Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен с кислых сульфатных почв )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Кислотные сульфатные почвы - это естественные почвы, отложения или органические субстраты (например, торф ), которые образуются в условиях заболачивания. Эти почвы содержат минералы сульфида железа (преимущественно в виде минерального пирита ) или продукты их окисления . В ненарушенном состоянии ниже уровня грунтовых вод кислые сульфатные почвы являются доброкачественными. Однако, если почвы осушаются, выкапываются или подвергаются воздействию воздуха из-за понижения уровня грунтовых вод, сульфиды реагируют с кислородом с образованием серной кислоты . [1]

Выброс этой серной кислоты из почвы может, в свою очередь, выделять в почву железо , алюминий и другие тяжелые металлы и металлоиды (особенно мышьяк ). Будучи мобилизованными таким образом, кислота и металлы могут вызвать множество неблагоприятных воздействий: уничтожение растительности, просачивание и подкисление грунтовых вод [2] [3] и поверхностных водоемов, [4] [5] гибели рыб и других водных организмов, и разрушение бетонных и стальных конструкций до разрушения. [1]

Формирование [ править ]

Польдеры с кислыми сульфатными почвами в Гвинее-Бисау вдоль морского рукава среди мангровых зарослей

Почвы и отложения, наиболее склонные к превращению в кислые сульфатные почвы, образовались в течение последних 10 000 лет, после последнего значительного повышения уровня моря . Когда уровень моря поднялся и затопил сушу, сульфат в морской воде смешался с наземными отложениями, содержащими оксиды железа и органические вещества. [1] В этих анаэробных условиях литотрофные бактерии, такие как Desulfovibrio desulfuricans, получают кислород для дыхания за счет восстановления сульфат-ионов в морской или грунтовой воде с образованием сероводорода. Это, в свою очередь, реагирует с растворенным двухвалентным железом, образуя очень мелкозернистые и высокореакционные фрамбоидные кристаллы сульфидов железа, таких как ( пирита ). [1]До определенного момента более высокие температуры являются более благоприятными условиями для этих бактерий, создавая больший потенциал для образования сульфидов железа. Тропические заболоченные среды, такие как мангровые болота или эстуарии, могут содержать более высокие уровни пирита, чем те, которые образуются в более умеренном климате. [6]

Пирит устойчив до контакта с воздухом, после чего пирит быстро окисляется и образует серную кислоту. Воздействие кислого сульфатного фильтрата почвы может сохраняться в течение длительного времени и / или достигать максимума в сезон (после засушливых периодов с первыми дождями). В некоторых районах Австралии кислые сульфатные почвы, осушенные 100 лет назад, все еще выделяют кислоту. [7]

Химическая реакция [ править ]

При осушении почвы, содержащие пирит (FeS 2 ) (также называемые кат-глинами), могут стать чрезвычайно кислыми ( pH <4) из-за окисления пирита до серной кислоты (H 2 SO 4 ). В простейшем виде эта химическая реакция выглядит следующим образом:

[6] [8]

Продукт Fe (OH) 3 , гидроксид железа (III) (оранжевый), осаждается в виде твердого нерастворимого минерала, с помощью которого иммобилизуется щелочной компонент, в то время как кислотность остается активной в серной кислоте . Процесс подкисления сопровождается образованием большого количества алюминия (Al 3+ , выделяющегося из глинистых минералов под влиянием кислотности), вредного для растительности. Другими продуктами химической реакции являются:

  1. Сероводород (H 2 S), газ с запахом
  2. Сера (S), твердое вещество желтого цвета
  3. Сульфид железа (II) (FeS), твердое вещество черного / серого / синего цвета
  4. Гематит (Fe 2 O 3 ), красное твердое вещество
  5. Гетит ( ), коричневый минерал
  6. Швертманнит коричневый минерал
  7. Соединения сульфата железа (например, ярозит )
  8. H-глина ( водородная глина с большой долей адсорбированных ионов H + , стабильный минерал, но бедный питательными веществами)

Железо может присутствовать в двухвалентной и трехвалентной формах (Fe 2+ , ион двухвалентного железа, и Fe 3+ , ион трехвалентного железа, соответственно). Форма двухвалентного железа растворима , а форма трехвалентного железа - нет. Чем более окисленной становится почва, тем больше преобладают формы железа. Кислые сульфатные почвы имеют широкий спектр цветов: от черного, коричневого, сине-серого, красного, оранжевого и желтого. Водородную глину можно улучшить, допустив морскую воду: магний (Mg) и натрий (Na) в морской воде заменяют адсорбированный водород и другие обменные кислотные катионы, такие как алюминий.(Ал). Однако это может создать дополнительные риски, когда мобилизованы ионы водорода и обменные металлы.

Географическое распространение [ править ]

Кислые сульфатные почвы широко распространены в прибрежных регионах, а также локально связаны с пресноводными водно-болотными угодьями и солеными сульфатными грунтовыми водами в некоторых сельскохозяйственных районах. В Австралии прибрежные кислые сульфатные почвы занимают, по оценкам, 58 000 км 2 , подстилающие прибрежные эстуарии и поймы около того места, где проживает большинство австралийского населения. [9] [10] Нарушение почвы кислым сульфатом часто связано с дноуглубительными работами, работами по осушению земляных работ во время строительства каналов, жилищного строительства и пристани для яхт. Засуха также может привести к воздействию сульфатных кислот на почву и ее подкислению. [11]

Кислые сульфатные почвы, которые не были нарушены, называются потенциально кислыми сульфатными почвами (PASS) . Кислотные сульфатные почвы , которые уже были названы нарушенные фактической кислоты сульфата почвы (ОСС) . [12]

Воздействие [ править ]

Нарушение потенциально кислых сульфатных почв может иметь разрушительные последствия для растений и рыб, а также для водных экосистем . Смыв кислого фильтрата в грунтовые и поверхностные воды может вызвать ряд воздействий, в том числе: [7]

  • Экологический ущерб для водных и прибрежных экосистем посредством гибели рыбы , увеличение рыбы болезни вспышка, преобладание кислотны-толерантных видов, осаждение железа, и т.д.
  • Воздействие на проекты рыболовства и аквакультуры в устьях рек (рост заболеваемости, потеря нерестилищ и т. Д.).
  • Загрязнение подземных и поверхностных вод мышьяком , алюминием и другими металлами. [13] [14] [15]
  • Снижение продуктивности сельского хозяйства из-за загрязнения почв металлами (преимущественно алюминием).
  • Повреждение инфраструктуры из-за коррозии бетонных и стальных труб, мостов и других подземных объектов.

Воздействие на сельское хозяйство [ править ]

Морская вода подается в полдер на кислой сульфатной почве для улучшения почвы и борьбы с сорняками, Гвинея-Бисау

Потенциально кислые сульфатные почвы (также называемые кошачьими глинами) часто не культивируются или, если они выращиваются, засеваются рисом , чтобы почва могла оставаться влажной, предотвращая окисление. Подземный дренаж этих почв обычно не рекомендуется.

При культивировании кислые сульфатные почвы нельзя постоянно поддерживать во влажном состоянии из-за засушливых климатических периодов и нехватки поливной воды, поверхностный дренаж может помочь удалить кислотные и токсичные химические вещества (образующиеся в периоды засухи) в периоды дождей. В конечном итоге поверхностный дренаж может помочь восстановить кислые сульфатные почвы. [16] Таким образом, коренному населению Гвинеи-Бисау удалось освоить почвы, но на это потребовалось много лет тщательного управления и тяжелого труда.

В статье об осторожном осушении земель [17] автор описывает успешное применение подземного дренажа в кислых сульфатных почвах в прибрежных польдерах штата Керала, Индия.

Также в Сандербане , Западной Бенгалии, Индии, кислые сульфатные почвы используются в сельском хозяйстве. [18]

Исследование в Южном Калимантане , Индонезия, в условиях пергумидного климата, показало, что кислые сульфатные почвы с широко разнесенной подземной дренажной системой дали многообещающие результаты для выращивания риса , арахиса и сои на возвышенностях . [19] Местное население издревле уже обосновалось в этой области и могло выращивать различные культуры (в том числе плоды деревьев), используя вырытые вручную стоки, идущие от реки в землю до самых глубоких болот. Урожайность была скромной, но приносила доход, достаточный для приличного заработка.

Мелиорированные кислые сульфатные почвы имеют хорошо развитую структуру почвы ; они хорошо проницаемы, но бесплодны из-за произошедшего выщелачивания .

Во второй половине 20-го века во многих частях мира заболоченные и потенциально кислые сульфатные почвы были агрессивно осушены, чтобы сделать их продуктивными для сельского хозяйства . Результаты были плачевными. [8] Почвы непродуктивные, земли выглядят бесплодными, а вода очень прозрачная, лишенная ила и жизни. Однако почвы могут быть красочными.

Строительство [ править ]

Когда кирпичная кладка постоянно влажная, как в фундаментах, подпорных стенах, парапетах и ​​дымоходах, сульфаты в кирпичах и растворах могут со временем кристаллизоваться и расширяться, вызывая разрушение строительного раствора и штукатурки. Чтобы свести к минимуму этот эффект, следует использовать специализированную кирпичную кладку с низким содержанием сульфатов. Кислотные сульфаты, расположенные в толще грунта, оказывают такое же воздействие на фундамент здания. Адекватная защита может существовать с использованием полиэтиленовой пленки для покрытия фундамента или использования сульфатостойкого портландцемента . Чтобы определить уровень pH почвы, необходимо провести исследование почвы.

Восстановление и управление [ править ]

Подняв уровень грунтовых вод, после того, как был нанесен ущерб из-за чрезмерно интенсивного дренажа, можно восстановить почвы. В следующей таблице приведен пример.

Дренаж и урожайность малазийской масличной пальмы на кислых сульфатных почвах (по Toh Peng Yin и Poon Yew Chin, 1982)
Урожайность свежих фруктов в тоннах с гектара:

Год606162636465666768697071
Урожай17141512824814191819

Глубина и интенсивность дренажа были увеличены в 1962 году. Уровень грунтовых вод был снова повышен в 1966 году для противодействия негативным последствиям.

Во время «засухи тысячелетия» в бассейне Мюррей-Дарлинг в Австралии произошло обнажение кислых сульфатных почв. Были предприняты широкомасштабные инженерные мероприятия для предотвращения дальнейшего подкисления, включая строительство водовода и откачку воды для предотвращения воздействия и подкисления озера Альберт. [20] Управление подкислением в Нижних озерах также осуществлялось с помощью дозирования известняка с воздуха. [5] [21]

См. Также [ править ]

  • Кислотный шахтный дренаж
  • Подкисление эстуария
  • PH почвы

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d Идентификация и исследование кислых сульфатных почв (2006 г.), Департамент окружающей среды, Западная Австралия. Получено с портала. Архивировано 12 ноября 2009 г. на Wayback Machine.
  2. Перейти ↑ Mosley LM, Palmer D, Leyden E, Fitzpatrick R, and Shand P (2014). Изменения кислотности и геохимии металлов в почвах, грунтовых водах, сточных и речных водах в нижнем течении реки Муррей после сильной засухи. Наука об окружающей среде в целом 485–486: 281–291.
  3. ^ Мосли, LM; Палмер, Д.; Leyden, E; Фитцпатрик, Р.; Шанд, П (2014). «Подкисление поймы из-за понижения уровня реки во время засухи». Журнал гидрологии загрязнителей . 161 : 10–23. Bibcode : 2014JCHyd.161 ... 10M . DOI : 10.1016 / j.jconhyd.2014.03.003 . PMID  24732706 .
  4. ^ Мосли, LM; Заммит, Б; Джолли, А; Барнетт, Л. (2014). «Подкисление озерной воды из-за засухи». Журнал гидрологии . 511 : 484–493. Bibcode : 2014JHyd..511..484M . DOI : 10.1016 / j.jhydrol.2014.02.001 .
  5. ^ а б Мосли, Л. М.; Заммит, Б; Джолли, А; Барнетт, L; Фитцпатрик, Р. (2014). «Мониторинг и оценка подкисления поверхностных вод после повторного заболачивания окисленных кислых сульфатных почв». Экологический мониторинг и оценка . 186 (1): 1–18. DOI : 10.1007 / s10661-013-3350-9 . PMID 23900634 . S2CID 46559400 .  
  6. ^ a b Кислотно-сульфатная почва. Техническое руководство 1.2 (2003 г.), CSIRO Land & Water, Австралия. Получено из CSIRO. Архивировано 27 июня 2007 г. на Wayback Machine.
  7. ^ a b Sammut, J & Lines-Kelley, R. (2000) Кислотные сульфатные почвы, 2-е издание, Environment Australia, ISBN 0-7347-1208-1 
  8. ^ а б Д. Дент, 1986. Кислые сульфатные почвы: исходные данные для исследований и разработок. Publ. 39, ILRI, Вагенинген, Нидерланды. ISBN 90-70260-98-0 . Скачать бесплатно с: "Архивная копия" . Архивировано из оригинала на 2007-05-21 . Проверено 1 июня 2009 . CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  9. ^ Фицпатрик RW, Дэвис П., Томас BP, Мерри RH, Fotheringham D. G и Hicks WS (2002). Свойства и распространение прибрежных кислых сульфатных почв Южной Австралии и их экологическая опасность. 5-я Международная конференция по кислым сульфатным почвам, Твид Хедс, Новый Южный Уэльс
  10. ^ Фицпатрик, Р., Marvanek С., Пауэлл, Б., Grealish Г., Gilkes, R. (2010). Атлас кислых сульфатных почв Австралии: последние достижения и приоритеты на будущее. В «Протоколах 19-го Всемирного конгресса почвоведения: почвенные решения для меняющегося мира. Брисбен, Австралия, 1–6 августа 2010 г.» (Р. Гилкс и Н. Праконгкеп, ред.), Стр. 24–27. Издается на DVD; ISBN 978-0-646-53783-2 ; http://www.iuss.org Архивировано 5 апреля 2007 г. в Wayback Machine ; Симпозиум WG 3.1 Процессы в кислых сульфатных почвенных материалах. 
  11. ^ Мосли, LM; Zammit, B .; Джолли, AM; Барнетт, Л. (2014). «Подкисление озерной воды из-за засухи». Журнал гидрологии . 511 : 484–493. Bibcode : 2014JHyd..511..484M . DOI : 10.1016 / j.jhydrol.2014.02.001 .
  12. ^ Фитцпатрик, Р.В., Шанд, П., Мерри, Р.Х., 2009. Кислые сульфатные почвы, в: Дженнингс, Дж.Т. (ред.), Естественная история Риверленда и Мюррейленда. Королевское общество Южной Австралии (Inc.), Аделаида, Южная Австралия, стр. 65–111.
  13. ^ Мосли, Л., Флеминг, Н., 2010. Нагрузки загрязняющих веществ, возвращенные в нижнюю часть реки Мюррей из-за орошаемого земледелия. Загрязнение воды, воздуха и почвы. 211, 475-487.
  14. ^ Мосли, L .; Zammit, B .; Leyden, E .; Heneker, T .; Hipsey, M .; Скиннер, Д .; Олдридж, К. (2012). «Влияние экстремально низкого стока на качество воды в нижнем течении реки Мюррей и озер (Южная Австралия)». Управление водными ресурсами . 26 (13): 3923–3946. DOI : 10.1007 / s11269-012-0113-2 . S2CID 154772804 . 
  15. Перейти ↑ Mosley, LM (2015). «Засуха влияет на качество воды в пресноводных системах; обзор и интеграция». Обзоры наук о Земле . 140 : 203–214. Bibcode : 2015ESRv..140..203M . DOI : 10.1016 / j.earscirev.2014.11.010 .
  16. ^ Проект рекультивации рисовых полдеров, Гвинея-Бисау . В: Годовой отчет за 1980 г., стр. 26–32, Международный институт мелиорации и улучшения земель (ILRI), Вагенинген, Нидерланды. Скачать с веб-страницы "Отчеты, статьи, статьи, тематические исследования" . Архивировано 07 ноября 2009 года . Проверено 19 ноября 2009 ., под № 12, или прямо как PDF: «Архивная копия» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 25 июля 2011 года . Проверено 2 ноября 2009 . CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  17. ^ Дренаж сельскохозяйственных земель: более широкое применение за счет осторожности и сдержанности . В: Годовой отчет 1991, стр.21–35, Международный институт мелиорации и улучшения земель (ILRI), Вагенинген, Нидерланды. Скачать с веб-страницы: «Отчеты, статьи, статьи, тематические исследования» . Архивировано 07 ноября 2009 года . Проверено 19 ноября 2009 ., под № 3, или прямо как PDF: «Архивная копия» (PDF) . Архивировано 27 сентября 2007 года (PDF) . Проверено 15 июня 2007 . CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  18. ^ Х.С. Сен и Р.Дж. Остербан, 1993. Исследования по управлению и контролю водных ресурсов в Сандербанах, Индия . В: Годовой отчет за 1992 г., стр. 8-26. Международный институт мелиорации и улучшения земель (ILRI), Вагенинген, Нидерланды. Скачать с веб-страницы: «Отчеты, статьи, статьи, тематические исследования» . Архивировано 07 ноября 2009 года . Проверено 19 ноября 2009 ., под № 2, или прямо как PDF: «Архивная копия» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 25 июля 2011 года . Проверено 2 ноября 2009 . CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  19. ^ Обзор аспектов управления водными ресурсами в Пулау Петак (недалеко от города Банджермасин, Калимантан, Индонезия). Отчет миссии 39, Исследовательский проект по кислым сульфатным (сульфатным) почвам во влажных тропиках. Международный институт мелиорации и улучшения земель (ILRI), Вагенинген, Нидерланды. Скачать с веб-страницы: «Консультации и отчеты миссий по дренажу земель и засолению почв» . Архивировано 07 февраля 2010 года . Проверено 19 ноября 2009 ., под № 7, или прямо в формате PDF: «Архивная копия» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 19 ноября 2008 года . Проверено 4 декабря 2007 . CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  20. ^ Хипси, М; Лосось, U; Мосли, LM (2014). «Трехмерная гидрогеохимическая модель для оценки риска закисления озера». Экологическое моделирование и программное обеспечение . 61 : 433–457. DOI : 10.1016 / j.envsoft.2014.02.007 .
  21. ^ Мосли, LM; Шанд, П; Self, P; Фитцпатрик, Р. (2014). «Геохимия во время управления закислением озера, вызванным повторным заболачиванием сернистых (pH <4) кислых сульфатных почв». Прикладная геохимия . 41 : 49–56. Bibcode : 2014ApGC ... 41 ... 49м . DOI : 10.1016 / j.apgeochem.2013.11.010 .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Sammut, J .; Белый, I .; Мелвилл, Мэриленд (1996). «Подкисление устья притока в восточной Австралии из-за осушения кислых сульфатных почв». Морские и пресноводные исследования . 47 (5): 669–684. DOI : 10.1071 / mf9960669 .
  • Sammut, J .; Мелвилл, Мэриленд; Каллинан, РБ; Фрейзер, Г. (1995). «Закисление эстуаров: воздействие на водную биоту осушающих кислых сульфатных почв». Австралийские географические исследования . 33 : 89–100. DOI : 10.1111 / j.1467-8470.1995.tb00687.x .
  • Wilson, BP; Белый, I .; Мелвилл, Мэриленд (1999). «Гидрология поймы, сброс кислоты и изменение качества воды, связанное с осушенной кислой сульфатной почвой». Морские и пресноводные исследования . 50 (2): 149–157. DOI : 10.1071 / mf98034 .
  • Уилсон, ВР (2005). «Вопросы классификации для гидрозольных и органозольных почвенных порядков для лучшего охвата поверхностной кислотности и глубоких сульфидных горизонтов в кислых сульфатных почвах». Австралийский журнал почвенных исследований . 43 (5): 629–638. DOI : 10,1071 / sr04136 .
  • Уилсон, ВР (2005). «Поднятие слоев пирита в кислых сульфатных почвах: что они говорят об уровне моря в голоцене в восточной Австралии». Катена . 62 : 45–56. DOI : 10.1016 / j.catena.2005.02.002 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Веб-сайт национальных прибрежных кислотно-сульфатных почв Департамента окружающей среды и наследия Австралии
  • Веб-сайт Департамента окружающей среды Западной Австралии по кислым сульфатным почвам
  • Веб-сайт Управления окружающей среды и наследия Нового Южного Уэльса по кислым сульфатным почвам
  • Документ «Австралийская национальная стратегия управления прибрежными кислыми сульфатными почвами» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 23 июня 2007 года.
  • [1] Часто задаваемые вопросы, вопрос 3: документация по кислым сульфатным почвам.