Химико-экологические свойства почв и индекс NDVI на рекультивированных сернистоугольных отвалах бореальной зоны

Химико-экологические свойства почв и индекс NDVI на рекультивированных сернистоугольных отвалах бореальной зоны

Автор: Митракова Н.В., Хайрулина Е.А., Перевощикова А.А., Порошина Н.В., Малышкина Е.Е., Яковлева Е.С., Кобелев Н.А.

Журнал: Горные науки и технологии @gornye-nauki-tekhnologii

Рубрика: Технологическая безопасность в минерально-сырьевом комплексе и охрана окружающей среды

Статья в выпуске: 4 т.9, 2024 года.

Бесплатный доступ

Рекультивация угольных отвалов путем создания устойчивого почвенного и растительного покрова на их поверхности способствует восстановлению экологических систем. В связи с этим актуальным является изучение свойств почв техногенных ландшафтов. Проблема биологической рекультивации изучалась на территории Кизеловского угольного бассейна. Оценена эффективность рекультивации на нескольких сернистоугольных отвалах. Методы рекультивации, как и период формирования почвенно-растительного покрова, различались. Агрохимические свойства почв отвалов изучали стандартными методами. Индекс NDVI (нормализованный относительный индекс растительности) рассчитан по снимкам Sentinel-2 и Landsat 7,8. Для оценки биологической активности использовали фитотестирование. Литостраты варьировались от слабокислых до нейтральных (pH-H2O = 6,1-6,8); эмбриозем имел слабощелочную реакцию (7,9). Эмбриозем благодаря наличию частиц угля имел наибольшее содержание органического вещества (12-7,7 %). В зависимости от «возраста» почвы количество органического вещества в литостратах варьировало: для 7-летнего литострата оно колебалось от 2,4 до 8,9 %, а для 4-летнего было меньше 1 %. Поглотительная способность литостратов была аналогична с фоновой почвой. Почвы отвалов характеризовались низким уровнем питательных элементов (NPK), а 4-летний литострат имел самое низкое содержание N. Почвы отвалов показали благоприятные условия для роста растений, о чем свидетельствуют высота и масса кресс-салата и овса. Рассчитанный индекс NDVI для всех отвалов имел значения от 0,4 до 0,6, что свидетельствует о наличии устойчивого растительного покрова. Реализованные рекультивационные мероприятия доказали свою эффективность.

Еще

Уголь, отвалы, отходы, рекультивация, почвообразование, литострат, почва, индекс ndvi, эмбриозем, fe2+, so42-, h+, ph

Короткий адрес: https://sciup.org/140308548

IDR: 140308548   |   DOI: 10.17073/2500-0632-2024-04-206

Список литературы Химико-экологические свойства почв и индекс NDVI на рекультивированных сернистоугольных отвалах бореальной зоны

  • Tichavsky R., Lenart J., Fabiánová A., Tolasz R. Tree-ring records of surface displacements in a coalmining subsided region and their links to hypsometric changes and extreme precipitation. Catena. 2023;221(Part A):106758. https://doi.org/10.1016/j.catena.2022.106758
  • Кутепов Ю. И., Кутепова Н. А., Мухина А. С., Мосейкин В. В. Инженерно-геологические и геоэкологические проблемы восстановления нарушенных земель при отвалообразовании на открытой угледобыче в Кузбассе. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2022;(5):5–24. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2022_5_0_5 Kutepov Yu. I., Kutepova N. A., Mukhina A. S., Moseykin V. V. Geological, geotechnical and geoecological problems of reclamation of land disturbed by dumping in open pit coal mining in Kuzbass. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2022;(5):5–24. (In Russ.) https://doi.org/10.25018/0236_1493_2022_5_0_5
  • Bragina P. S., Tsibart A. S., Zavadskaya M. P., Sharapova A. V. Soils on overburden dumps in the forest_steppe and mountain taiga zones of the Kuzbass. Eurasian Soil Science. 2014;(47):723–733. https://doi.org/10.1134/S1064229314050032
  • Nádudvari A., Kozielska B., Abramowicz A. et al. Heavy metal- and organic-matter pollution due to selfheating coal-waste dumps in the Upper Silesian Coal Basin (Poland). Journal of Hazardous Materials. 2021;(412):125244. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.125244
  • Tozsin G. Hazardous elements in soil and coal from the Oltu coal mine district, Turkey. International Journal of Coal Geology. 2014;(131):1–6. https://doi.org/10.1016/j.coal.2014.05.011
  • Shan Y., Wang W., Qin Y., Gao L. Multivariate analysis of trace elements leaching from coal and host rock. Groundwater for Sustainable Development. 2019;8:402–412. https://doi.org/10.1016/j.gsd.2019.01.001
  • Максимович Н. Г., Пьянков С. В. Кизеловский угольный бассейн: экологические проблемы и пути решения. Пермь: Пермский государственный национальный исследовательский университет; 2018. 288 c. Maksimovich N. G., Pyankov S. V. The Kizel Coal Basin: ecological problems and solutions. Perm: Perm State National Research University; 2018. 288 p. (In Russ.)
  • Ushakova E., Menshikova E., Blinov S. et al. environmental assessment impact of acid mine drainage from Kizel coal basin on the Kosva Bay of the Kama Reservoir (Perm Krai, Russia). Water. 2022;14(5):727. https://doi.org/10.3390/w14050727
  • Ushakova E., Menshikova E., Blinov S. et al. Distribution of trace elements, rare earth elements and ecotoxicity in sediments of the Kosva bay, Perm region (Russia). Journal of Ecological Engineering. 2022;23(4):1–16. https://doi.org/10.12911/22998993/146269
  • Yang J., Wei H., Quan Z. et al. A global meta-analysis of coal mining studies provides insights into the hydrologic cycle at watershed scale. Journal of Hydrology. 2023;617(Part B):129023. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2022.129023
  • 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 c. Imaykin A. K., Imaykin K. K. Hydrogeological conditions of the Kizelovsky coal basin during and after the end of its operation, forecast of their changes. Perm: Perm State National Research University; 2013. 112 p. (In Russ.)
  • Singh K. N., Narzary D. Geochemical characterization of mine overburden strata for strategic overburdenspoil management in an opencast coal mine. Environmental Challenges. 2021;(3):100060. https://doi.org/10.1016/j.envc.2021.100060
  • Welch C., Barbour S. L., Hendry M. J. The geochemistry and hydrology of coal waste rock dumps: A systematic global review. Science of the Total Environment. 2021;(795):148798. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.148798
  • Jiao Y., Zhang C., Su P. et al. A review of acid mine drainage: Formation mechanism, treatment technology, typical engineering cases and resource utilization. Process Safety and Environmental Protection. 2023;(170):1240–1260. https://doi.org/10.1016/j.psep.2022.12.083
  • Fernández-Caliani J. C., Giráldez M. I., Waken W. H. et al. Soil quality changes in an Iberian pyrite mine site 15 years after land reclamation. Catena. 2021;(206):105538. https://doi.org/10.1016/j.catena.2021.105538
  • Ahirwal J., Maiti S. K. Development of Technosol properties and recovery of carbon stock after 16 years of revegetation on coal mine degraded lands, India. Catena. 2018;(166):114–123. https://doi.org/10.1016/j.catena.2018.03.026
  • Li Y., Zhou W., Jing M. et al. Changes in reconstructed soil physicochemical properties in an opencast mine dump in the Loess Plateau Area of China. International Journal of Environmental Research and Public Health. 2020;19(2):706. https://doi.org/10.3390/ijerph19020706
  • Arshi A. Reclamation of coalmine overburden dump through environmental friendly method. Saudi Journal of Biological Sciences. 2017;24(2):371–378. https://doi.org/10.1016/j.sjbs.2015.09.009
  • Rahmonov O., Czajka A., Nádudvari Á. et al. Soil and vegetation development on coal-waste dump in Southern Poland. International Journal of Environmental Research and Public Health. 2022:(19):9167. https://doi.org/10.3390/ijerph19159167
  • Lei H., Peng Z., Yigang H., Yang Z. Vegetation and soil restoration in refuse dumps from open pit coal mines. Ecological Engineering. 2016:(94):638–646. https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2016.06.108
  • Feng Y., Wang J., Bai Z. Reading Lucy Effects of surface coal mining and land reclamation on soil properties: A review. Earth-Science Reviews. 2019;(191):12–25. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2019.02.015
  • Guan Y., Wang J., Zhou W. et al. Identification of land reclamation stages based on succession characteristics of rehabilitated vegetation in the Pingshuo opencast coal mine. Journal of Environmental Management. 2022;(305):114352. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.114352
  • Pyankov S. V., Maximovich N. G., Khayrulina E. A. et al. Monitoring acid mine drainage’s effects on surface water in the Kizel Coal Basin with Sentinel-2 Satellite Images. Mine Water and the Environment. 2021;(40):606–621. https://doi.org/10.1007/s10230-021-00761-7
  • Каракульева А. А., Кондратьева М. А. Свойства эмбриоземов угольных отвалов кизеловского бассейна. Антропогенная трансформация природной среды. 2018;(4):156–159. Karakulieva A. A., Kondrateva M. A. Properties of embryoses of coal mines dumps of the Kizelovsky Basin. Anthropogenic Transformation of Nature. 2018;(4):156–159. (In Russ.)
  • Бердинских С. Ю., Боталов В. С., Романов А. В., Зайцев А. Г. Агрохимическая характеристика верхнего слоя грунта на угольных терриконах и влияние глинования на их естественное заращивание (на примере Кизеловского угольного бассейна). В: Экологическая безопасность в условиях антропогенной трансформация природной среды. Сборник материалов всероссийской школы-семинара, посвященной памяти Н. Ф. Реймерса и Ф. Р. Штильмарка. Пермь: Пермский государственный национальный исследовательский университет; 2022. C. 437–441. Berdinskikh S. Yu., Botalov V. S., Romanov A. V., Zaytsev A. G. Agrochemical characteristics of the top layer of soil on coal waste heaps and the effect of claying on their natural overgrowth on the example of the Kizelovsky Coal Basin. In: Ecological Safety in the Conditions of Anthropogenic Transformation of the Natural Environment. Collection of papers of the All-Russian School-Seminar Dedicated to the Memory of N. F. Reimers and F. R. Shtilmark. Perm: Perm State National Research University; 2022. Pp. 437–441. (In Russ.)
  • Menshikova E., Osovetsky B., Blinov S., Belkin P. Mineral formation under the influence of mine waters (the Kizel Coal Basin, Russia). Minerals. 2020;10(4):364. https://doi.org/10.3390/min10040364
  • Мотузова Г. В., Безуглова О. С. Экологический мониторинг почв. М.: Академический проект, Гаудеамус; 2007. Motuzova G. V., Bezuglova O. S. Ecological monitoring of soils. Moscow: Academic Project, Gaudeamus; 2007. (In Russ.)
  • Андроханов В. А. Специфика и генезис почвенного покрова техногенных ландшафтов. Сибирский экологический журнал. 2005;(5):795–800. Androkhanov V. A. Specificity and genesis of the soil cover of man-made landscapes. Siberian Journal of Forest Science. 2005;(5):795–800. (In Russ.)
  • Некрасова А. Е., Бобренко Е. Г., Кныш А. И., Сологаев В. И. Рекультивация породного отвала ОАО «Шахта «Капитальная» Кемеровской области. Вестник Омского государственного аграрного университета. 2016;(1):154–160. Nekrasova A. E., Bobrenko E. G., Knych A. I., Sologaev V. I. Reclamation of waste dump open joint-stock company “Mine “Capital” of the Kemerovo Region. Vestnik of Omsk SAU. 2016;(1):154–160. (In Russ.)
  • Uzarowicz Ł., Zagórski Z., Mendak E. et al. Technogenic soils (Technosols) developed from fly ash and bottom ash from thermal power stations combusting bituminous coal and lignite. Part I. Properties, classification, and indicators of early pedogenesis. Catena. 2017;(157):75–89. https://doi.org/10.1016/j.catena.2017.05.010
  • Krupskaya L. T., Androkhanov V. A., Belanov I. P. Technogenic surface formations within the limits of mining-industrial system of the Dalnegorsky District of the Primorsky Krai as the reclamation site. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2020;459:032046. https://doi.org/10.1088/1755-1315/459/3/032046
  • Filcheva Е., Hristova M., Haigh M. et al. Soil organic matter and microbiological development of technosols in the South Wales Coalfield. Catena. 2021;(201):105203. https://doi.org/10.1016/j.catena.2021.105203
  • Козлова А. А., Халбаев В. Л., Айсуева Т. С. и др. Содержание различных форм железа в почвах Южного Предбайкалья. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014;(5):56–61. Kozlova A. A., Khalbaev V. L., Aysueva T. S. et al. Contents of different forms of iron in the soils of Southern Predbaikal’ye. International Journal of Applied and Fundamental Research. 2014;(5):56–61. (In Russ.)
  • Литвинович А. В., Лаврищев А. В., Буре В. М. и др. Изучение динамики изменения содержания подвижного железа в дерново-подзолистой легкосуглинистой почве, мелиорируемой доломитом. Агрохимия. 2019;(3):44–53. https://doi.org/10.1134/S0002188119030098 Litvinovich A. V., Lavrishchev A. V., Bure V. M. et al. Studying the dynamics of mobile iron contentin sod-podzolic light loam soil ameliorated by dolomite. Agrohimia. 2019;(3):44–53. (In Russ.) https://doi.org/10.1134/S0002188119030098
  • Меньшикова Е. А. Подходы к оценке техногенной формации горнопромышленных территорий. Геология и полезные ископаемые Западного Урала. 2020;(3):277–281. Menshikova E. A. Technogenical formation of mining areas in the Perm region. Geology and mineral resources of Western Urals. 2020;(3):277–281. (In Russ.)
  • Li X., Lei S., Liu F., Wang W. Analysis of plant and soil restoration process and degree of refuse dumps in open-pit coal mining areas. International Journal of Environmental Research and Public Health. 2020;17(6):1975. https://doi.org/10.3390/ijerph17061975
  • Zhang N., Huang S., Lei H. et al. Changes in soil quality over time focusing on organic acid content in restoration areas following coal mining. Сatena. 2022;(218):106567. https://doi.org/10.1016/j.catena.2022.106567
  • Firpo B. A., Weiler J., Schneider I. A. H. Technosol made from coal waste as a strategy to plant growth and environmental control. Energy Geoscience. 2021;2(2):160–166. https://doi.org/10.1016/j.engeos.2020.09.006
  • Bandyopadhyay S., Novo L. A. B., Pietrzykowski M., Maiti S. K. Assessment of forest ecosystem development in coal mine degraded land by using Integrated Mine Soil Quality Index (IMSQI): the evidence from India. Forests. 2020;11(12):1310. https://doi.org/10.3390/f11121310
  • Liu X., Bai Z., Zhou W. et al. Changes in soil properties in the soil profile after mining and reclamation in an opencast coal mine on the Loess Plateau, China. Ecological Engineering. 2017;(98):228–239. https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2016.10.078
  • Zheng S., Bai D.-S., Yang X. et al. Changes in soil microecology of gangue reclamation areas after 10 years of in situ restoration with herbaceous plants (Artemisia sacrorum and Imperata cylindrica) and trees (Populus spp.). Ecological Engineering. 2022;182:106719. https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2022.106719
  • Xu D., Li X., Chen J., Li J. Research progress of soil and vegetation restoration technology in open-pit coal mine: a review. Agriculture. 2023;13(2):226. https://doi.org/10.3390/agriculture13020226
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp