J. Stone, H. P. Deka Boruah, J. Gogoi, N Pathak, N. Saikia, A. K. Handique – Рекультивация породного отвала на северо‑востоке Индии: тематическое исследование

Экологическое восстановление шахты вскрыши или заброшенных рудников является основной экологической проблемой. В настоящем исследовании, комплексный подход был использован для рекультивации шахты в TIRAP Collieries, Ассам, Индия с высоким содержанием серы, которая находится в индо‑бирманской хот‑спота мега‑биоразнообразия. Данная шахта лишена истинного назначения почвы с бедным макро‑ и микро‑ содержанием питательных веществ, но с повышенной концентрацией редких и тяжелых металлов. Посадка трав, кустарников, покровных культур и пород деревьев в непосредственной близости приводит к первичной и вторичной государственной сере подряд в течение 3 до 5 лет. Для рекультивации породного отвала были изучены различные виды растений: травы, в том числе цитронеллы, лимонная трава крышка растений, в том числе мимозы; кустарники, в том числе Sesbania Rostrata и Кассия streata; среди деревьев были выбраны Гмелина древовидная (gomari) и Dalbergia sissoo. Так же было рассмотрен вопрос об удобрениях и биоорганических веществах, необходимых для первичного установления некоторых видов растений. Рекультивация породного отвала дынными видом растений обеспечит долгосрочное и устойчивое эко‑восстановление шахтно‑деградированных земель.

Введение

Сброс отходов добычи и других материалов, сформированных с угольных карьеров или металлических рудников считается одной из основных причин экологической и экологической деградации. Породные отвалы бедные на содержание питательных веществ, но богатых частицами сланца и песчаником, лишающих почву её плодородного слоя. Также в породных отвалах содержится повышенная концентрация тяжелых металлов. Следовательно, экологическая восстановление шахты является длительным процессом. Минимальный срок 50 лет, в столетие требуется установить лучшие виды растений для рекультивации породных отвалов в засушливых районах. Но это длительный процесс из‑за специфических проблем, которые могут быть преодолены с помощью искусственных вмешательств.

Традиционно, уголь является единственным источником минерального питания, и его добыча ведется без обращения внимания на серьезные последствия для экологии и окружающей среды из‑за его добычи. Таким образом, добыча угля в промышленных масштабах в настоящее время находится под красной категорией и добыча угля в настоящее время рассматривается, как вопрос о включении в рамки национальной схемы Суперфонд. Главными экологическими последствиями, связанными с добычей полезных ископаемых являются изменения в стратификации почвы, уменьшение биологического разнообразия и изменения структуры и функционирования экосистем; эти изменения в конечном счете, влияют на окружающую среду.

Рекультивация почвы, что сильно загрязнена из‑за угля или добычи металлов включает раскопки, удалению загрязненного верхнего слоя почвы, заполнению верхнего слоя почвы плодородным слоем. С другой стороны, загрязненная почва может рассматриваться биоремедиации и фиторемедиации, что используется для растений или других биологических мер для удаления, уничтожения или изолирования опасных веществ из почвы и отвалов. Отчет о конкретных видых растений, которые были использованы для борьбы с различными типами загрязнения почв было дано в Prasasd (2004).

В Индии количество пустующих шахт, генерируемого за счет открытой добычи угля огромен. Это происходит в связи с наличием высокого содержания серы (2–12%) окислением верхнего слоя почвы (рН 2,0–3,0). Следовательно, рекультивация данного продного отвала будет еще дольше.

Хотя в истории присутствует большое количество успешно проведенных операций по рекультивации породного отвала по всему миру (Cunningham and Berti 1993; Mendez and Maier 2008; Gonzalez and Gonzalez‑Chavez 2006; Wong 2003), а большего успеха добились страны (Tiwary 2001; Pal 2003; Ghose 2004; Maiti 2007; Juwarkar and Jumbalkar 2008).

На сегодняшний день никаких попыток к тому, чтобы произвести рекультивацию породного отвала в северо‑восточной части Индии, используя местные виды растений — нет. Данное исследование обращено в сторону рекультивации почв породного отвала с большим количеством содержания серы. Особое внимание было уделено физико‑химическим характеристикам отходов, методологии посадки, поправки органического вещества и установления видов растений. Весь эксперимент был проведен на породном отвале в TIRAP в Ассаме.

1. Материалы и методы

1.1 Описание и сбор образцов почвы

Образцы почв были собраны с отвала в зависимости от спецификаций (436–1953). Подробное описание и визуальные характеристики отвала описаны на рисунке 2, плиты А и B.

Рисунок 1 — Карта расположения объекта для рекультивации, звезды указывают точку выборки проб.

В каждом месте отбора проб, сделано от 10 до 15 уколов, длиной 8 см, подложки были отобраны в случайном порядке. Композиционные образцы были приготовлены путем тщательного смешивания этих образцов в соответствии с IS техническими характеристиками. Подготовленные образцы хранили при 4°C. Биохимический анализ субстратов был выполнен в течение семи дней выборки.

1.2 Физико‑химические и биохимические характеристики

Значение рН 50% (вес/объем) и почвенные материалы шахты были определены с использованием автоматического счетчика стеклянного электрода рН, Systronics, модель 8330. Углерод содержание определяли путем дихромата окислении калия и общего содержания азота. Размер частиц шахтных отходов и сланцев определяли путем высушивания на воздухе образцов ситового анализа. Поскольку в 99% случаев в незагрязненной почве содержится меньше чем 0,355 мм фракции, то данные почвы не подвергались ситовому анализу. Процент от общего содержания ила, песка и глины были проанализированы на 0,355 мм фракций с помощью лазерного дифракционного анализатора размера частиц, CILAS 100, Швейцария.

Отсеивание более мелких частиц, таких как глина и ил даст представление о степени деградации почвы, к этому может привести долгосрочное выветривание данных материалов в этом дождливом регионе.

Биомасса углерода была определена методом хлороформ‑фумигации, с использованием 0,5 М K2SO4 для его извлечения. Органическое содержание С оценивалось путем окисления бихромата калия. Различие в содержании С между обработанной и не обработанной почвой был преобразован в биомассы C (выраженного в мг кг‑1 осушенных в печи почвы) с помощью коэффициента KC 0,45.

Техника видового разведения была использована для определения наиболее вероятного числа (MPN) микроорганизмов. Хемолитотрофных окислители серы, были выращены с использованием тиосульфата агаровой среды. Для перечисления деструкторов целлюлозы, был использован Скиннер среда (1971). Питательный агар был использован для оценки плотности населения гетеротрофных бактерий. Счетчик колоний был использован для оценки общего числа микробов.

Общее содержание металла связано с композиционном материалом породного отвала, анализ проводили с помощью атомно‑спектрофотометра поглощения (AAS) и рентгеновской флуоресцентной спектрометрии (РФА). Для этого композитные материалы от 0,355 мм измельчали до 200 мм и меньше. Затем произвели анализ с помощью атомно-абсорбционной спектрофотомерии (ААС) для металлов Cd, Co, Cu, Cr и Pb. Al, Fe, Ca, Mn и S были определены методом рентгеновской флуоресценции ED‑РФА (P) фотометр модель, Xepos. Прибор откалиброван по стандарту, предусмотренному по спектроскопии.

Экологическая курс преемственности, т.е. темпы роста, разнообразие видов растений, структура растительности, высота растений, размер сени и экологические процессы был записаны в первый и второй год в журнале наблюдений в соответствии со стандартом экологических методов.

1.3 Растительный покров

Был выполнен ряд предварительных экспериментов с видами растений для установления их пригодности на рисунке 2. Глиняными горшками с размерами 14 х 17 х 24 см были покрыты породные отвалы. Лианы, кустарники и породы древесных культур, также были включены и травянистые виды для создания благоприятных условий микроклимата. Была учтена выживаемость растений. Экранированные виды растений были посажены поодиночке и поочередно для достижения первичной и вторичной преемственности. На породном отвале были устроенны террасы в почву которых вносятся минеральные удобрения в виде коровьего навоза. После в данную террасу были посажены саженцы.

2. Результаты

2.1 Физико‑химические и биохимические характеристики

Объект исследования располагается между широтами 27°28 "до 28°30" и на долготе 94°40 "до 95°80" в Ассаме, Индия. Значение рН породного отвала составила 2,5–3,0, а содержание С, N и P были ниже порогового предела. Также было установлено, что соотношение ила к песку и глине составляет 39,9: 39,9: 21,9.

Не было обнаружено глюкозидазы, дегидрогеназы, и выявлено незначительное количество фосфатазы и роданеза по сравнению с обыкновенной почвой. Активность фермента фосфатазы и роданиды был почти в два раза меньше, чем у обыкновенной почвы.

Значительно большое количество тяжелых металлов было обнаружено в породном отвале. В композитном образце породного отвала, был преобладающим след металла Fe (81,0%), с последующим Al (19,79%), S (11,04%) и Mg (2,27%); были также обнаружены следовые количества Ca и Mn.

2.2 Растительный покров

Среди видов деревьев неустойчивыми оказались gomari и sissoo. Среди кустарников — Caesalpiniaceae и LEGUMI-nosae. Хорошие показатели выживаемости были отмечены у травянистых видов цитронеллы, лимонной травы, и Saccharum spontaneum.

Характеристики разнообразия растений и экологической сукцессии показаны на рисунке 2 (С и D). Последовательное прогрессирование криптограммы, в том числе мхов и папоротникообразных, был установлен на рекультивируемом объекте. Естественный прирост бриофитов наблюдался в более чем 50% площади восстановленного объекта, в то время как естественный прирост был отмечен менее чем на 30% площади. Кроме того, распределение трав, кустарников и деревьев после завершения эксперимента было более 50%.

Что касается структуры растительности на восстановленных участках, было установлено, что от 80 до 100% от общей площади территории была покрыта травой, кустарниками и деревьями. Кроме того, для репрезентативных видов растений (80%) в восстановленном месте, биомасса колебалась от 85 до 700 см2, а средняя высота соответствующих видов растений в диапазоне от 40 см до 300 см. Общие экологические процессы были прведены для повышения почвенного органического вещества.

Заключение

Отсутствие положительной характеристики почвы, низкая биологическая активность, и окисление почвы рН (2,0) были уникальным явлением для данного породного отвала. Концентрация металлов, содержащихся в породном отвале значительно выше по сравнению с обычными почвами. В этих неблагоприятных условиях, восстановление видов растений занимает длительный период времени. Посадка травянистых однодольных, волокнистых корневых систем, таких как цитронеллы, лимонной травы, лиан и кустарников ускоряет процесс рекультивации породного отвала. Настоящее исследование будет полезно при одновременной посадке различных видов растений на почвах с высоким содержанием серы, с длительным периодом рекультивации.

Рекультивация породного отвала на северо‑востоке Индии: тематическое исследование