Teresa Wojcieszczuk 1, Edward Niedźwiecki 1, Adam Sammel 1, Robert Maciorowski 2
1 Katedra Gleboznawstwa, Akademia Rolnicza w Szczecinie
2 Katedra Uprawy Roli, Roślin i Doświadczalnictwa, Akademia Rolnicza w Szczecinie
Wstęp
Składowany na hałdach popiół pochodzący ze spalania węgla kamiennego w warstwie 0-150 cm przekształca się w glebę pod wpływem hydrosfery, biosfery i czynnika antropogenicznego. Popiół jest materiałem łatwo przepuszczalnym dla wody opadowej i dlatego opady oraz zdolność magazynowania wody przez popiół będą w znacznej mierze wpływały na kierunek przemian w jego właściwościach. Wprowadzona substancja organiczna do popiołu determinuje aktywność biologiczną tworzących się gleb, uruchamia składniki chemiczne. Prześledzenie składu chemicznego wód powierzchniowych, przepływających przez popiół takŜe wód gruntowych oraz składu chemicznego roślin pozwolą na określenie dynamiki niektórych makroskładników w hałdzie popiołu przekształconego w glebę antropogeniczną.
Metodyka
Do realizacji celu badań wykorzystano wcześniej wykonane 4 lizymetry na poletku doświadczalnym Elektrowni „Dolna Odra” (P = 25 m2), które zostały wypełnione w 2002 roku popiołem (0-170 cm), a w warstwie 0-40 cm wzbogacone róŜ-nymi dodatkami, głównie organiczróŜ-nymi. Lizymetry L-1 i L-2 wzbogacono mieszaniną torfu niskiego oraz popiołu (1 objętość torfu niskiego + 3 objętości popiołu), a w lizymetrach L-3 i L-4 popiół wzbogacono kompostem wyprodukowanym metodą GWDA, z kory drzew iglastych, piasku luźnego i przefermentowanego osadu ko-munalnego (70% osadu + 30% słomy) w stosunku objętościowym 2 : 1 : 1 : 4. Ponadto w lizymetrach L-1 i L-3 zastosowano nawoŜenia NPK (60-70-70).
Materiał badawczy to próbki wód spływu powierzchniowego (S-1, S-2, S-3, S-4), gruntowych z piezometrów (P-1, P-2, P-3, P-4, P-5, P-6), lizymetrycznych (1, 2 L-3, L-4), próbki materiału „glebowego” z odwiertów w lizymetrach oraz liści traw Ŝycicy trwałej i kostrzewy czerwonej. Poziom lustra wody w piezometrach (P1÷P6) występuje na głębokości poniŜej 200 cm, np. 231÷275 cm w lipcu, a 226÷280 cm we wrześniu
T. Wojcieszczuk i inni 204
2004 r. W zebranym materiale badawczym oznaczono Ca, Mg, K, Na metodą ASA, N ogólny metodą Kjeldahla, C ogólny metoda Tiurina, P ogólny kolorymetrycznie, ogólne stęŜenie soli konduktometrycznie i pH - potencjometrycznie.
Wyniki
Wody powierzchniowe, lizymetryczne i gruntowe w obrębie poletka doś-wiadczalnego (P = 2797 m2) są zróŜnicowane pod względem odczynu, ogólnego stęŜenia soli i zawartości oznaczonych składników chemicznych.
Składniki chemiczne przechodzące do wód gruntowych pochodzą przede wszystkim z terenu poletka doświadczalnego. Natomiast skład chemiczny wód powierzchniowych i lizymetrycznych jest uzaleŜniony od sposobu wypełnienia lizy-metrów usytuowanych w obrębie poletka doświadczalnego. Ilość i jakość przecho-dzących składników chemicznych jest zaleŜna w pierwszej kolejności od składu chemicznego samego popiołu, następnie od jakości wprowadzanych nadkładów i dodatkowo od zastosowanego nawoŜenia mineralnego.
Odczyn wód odpływających z powierzchni lizymetrów (S-1, S-2, S-3, S-4) był obojętny (pH = 6,62÷7,12), a ogólne stęŜenie soli nie przekraczało wartości 0,2 g NaCl⋅dm-3 (mS⋅cm-3 = 0,12÷0,17) przyjętej za graniczną wartość umoŜliwiającą wzrost i rozwój roślin. Wody powierzchniowe z poszczególnych lizymetrów są wzbogacone w składniki chemiczne i na ogół nie róŜnią się między sobą zawartością Ca, Mg, K, Na (tab. 1). ZIUŁKIEWICZ [2006] w wodach opadowych w centrum Łodzi stwierdził 1,9-2,9 mg Ca⋅dm-3, a na obrzeŜach miasta tylko 1,2 mg Ca⋅dm-3.
Tabela 1; Table 1 Składniki chemiczne w wodach powierzchniowych z lizymetrów (08.06.2006)
Chemical components of the surface water in the lysimeters (08.06.2006) Lizymetr
Woda zgromadzona w postaci odcieków z poszczególnych lizymetrów posiada odczyn zasadowy, ilość badanych składników chemicznych jest w nich zróŜnicowana i uzaleŜniona od właściwości chemicznych zastosowanego nadkładu. W przeciekach z lizymetrów o symbolach L-3 i L-4 stwierdzono znacznie mniejsze ilości Ca, mniejsze ilości K i Na, a większe ilości Mg, C og., Pw odniesieniu do ilości tych składników w przesączach z lizymetrów L-1 i L-2 (tab. 2). MISZTAL [1981] w wodach lizymetrycznych z rędziny właściwej stwierdził: K - 8,9÷17,7; Ca - 67,4; Mg - 1,92 i Na - 8,2 mg⋅dm-3.
Chemizm wód gruntowych pobranych z piezometrów (P1-P6) na badanym obiekcie był zróŜnicowany i zaleŜał od usytuowania piezometru. Odczyn wód gruntowych jest słabokwaśny (P-1) lub zasadowy (P - 2÷6). Ogólne stęŜenie soli wyraŜone w g NaCl⋅dm-3 waha się od 0,25 do 1,0 g i są to wody zasolone (tab. 3).
SKŁAD CHEMICZNY WÓD, ROŚLIN I UśYŹNIONEGO POPIOŁU ... 205 MALINOWSKI [2004] w wodach gruntowych mady właściwej bardzo cięŜkiej o pH = 7,6 stwierdził: Ca - 91,4; Na - 28,4; Mg - 11,2 i K - 4,95 mg⋅dm-3.
Tabela 2; Table 2 Zawartość składników chemicznych w wodach lizymetrycznych (12.05.2006)
Content of chemical components of the lysimeters water (12.05.2006) Lizymetr Zawartość składników chemicznych w wodach gruntowych (12.05.2006)
Content of chemical components of the underground water (12.05.2006) Piezometr
W lizymetrach górna część materiału „glebowego” wzbogacona dodatkami organicznymi i mineralnymi charakteryzuje się odmiennym składem chemicznym niŜ pozostała część materiału wypełniającego lizymetry. Warstwa 0-60 cm zawiera mniejsze ilości Ca, Mg, Na, a większe ilości fosforu ogólnego. Skład chemiczny rdzeni z odwiertów jest uzaleŜniony równieŜ od zastosowanego nadkładu (tab. 4).
Warunki „glebowe”, jakie zostały utworzone w poszczególnych lizymetrach wpłynęły na skład botaniczny roślin porastających powierzchnie lizymetrów oraz ilość składników chemicznych pobranych przez części nadziemne badanych traw.
Tabela 4; Table 4 Składniki chemiczne w rdzeniach odwiertów
z lizymetrów - przykład (g⋅kg-1), (formy ogólne) Chemical components of the core drilling in the lysimeters - examples (g⋅kg-1), (total)
T. Wojcieszczuk i inni 206
L-1 0-30 15,7 6,66 2,41 1,44 0,85
30-60 17,1 7,70 2,20 1,28 0,72
60-85 19,1 9,77 2,28 1,49 0,66
85-115 22,3 12,01 2,86 1,77 0,68
115-130 17,9 8,92 2,25 1,48 0,72
130-140 22,2 11,37 2,48 1,77 0,74
140-150 25,1 13,41 2,43 1,78 0,68
L-3 0-25 9,8 1,70 1,02 0,03 1,32
25-50 13,8 4,36 1,71 0,90 1,01
50-78 15,4 6,54 1,92 1,06 0,83
78-106 16,8 8,73 2,38 1,55 0,86
106-120 15,0 6,31 2,01 1,13 0,88
120-135 15,8 8,09 2,22 1,42 0,84
135-150 16,5 8,65 2,59 1,63 0,85
Tabela 5; Table 5 Ogólna zawartość składników chemicznych w liściach traw z lizymetrów
Total content of chemical components in the leaves of grass in the lysimeters
Gatunek Species
Ca Mg K Na N og.
Total N
C og.
Organic C P
g⋅kg-1 % mg⋅kg-1
L-1 Festuca rubra L.S.STR. 2,90 1,40 16,4 0,65 1,44 42,1 14,26
Lolium perenne 3,45 2,03 28,3 1,27 2,61 41,1 17,12
L-2 Festuca rubra L.S.STR. 3,07 1,66 19,5 0,59 3,07 42,0 16,50 Lolium perenne L. 4,32 2,17 31,9 1,25 3,39 41,1 16,50
L-3 Lolium perenne L. 3,72 2,35 36,8 3,09 4,02 40,8 18,44
L-4 Lolium perenne L. 4,04 2,50 36,4 2,66 4,19 40,4 15,71
Roślinami dominującymi, które stwierdzono na powierzchni lizymetrów 1 i L-2 były kostrzewa czerwona i Ŝycica trwała, a na powierzchni lizymetrów L-3 i L-4 tylko Ŝycica trwała. Z wyników analizy chemicznej liści traw wynika, iŜ zawartość w nich składników chemicznych zaleŜy od gatunku trawy (tab. 5) i sposobu uŜyźnienia popiołu w lizymetrach. Liście kostrzewy czerwonej zawierają mniej azotu, magnezu, potasu, fosforu niŜ liście Ŝycicy trwałej (tab. 5).
Wnioski
1. Na skład chemiczny wód lizymetrycznych ma wpływ nie tylko rozpuszczalność badanych składników chemicznych z popiołu, lecz równieŜ rodzaj zastosowanego nadkładu.
2. Na ilość składników chemicznych w częściach nadziemnych traw ma wpływ rodzaj zastosowanego nadkładu oraz przynaleŜność gatunkowa traw.
Literatura
SKŁAD CHEMICZNY WÓD, ROŚLIN I UśYŹNIONEGO POPIOŁU ... 207
MALINOWSKI R. 2004. Skład chemiczny wody gruntowo-glebowej w obrębie uŜytkowa-nego rolniczo polderu Cedyńskiego Parku Krajobrazowego. Folia Univ. Agric. Stetin., Agric. 234(93): 219-226.
MISZTAL M. 1981. Porównanie składu chemicznego przecieków lizymetrycznych i wy-ciągów wodnych z rędziny. Rocz. Glebozn. 32(1): 19-31.
SIKORA W.S.,DAMIJAN E. 1998. Wymywanie anionów z popiołów z elektrowni w Skawinie i Bełchatowie. Ochr. Pow. Probl. Odpad 32(5): 164-167.
ZIUŁKIEWICZ M. 2006. Jon wapniowy w wodach podziemnej fazy obiegu. Bibl. Frag.
Agronom. 10: 91-94.
Słowa kluczowe: popiół z węgla kamiennego, skład chemiczny, wody przesiąkające
Streszczenie
Na doświadczalnym składowisku popiołu (P = 2797 m2) Elektrowni „Dolna Odra” badano niektóre właściwości chemiczne wód gruntowych, opadowych po-wierzchniowych, przesiąkających z lizymetrów oraz skład chemiczny górnej części materiału „glebowego” z lizymetrów i liści traw. Skład chemiczny badanych wód był zróŜnicowany i zaleŜał od usytuowania piezometrów, a w lizymetrach od za-stosowanego nadkładu organicznego i nawoŜenia mineralnego. Ilość składników chemicznych w częściach nadziemnych traw zaleŜała od rodzaju zastosowanego nadkładu i gatunku traw.
CHEMICAL COMPOSITION OF WATER, PLANTS
AND FERTILIZED ASHES IN THE LYSIMETRIC INVESTIGATIONS ON THE EXPERIMENTAL OBJECT OF THE „DOLNA ODRA”
POWER PLANT
Teresa Wojcieszczuk 1, Edward Niedźwiecki 1, Adam Sammel 1, Robert Maciorowski 2
1 Department of Soil Science, Agricultural University, Szczecin
2 Department of Soil and Plant Cultivation and Biometry, Agricultural University, Szczecin
Key words: coal ash, chemical composition, leachate waters Summary
The studies were conducted on the „Dolna Odra” power plant experimental ash disposal site (P = 2797 m2) to examine some chemical properties of ground and surface rain waters leaching from lysimeters, chemical composition of the upper part of „soil”
material in lysimeters and grass leaves. The chemical composition of waters under study waried and depended on the location of piezometers and in lysimeters on the applied organic material and mineral fertilization. The amount of chemical elements in the aboveground grass parts depended on the applied surface material and grass species.
Prof. dr hab. Teresa Wojcieszczuk Katedra Gleboznawstwa
T. Wojcieszczuk i inni 208
Akademia Rolnicza ul Słowackiego 17 71-434 SZCZECIN
e-mail: twojcieszczuk@agro.ar.szczecin.pl
ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2007 z. 518: 209-217