Arbuscular mycorrhiza of Deschampsia cespitosa (Poaceae) at different soil depths in highly metal-contaminated site in southern Poland

This study presents root colonization of Deschampsia cespitosa growing in the immediate vicinity of a former Pb/Zn smelter by arbuscular mycorhizal fungi (AMF) and dark septated endophytes (DSE) at different soil depths. AMF spores and species distribution in soil profile were also assessed. Arbuscular mycorrhiza (AM) and DSE were found in D. cespitosa roots at all investigated soil levels. However, mycorrhizal colonization in topsoil was extremely low with sporadically occurring arbuscules. AM parameters: frequency of mycorrhization of root fragments (F%), intensity of root cortex colonization (M%), intensity of colonization within individual mycorrhizal roots (m%), and arbuscule abundance in the root system (A%) were markedly higher at 20-40, 40-60 cm soil levels and differed in a statistically significant manner from AM parameters from 0-10 and 10-20 cm layers. Mycorrhizal colonization was negatively correlated with bioavailable Cd, Pb and Zn concentrations. The number of AMF spores in topsoil was verlow and increased with soil depth (20-40 and 40-60 cm). At the study area spores of three morphologically distinctive AMF species were found: Archaeospora trappei, Funneliformis mosseae and Scutellospora dipurpurescens. The fourth species Glomus tenue colonized roots of D. cespitosa and was observed in the root cortex at 20-40 and 40-60 soil depth, however, its spores were not found at the site

Arbuscular mycorrhiza of Deschampsia cespitosa (Poaceae) at different soil depths in highly metal-contaminated site in southern Poland

This study presents root colonization of Deschampsia cespitosa growing in the immediate vicinity of a former Pb/Zn smelter by arbuscular mycorhizal fungi (AMF) and dark septated endophytes (DSE) at different soil depths. AMF spores and species distribution in soil profile were also assessed. Arbuscular mycorrhiza (AM) and DSE were found in D. cespitosa roots at all investigated soil levels. However, mycorrhizal colonization in topsoil was extremely low with sporadically occurring arbuscules. AM parameters: frequency of mycorrhization of root fragments (F%), intensity of root cortex colonization (M%), intensity of colonization within individual mycorrhizal roots (m%), and arbuscule abundance in the root system (A%) were markedly higher at 20–40, 40–60 cm soil levels and differed in a statistically significant manner from AM parameters from 0–10 and 10–20 cm layers. Mycorrhizal colonization was negatively correlated with bioavailable Cd, Pb and Zn concentrations. The number of AMF spores in topsoil was very low and increased with soil depth (20–40 and 40–60 cm). At the study area spores of three morphologically distinctive AMF species were found: Archaeospora trappei, Funneliformis mosseae and Scutellospora dipurpurescens. The fourth species Glomus tenue colonized roots of D. cespitosa and was observed in the root cortex at 20–40 and 40–60 soil depth, however, its spores were not found at the site

The impact of the mineral composition of Carboniferous claystones on the water-induced changes of their geomechanical properties

In this article, the authors describe the characteristics and changes of geomechanical properties of Carbonifeorus claystones as related to their mineral composition and the time of soaking in water. Geomechanical properties, including bulk density, Young modulus, Poisson ratio, unconfined compressive strength, durability index, and swelling index were examined in dry rock samples, and in water-soaked samples after 3 hours of soaking, and 6 hours of soaking respectively. Changes in the geomechanical properties of rocks were also examined as a function of their mineralogical composition. In particular, the properties of rocks were examined in relation to present aluminosilicates and layered aluminosilicates, respectively. Changes in the geomechanical properties were also examined relative to the presence of minerals anatase and siderite. Correlation coefficients between physical parameters and mineral composition were examined. It was determined that the total quantity of aluminosilcates is a better predictor of geomechanical properties after soaking, than only the content of layered aluminosilicates. Calculated correlation coefficients were generally higher for most samples after 6 hours of soaking than after 3 hours of soaking. It was also determined that the increase of bulk density correlates much better with the mineral anatase content, than with the siderite content

Underground monitoring as the best way of roadways support design validation in a long time period

Purpose. The aim of this paper is to show the importance of geotechnical monitoring in assessing stability of an underground excavation. Every mining excavation is designed on the basis of limited geotechnical data and with some physical assumptions. Methods. The monitoring in the brought up herein cases covered the rock mass and the support, and was carried out over a period of 6 years. Three long-term roadways in the hard coal mine, and with different support schemes, were studied. The monitoring methods included: convergence measurements, roof bed separation control, load on standing support and load on bolts. Findings. The obtained results of the displacements of the roof rocks were highly affected by the type of the used support, roof stratification, and a rock strength. The more cracked and stratified were the roof rocks the stronger was the separation and the movement towards the excavation. The steel arch support sets with the bullflex bags lining can restrain this effect, but not the roof bolting with strand bolts grouted segmentally deep in the roof. Originality. Rock mass and support monitoring of such a large scope, which was the subject of this research, is very seldom carried out in underground mining. Moreover, it was conducted over an exceptionally long period of six years. Five different techniques were used to assess the roadway’s stability. Such a long-term monitoring and investigation allowed to find the relationships between the support scheme of the excavation and the rock mass movements around it. Practical implications. A long-term monitoring allowed for a development of the deformation characteristics of the rock mass, defining the time of secondary equilibrium, and determination of the strain of the support elements. This, in turn, allowed for a verification of the correctness of selection of the support, installed in specific mining and geological conditions.Мета. Проведення комплексного геотехнічного моніторингу для оцінки стійкості підземної гірничої виробки у складних умовах з обмеженою кількістю геотехнічних даних і певним фізичними припущеннями. Методика. Проведено моніторинг стану гірського масиву і кріплення виробки протягом 6 років. Були вивчені 3 виробки кам’яновугільної шахти різних конструкцій, які довгий час перебували в експлуатації. Методи моніторингу включали: вимірювання осідання, контроль за відстанню між покрівлею і підошвою, вимір навантаження на вертикальні опори і на кріплення. Використовувалося наступне обладнання: ендоскопічна камера, акустичні екстензометри, кріплення з вмонтованою вимірювальною апаратурою та гідравлічні динамометри. Результати. Встановлено, що зміщення порід покрівлі у значній мірі визначається типом використовуваного кріплення, розшаруванням і міцністю порід покрівлі. Зі збільшенням тріщинуватості та шаруватості порід покрівлі сильніше проявляється розшарування пласта й переміщення порід у напрямку виробки. Визначено, що сталеві арочні кріпильні стійки, амортизовані надувними мішками Bullflex, пом’якшують вищевказаний ефект, при цьому анкерне кріплення не дає подібного результату. Підтверджено ефективність опорної конструкції обраного типу кріплення з урахуванням межі безпеки, а її несуча здатність у всіх випадках була 23-49%. Аналіз збіжності показав, що зміни за висотою і шириною виробки в часі можуть бути описані з точністю до 90% квадратичною функцією. Наукова новизна. Встановлено взаємозв’язок між схемою кріплення виробки і рухливістю навколишнього її породного масиву, що дозволило дати кількісно-якісну оцінку стійкості виробки на підставі вельми тривалого 6-річного геотехнічного моніторингу. Практична значимість. Отримані характеристики деформацій породного масиву, час вторинної рівноваги і напружень елементів кріплення в результаті довготривалого моніторингу підтвердили правильність вибору типу кріплення. Результати моніторингу корисні для зворотного аналізу фізичної моделі та прийнятих в ній параметрів, які згодом можуть використовуватися для побудови чисельної моделі.Цель. Проведение комплексного геотехнического мониторинга для оценки устойчивости подземной горной выработки в сложных условиях с ограниченным количеством геотехнических данных и определенным физическими допущениями. Методика. Проведено мониторинг состояния горного массива и крепления выработки в течение 6 лет. Были изучены 3 выработки каменноугольной шахты различных конструкций, которые долгое время находились в эксплуатации. Методы мониторинга включали: измерения оседания, контроль за расстоянием между кровлей и почвой, измерение нагрузки на вертикальные опоры и на крепь. Использовалось следующее оборудование: эндоскопическая камера, акустические экстензометры, крепь с вмонтированной измерительной аппаратурой и гидравлические динамометры. Результаты. Установлено, что смещение пород кровли в значительной степени определяется типом используемой крепи, расслоением и прочностью пород кровли. С увеличением трещиноватости и слоистости пород кровли сильнее проявляется расслаивание пласта и подвижка пород в направлении выработки. Определено, что стальные арочные крепежные стойки, амортизированные надувными мешками Bullflex, смягчают вышеуказанный эффект, при этом анкерное крепление не дает подобного результата. Подтверждена эффективность опорной конструкции выбранного типа крепи с учетом предела безопасности, а ее несущая способность во всех случаях была 23-49%. Анализ сходимости показал, что изменения по высоте и ширине выработки во времени могут быть описаны с точностью до 90% квадратичной функцией. Научная новизна. Установлена взаимосвязь между схемой крепи выработки и подвижностью окружающего ее породного массива, что позволило дать количественно-качественную оценку устойчивости выработки на основании весьма длительного 6-летнего геотехнического мониторинга. Практическая значимость. Полученные характеристики деформаций породного массива, время вторичного равновесия и напряжения элементов крепи в результате долговременного мониторинга подтвердили правильность выбора типа крепи. Результаты мониторинга полезны для обратного анализа физической модели и принятых в ней параметров, которые впоследствии могут использоваться для построения численной модели.The authors express their gratitude to the management of JSW S.A. coal mines for their help in organizing the experimental research

Suitability of selected Robinia pseudoacacia organs for bioindication purposes

The aim of this study was to determine the suitability of chosen organs of Robinia pseudoacacia as bioindicators. Content of selected elements in leaves, shoots, seeds, pods and bark of R. pseudoacacia from the area of three cities of Silesia province: Katowice, Chorzow and Siemianowice Slaskie was estimated. In each of the cities five sampling points were selected. Localizations were grouped in three categories differing in terms of the level of pollution (traffic, industrial plants). Statistically significant differences between pollution level of segregated groups in investigated localizations were found. On the basis of PCA and cluster analysis for individual organs sampling points were divided into groups depending on concentration of investigated elements in tissues of R. pseudoacacia. Conducted studies suggest that the organ best suitable for bioindication are leaves of R. pseudoacacia

Mycorrhizal status of Molinia caerulea on heavy metal contaminated and non-contaminated sites in Upper Silesia : [streszczenie]

Wastes connected with zinc and lead industry are extremely harsh substratums for plant growth. They contain high levels of heavy metals, lack organic matter and are characterized by low porosity resulting in unfavourable air-water conditions (Fragment tekstu)

Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) root colonization dynamics of Molinia caerulea (L.) Moench. in grasslands and post-industrial sites

This is an accepted manuscript of an article published by Elsevier in Ecological Engineering on 05/08/2016, available online: https://doi-org.ezproxy.wlv.ac.uk/10.1016/j.ecoleng.2016.06.029 The accepted version of the publication may differ from the final published version.The aims of this studies were: (i) to examine the influence of heavy metal content (Zn, Cd, Pb, Fe, Cu) and other physico-chemical soil parameters on the level of root colonization of Molinia caerulea and (ii) to relate root colonisation parameters and soil variables to Molinia caerulea abundance in two contrasting habitats (grasslands and heavy metal contaminated sites). The sites differ significantly in terms of bio-available heavy metal contents, particularly Zn (34 times more than grasslands), soil texture, CaCO3, organic matter (LOI%), Mg and nitrate content. Principal Component Analysis showed the strong negative correlations between frequency of mycorrhization (F), arbuscular abundance (A%) and intensity of root cortex colonisation (M%) and concentration of bio-available Zn and Cd. Moreover, no positive correlation between root colonization of Molinia and its abundance was found. The frequency of mycorrhization of root fragments (F%) was only slightly different between these two habitats, whereas the intensity of root cortex colonisation (M%) and relative arbuscular abundance (A%) were significantly lower (3 and 4 times respectively) on the post-industrial sites. The bioavailable Zn content in the substratum of post-industrial sites was strongly negatively correlated with species richness, Shannon diversity index and Evenness. In contrast, these relationships were not statistically significant in grasslands. Based on obtained results we could draw a model of possible relationships between root colonization of Molinia, HM content and Molinia abundance on grasslands and post-industrial sites. Bioavailable Zn content in the soil is a one of main factors influencing the Molinia community diversity. In the grasslands, lower amounts of bioavailable Zn, resulted in higher species richness (R) and species diversity (H) which in turn lead to higher root colonization. On the other hand, on the post-industrial sites, the elevated bioavailable Zn content strongly decreases the plant species richness (R) and species diversity (H) and this caused the decline in root colonization parameters. The low species richness on Zn-polluted sites allowed Molinia to reach higher abundance since the competition with other species is reduced

Pomiary konwergencji jako podstawa analizy numerycznej zmian jakości górotworu i parametrów kryterium wytrzymałościowego Hoeka-Browna wynikających z eksploatacji ścianowej

In the longwall exploitation system, the main gates are subject of the most intensive movements of the rock mass, where the proximity of the excavation front is a key factor. The paper presents the results of a research on the constants mb and s of Hoek-Brown failure criterion for the rocks surrounding the gallery: shale, sandy shale, coal and medium-grained sandstone, in relation to the distance to longwall face. The research comprised numerical modeling based on convergence monitoring records. The convergence measurements were carried out on three stations in a selected maingate in a coal mine from Upper Silesia Coal Basin near Jastrzębie-Zdrój, concurrently with changing distance to the longwall face. The measu-red were the width, the height and the heave of the floor of the gate. The measurements showed that the convergence at the longwall-maingate crossing was 1.5-3 times greater than in the locations much further from the longwall face. It was demonstrated that this effect was due to continuously changing properties of the rock-mass surrounding the gallery that can be expressed as decreasing empirical parameters mb i sof Hoek-Brown’s criterion. These parameters are decreasing exponentially together with the distance to the longwall face The consistency between the theoretical and factual curve varies between 70% to 98%. The change of each of the parameters can be described by general equation P = a· exp(–b·d), where a, b are constants, and d is the distance to the excavation face. The authors highlight that during the me-asurements period the horizontal stress was 1.45 to 1.61 times greater than the concurrent vertical stress. The so high horizontal stress causes heave of unsupported gallery floor which is commonly observed in the mines in Silesia.Chodniki przyścianowe w systemie eksploatacji ścianowej są najbardziej narażone na intensywne przemieszczenia skał. Wraz ze zmianą położenia frontu eksploatacji skały przechodzą wolno w stan zniszczenia, coraz bardziej przemieszczając się do środka wyłomu. Aby można było skutecznie prze-widywać konwergencję wyrobisk przyścianowych należy właściwie określić właściwości skał w fazie pozniszczeniowej. Wybierając warunek wytrzymałościowy Hoeka-Browna – stałe mb i s, zależne od wskaźnika jakości górotworu RMR lub wskaźnika GSI.W artykule wyznaczono spadek parametrów pozniszczeniowych skał budujących górotwór w rejonie omawianego wyrobiska – łupków ilastych, łupków piaszczystych, węgli i piaskowców średnioziarnistych – w zależności od odległości od frontu ściany. W tym celu wykonano symulacje numeryczne, wykorzystując wyniki pomiarów konwergencji. Pomiary konwergencji wykonano w wyrobisku przyścianowym jednej z kopalń węgla GZW w rejonie Jastrzębia na trzech bazach pomiarowych wraz ze zmieniającą się odległościąbaz pomiarowych od czoła ściany. Badania obejmowały wyznaczenie szerokości, wysokości i wypiętrzenia spągu chodnika. Pomiary wykazały, że konwergencja na skrzyżowaniu ściana – chodnik osiąga wartość1,5-3-krotnie większą, niż dla przypadku, gdy front eksploatacji znajduje się w znacznej odległości od baz pomiarowych. Stwierdzono, że przyczyną takiego stanu rzeczy jest stale zmieniająca się jakość górotworu, która skutkuje obniżeniem parametrów empirycznych warunku wytrzymałościowego Hoek’a-Browna mbi s skał występujących w otoczeniu wyrobiska. Parametry te maleją eksponencjalnie wraz ze zbliżaniem sięfrontu ściany, a zgodność pomiędzy krzywą rzeczywistą a teoretyczną dla występujących przemieszczeńwyrobiska waha się od 70% do 98%. Zmianę dowolnego z powyższych parametrów P można opisaćfunkcją o ogólnym równaniu: P = a exp(–bd), gdzie a i b to stałe, a d to odległość od frontu ściany.Na uwagę zasługuje również analiza naprężeń poziomych w górotworze, jakie musiały wystąpićpodczas prowadzenia pomiarów, które są 1,45-1,61 razy większe od występujących wówczas naprężeńpionowych. Tak duże naprężenia poziome mają istotny wpływ na wartości wypiętrzania nieobudowanego spągu, co znajduje potwierdzenie podczas prowadzenia prac górniczych w kopalniach JSW

Modelling the Small Throw Fault Effect on the Stability of a Mining Roadway and Its Verification by In Situ Investigation

The small throw fault zones cause serious problems for mining engineers. The knowledge about the range of fractured zone around the roadway and about roadway’s contour deformations helps a lot with the right support design or its reinforcement. The paper presents the results of numerical analysis of the effect of a small throw fault zone on the convergence of the mining roadway and the extent of the fracturing induced around the roadway. The computations were performed on a dozen physical models featuring various parameters of rock mass and support for the purpose to select the settings that reflects most suitably the behavior of tectonically disturbed and undisturbed rocks around the roadway. Finally, the results of the calculations were verified by comparing them with in situ convergence measurements carried out in the maingate D-2 in the “Borynia-Zofiówka-Jastrzębie” coal mine. Based on the results of measurements it may be concluded that the rock mass displacements around a roadway section within a fault zone during a year were four times in average greater than in the section tectonically unaffected. The results of numerical calculations show that extent of the yielding zone in the roof reaches two times the throw of the fault, in the floor 3 times the throw, and horizontally approx. 1.5 to 1.8 times the width of modelled fault zone. Only a few elasto-plastic models or models with joints between the rock beds can be recommended for predicting the performance of a roadway which is within a fault zone. It is possible, using these models, to design the roadway support of sufficient load bearing capacity at the tectonically disturbed section