Войти
Кислые сульфатные почвы- это естественные почвы, отложения или органические субстраты (например, торф ), которые образуются в условиях переувлажнения. Эти почвы содержат минералы сульфида железа (преимущественно в виде минерала пирит ) 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.
Высвобождение этой серной кислоты из почвы. может, в свою очередь, выделять железо, алюминий и другие тяжелые металлы (в частности, мышьяк ) в почву. Будучи мобилизованными таким образом, кислота и металлы могут вызвать множество неблагоприятных воздействий: уничтожение растительности, просачивание и подкисление подземных вод и поверхностных водоемов, гибель рыбы и других водных организмов, и разрушение бетонных и стальных конструкций до точки разрушения.
Почвы и отложения, наиболее склонные к превращению в кислые сульфатные почвы, образовались в течение последних 10 000 лет, после последнего крупного повышения уровня моря. Когда уровень моря поднялся и затопил землю, сульфат в морской воде смешался с наземными отложениями, содержащими оксиды железа и органические вещества. 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 фрамбоид кристаллы сульфидов железа, таких как (пирит ). 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 заросли болота или эстуарии, могут содержать более высокие уровни пирита, чем те, которые образуются в более умеренном климате.
Пирит устойчив до контакта с воздухом, при этом пирит быстро окисляется с образованием серной кислоты. Воздействие кислого сульфатного фильтрата почвы может сохраняться в течение длительного времени и / или достигать максимальных значений в сезон (после засушливых периодов с первыми дождями). В некоторых районах Австралии кислые сульфатные почвы, осушенные 100 лет назад, все еще выделяют кислоту.
При осушении почвы, содержащие пирит (FeS 2 ) (также называемые кошачьей глиной) могут стать очень кислыми (pH < 4) due to the oxidation of pyrite into sulfuric acid (H2SO4). В простейшей форме эта химическая реакция выглядит следующим образом:
Продукт Fe (OH) 3, гидроксид железа (III) (оранжевый) осаждается в виде твердого нерастворимого минерала, в котором компонент щелочности иммобилизован, тогда как кислотность остается активной в серной кислоте. Процесс подкисления сопровождается образованием больших количеств алюминия (Al, высвобождаемый из глинистые минералы под действием кислотности), вредные для растительности. Другими продуктами химической реакции являются:
), коричневый минералЖелезо может присутствовать в двухвалентные и трехвалентные формы (Fe, ион двухвалентного железа, и Fe, ион трехвалентного железа, соответственно). Форма двухвалентного железа растворима, а форма трехвалентного железа - нет. Чем более окисляется почва, тем больше преобладают формы железа. Кислые сульфатные почвы имеют широкий спектр цветов: от черного, коричневого, сине-серого, красного, оранжевого и желтого. Водородная глина может быть улучшена путем добавления морской воды: магний (Mg) и натрий (Na) в морской воде заменяет адсорбированный водород и другие обменные кислые катионы, такие как алюминий (Al). Однако это может создать дополнительные риски, когда мобилизованы ионы водорода и обменные металлы.
Кислые сульфатные почвы широко распространены в прибрежных регионах, а также локально связаны с пресноводными водно-болотными угодьями и солеными грунтовыми водами, богатыми сульфатами, в некоторых сельскохозяйственных районах. В Австралии прибрежные кислые сульфатные почвы занимают около 58 000 км, подстилающие прибрежные эстуарии и поймы около того места, где проживает большая часть австралийского населения. Нарушение кислого сульфатного грунта часто связано с дноуглубительными работами, работами по осушению земляных работ во время строительства каналов, жилищного строительства и марины. Засуха также может привести к воздействию кислых сульфатных почв и их подкислению.
Кислые сульфатные почвы, которые не были нарушены, называются потенциально кислыми сульфатными почвами (PASS). Нарушенные кислые сульфатные почвы называются настоящими кислыми сульфатными почвами (AASS).
Потенциальные кислые сульфатные почвы могут иметь разрушительное воздействие на растения и рыб, а также на водные экосистемы. Смыв кислых фильтрата в грунтовые и поверхностные воды может вызвать ряд воздействий, в том числе:
Потенциально кислые сульфатные почвы (также называемые кат- глины) часто не культивируют или, если они обрабатываются, засевают 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 климатических засушливых периодов и нехватки оросительной воды, поверхностный дренаж может помочь удалить кислотные и токсичные химические вещества (образующиеся в засушливых условиях). заклинания) в дождливые периоды. В конечном итоге поверхностный дренаж может помочь восстановить кислые сульфатные почвы. Таким образом, коренному населению Гвинеи-Бисау удалось освоить почвы, но на это у них ушло много лет тщательного ухода и тяжелого труда.
В статье об осторожном осушении земель автор описывает успешное применение подповерхностного дренажа в кислых сульфатных почвах в прибрежных польдерах штата Керала, Индия.
Также в Сандербансе, Западная Бенгалия, Индия, кислые сульфатные почвы использовались в сельскохозяйственных целях.
Исследование на юге Калимантана, Индонезия в условиях пергумидного климата показала, что кислые сульфатные почвы с широко разнесенной подземной дренажной системой дали многообещающие результаты для выращивания риса с возвышенностей, арахиса и сои.. 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 выщелачивания, которое произошло.
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. Почвы малопродуктивные, земли выглядят бесплодными, а вода очень прозрачная, лишенная ила и жизни. Однако почвы могут быть красочными.
Когда кирпичная кладка постоянно влажная, как, например, 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 минимизировать этот эффект, следует использовать специализированную кирпичную кладку с низким содержанием сульфатов. Кислотные сульфаты, находящиеся в толще грунта, оказывают такое же воздействие на фундамент здания. Достаточная защита может обеспечиваться с помощью полиэтиленовой пленки для покрытия фундамента или использования сульфатостойкого портландцемента. Чтобы определить уровень pH почвы, необходимо провести исследование почвы.
Подняв уровень грунтовых вод, после того, как был нанесен ущерб из-за чрезмерно интенсивного дренажа, можно восстановить почвы. В следующей таблице приведен пример.
Осушение и урожайность малайзийской масличной пальмы на кислых сульфатных почвах (по Toh Peng Yin и Poon Yew Chin, 1982). Урожайность свежих фруктов в тоннах с га:
| Год | 60 | 61 | 62 | 63 | 64 | 65 | 66 | 67 | 68 | 69 | 70 | 71 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Доходность | 17 | 14 | 15 | 12 | 8 | 2 | 4 | 8 | 14 | 19 | 18 | 19 |
Глубина и интенсивность дренажа были увеличены в 1962 году. Вода таблица была снова поднята в 1966 году для противодействия негативным последствиям.
Во время «засухи тысячелетия» в бассейне Мюррей-Дарлинг в Австралии произошло обнажение кислых сульфатных почв. Для предотвращения дальнейшего подкисления были предприняты крупномасштабные инженерные работы, включая строительство насыпи и откачку воды для предотвращения воздействия и подкисления озера Альберт. Управление подкислением в Нижних озерах также осуществлялось с помощью дозирования известняка с воздуха.
