Quantifying the release of acidity and metals arising from drainage of acid sulfate soils in the Kelantan Plains, Malaysia

Abstract

Purpose. This paper discusses the release of acidity and toxic metals from acid sulfate soils in the Kelantan plains due to the oxidation of pyrite. Methods. A study was conducted in the field and laboratory using leaching column to quantify the release of acidity and metals from these acid sulfate soils. Findings. The highest pyrite content of 6.3% was recorded in the subsoil in the south region. Titrable actual acidity was significantly high (23.2 cmol H+/kg) in soils of the southern part where jarosite occurred in the topsoil. Most of the acidity has been released at the beginning of the laboratory leaching experiment, indicating that in the real field situation, the oxidation of pyrite occurred immediately after the area was drained Originality. The depth at which pyrite layer occurs in the soils has important implication on land quality and crop production in the area. High amount of Al (0.36-0.81 cmolc/kg) and Fe (0.35-0.7 cmolc/kg) were found in the leachates. Practical implications. Opening an area of acid sulfate soils in the Kelantan Plains for agriculture had oxidized pyrite in the sediments, resulting in the release of high acidity and toxic level of Al, Fe and trace elements into the soils and waterways, which can affect crops and aquatic life. This is made worse by the release of As, B, Cu, Mn and Zn into the soil solution and waterways.

Мета. Визначення виходу кислот і токсичних металів з сірчасто-кислотних ґрунтів у результаті окислення піриту в районі Келантанських рівнин. Методика. Дослідження проводилися в натурних і лабораторних умовах із використанням колони вилуговування для вимірювання рівня кислотності та присутності металів у сірчасто-кислотних ґрунтах. Результати. Зафіксовано, що у південному регіоні найбільш високий вміст піриту (6.3%) в шарі підґрунтя. Рівень кислотності був дуже високий (23.2 кмоль H+/кг) в ґрунтах південного району, де у верхніх шарах ґрунту зустрічається ярозит. Встановлено, що пірит у ґрунтах рівнини концентрується на різних глибинах: нижче 1 м в районі Бачок (північ) і у верхньому шарі в Ток Балі (південь), для ґрунтів в лісовому заповіднику – 20-60 см. Виявлено, що вихід здебільшого кислот спостерігався на початку лабораторного експерименту з вилуговування, що вказувало на те, що в реальних натурних умовах окислення піриту відбувається відразу після осушення території. Наукова новизна. Експериментально доведено, що якість ґрунту та врожаю на території значною мірою визначаються глибиною залягання піриту в ґрунті. У дренажних водах виявлено високий вміст алюмінію (0.36-0.81 кмоль/кг) і заліза (0.35-0.70 кмоль/кг). Практична значимість. Використання частини сірчасто-кислотних ґрунтів для сільськогосподарських потреб призвело до закислення відкладень піриту й підвищення кислотності ґрунтів, а також до їх токсичного забруднення, що негативно впливає на врожай, флору і фауну. Отримані показники забруднення ґрунтів дозволять розробити ефективні заходи щодо протидії закислення та токсичного впливу.

Цель. Определение выхода кислот и токсичных металлов из сернисто-кислотных почв в результате окисления пирита в районе Келантанских равнин. Методика. Исследование проводились в натурных и лабораторных условиях с использованием колонны выщелачивания для измерения уровня кислотности и присутствия металлов в сернисто-кислотных почвах. Результаты. Зафиксировано, что в южном регионе наиболее высокое содержание пирита (6.3%) в подпочвенном слое. Уровень кислотности был весьма высок (23.2 кмоль H+/кг) в почвах южного района, где в верхних слоях почвы встречается ярозит. Установлено, что пирит в почвах равнины концентрируется на разных глубинах: ниже 1 м в районе Бачок (север) и в верхнем слое в Ток Бали (юг), для почв в лесном заповеднике – 20-60 см. Выявлено, что выход большей части кислот наблюдался в начале лабораторного эксперимента по выщелачиванию, что указывало на то, что в реальных натурных условиях окисление пирита происходит сразу после осушения территории. Научная новизна. Экспериментально доказано, что качество почвы и урожая на территории в значительной мере определяются глубиной залегания пирита в почве. В дренажных водах обнаружено высокое содержание алюминия (0.36-0.81 кмоль/кг) и железа (0.35-0.70 кмоль/кг). Практическая значимость. Использование части сернисто-кислотных почв для сельскохозяйственных нужд привело к закислению отложений пирита и повышению кислотности почв, а также к их токсическому загрязнению, что негативно влияет на урожай, флору и фауну. Полученные показатели загрязнения почв позволят разработать эффективные мероприятия по противодействию закислению и токсическому воздействию.