Fractionation of Manganese Compounds in the Topsoil Layer Effected by a Coal Waste Heap (Central Russian Forest-Steppe)

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

In the Tula region, to analyze the fractionation of Mn in the soils effected by acid sulfate water, at 11 points (a total of 57 samples), we studied electrical conductivity of the water extract, the granulometric composition, pH, the concentration of total organic carbon and the three mobile fractions (exchangeable, complexed, and specifically sorbed) the metal. Technosols of a waste heap with a predominantly very acidic medium often have sulfate salinity. Acid sulfate water and solid-phase matter from the waste heap form talus, which bury highly productive Chernozems and Phaeozems. In terms of the fractionation of Mn, bared Regosols (Phytotoxic) at the talus are close to the toxic substrates of the waste heap, and plant-covered Regosols are close to the background Chernozems. In the transported material of plant-covered Regosols, the content of Mn mobile compounds increases. The input of acid sulfate water into the A-horizon of Chernozems increases the content of water-soluble \({\text{SO}}_{4}^{{2 - }}\) and Ca2+ and decreases the content of mobile compounds and the total content of Mn.

About the authors

I. N. Semenkov

Lomonosov Moscow State University

Author for correspondence.
Email: semenkov@geogr.msu.ru
Russia, 119991, Moscow

A. V. Sharapova

Lomonosov Moscow State University

Email: semenkov@geogr.msu.ru
Russia, 119991, Moscow

S. А. Lednev

Lomonosov Moscow State University

Email: semenkov@geogr.msu.ru
Russia, 119991, Moscow

Т. V. Koroleva

Lomonosov Moscow State University

Email: semenkov@geogr.msu.ru
Russia, 119991, Moscow

References

  1. Горбунова Н.С., Протасова Н.А. Формы соединений марганца, меди и цинка в черноземах Центрально-Черноземного региона // Вестник Воронежского гос. ун-та. Сер. Химия. Биология. Фармация. 2008. № 2. С. 77–85.
  2. Зиновьева О.М., Колесникова Л.А., Меркулова А.М., Смирнова Н.А. Анализ экологических проблем в угледобывающих регионах // Уголь. 2020. № 10. С. 62–67. https://doi.org/10.18796/0041-5790-2020-10-62-67
  3. Кислицына В.В., Суржиков Д.В., Ликонцева Ю.С., Голиков Р.А., Штайгер В.А. Влияние загрязнения воздуха в процессе проведения ликвидации и рекультивации горных выработок на риск нарушения состояния здоровья населения промышленного города // Медицина труда и промышленная экология. 2021. Т. 61. № 3. С. 197–201. https://doi.org/10.31089/1026-9428-2021-61-3-197-201
  4. Леднев С.А., Шарапова А.В., Семенков И.Н., Королева Т.В. Растительные сукцессии на отвалах угольных шахт в лесостепи Тульской области // Известия РАН. Сер. географическая. 2020. Т. 84. № 2. С. 239–245. https://doi.org/10.31857/S2587556620020089
  5. Лиханова И.А., Кузнецова Е.Г., Лаптева Е.М., Денева С.В., Макеев Б.А. Почвообразование на карьерах после проведения лесной рекультивации в среднетаежной подзоне на Европейском Северо-Востоке России // Почвоведение. 2021. № 4. С. 502–520. https://doi.org/10.31857/S0032180X21040109
  6. Лубенская Н.А. Пересмотр подходов к закрытию угольных шахт как экологический императив // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журн.). 2021. № S1-1. С. 93–99.
  7. Лукин С.В., Жуйков Д.В. Мониторинг содержания марганца, цинка и меди в почвах и растениях Центрально-Черноземного района России // Почвоведение. 2021. № 1. С. 60–69. https://doi.org/0.31857/S0032180X21010093
  8. Минкина Т.М., Мотузова Г.В., Манджиева С.С., Назаренко О.Г., Бурачевская М.В., Антоненко Е.М. Фракционно-групповой состав соединений Mn, Cr, Ni и Cd в почвах техногенных ландшафтов (район Новочеркасской ГРЭС) // Почвоведение. 2013. № 4. С. 414–425. https://doi.org/10.7868/S0032180X13040102
  9. Никифорова Е.М., Солнцева Н.П. Техногенные потоки серы в гумидных ландшафтах районов угледобычи // Вестник Моск- ун-та. Сер. 5, география. 1986. № 3. С. 52–59.
  10. Панков В.Я., Афанасьев О.В., Байкова Д.А., Трегубова Е.А. Анализ тенденций мирового рынка угля и направлений российского экспорта // Уголь. 2021. № 3. С. 23–26. https://doi.org/10.18796/0041-5790-2021-3-23-26
  11. Разовский Ю.В., Киселева С.П., Артемьев Н.В., Вишняков Я.Д., Сухина Е.Н. Типизация источников воздействия добычи угля на экосистемы // Уголь. 2019. № 6(1119). С. 64–66. https://doi.org/10.18796/0041-5790-2019-6-64-66
  12. Семенков И.Н., Касимов Н.С., Терская Е.В. Радиальная геохимическая структура почв лесостепных суглинистых катен балочного водосбора в центре Среднерусской возвышенности // Вестник Моск. ун-та. Сер. 5, география. 2015. № 5. С. 42–53.
  13. Семина И.С., Андроханов В.А. Почвенно-экологическое обследование участков, рекультивированных отходами углеобогащения, на примере Кемеровской области Кузбасса // Уголь. 2021. № 7. С. 57–62. https://doi.org/10.18796/0041-5790-2021-7-57-62
  14. Солнцева Н.П., Рубилина Н.Е., Герасимова М.И., Алистратов С.В. Изменение морфологии выщелоченных черноземов в районах добычи угля // Почвоведение. 1992. № 1. С. 17–29.
  15. Трефилова О.В., Гродницкая И.Д., Ефимов Д.Ю. Динамика эколого-функциональных параметров реплантоземов на отвалах угольных разрезов Центральной Сибири // Почвоведение. 2014. № 1. С. 109–119. https://doi.org/10.7868/S0032180X14010134
  16. Трипати Д.П., Даш Т.Р. Оценка загрязнения воздуха микроэлементами и частицами взвешенной пыли на высокомеханизированном угольном карьере // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2018. № 4. С. 188–200. https://doi.org/10.15372/FTPRPI20180421
  17. Червань А.Н., Устинова А.М., Цырибко В.Б. Пространственно-временные изменения показателей засоления почв Солигорского горнопромышленного района // Почвоведение. 2019. № 8. С. 1004–1014. https://doi.org/10.1134/S0032180X19080069
  18. Шарапова А.В., Семенков И.Н., Леднев С.А., Карпачевский А.М., Королева Т.В. Биохимический потенциал саморазвития посттехногенных горнопромышленных геокомлексов Подмосковного буроугольного бассейна // Уголь. 2020. № 10. С. 56–61. https://doi.org/10.18796/0041-5790-2020-10-56-61
  19. Шаршенова Д.С. Вопросы рекультивации нарушенных земель в процессе добычи Кара-Кечинского буроугольного разреза // Экологическая химия. 2020. Т. 29. № 2. С. 113–116.
  20. Шопина О.В., Семенков И.Н., Парамонова Т.А. Накопление тяжелых металлов и 137Cs в растительной продукции, выращиваемой на радиоактивно загрязненных черноземах Тульской области // Экология и промышленность России. 2020. Т. 24. № 6. С. 48–53. https://doi.org/10.18412/1816-0395-2020-6-48-53
  21. Щеглов Д.И., Горбунова Н.С., Семенова Л.А., Хатунцева О.А. Микроэлементы в почвах сопряженных ландшафтов Каменной степи различной степени гидроморфизма // Почвоведение. 2013. № 3. С. 282–290. https://doi.org/10.1134/S1064229313030095
  22. Юдина Н.А., Семенков И.Н., Шарапова А.В., Леднев С.А., Королева Т.В. Пространственная дифференциация свойств поверхностного слоя почв, формирующихся на шахтных отвалах в Подмосковном угольном бассейне (Среднерусская лесостепь) // Почвоведение. 2022. № 10. С. 1310–1320. https://doi.org/10.31857/S0032180X22100161
  23. Bauerek A., Diatta J., Pierzchała Ł., Więckol-Ryk A., Krzemień A. Development of soil substitutes for the sustainable land reclamation of coal mine-affected areas // Sustainability. 2022. V. 14. № 8. P. 4604. https://doi.org/10.3390/su14084604
  24. Gałuszka A., Migaszewski Z., Duczmal–Czernikiewic, A., Dołęgowska S. Geochemical background of potentially toxic trace elements in reclaimed soils of the abandoned pyrite–uranium mine (south-central Poland) // Int. J. Environ. Sci. Technol. 2016. V. 13. P. 2649–2662. https://doi.org/10.1007/s13762-016-1095-z
  25. Götz C., Beyer F., Gläßer C. Pioneer vegetation as an indicator of the geochemical parameters in abandoned mine sites using hyperspectral airborne data // Environ. Earth Sci. 2016. V. 75. P. 613. https://doi.org/10.1007/s12665-016-5367-1
  26. Kompała-Bąba A., Sierka E., Bierza W., Bąba W., Błońska A., Woźniak G. Eco-physiological responses of Calamagrostis epigejos L. (Roth) and Solidago gigantea Aition to complex environmental stresses in coal-mine spoil heaps // Land Degradation and Development. 2021. V. 32. № 18. P. 5427–5442. https://doi.org/10.1002/ldr.4119
  27. Krechetov P., Chernitsova O., Sharapova A., Terskaya E. Technogenic geochemical evolution of chernozems in the sulfur coal mining areas // J. Soils Sediments. 2019. V. 19. № 8. P. 3139–3154. https://doi.org/10.1007/s11368-018-2010-7
  28. Krupnova T.G., Rakova O.V., Struchkova G.P., Tikhonova S.A., Kapitonova T.A., Gavrilkina S.V., Bulanova A.V., Yakimova O.N. Insights into particle-bound metal(loid)s in winter snow cover: Geochemical monitoring of the korkinsky coal mine area, south ural region, Russia // Sustainability. 2021. V. 13. № 9. P. 4596. https://doi.org/10.3390/su13094596
  29. 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. International Science and Technology Conference “Earth Science”. 2020. P. 032046. https://doi.org/10.1088/1755-1315/459/3/032046
  30. Martín F., García I., Díe M., Sierr M., Simon M., Dorronsoro C. Soil alteration by continued oxidation of pyrite tailings // Appl. Geochem. 2008. V. 23. № 5. P. 1152. https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2007.11.012
  31. Minkina T.M., Mandzhieva S.S., Burachevskaya M.V., Bauer T.V., Sushkova S.N. Method of determining loosely bound compounds of heavy metals in the soil // MethodsX. 2018. V. 5. P. 217–226. https://doi.org/10.1016/j.mex.2018.02.007
  32. Opekunova M., Opekunov A., Somov V., Kukushkin S., Papyan E. Transformation of metals migration and biogeochemical cycling under the influence of copper mining production (the Southern Urals) // Catena. 2020. V. 189. P. 104512. https://doi.org/10.1016/j.catena.2020.104512
  33. Semenkov I.N., Klink G.V., Lebedeva M.P., Krupskaya V.V., Chernov M.S. et al. The variability of soils and vegetation of hydrothermal fields in the Valley of Geysers at Kamchatka Peninsula // Scientific Reports. 2021. V. 11 P. 11077. https://doi.org/10.1038/s41598-021-90712-7
  34. Semenkov I.N., Koroleva T.V. The spatial distribution of fractions and the total content of 24 chemical elements in soil catenas within a small gully’s catchment area in the Trans Urals, Russia // Appl. Geochem. 2019. V. 106. P. 1–6. https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2019.04.010
  35. Semenkov I., Sharapova A., Lednev S., Yudina N., Karpachevskiy A., Klink G., Koroleva T. Geochemical partitioning of heavy metals and metalloids in the ecosystems of abandoned mine sites: a case study within the Moscow Brown Coal Basin // Water. 2022. V. 14. № 1. P. 113. https://doi.org/10.3390/w14010113
  36. Trifi M., Dermech M., Abdelkrim C., Azouzi R., Hjiri B. Extraction procedures of toxic and mobile heavy metal fraction from complex mineralogical tailings affected by acid mine drainage // Arabian J. Geosciences. 2018. V. 11. № 12. https://doi.org/10.1007/s12517-018-3612-5
  37. Uzarowicz L., Skiba S. Technogenic soils developed on mine spoils containing iron sulphides: Mineral transformations as an indicator of pedogenesis // Geoderma. 2011. V. 163. № 1–2. P. 95–108. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2011.04.008
  38. Wheeler B.E., Peet R.K. A multi-scale analysis of plant diversity along soil nutrient gradients // Vegetation Structure and Function at Multiple Spatial, Temporal and Conceptual Scales. Geobotany Studies. Heidelberg: Springer. 2016. P. 425–444. https://doi.org/10.1007/978-3-319-21452-8_19. 2016
  39. Woźniak G., Chmura D., Dyderski M.K., Błońska A., Jagodziński A.M. How different is the forest on post-coal mine heap regarded as novel ecosystem? // Forest Ecology and Management. 2022. V. 515. P. 120205. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2022.120205
  40. Yang Y.-R., Hou S.-L., Zhang Z.-W., Hu Y.Y., Ding C., Yang G.-J., Xiao-Tao L. Effects of nitrogen addition on plant manganese nutrition in a temperate steppe // J. Plant Nutrition Soil Sci. 2021. V. 184. № 6. P. 688–695. https://doi.org/10.1002/jpln.202100144
  41. Zevgolis I.E., Theocharis A.I., Deliveris A.V., Koukouzas N.C., Roumpos C., Marshall A.M. Geotechnical Characterization of Fine-Grained Spoil Material from Surface Coal Mines // J. Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 2021. V. 147. № 7. P. 04021050.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2.

Download (33KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 И.Н. Семенков, А.В. Шарапова, С.А. Леднев, Т.В. Королева

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies