Окислительно-восстановительное состояние почв Среднерусской лесостепи в зоне влияния терриконов угольных шахт

• Автор: Шарапова, Анна Валерьевна
• Шифр специальности: 25.00.23
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 172 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ПОЧВАХ И МЕТОДЫ ИХ ОЦЕНКИ

1.1. Окислительно-восстановительные процессы в почвах

1.2. Методы характеристики окислительно-восстановительных процессов.

1.3. Методы оценки биологической активности почв как характеристики биохимической составляющей окислительно-восстановительных процессов
1.4. Природные и техногенные аспекты окислительно-восстановительной трансформации соединений углерода, железа и серы

ГЛАВА 2. ТРАНСФОРМАЦИЯ ЛАНДШАФТОВ В РАЙОНАХ УГЛЕДОБЫЧИ

2.1. Влияние угледобычи на состояние природной среды

2.2. Развитие терриконов как фактор трансформации ландшафтов в районах угледобычи (на примере Подмосковного буроугольного бассейна)
ГЛАВА 3. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
3.1. Физико-географическая характеристика района работ
3.2.Объекты исследований
3.3. Методика полевого этапа исследований
ГЛАВА 4. СИСТЕМА ПОКАЗАТЕЛЕЙ ОЦЕНКИ ОКИСЛИТЕЛЬНОВОССТАНОВИТЕЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВ ЗОНЫ ВЛИЯНИЯ ТЕРРИКОНОВ УГОЛЬНЫХ ШАХТ
4.1. Система показателей оценки окислительно-восстановительного состояния

4.2. Лабораторные экспериментальные исследования
4.3. Полевые экспериментальные исследования
ГЛАВА 5. ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЧВ В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ ТЕРРИКОНОВ УГОЛЬНЫХ ШАХТ
5.1. Радиальное распределение показателей окислительно-восстановительного состояния почв
5.2. Пространственное распределение характеристик окислительновосстановительного состояния поверхностных горизонтов почв зоны влияния терриконов угольных шахт (на примере участка «Шахта Комсомольская»)
5.3. Типы окислительно-восстановительного состояния почв зоны влияния терриконов угольных шахт
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
Приложение А. БЛАНКИ ОПИСАНИЯ МОНИТОРИНГОВЫХ ТОЧЕК
Приложение Б. ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЧВ ЛАНДШАФТОВ ЗОНЫ ВЛИЯНИЯ ТЕРРИТОКОНОВ
УГОЛЬНЫХ ШАХТ
Приложение В. РЕЗУЛЬТАТЫ ОБСЛЕДОВАНИЯ ТЕРРИКОНОВ УГОЛЬНЫХ ШАХТ ЦЕНТРАЛЬНОГО РАЙОНА ПОДМОСКОВНОГО БУРОУГОЛЬНОГО БАССЕЙНА

ВВЕДЕНИЕ
Россия - один из мировых лидеров угледобычи, однако добыча бурого угля, особенно шахтным способом, в последние полвека в нашей стране постоянно сокращается. При этом закрытие шахт, при отсутствии государственной заинтересованности и поддержки, не сопровождается должными мероприятиями по рекультивации затронутых угледобычей территорий.
Важным аспектом технологии добычи угля является формирование на поверхности Земли отвалов и терриконов вскрышных и вмещающих пород, содержащих большое количество химически активных восстановленных веществ (Состояние..., 2002, Куприн, 2010, Герасимова, 2009, Проскурня, 2000, Максимавич, 1997). С течением времени изъятые и складированные на земной поверхности горные массы под действием экзогенных процессов трансформируются.
Все это приводит к изменению природных ландшафтно-геохимических условий и формированию новых техногенных геохимических структур. В основе изменений лежит ландшафтно-геохимический процесс, обусловленный окислительной трансформацией восстановленных веществ. Направление и степень выраженности трансформации обусловлены природными условиями конкретных территорий, однако попадая в природные системы, сами техногенные вещества оказывают влияние на протекание природных геохимических процессов и способствуют формированию новых типов элементарных техногенных ландшафтов. Такие техногенные образования достаточно широко распространены в лесостепной зоне Тульской области и приурочены к территории Подмосковного буроугольного бассейна (ПБУБ).
Интенсивное освоение ПБУБ началось в 30-е годы XX века и было обусловлено расположением этого месторождения в плотно населенном центре России, где сосредоточено множество крупных городов с развитой промышленностью. Максимальные объемы добычи были достигнуты в

50-60-е годы, однако в 90-е годы практически все угледобывающие предприятия Тульской области были закрыты. Всего за время добычи угля в Подмосковном буроугольном бассейне действовало около 180 шахт, было добыто свыше 1,2 млрд. т угля. Рядом с шахтами формировались терриконы, как правило, конической формы. Образование терриконов, а также последующая их денудация привела к изъятию в Тульской области около 1000 га. пахотных земель. В большинстве случаев рекультивация отвалов не осуществлялась, и в настоящее время они развиваются в соответствии с внешними условиями. В каждом из терриконов содержится от 300 до 600 тыс. м3 токсичных кислых пиритсодержащих промышленных отходов; общий объем углесодержащих горных пород в терриконах достигает 100 млн. м3.
Актуальность проведенных исследований определяется необходимостью комплексной характеристики окислительновосстановительного (ОВ) состояния техногенно-трансформированных почв в районах угледобычи с учетом как химических, так и биохимических процессов для прогноза изменения ландшафтов в будущем.
Целью работы является оценка окислительно-восстановительного состояния почв природных и природно-техногенных ландшафтов в зоне влияния терриконов угольных шахт Подмосковного буроугольного бассейна Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Разработка и верификация системы химических и биохимических показателей для оценки окислительно-восстановительного состояния почв районов угледобычи.
2. Оценка изменения окислительно-восстановительного состояния природных почв под воздействием техногенных восстановленных веществ.
3. Характеристика типов окислительно-восстановительного состояния почв в зоне влияния терриконов угольных шахт.

Рисунок 1.3. Поля устойчивости соединений железа в координатах ЕЬ-рН. Показаны области развития основных групп железобактерий. Пунктиром обозначено поле устойчивости воды (Заварзин, Колотилова, 2001, 2003).
Смена гидротермических условий, а также окислительновосстановительных и кислотно-основных обстановок приводит к смене процессов окисления железа на процессы восстановления (или наоборот), и как следствие, к изменению соотношения закисных и окисных форм железа.
Влияние условий увлажнения на соотношение подвижных форм железа во вмещающей породе отвалов Подмосковного буроугольного бассейна установлено А.И.Савичем (1984). Выполненный им модельный эксперимент показал, что наиболее благоприятно для биохимического окисления железа увлажнение 40% и 60% от полной влагоемкости. Однако при увеличении влажности до 80% в породе начинается восстановление окисного трехвалентного железа (Ре3+) до закисного двухвалентного (Ее2+). Максимальные концентрации подвижного закисного железа и минимальные окисного характерны для породы, насыщенной до состояния полной влагоемкости. При влажности 20% количество закисного железа также превышало количество окисного, но незначительно (Савич, 1984).
В качестве характеристики протекания окислительновосстановительных процессов с участием железа рядом авторов используются показатели, отражающие соотношение окисных и закисных форм железа в почвах: коэффициент окисленности К0 = Ре3+/(Ре3+ + Ре2+) (Водяницкий, 2010); коэффициент Ре2+/(Ре3+ + Ре2+) (Алексеев, 2010);