О возможности использования лигносульфоната натрия в качестве наноорганической основы для создания почвоподобных тел в целях рекультивации техногенно-деградированных земель

О возможности использования лигносульфоната натрия в качестве наноорганической основы для создания почвоподобных тел в целях рекультивации техногенно-деградированных земель

Автор: Дорогая Е.С., Сулейманов Р.Р., Кузина Е.В., Юркевич М.Г., Бахмет О.Н.

Журнал: Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал @nanobuild

Рубрика: Результаты исследований ученых и специалистов

Статья в выпуске: 4 т.15, 2023 года.

Бесплатный доступ

Введение. В настоящее время разработано значительное количество стратегий восстановления карьеров, основывающихся на разных аспектах воздействия на почву: смешивания верхнего слоя почвы с пустой породой выработанных карьеров; внесения органических отходов; применения мульчирования и полимерных структурообразователей; использования адаптированных растений. В данном исследовании мы предприняли попытку объединить положительные стороны перечисленных ранее методов. В связи с чем целью наших исследований явилось создание искусственных почвоподобных тел с заданными агроэкологическими свойствами. Предполагаем дальнейшее использование полученной смеси в качестве прослойки между материалом отвалов карьера и плодородной почвой, наносимой на рекультивируемую поверхность с последующей высадкой местных видов растительности. Материалы и методы. Исследования по изучению возможности рекультивации отвалов выработанного рудника проводились в условиях модельного опыта с использованием в качестве органической основы почвоподобного тела отхода целлюлозно-бумажной промышленности - лигносульфоната натрия (ЛН). Отобранный с отвалов рудника мелкозем (М) смешивали с ЛН в соотношении 1/0,5, 1/1 и 1/2, для ускорения разложения органического вещества в зависимости от схемы опыта добавляли штаммы бактерий Acinetobactercalcoaceticus и Pseudomonas kunmingensis. Полученные смеси компостировались в течение трех месяцев при комнатной температуре, перемешивании и поддержании режима влажности. Фитотоксичность полученных смесей оценивалась при проращивании семян скороспелого редиса с торговым названием «18 дней». Результаты и обсуждение. Внесение ЛН в мелкозем существенно повысило содержание органического вещества и снизило кислотность среды. Внесение азота на вариантах с ЛН по сравнению с вариантами, содержащими только ЛН, привело к значительному увеличению содержания щелочногидролизуемого азота. Заключение. Результаты исследований показали, что добавление лигносульфоната натрия к мелкозему способствует снижению кислотности, увеличению содержания органического вещества и щелочногидролизуемого азота в смеси, а также снижению токсичности субстрата.

Еще

Лигносульфонат натрия, рекультивация карьеров, наноудобрение, микроорганизмы

Короткий адрес: https://sciup.org/142238809

IDR: 142238809   |   DOI: 10.15828/2075-8545-2023-15-4-359-372

Список литературы О возможности использования лигносульфоната натрия в качестве наноорганической основы для создания почвоподобных тел в целях рекультивации техногенно-деградированных земель

  • Stockmann U., Minasny B., McBratney A.B. Monitoring changes in global soil organic carbon stocks from space. Remote Sensing of Environment. 2022; 281: 113260. https://doi.org/10.1016/j.rse.2022.113260
  • Wang J., Zhen J., Hu W., Chen S., Lizaga I., Zeraatpisheh M., Yang Xi. Remote sensing of soil degradation: Progress and perspective. International Soil and Water Conservation Research. 2023. https://doi.org/10.1016/j.iswcr.2023.03.002
  • Zika M., Erb K.-H. The global loss of net primary production resulting from human-induced soil degradation in drylands. Ecological Economics. 2009; 69(2): 310–318. https://doi.org/10.1016/j.ecolecon.2009.06.014
  • Mi J., Huping H., Simit R., Yongjun Y., Shaoliang Zh., Yifei H., Chen W., Fuyao Ch. Effect of crop cultivation on the soil carbon stock in mine dumps of the Loess Plateau, China. Science of The Total Environment. 2020; 741: 139809. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.139809
  • Mukhopadhyay S., Maiti S.K., Masto R.E. Development of mine soil quality index (MSQI) for evaluation of reclamation success: A chronosequence study. Ecological Engineering. 2014; 71: 10–20. https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2014.07.001
  • Sullivan J., Aggett J., Amacher G., Burger J. Financial viability of reforesting reclaimed surface mined lands, the burden of site conservation costs, and carbon payments as reforestation incentives. Resources Policy. 2006; 30: 247–258. https://doi.org/0.1016/j.resourpol.2006.03.001
  • Bonifazi G., Cutaia L., Massacci P., Roselli I. Monitoring of abandoned quarries by remote sensing and in situ surveying. Ecological Modelling. 2003; 170 (2–3): 213–218. https://doi.org/10.1016/S0304-3800(03)00228-X
  • Abakumov E., Zverev A., Suleymanov A., Suleymanov R. Microbiome of post-technogenic soils of quarries in the Republic of Bashkortostan (Russia). Open Agriculture. 2020; 5 (1): 529–538. https://doi.org/10.1515/opag-2020-0053
  • Gentili R., Casati E., Ferrario A., Monti A., Montagnani Ch., Caronni S., Citterio S. Vegetation cover and biodiversity levels are driven by backfilling material in quarry restoration. CATENA. 2020; 195: 104839. https://doi.org/10.1016/j.catena.2020.104839
  • Soliveres S., Gutiérrez-Acevedo E., Moghli A., Cortina-Segarra J. Effects of early irrigation and compost addition on soil and vegetation of a restored semiarid limestone quarry are undetectable after 13 years. Journal of Arid Environments. 2021; 186: 104401. https://doi.org/10.1016/j.jaridenv.2020.10440
  • Abakumov E.V., Suyundukov Ya.T., Pigareva T.A., Semenova I.N., Khasanova R.F., Biktimerova G.Ya., Rafikova Yu.S., Ilbulova G.R. Biological and sanitary evaluation of Sibaisky quarry dumps of the Bashkortostan Republic. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2016; 95(10): 929–934. (In Russ.). https://doi.org/10.18821/0016-9900-2016-95-10-929-934
  • Soliveres S., Gutiérrez-Acevedo E., Moghli A., Cortina-Segarra J. Effects of early irrigation and compost addition on soil and vegetation of a restored semiarid limestone quarry are undetectable after 13 years. Journal of Arid Environments. 2021; 186: 104401. https://doi.org/10.1016/j.jaridenv.2020.104401
  • Murali S., Asokan P., Morchhale R.K. Chapter 12 – High volume fly ash utilization for reclamation of wastelands with special reference to mine spoil and ash back-haul areas for agriculture and forestry. Editor(s): Gouri Sankar Bhunia, Uday Chatterjee, Anil Kashyap, Pravat Kumar Shit. Modern Cartography Series. Cambridge, Massachusetts: Academic Press; 2021; 10: 243–263. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-823895-0.00029-4
  • Zornoza R., Faz A., Carmona D.M., Martinaz-Martinez S., Acosta J.A. Plant Cover and Soil Biochemical Properties in a Mine Tailing Pond Five Years After Application of Marble Wastes and Organic Amendments. Pedosphere. 2012; 22 (1): 22–32. https://doi.org/10.1016/S1002-0160(11)60188-4
  • Navarro-Pedreño J., Belén Almendro-Candel M., Gómez I., Jordán M.M., Pardo F. Chapter 14 – Organic Mulching to Improve Mining Soil Restoration. Editor(s): Jaume Bech, Claudio Bini, Mariya A. Pashkevich. Assessment, Restoration and Reclamation of Mining Influenced Soils. Cambridge, Massachusetts: Academic Press; 2017; 375–386. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-809588-1.00014-1
  • Zheng M., Huang Zh., Ji H., Qiu F., Zhao D., Bredar A.R.C., Farnum B.H. Simultaneous control of soil erosion and arsenic leaching at disturbed land using polyacrylamide modified magnetite nanoparticles. Science of The Total Environment. 2020; 702: 134997. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.134997
  • Ortega R., Domene M.A., Soriano M., Sánchez-Marañón M., Asensio C., Miralles I. Improving the fertility of degraded soils from a limestone quarry with organic and inorganic amendments to support vegetation restoration with semiarid Mediterranean plants. Soil and Tillage Research. 2020; 204: 104718. https://doi.org/10.1016/j.still.2020.104718
  • Prasad M.N.V., Nakbanpote W., Phadermrod C., Rose D., Suthari, S. Mulberry and Vetiver for Phytostabilization
  • of Mine Overburden. Bioremediation and Bioeconomy. 2016; 295–328. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-802830-8.00013-7
  • O’Brien P.L., DeSutter T.M., Ritter S.S., Casey F.X.M., Wick A.F., Khan E., Matthees H.L. A large-scale soil-mixing process for reclamation of heavily disturbed soils. Ecological Engineering. 2017; 109, 84–91. https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2017.09.015
  • Merino-Martín L., Commander L., Mao Z., Stevens J.C., Miller B.P., Golos P.J., Dixon K. Overcoming topsoil deficits in restoration of semiarid lands: Designing hydrologically favourable soil covers for seedling emergence. Ecological Engineering. 2017; 105: 102–117. https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2017.04.033
  • Sampaio A.D., Pereira P.F., Nunes A., Clemente A., Salgueiro V., Silva C., Mira A., Branquinho Cr., Salgueiro P. Bottom-up cascading effects of quarry revegetation deplete bird-mediated seed dispersal services. Journal of Environmental Management. 2021; 298: 113472. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.113472
  • Carvalho C., Oliveira A., Caeiro E., Miralto O., Parrinha M., Sampaio A., Silva C., Mira A., Salgueiro P.A. Insect pollination services in actively and spontaneously restored quarries converge differently to natural reference ecosystem. Journal of Environmental Management. 2022; 318: 115450. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2022.115450
  • Luna L., Pastorelli R., Bastida F., Hernández T., García C., Miralles I., Solé-Benet A. The combination of quarry restoration strategies in semiarid climate induces different responses in biochemical and microbiological soil properties. Applied Soil Ecology. 2016; 107: 33–47. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2016.05.006
  • Tomczyk A., Kubaczyński A., Szewczuk-Karpisz K. Assessment of agricultural waste biochars for remediation of degraded water-soil environment: Dissolved organic carbon release and immobilization of impurities in one- or two-adsorbate systems. Waste Management. 2023; 155: 87–98. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2022.10.039
  • Ariyanta H.A., Sari F.P., Sohail A., Restu W.K., Septiyanti M., Aryana N., Fatriasari W., Kumar A. Current roles of lignin for the agroindustry: Applications, challenges, and opportunities. International Journal of Biological Macromolecules. 2023; 240: 124523. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.124523
  • Ерошина Д.М., Лысухо Н.А., Ракова Ю.С. Лигнин – образование, использование, хранение, воздействие на окружающую среду // Экологический вестник. 2010. 3. 109–118.
  • Shi W., Zhao H.-Y., Chen Y., Wang J.-S., Han B., Li C.-P., Lu J.-Y., Zhang L.-M. Organic manure rather than phosphorus fertilization primarily determined asymbiotic nitrogen fixation rate and the stability of diazotrophic community in an upland red soil. Agriculture, Ecosystems & Environment. 2021; 319: 107535. https://doi.org/10.1016/j.agee.2021.107535
  • Химизация земледелия и природная среда / под ред. Минеева В.Г. М.: Агропромиздат, 1990. 287 с.
  • Sobek S., Tran Q.K., Junga R., Sajdak M., Werle S. Comparative assessment of liquid product from hydrothermal treatment of lignosulfonate in batch and nozzle reactors for aromatic compounds recovery. Biomass and Bioenergy. 2023; 172: 106768. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2023.106768
  • Yang J., Liu L., An X., Seta F.T., Li C., Zhang H., Luo B., Hu Q., Zhang R., Nie Sh., Cao H. Cheng Zh., Liu H. Facile preparation of lignosulfonate induced silver nanoparticles for high efficient removal of organic contaminants in wastewater. Industrial Crops and Products. 2021; 169: 113644. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2021.113644
  • Barbieri D.M., Hoff I., Mørk, M.B.E. Organosilane and lignosulfonate as innovative stabilization techniques for crushed rocks used in road unbound layers. Transportation Geotechnics. 2020; 22: 100308. https://doi.org/10.1016/j.trgeo.2019.100308
  • Vakili A.H., Ghasemi J., bin Selamat M.R., Salimi M., Farhadi M.S. Internal erosional behaviour of dispersive clay stabilized with lignosulfonate and reinforced with polypropylene fiber. Construction and Building Materials. 2018; 193: 405–415. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.10.213
  • Ahmad U.M., Ji N., Li H., Wu Q., Song C., Liu Q., Ma D., Lu X. Can lignin be transformed into agrochemicals? Recent advances in the agricultural applications of lignin. Industrial Crops and Products. 2021; 170: 113646. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2021.113646
  • Lu J., Cheng M., Zhao Ch., Li B., Peng H., Zhang Y., Shao Q., Hassan M. Application of lignin in preparation of slow-release fertilizer: Current status and future perspectives. Industrial Crops and Products. 2022; 176: 114267. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2021.114267
  • Wang W., Hou Y., Huang W., Liu X., Wen P., Wang Y., Yu Zh., Zhou S. Alkali lignin and sodium lignosulfonate additives promote the formation of humic substances during paper mill sludge composting. Bioresource Technology. 2020. 124361. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2020.124361
  • Abdellah Y.A.Y., Shi Zh.-J., Sun Sh.-Sh., Luo Y.-S., Yang X., Hou W.-T., Wang R.-L. An assessment of composting conditions, humic matters formation and product maturity in response to different additives: A meta-analysis. Journal of Cleaner Production. 2022; 366: 132953. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.132953
  • Волчатова И.В., Медведева С.А. Эффективность удобрения на основе гидролизного лигнина на серой лесной почве // Агрохимия. 2014. 11. 30–33.
  • Yurkevich M.G., Ikkonen E.N. Influence of sodium lignosulfonate on loamy soil and cucumber plants. Russian journal of resources, conservation and recycling. 2020; 7(2). Available at: https://resources.today/PDF/01ECOR220.pdf (in Russian). https://doi.org/10.15862/01ECOR220
  • Carter M.R., Gregorich E.G. Soil Sampling and Methods of Analysis. 2nd Edition. Boca Raton, Florida: CRC Press; 2007.
  • Гильмутдинова Р.А., Мичурин С.В., Ковтуненко С.В., Елизарьева Е.Н. К вопросу об использовании и переработке отходов горно-обогатительных комбинатов Южного Урала // Успехи современного естествознания. 2017. 2. 68–73.
  • Беликова Г.И., Бердников П.Г., Ковалев С.Г., Салихов Д.Н. Полезные ископаемые республики Башкортостан (Золото). Часть 1 / под ред. Салихова Д.Н. Уфа: Экология, 2003. 222 с.
  • Атлас Республики Башкортостан / под ред. Ярапова И.М. Уфа: Китап, 2005. 419 с.
  • Шарипова Ю.Ю., Кузина Е.В., Мухаматдьярова С.Р., Коршунова Т.Ю., Махмутов А.Р. Биотехнологические свойства нового штамма-нефтедеструктора Acinetobacter Sp. UOM 22 // Интеграция науки и высшего образования в области био- и органической химии и биотехнологии: материалы XVI Всероссийской научной интернет-конференции / редкол.: Р.У. Рабаев и др. Уфа: УНПЦ «Изд-во УГНТУ», 2022. 168 с.
  • Korshunova Y.Yu., Kuzina E.V., Mukhamatdyarova S.R., Loginov D.O., Sharipova Yu.Yu. Screening for hydrocarbon-oxidizing microorganisms resistant to heavy metals and sodium chloride. Proceedings of the RAS Ufa Scientific Centre. 2022. 3: 23–30. https://doi.org/10.31040/2222-8349-2022-0-3-23-30
  • Кузина Е.В., Рафикова Г.Ф., Мухаматдьярова С.Р., Шарипова Ю.Ю., Коршунова Т.Ю. Микробиологический препарат для ускорения деструкции соломы и повышения плодородия почвы // Достижения науки и техники АПК. 2022. 36 (9). 32–36.
  • King E.D., Ward M.K., Raney D.E. Two Simple Media for the Demonstration of Pyo-Cyanin and Fluorescin. Journal of laboratory and clinical medicine. 1954; 44: 301–307.
  • Филатов Н.Е., Полушин И.П., Кузнецов Н.С. Оценка всхожести семян редиса // Современные проблемы и направления развития агроинженерии в России: сборник научных статей Международной научно-технической конференции. Курск, 30 октября 2021 года. Курск: Курская государственная сельскохозяйственная академия имени И.И. Иванова. 2021. 147–150.
  • Savy D., Mercl F., Cozzolino V., Spaccini R., Cangemi S., Piccolo A. Soil amendments with lignocellulosic residues of biorefinery processes affect soil organic matter accumulation and microbial growth. ACS Sustainable Chem. Eng. 2020; 8 (8): 3381–3391. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.9b07474
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp