovetsky B., Belkin P. Environmental assessment impact of acid mine drainage from Kizel Coal Basin on the Kosva Bay of the Kama Reservoir (Perm Krai, Russia) // Water. 2022. V. 14, No 5. Art. 727. https://doi.org/10.3390/w14050727.
16. Имайкин А.К., Имайкин К.К. Гидрогеологические условия Кизеловского угольного бассейна во время и после окончания его эксплуатации, прогноз их изменений. Пермь: Пермский государственный национальный исследовательский университет, 2013. 112 с.
17. Barthen R., Sulonen M.L.K., Peräniemi S., Jain R., Lakaniemi A.-M. Removal and recovery of metal ions from acidic multi-metal mine water using waste digested activated sludge as biosorbent // Hydrometallurgy. 2022. V. 207. Art. 105770. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2021.105770.
18. Fitzpatrick R., Shand P. (Eds.) Inland acid sulfate soil systems across Australia. CRC LEME Open File Report 249. Perth: CRC LEME, 2008. 303 p.
19. Nyman A., Johnson A., Yu C., Sohlenius G., Becher M., Dopson M., Åström M. A nationwide acid sulfate soil study – a rapid and cost-efficient approach for characterizing large-scale features // Sci. Total Environ. 2023. V. 869. Art. 161845. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.161845.
20. Salo H., Virtanen S., Laine-Kaulio H., Koivusalo H., Jacques D., Kokkonen T. Evolution of pH, redox potential and solute concentrations in soil and drainage water at a cultivated acid sulfate soil profile // Geoderma. 2023. V. 436. Art. 116559. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2023.116559.
21. Boman A., Åström M., Fröjdö S. Sulfur dynamics in boreal acid sulfate soils rich in metastable iron sulfide – the role of artificial drainage // Chem. Geol. 2008. V. 255, No 1–2. P. 68–77. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2008.06.006.
22. Bigham J.M., Schwertmann U., Traina S.J., Winland R.L., Wolf M. Schwertmannite and the chemical modeling of iron in acid sulfate waters // Geochim. Cosmochim. Acta. 1996. V. 60, No 12. P. 2111–2121. https://doi.org/10.1016/0016-7037(96)00091-9.
23. Vithana C.L., Sullivan L.A., Burton E.D., Bush R.T. Stability of schwertmannite and jarosite in an acidic landscape: Prolonged field incubation // Geoderma. 2015. V. 239–240. P. 47–57. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2014.09.022.
24. Trueman A.M., McLaughlin M.J., Mosley L.M., Fitzpatrick R.W. Composition and dissolution kinetics of jarosite-rich segregations extracted from an acid sulfate soil with sulfuric material // Chem. Geol. 2020. V. 543. Art. 119606. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2020.119606.
25. Lin C., Melville M.D. Acid sulphate soil-landscape relationships in the Pearl River Delta, southern China // Catena. 1994. V. 22, No 2. P. 105–120. https://doi.org/10.1016/0341-8162(94)90020-5.
26. Sullivan L., Ward N., Toppler N., Lancaster G. National Acid Sulfate Soils Guidance: National Acid Sulfate Soils Sampling and Identification Methods Manual. Water Quality Australia. Canberra: Dep. Agric.Water Resour., 2018. 62 p.
27. Creeper N., Fitzpatrick R., Shand P., Self P., Kingham R. A systematic analysis procedure incorporating the chip-tray incubation method for the hazard assessment of Acid Sulfate Soils in the Murray-Darling Basin // Proc. 19th World Congr. of Soil Science; Soil Solutions for a Changing World (Brisbane, August 1–6, 2010). Brisbane: Int. Union of Soil Sci., 2010. P. 75–78.
28. Hulisz P., Rożański S.Ł., Boman A., Rauchfleisz M. Can acid sulfate soils from the southern Baltic zone be a source of potentially toxic elements (PTEs)? // Sci. Total Environ. 2022. V. 825. Art. 154003. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.154003.
29. Bargrizan S., Smernik R.J., Fitzpatrick R.W., Mosley L.M. The application of a spectrophotometric method to determine pH in acidic (pH < 5) soils // Talanta. 2018. V. 186. P. 421–426. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2018.04.074.
30. Воробьева Л.А. Теория и практика химического анализа почв. М.: ГЕОС, 2006. 400 с.
31. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. 2-е изд. М.: Изд-во Московского университета, 1970. 488 с.
32. ГОСТ 26485-85. Почвы. Определение обменного (
33. ГОСТ 27395-87. Почвы. Метод определения подвижных соединений двух- и трехвалентного железа по Веригиной-Аринушкиной. М.: Издательство стандартов, 1987. 11 с.
34. ГОСТ 26426-85. Почвы. Методы определения иона сульфата в водной вытяжке. М.: Издательство стандартов, 1985. 7 с.
35. ГОСТ 26490-85. Почвы. Определение подвижной серы по методу ЦИНАО. М.: Издательство стандартов, 1985. 4 с.
36. ПНД Ф 16.1:2:2.2:3.37-2002. Количественный химический анализ почв. Методика измерений валового содержания серы в почвах, грунтах, донных отложениях и отходах турбидиметрическим методом. М., 2002. 18 с.
37. Brinkman R., Pons L.J. Recognition and prediction of acid sulphate soil conditions // Acid Sulphate Soils: Proc. Int. Symp. on Acid Sulphate Soils / Dost H. (Ed.). Publ. 18. Wageningen: Int. Inst. Land Reclam. Improv., 1973. V. 1. P. 169–203.
38. Костин А.С., Кречетов П.П. Трансформация почв в зоне влияния отвалов подмосковного буроугольного бассейна // Почвы и земельные ресурсы: современное состояние, проблемы рационального использования, геоинформационное картографирование: материалы международной научно-практической конференции. Минск: Белорусский государственный университет, 2018. С. 213–219.
39. Uzarowicz Ł., Skiba S. Technogenic soils developed on mine spoils containing iron sulphides: Mineral transformations as an indicator of pedogenesis // Geoderma. 2011. V. 163, No 1–2. P. 95–108. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2011.04.008.
40. Зверева В.П., Фролов К.Р., Лысенко А.И. Химические реакции и условия минералообразования на хвостохранилищах Дальнего Востока России // Горные науки и технологии. 2021. Т. 6, № 3. С. 181–191. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2021-3-181-191.
Рецензия
Для цитирования:
Митракова Н.В., Меньшикова Е.А., Хайрулина Е.А., Порошина Н.В. Диагностика кислых сульфатных почв в угледобывающем районе в таежной зоне. Ученые записки Казанского университета. Серия Естественные науки. 2024;166(2):324-341. https://doi.org/10.26907/2542-064X.2024.2.324-341
For citation:
Mitrakova N.V., Menshikova E.A., Khayrulina E.A., Poroshina N.V. Diagnostics of Acid Sulfate Soils in a Coal Mining Area of the Taiga Zone. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta Seriya Estestvennye Nauki. 2024;166(2):324-341. (In Russ.) https://doi.org/10.26907/2542-064X.2024.2.324-341
Просмотров:
133
Послать статью по эл. почте 