Waste rock piles produced by histor

Waste rock piles produced by historic metal mining activities pose long-lived environmental problems for vegetation success and water quality. In addition to high concentrations of phytoavailable toxic elements (especially Al, Cu, Pb, and Zn), plant establishment on these piles is often inhibited by extreme soil characteristics such as very low pH (2–4), virtually zero organic matter, low water-holding capacity, and low nutrient availability (Mendez and Maier, 2008). Biochar is the solid product of the pyrolysis of biomass that, when applied to soils, has been demonstrated to increase plant growth by increasing nutrient and water availability and by improving soil physical, chemical, and biological properties (e.g. Glaser et al., 2002, Lehmann et al., 2006, Lehmann and Rondon, 2006 and Laird, 2008). Recent research suggests that biochar may be more resistant to decomposition relative to these other organic materials (e.g. Fellet et al., 2011), and would immobilize contaminants for a much longer period, thus protecting plants and microbes against toxicity over time (Beesley et al., 2011 and Park et al., 2011).

Several studies have demonstrated the effectiveness of some biochars to improve metal toxicity in mine soils, though few have been performed in such low pH soils as those that occur in the Animas River watershed in Colorado, USA (lowest pH of soil in the current study is 2.99). For example, following incorporation of an orchard waste-derived biochar on a lead and zinc mine tailing of pH 8.2 in Italy, the pH, nutrient retention, cation exchange, and water holding capacity increased, and concentrations of bioavailable Cd, Pb, Tl, and Zn decreased (Fellet et al., 2011). In another tailing of pH 5.4 from a former copper mine in England, it was demonstrated that hardwood-derived biochar additions decreased concentrations of Cu in pore water and decreased Cu and Pb concentrations in the shoots of ryegrass grown in the soils (Karami et al., 2011). Beesley and Marmiroli (2011) documented reduced concentrations of Cd and Zn from leachate of a multi-element polluted soil of pH 6.2 when a hardwood-derived biochar was added. Other investigations have reported element-specific immobilization by biochar, where some elements are preferentially immobilized while others are released to mobile forms (Uchimiya et al., 2010, Uchimiya et al., 2011a and Namgay et al., 2010).

In this study, we utilize biochar created from pine trees killed during an infestation of the Mountain pine beetle (Dendroctonus ponderosae). This beetle has killed approximately 1.2 million hectares of pine trees in Colorado and Wyoming, USA alone, which has resulted in severe wildfire danger in many western states and Canada. Incentives have been offered for companies using beetle-killed wood for biofuel and other applications (2012 Forestry Legislation in Colorado). This abundant and local feedstock resource requires further investigation regarding its usefulness as a soil amendment in mine tailing reclamation.

Because toxicity can vary greatly from site to site, we assessed mining-affected soils that varied in severity with respect to acidity, toxic element content, and pyritic rock content from two abandoned mine areas in the Animas River watershed near Silverton, CO. The main objectives of this laboratory column study were to investigate the hypotheses that biochar made from lodgepole pine (Pinus contorta) incorporated into acidic mine materials will (1) reduce toxic element concentrations in leaching solution, (2) improve soil parameters (i.e. increase nutrient and water holding capacity and pH, and decrease density), and (3) increase microbial populations and activity. We also investigated the longevity of the potential impact that biochar addition has on ameliorating effects by analyzing sequential leachates over time.

2. Methods

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

กองหินเสียผลิต โดยกิจกรรมการทำเหมืองแร่โลหะประวัติศาสตร์ก่อให้เกิดปัญหาสิ่งแวดล้อม long-lived คุณภาพสำเร็จและน้ำของพืช นอกจากความเข้มข้นสูงของ phytoavailable พิษองค์ประกอบ (โดยเฉพาะอย่างยิ่งอัล Cu, Pb และ Zn), ก่อตั้งโรงงานในกองนี้เป็นมักจะห้าม โดยลักษณะดินมากเช่นค่า pH ต่ำมาก (2-4), ศูนย์อินทรีย์ แทบ ความจุน้ำต่ำถือ และพร้อมธาตุอาหารต่ำ (เมนเดสและ Maier, 2008) Biochar เป็นผลิตภัณฑ์ของแข็งของชีวภาพของชีวมวลที่ เมื่อใช้กับดินเนื้อปูน มีการสาธิตเพื่อเพิ่มการเจริญเติบโตของพืช โดยการปรับปรุงคุณสมบัติทางกายภาพ เคมี และชีวภาพของดิน และเพิ่มธาตุอาหารและน้ำพร้อม (เช่น Glaser และ al., 2002, Lehmann และ al., 2006 Lehmann และ Rondon, 2006 และ Laird, 2008) การวิจัยล่าสุดแนะนำว่า biochar อาจทนมากขึ้นเพื่อแยกส่วนประกอบสัมพันธ์เหล่านี้อินทรีย์วัสดุอื่น ๆ (เช่น Fellet และ al., 2011), และต้อง immobilize สารปนเปื้อนเป็นระยะเวลานานกว่า จึง ปกป้องพืชและจุลินทรีย์ต่อต้านความเป็นพิษมากกว่าเวลา (Beesley et al., 2011 และสวนร้อยเอ็ด al., 2011)

หลายการศึกษาได้แสดงประสิทธิภาพของบาง biochars เพื่อเพิ่มความเป็นพิษของโลหะในดินเนื้อปูนเหมือง แม้ไม่กี่ได้ปฏิบัติในดินเนื้อปูนดังกล่าวค่า pH ที่ต่ำเป็นที่เกิดขึ้นในลุ่มน้ำแม่น้ำ Animas ในโคโลราโด สหรัฐอเมริกา (ค่า pH ต่ำที่สุดในการศึกษาปัจจุบันคือ 2.99) ตัวอย่าง ต่อประสานของออร์ชาร์ดที่มาเสีย biochar บนเป้าหมาย และสังกะสีเหมือง tailing ของ 82 ในอิตาลี ค่า pH รักษาธาตุอาหาร cation exchange และน้ำถือกำลังการผลิตเพิ่มขึ้น และความเข้มข้นของ bioavailable Cd, Pb, Tl และ Zn ลดลง (Fellet et al., 2011) ใน tailing อื่นของ pH 5.4 จากอดีตเป็นเหมืองทองแดงในอังกฤษ มันถูกแสดงว่า มาไม้ biochar เพิ่มลดความเข้มข้นของ Cu ในน้ำรูขุมขน และลด Pb และ Cu ความเข้มข้นในการถ่ายภาพของ ryegrass ที่ปลูกในดินเนื้อปูน (Karami et al., 2011) Beesley และ Marmiroli (2011) จัดทำเอกสารลดความเข้มข้นของ Zn และ Cd จาก leachate ดินเสียเป็นหลายองค์ประกอบของค่า pH 6.2 เมื่อ biochar ที่ไม้มาเพิ่ม สืบสวนอื่น ๆ มีรายงานองค์ประกอบเฉพาะตรึงโป biochar องค์ประกอบบางอย่างโน้ตเอนไซม์ในขณะที่ผู้อื่นออกใช้ฟอร์มมือถือ (Uchimiya et al., 2010, Uchimiya และ al., 2011a และ Namgay et al., 2010) .

ในการศึกษานี้ เราใช้ biochar สร้างจากต้นสนที่ถูกฆ่าตายในระหว่างการรบกวนของด้วงสนของภูเขา (Dendroctonus ponderosae) ด้วงนี้ได้ฆ่าประมาณ 1.2 ล้านไร่ของต้นสนในโคโลราโดและไวโอมิง คนเดียว สหรัฐอเมริกาซึ่งได้ส่งผลให้เกิดอันตรายไฟป่ารุนแรงในแคนาดาและอเมริกาตะวันตกมาก ขึ้น แรงจูงใจได้รับการเสนอสำหรับบริษัทที่ใช้ฆ่าด้วงไม้เชื้อเพลิงชีวภาพและโปรแกรมประยุกต์อื่น (2012 ป่าไม้กฎหมายในโคโลราโด) ทรัพยากรวัตถุดิบที่อุดมสมบูรณ์ และท้องถิ่นนี้ต้องตรวจสอบเพิ่มเติมเกี่ยวกับประโยชน์ของมันเป็นการแก้ไขดินในเหมือง tailing ถม

เนื่องจากความเป็นพิษแตกต่างกันมากจากไซต์ เราประเมินผลกระทบการทำเหมืองดินเนื้อปูนที่แตกต่างกันในความรุนแรงกับว่า เนื้อหาขององค์ประกอบที่เป็นพิษ และ pyritic ร็อคเนื้อหาจากสองยกเลิกเหมืองแร่ในพื้นที่ลุ่มน้ำแม่น้ำ Animas ใกล้กับซิลเวอร์ตัน CO วัตถุประสงค์หลักของการศึกษาคอลัมน์นี้ห้องปฏิบัติมีการ ตรวจสอบสมมุติฐาน biochar ที่ทำจากไม้สน lodgepole (Pinus contorta) ที่รวมอยู่ในกรดเหมืองวัสดุจะ (1) ลดความเข้มข้นขององค์ประกอบที่เป็นพิษในละลายโซลูชั่น (2) ปรับปรุงพารามิเตอร์ของดิน (เช่น เพิ่มธาตุอาหารและน้ำที่กำลังการผลิตและค่า pH และลดความหนาแน่น), และ (3) เพิ่มประชากรจุลินทรีย์และกิจกรรมการ เรายังตรวจสอบลักษณะของผลกระทบที่ biochar นี้มี ameliorating ผลโดยการวิเคราะห์ลำดับ leachates ผ่านเวลา

2 วิธีการ

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

กองหินเสียจากการผลิตมาจากกิจกรรมการทำเหมืองแร่โลหะประวัติศาสตร์ก่อให้เกิดปัญหาสิ่งแวดล้อมระยะยาวสำหรับความสำเร็จของพืชและคุณภาพน้ำ นอกจากความเข้มข้นสูงขององค์ประกอบที่เป็นพิษ phytoavailable (โดยเฉพาะอัล, Cu, Pb และ Zn) การจัดตั้งโรงงานในกองเหล่านี้มักจะถูกยับยั้งโดยลักษณะของดินที่รุนแรงเช่นค่า pH ที่ต่ำมาก (2-4) แทบเป็นศูนย์อินทรียวัตถุต่ำ ความจุน้ำที่ถือครองและความพร้อมสารอาหารต่ำ (เม็นเดสและ Maier, 2008) biochar เป็นผลิตภัณฑ์ที่มั่นคงของไพโรไลซิชีวมวลที่เมื่อนำไปใช้กับดินที่ได้รับการแสดงให้เห็นถึงการเพิ่มการเจริญเติบโตของพืชโดยการเพิ่มสารอาหารและความพร้อมของน้ำและโดยการปรับปรุงทางกายภาพของดินสารเคมีและชีวภาพ (เช่นตับ et al., 2002 มาห์ et al., 2006 มาห์และรอน, ปี 2006 และสกอตแลนด์ 2008) งานวิจัยล่าสุดแสดงให้เห็นว่า biochar อาจจะทนต่อการสลายตัวเมื่อเทียบกับวัสดุอินทรีย์อื่น ๆ เหล่านี้ (เช่น Fellet et al., 2011) และจะทำให้คลื่อสารปนเปื้อนเป็นระยะเวลานานมากจึงปกป้องพืชและจุลินทรีย์กับความเป็นพิษเมื่อเวลาผ่านไป (บีสและคณะ . ปี 2011 และสวนสาธารณะ et al., 2011) งานวิจัยหลายชิ้นแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพของ biochars บางอย่างเพื่อปรับปรุงความเป็นพิษของโลหะในดินเหมือง แต่น้อยมากที่ได้รับการดำเนินการดังกล่าวในดินที่มีค่า pH ต่ำที่สุดเท่าที่เกิดขึ้นในลุ่มน้ำ Animas แม่น้ำโคโลราโด สหรัฐอเมริกา (พีเอชต่ำสุดของดินในการศึกษาในปัจจุบันคือ 2.99) ตัวอย่างเช่นต่อไปนี้การรวมกลุ่มของ biochar สวนผลไม้ของเสียที่ได้จากในตะกั่วและสังกะสี tailing เหมืองของค่า pH 8.2 ในอิตาลีกำลังการผลิตพีเอช, การเก็บรักษาสารอาหารแลกเปลี่ยนไอออนบวกและน้ำถือที่เพิ่มขึ้นและความเข้มข้นของ bioavailable Cd, Pb, Tl, และ Zn ลดลง (Fellet et al., 2011) ใน tailing อื่นของพีเอช 5.4 จากเหมืองทองแดงอดีตในประเทศอังกฤษมันก็แสดงให้เห็นว่าไม้เนื้อแข็งที่ได้จากการเพิ่ม biochar ลดความเข้มข้นของทองแดงในน้ำรูขุมขนและลดลงทองแดงและตะกั่วความเข้มข้นในการถ่ายภาพของ RYEGRASS ปลูกในดิน (Karami และคณะ , 2011) บีสและ Marmiroli (2011) เอกสารลดความเข้มข้นของแคดเมียมและสังกะสีจากน้ำชะขยะของดินหลายองค์ประกอบปนเปื้อนของค่า pH 6.2 เมื่อ biochar ไม้เนื้อแข็งที่ได้ถูกเพิ่มเข้ามา การตรวจสอบอื่น ๆ มีรายงานการตรึงองค์ประกอบที่เฉพาะเจาะจงโดย biochar ที่องค์ประกอบบางส่วนจะถูกตรึงพิเศษขณะที่คนอื่นจะถูกปล่อยออกไปในรูปแบบมือถือ (Uchimiya et al., 2010, Uchimiya et al., 2011a และ Namgay et al., 2010) ในการศึกษานี้ เราใช้ biochar สร้างขึ้นจากต้นสนที่ถูกฆ่าตายในระหว่างการทำลายของด้วงภูเขาสน (Dendroctonus ponderosae) ด้วงนี้มีผู้เสียชีวิตประมาณ 1.2 ล้านเฮคเตอร์ของต้นสนในโคโลราโดและไวโอมิง, สหรัฐอเมริกาเพียงอย่างเดียวซึ่งมีผลในอันตรายไฟป่ารุนแรงในรัฐตะวันตกหลายและแคนาดา แรงจูงใจที่ได้รับการเสนอให้กับ บริษัท โดยใช้ไม้ด้วงฆ่าสำหรับเชื้อเพลิงชีวภาพและการใช้งานอื่น ๆ (2012 ป่าไม้กฎหมายในโคโลราโด) ทรัพยากรนี้วัตถุดิบที่อุดมสมบูรณ์และท้องถิ่นต้องมีการตรวจสอบเพิ่มเติมเกี่ยวกับประโยชน์ของการปรับปรุงดินในเหมือง tailing บุกเบิกเพราะพิษสามารถแตกต่างกันมากจากเว็บไซต์ไปยังเว็บไซต์ของเราได้รับการประเมินการทำเหมืองแร่ดินที่ได้รับผลกระทบที่แตกต่างกันในความรุนแรงด้วยความเคารพต่อความเป็นกรดเนื้อหาองค์ประกอบที่เป็นพิษ และเนื้อหาหิน pyritic จากสองพื้นที่เหมืองร้างในสันปันน้ำ Animas แม่น้ำใกล้ซิลเวอร์ CO. วัตถุประสงค์หลักของการศึกษาครั้งนี้คอลัมน์ห้องปฏิบัติการเพื่อศึกษาสมมติฐานที่ biochar ทำจาก LODGEPOLE สน (ปินั contorta) รวมอยู่ในวัสดุที่เหมืองที่เป็นกรดจะ (1 ) ลดความเข้มข้นขององค์ประกอบที่เป็นพิษในการแก้ปัญหาการชะล้าง (2) การปรับปรุงพารามิเตอร์ (เช่นการเพิ่มสารอาหารและน้ำถือกำลังการผลิตและค่าความเป็นกรดและลดความหนาแน่น) และ (3) การเพิ่มประชากรจุลินทรีย์และกิจกรรม นอกจากนี้เรายังตรวจสอบอายุการใช้งานของผลกระทบที่มีศักยภาพที่นอกจาก biochar มีต่อขบเขี้ยวเคี้ยวฟันผลกระทบโดยการวิเคราะห์น้ำชะลำดับเมื่อเวลาผ่านไป2 วิธีการ

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

ขยะ กองหิน ที่ผลิตโดยกิจกรรมเหมืองแร่โลหะประวัติศาสตร์ก่อให้เกิดปัญหาสิ่งแวดล้อมจีรัง เพื่อความสำเร็จของพืชและคุณภาพน้ำ นอกจากความเข้มข้นสูงขององค์ประกอบที่เป็นพิษ phytoavailable ( โดยเฉพาะ ทองแดง ตะกั่ว และสังกะสี ) , โรงงานก่อตั้งในกองนี้มักจะถูกยับยั้งโดยลักษณะของดินมาก เช่น pH ต่ำมาก ( 2 - 4 ) , จวน , อินทรีย์วัตถุจับน้ำความจุต่ำ และมีธาตุอาหารต่ำ ( และเมนเดส Maier , 2008 ) ไบโอชาร์เป็นผลิตภัณฑ์ที่เป็นของแข็งของไพโรไลซิสของชีวมวลที่เมื่อใช้กับดินได้รับการแสดงเพื่อเพิ่มการเจริญเติบโตของพืชโดยการเพิ่มธาตุอาหารในดินโดยการปรับปรุงห้องพัก ทางกายภาพ เคมี และ น้ำ และคุณสมบัติทางชีวภาพ ( เช่น เกลเซอร์ et al . , 2002 , เลห์มันน์ et al . , 2006เลห์มันน์ และรอนเดิ้น 2006 และเจ้าของที่ดิน , 2008 ) งานวิจัยล่าสุดแสดงให้เห็นว่าไบโอชาร์อาจจะทนต่อการสลายตัวญาติเหล่านี้วัสดุอินทรีย์ ( เช่น fellet et al . , 2011 ) และจะหยุดการปนเปื้อนเป็นระยะเวลานานจึงปกป้องพืชและจุลินทรีย์ต่อต้านพิษตลอดเวลา ( บิสลีย์ et al . , 2011 และสวนสาธารณะ et al . , 2011 ) .

การศึกษาหลายแห่งได้แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพของ biochars ปรับปรุงโลหะพิษในดินของฉัน แม้ว่าไม่กี่ได้รับการปฏิบัติเช่นดิน pH ต่ำ เป็นผู้ที่เกิดใน animas แม่น้ำสันปันน้ำในโคโลราโด , สหรัฐอเมริกา ( pH ต่ำสุดของดินในการศึกษาในปัจจุบันคือ 2.99 ) ตัวอย่างเช่นต่อไปนี้การสวนผลไม้ของเสียได้มาไบโอชาร์ในตะกั่วและสังกะสีเหมือง tailing pH 82 ในอิตาลี , pH , สารอาหาร ความคงทน ในการแลกเปลี่ยนประจุบวก และความสามารถในการ จับน้ำเพิ่มขึ้น และความเข้มข้นของตะกั่วในซีดี , TL , และสังกะสีลดลง ( fellet et al . , 2011 ) ในอีกตาม pH 5.4 จากเหมืองทองแดงเก่าในอังกฤษมันแสดงให้เห็นว่า ไม้ไบโอชาร์เพิ่มความเข้มข้นของทองแดงที่ลดลงในน้ำในดินลดลง และปริมาณทองแดงและตะกั่วในต้นที่ปลูกในดิน ryegrass ( คารามี่ et al . , 2011 ) บิสลีย์ และ marmiroli ( 2011 ) บันทึกซีดีและลดความเข้มข้นของสังกะสีจากน้ำเสียจากดินปนเปื้อนองค์ประกอบหลายของ pH 6.2 เมื่อไม้ไบโอชาร์ได้ถูกเพิ่มเข้ามาการตรวจสอบอื่น ๆมีรายงานองค์ประกอบโดยเฉพาะการผลิตไบโอชาร์ ซึ่งองค์ประกอบบางอย่าง preferentially ตรึงขณะที่คนอื่นจะออกรูปแบบมือถือ ( uchimiya et al . , 2010 , uchimiya et al . , 2011a และ namgay et al . , 2010 ) .

ในการศึกษานี้เราใช้ไบโอชาร์ที่สร้างจากไม้สนฆ่าตายในระหว่างการระบาดของ ที่ภูเขาไพน์ด้วง ( dendroctonus ponderosae )ด้วงนี้มีผู้เสียชีวิตประมาณ 1.2 ล้านไร่ สนในโคโลราโดและไวโอมิงสหรัฐอเมริกาเพียงอย่างเดียว ซึ่งส่งผลให้เกิดอันตรายไฟป่ารุนแรงในประเทศตะวันตกหลาย และแคนาดา เราได้รับการเสนอสำหรับ บริษัท ที่ใช้ฆ่าด้วงไม้สำหรับเชื้อเพลิงชีวภาพและโปรแกรมอื่น ๆ ( 2012 ) กฎหมายในโคโลราโด )นี้มากมายและทรัพยากรท้องถิ่นต้องมีการสอบสวนเพิ่มเติมเกี่ยวกับประโยชน์ของผลิตภัณฑ์เป็นปรับปรุงดินในเหมือง tailing เวนคืน

เพราะพิษสามารถแตกต่างกันอย่างมากจากเว็บไซต์ไปยังเว็บไซต์ เราประเมิน เหมืองแร่ได้รับผลกระทบดินที่หลากหลายในความรุนแรงต่อความเป็นกรด เนื้อหาองค์ประกอบที่เป็นพิษและเนื้อหาหินไพไรต์จากสองพื้นที่เหมืองร้างใน animas แม่น้ำสันปันน้ำ ใกล้ ของ บริษัท วัตถุประสงค์หลักของคอลัมน์นี้ในห้องปฏิบัติการเพื่อศึกษาสมมติฐานว่าไบโอชาร์ทำจากไม้สน ( lodgepole สน contorta ) รวมเข้าไปในวัสดุที่เหมืองเป็นกรดจะ ( 1 ) ลดความเข้มข้นของธาตุที่เป็นพิษในน้ำชะละลาย ( 2 ) ปรับปรุงพารามิเตอร์ของดิน ( เช่นเพิ่มธาตุอาหารและน้ำความจุถือและ pH และลดความหนาแน่นของ ) , และ ( 3 ) กิจกรรมเพิ่มประชากรจุลินทรีย์และ เรายังสืบสวนยืนยาวของผลกระทบที่นอกเหนือไบโอชาร์ได้ใน ameliorating ผลโดยการวิเคราะห์ลำดับค่าตลอดเวลา

2 วิธีการ