ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE TOM LV NR 2 WARSZAWA 2004: 2 3 1 -237
BEATA K O ŁO D ZIEJ, A NN A SŁO W IŃ SK A -JU R K IE W IC Z
EFEKTY REKULTYWACJI POKRYWY GLEBOWEJ
N A TERENIE PO KOPALNI SIARKI JEZIORKO
RESULTS OF SOIL COVER RECLAMATION ON THE AREA
AFTER JEZIORKO SULPHUR MINE
Instytut G leboznaw stw a i K ształtow ania Środowiska Akadem ii Rolniczej w Lublinie
A bstract: The paper aimed at a description o f properties, mainly physical, o f anthropogenic soil on the reclaimed area after the strip sulphur mine in Jeziorko. Two objects were chosen for testing: Field II, reclaimed by meadow and Field VI, reclaimed by forest. After analyses it was found out that total sulphur and organic carbon contents were more favourable on Field VI. Moreover, water properties o f the reclaimed soil can be assessed as favourable, especially on Field II where the soil showed higher full and field water capacity and the retention o f both the productive and available water than those on Field VI.
Słowa kluczowe: rekultywacja, gleba antropogeniczna, właściwości wodne i chemiczne. Key words: reclamation, anthropogenic soil, water and chemical properties.
WSTĘP
N a obszarach intensywnie eksploatowanych przemysłowo, jakim i są regiony górnicze, najsilniej daje się odczuć negatywny wpływ górnictwa na środowisko przyrodnicze i jego poszczególne składniki. Dotyczy to zwłaszcza górnictwa surowców mineralnych, które wydatnie przekształca rzeźbę terenu i wyłącza z użytkowania znaczne areały gruntów rolnych i leśnych, degradując w alory krajobrazu [Dulewski, W torek, 2000]. W przypadku eksploatacji siarki metodą otworową obserwuje sięm.in. geodezyjne osiadania powierzchni i przekształcenia hydrogeologiczne, które wskazująna znaczny proces degradacji środowiska na tym obszarze. Występująrównież powierzchniowe zanieczyszczenia środowiska na skutek erupcji i wypływów silnie zmineralizowanych wód złożowych i silnie zakwaszonych wód technologicznych, wypływów siarki z nieszczelnych rur i przekopywania terenu [Gołda 2000]. Kluczowym problemem staje się przywrócenie zniekształconym obszarom nie tylko biologicznie czynnej powierzchni, ale także walorów krajobrazowych. Pozwala to na zrealizowanie ustawowego obowiązku rekultywacji i dostosowanie przyszłych funkcji tych terenów do ich właściwości [Puka, 1996, Harabin i in. 1999].
232 В. Kołodziej, A. Słow ińska-Jurkiew icz
Celem niniejszego opracow ania je st określenie w łaściw ości, głów nie fizycznych, gleby antropogenicznej o niew ykształconym profilu na zrekultyw ow anym terenie po kopalni siarki.
MATERIAŁ I METODY BADAŃ
B adania prow adzono na terenie po otw orow ej eksploatacji siarki w Jeziorku, m iejscowości położonej na Równinie Tarnobrzeskiej m iędzy Tarnobrzegiem a Stalow ą W olą. N a tu raln e gleby tego obszaru, w ytw orzone z p lejsto ceń sk ich p iask ó w i holoceńskich aluwiów, pod w zględem bonitacji reprezentują głów nie klasy V i VI.
Rekultywację przeprowadził Zakład Rekultywacji Terenów Górniczych. Początkowo zdecydow ano się na rolniczy typ zagospodarow ania tak przekształconego obszaru. Jednak po wystąpieniu deficytu w pozyskiwaniu wapna poflotacyjnego oraz stwierdzeniu m inim alnego zainteresow ania ze strony rolników użytkow aniem zrekultyw ow anych obszarów zm ieniono koncepcję i zatw ierdzono w ielokierunkow e zagospodarow anie - przede w szystkim leśne, łąkow e i wodne.
Do badań w ytypow ano dwa obiekty: Pole nr II (typ zagospodarow ania określany jak o łąkow y) oraz Pole nr VI (zagospodarow anie leśne).
Pole nr II było poddane kolejnym etapom rekultywacji w latach 1994-1995. Zabiegi rekultyw acyjne obejm ow ały: porządkow anie terenu oraz neutralizację obszaru przy użyciu w apna poflotacyjnego, doprow adzonego system em ru rociągów z kopalni odkryw kow ej „M achów ” . Wapno, w daw ce 300 t • ha“1, przem ieszano z podłożem broną talerzow ą, następnie zastosow ano naw ożenie m ineralne i w ysiano m ieszankę lucerny siewnej (M edicago saliva L.) z kupków ką pospolitą (D actylis glom erata L.) i rzepikiem jary m (Brassica rapa L.), w norm ie, odpowiednio: 22, 20 i 8 kg • ha“1. Po trzech latach od siewu udział kupkówki i rzepiku zm niejszył się niem al do zera, a na polu pozostała lucerna niekoszona i niew ykorzystyw ana jak o źródło paszy.
Etapy i czas rekultyw acji Pola nr VI były takie sam e ja k na Polu nr II, z tą różnicą, że w końcowej fazie wykonano nasadzenia leśne, głównie brzozę brodaw kow atą (Betula pend u la Roth). W apno poflotacyjne zastosow ano w daw ce od 300 do 1000 t • ha”1, w
m iejscach najbardziej skażonych.
N a terenie po Kopalni Siarki Jeziorko występuje wysoki poziom w ód gruntow ych i dlatego w ażną rolę odgrywa w pierwszej kolejności uregulowanie stosunków wodnych. Także duża chemiczna aktywność siarki elementarnej narzuca konieczność oczyszczenia pól poeksploatacyjnych do stanu pozw alającego na zneutralizow anie technicznie i ekonom iczn ie uzasadnionym i daw kam i neutralizatora, w tym przy pad ku w apna poflotacyjnego, produktów pow stałych z jej utlenienia.
B adania w łasne przeprow adzono w iosną 1999 roku. W celu dokonania charak terystyki rekultyw ow anych pól określono w ybrane w łaściw ości gleby: chem iczne (odczyn, zawartość węglanów, siarki ogółem i węgla organicznego) oraz fizyczne (gęstość stałej fazy, gęstość, pojem ności i retencje w odne) (tab. 1 i 2).
Próbki do badań w odnych w łaściw ości gleby pobrano z każdego pola, z w arstw 0 - 10 cm, 10-20 cm i 2 0 -3 0 cm (w sześciu pow tórzeniach). M ateriał glebow y pobrano do m etalow ych cylindrów o objętości 100 cm 3, zachow ując naturalną jego budowę.
E fekty rekultyw acji p o kry w y glebow ej na terenie p o kopalni siarki... 233
TABELA 1. Właściwości chemiczne, gęstość stałej fazy i gęstość gleby rekultywowanej w kierunku łąkowym i leśnym
TABLE 1. Chemical properties, soil particles density and density of soil reclaimed by grassland and forest Obiekt Object Warstwa Layer cm pH 1 mol KCl Siarka ogółem Total sulphur m g • 100 g 1 Węglany Calcium carbo nate Węgiel organ. Organic carbon g - 100g 1 Gęstość stałej fazy Soil parti cles density Mg • m 1 Gęs tość Den sity Pole nr II Field no II 0 -1 0 10-20 20-30 6,8 6,9 7,0 6600 7300 3700 42,8 15,6 56,5 0,23 0,15 0,13 2,63 2,60 2,78 1,35 1,26 1,29 5870 38,3 0,17 2,67 1,30 Pole nr VI Field no VI 0 -1 0 10-20 20-30 6,6 5,4 1,3 1800 2000 1000 28,6 0,0 0,0 0,33 0,32 2,15 2.65 2,76 2.65 1,45 1,60 1,67 1600 9,5 0,93 2,69 1,57 NIR», LSD,., warstwa* obiekt layer* object 137 1,42 0,080 obiekt - object - 0,53 0,030 0,097 r.n.; n.s. 0,098 0,038
Próbki te posłużyły następnie do oznaczenia pełnej i polowej pojem ności wodnej w kom orach niskociśnieniowych na porowatych płytach ceramicznych, przy potencjałach w ody glebowej odpow iednio -0 ,0 9 8 i -1 5 ,5 4 kPa. W ilgotność silnego zaham ow ania w zrostu roślin, w ilgotność całkow itego zaham ow ania w zrostu roślin i w ilgotność trwałego więdnięcia roślin oznaczono w kom orach wysokociśnieniowych, stosując jako m em branę celofan, na próbkach o niezachowanej m akrostrukturze, przy w artościach p otencjału w ody glebow ej odpow iednio: -1 5 5 ,4 kPa; -4 9 0 ,3 kPa i -1 5 5 4 kPa. W szystkie wyniki pom iarów wodnych właściwości gleby wyrażono w kg • kg-1. Gęstość gleby w yzn aczono m eto d ą g raw im etry czn ą na podstaw ie sto sunk u m asy gleby wysuszonej w tem peraturze 105°C do wyjściowej objętości gleby (100 cm 3). W yniki w yrażono w M g • m ”3.
P o z o s ta łe a n a liz y w y k o n a n o m e to d a m i p o w s z e c h n ie s to s o w a n y m i w gleboznaw stw ie: gęstość stałej fazy gleby określono stosując m etodę piknom etryczną, odczyn gleby w 1 m ol • dm“ KCl zm ierzono potencjom etrycznie [pH], zaw artość siarki ogółem oznaczono m etodą nefelom etryczną [mg • 100 g_l], zaw artość CaCO m etodą Scheiblera [g • 100 g“1], zaw artość w ęgla organicznego oznaczono m etodą Tiurina w m odyfikacji Sim akow a [g • 100 g-1].
TABELA 2. Pojemności i retencje wodne gleby rekultywowanej w kierunku łąkowym i leśnym TABLE 2. W ater capacity and w ater retention o f soil reclaimed by grassland and by forest.
Obiekt Object Warstwa Layer cm Pojemność wodna Water capacity Wilgotność zahamowania wzrostu roślin
Moisture of plant growth inhibition Punkt trwa łego więdnię cia Wilting point (przy -1554 kPa)
Retencja wodyr -Water retention
pełna - foil (przy -0,098 kPa) polowa- field (przy -15,54 kPa) silnego -strong (przy-155,4 kPa) cakowitego-total (przy -490,3 kPa) grawitacyjnej gravitational (od -0,098 d o -15,54 kPa) produkcyjnej productive ( o d -15,54 do -490,3 kPa) użytecznej available (od -15,54 do -1554 kPa) kg • kg-' Pole nr II 0-10 0,410 0,228 0,163 0,119 0,095 0,182 0,109 0,133 Field no. II 10-20 0,472 0,208 0,140 0,090 0,037 0,264 0,120 0,171 20-30 0,455 0,171 0,116 0,089 0,069 0,285 0,081 0,101 *0-30 0,446 0,202 0,140 0,099 0,067 0,243 0,103 0,135 Pole nr VI 0-10 0,366 0,148 0,060 0,044 0,031 0,218 0,104 0,117 Field no. 10-20 0,261 0,125 0,018 0,013 0,012 0,135 0,112 0,113 VI 20-30 0,243 0,106 0,065 0,042 0,038 0,137 0,064 0,068 "*0-30 0,290 0,127 0,048 0,031 0,027 0,163 0,094 0,100 NIR0.„5 l s d, 05 warstwa X obiekt layer* object 0,0564 0,0324 0,0029 0,0021 0,0017 0,0058 0,0027 0,0033 obiekt object 0,0219 r.n.; n.s. 0,0011 0,0008 0,0006 0,0022 0,0010 0,0012 23 4 B . K o ło d zi e j, A . S ło w iń sk a -J u rk ie w ic z
E fekty rekultyw acji p o kry w y glebow ej na terenie p o ko palni siarki... 235
U zyskane rezultaty zostały poddane ocenie statystycznej. Przeprow adzono analizą wariancji dla klasyfikacji podwójnej ortogonalnej (warstwa x obiekt) oraz klasyfikację pojedynczą ortogonalną - czynnik zmienności: obiekt.
WYNIKI I DYSKUSJA
G lebę z Pola II, zagospodarow aną jako trw ały użytek zielony, zaliczono biorąc pod uw agę odczyn do gleb obojętnych. N a glebie z Pola VI (użytek leśny) stw ierdzono znaczny spadek pH w raz z głębokością od 6,6 do 1,3. W w arstw ie z najniższym pH nie zanotow ano oczywiście w ystępow ania węglanów, a co ciekaw e, zaw artość siarlcl w łaśnie w tej w arstw ie była najniższa spośród w artości stw ierdzonych dla w szystkich analizow anych warstw.
Siarka jest niezbędnym dla roślin składnikiem pokarmowym występującym w glebach w ilościach zależnych od zawartości m aterii organicznej, naw ożenia m ineralnego i organicznego oraz wielkości imisji związków tego pierwiastka z zanieczyszczonej nim atmosfery. Zawartość siarki ogółem w glebach Polski waha się w szerokim zakresie, to jest od kilku do kilkuset mg • ( 100 g)“1, a w glebach mineralnych niepodlegających większej antropopresji na ogół nie przekracza 200 mg • (100 g)"1. Dla gleb lekkich, a takie występują na badanym obszarze, ju ż zawartość siarki ogółem >100 m g • (100 g)”1 uznaw ana jest za podw yższoną wskutek antropopresji (IV stopień zawartości siarki) [M otowicka-Terelak i in. 1993]. Zarówno na Polu II, jak i VI wartości te zostały znacznie przekroczone i zaw ierały się w przedziale od 1000 m g • (100 g)"1 w w arstw ie 2 0 -3 0 cm gleby z nasadzeniam i drzew nym i do 7300 mg • (100 g)"1 na użytku łąkow ym , w w arstw ie 2 0 - 30 cm. Tak dużą zaw artość siarki ogółem tłum aczyć m ożna tym, iż eksploatacji tego surow ca tow arzyszyły nierzadko awarie ciągów w ydobyw czych czy niekontrolow ane w ypływ y siarki na powierzchnię.
W naszych w arunkach glebowo-klim atycznych zawartość siarki najczęściej m aleje w raz z głębokością pedonu. W badanej glebie nie w ystąpiła ta zależność, co je st następstw em silnego przem ieszania m ateriału tw orzącego glebę antropogeniczną na obszarze po kopalni siarki.
Stw ierdzono, że zaw artość w ęglanu wapnia, szczególnie na Polu II, była bardzo w ysoka, podobnie ja k w glebach w apniow cow ych - rędzinach i ukształtow ała się na średnim poziom ie 38,3 g • (100 g)”1. N a Polu VI w ęglan w apnia znajdow ał się tylko w górnej w arstw ie w ilości 28,6 g • (100 g)“1. Z kolei zaw artość w ęgla organicznego na obu polach była bardzo niska i wynosiła średnio dla warstwy 0 -3 0 cm odpowiednio dla pola rekultywow anego w kierunku łąkowym - 0,17 i leśnym - 0,93 g • ( 100 g)_l. Należy tu z w ró cić u w a g ę na w a rstw ę 2 0 -3 0 cm P ola V I, w której za w a rto ść w ę g la organicznego była wyjątkowo wysoka, 2,15 g • ( 100 g)“1, co wpłynęło na podanąpowyżej średnią. N a specyfikę właściwości chemicznych tej warstwy - obok wysokiej zawartości w ęgla bardzo niskie pH i relatyw nie m ała zaw artość siarki - zw rócono ju ż uw agę wcześniej.
Gęstość stałej fazy gleb mineralnych waha się od 2,55 do 2,70 Mg • m -3. Bez względu na typ zagospodarow ania cecha ta zaw ierała się w tym przedziale. Podobnie gęstość gleby odpow iadała charakterystycznym w artościom tej cechy dla gleb m ineralnych o układzie słabo zbitym i zbitym, to jest 1,26-1,67 M g • m “3.
236 В. Kołodziej, A. Słow ińska-Jurkiew icz
A nalizując wyniki pełnej pojem ności wodnej dla w arstw 0 -1 0 , 10-20, 2 0 -3 0 cm, stw ierdzono, że zakres w artości tej cechy w ahał się od 0,243 kg • kg-1 na Polu VI do 0,472 kg • kg”1 na Polu II. N ależy ocenić je jako w ysokie i odpow iadające w artościom ch a rak tery sty c zn y m dla w arstw upraw nych gleb w a p niow cow y ch o korzy stn ie ukształtow anej strukturze [Turski i in. 1997]. Polow a pojem ność w odna przyjm ow ała w artości od 0,106 do 0,228 kg • kg-1. Zarów no w przypadku pełnej, ja k i polowej pojem ności wodnej górna w arstw a obu pedonów charakteryzow ała się najw yższym i w arto ściam i tych cech. N ajw yższe w arto ści w ilgotn ości silneg o i ca łk o w iteg o zaham owania wzrostu roślin oraz wilgotności punktu trwałego więdnięcia roślin (równej liczbow o retencji w ody niedostępnej dla roślin) pojaw iły się w w ierzchniej w arstw ie Pola II, zaś najniższe w w arstw ie 10-20 cm Pola VI.
Retencja wody grawitacyjnej wiąże się z zaw artościąm akroporów w glebie i zależy od wielkości pełnej i polowej pojem ności wodnej. Wartości tej kategorii w ody glebowej charakteryzow ały się, podobnie jak i te pojemności, wysokim poziom em - od 0,135 do 0.285.kg • kg”1, odpowiednio w w arstwie 10-20 cm Pola VI oraz w w arstwie 2 0 -3 0 cm na Polu II. Prawidłowości stwierdzone dla w ody produkcyjnej i wody użytecznej były bardzo podobne. Minimalne wartości retencji obu wymienionych powyżej kategorii wody (0,064 i 0,068 kg • kg”1) zauważono w warstwie 2 0 -3 0 cm na Polu VI, o leśnym typie zagospodarowania, zaś maksymalne (0,120 i 0,171 kg • kg”1) w warstwie 10-20 cm Pola II, zrekultywowanego w kierunku łąkowym.
Warto zw rócić uwagę, że pod w zględem udziału retencji w ody produkcyjnej w użytecznej sytuację na obu polach m ożna uznać za korzystną. W glebie Pola II udział ten w ynosił średnio w w arstw ie 0 -3 0 cm ok. 80%, a na Polu VI aż 94%, co oznacza, że w obu przypadkach zdecydow ana w iększość wody dostępnej dla roślin m oże być w ykorzystana na przyrost ich masy.
W łaściw ości w odne badanej rekultywow anej gleby na polach zagospodarow anych jak o użytek zielony bądź leśny kształtują się korzystnie, szczególnie retencja w ody użytecznej i produkcyjnej. B iorąc pod uw agę dew astację tego terenu podczas eksploatacji siarki, efekt rekultyw acji należy więc ocenić jak o bardzo pozytywny. N iestety nie udało się w trakcie zabiegów rekultyw acyjnych usunąć resztek siarki, je d n a k z a sto so w a n ie w a p n a p o flo ta c y jn e g o w dużej m ierz e zre d u k o w a ło je j
oddziaływ anie na środowisko glebowe.
WNIOSKI
1. Zastosow anie w apna poflotacyjnego, jak o neutralizatora, w sposób znaczący w pły nęło na w artości pH KC] na Polu II, zagospodarow anym w kierunku użytkow ania łąkow ego. N atom iast zaw artość siarki ogółem i w ęgla organicznego była korzyst niejsza na Polu VI rekultyw ow anym w kierunku leśnym.
2. W łaściw ości wodne zrekultywowanej gleby należy ocenić jako korzystne, szczegól nie na Polu II, gdzie gleba charakteryzowała się w yższą pełną i połow ą pojem nością w odną oraz retencją zarów no wody produkcyjnej, ja k i użytecznej niż na Polu VI.
E fekty rekultyw acji p o kry w y g lebow ej na terenie p o kopalni siarki... 237
3. Zarów no brzoza, ja k i lucerna siewna, w prow adzone na rekultyw ow any teren, znaj dują się w dobrej kondycji, do czego niew ątpliw ie przyczyniły się praw idłow e sto sunki w odne siedliska glebowego.
LITERATURA
DULEW SKI J., W TOREK L. 2000: Problemy przywracania wartości użytkowych gruntom zde gradowanym działalnością górniczą. PTIE, Inżynieria Ekologiczna nr 1, „ Ochrona i rekul tywacja g runtów ”. Wyd. Ekoinżynieria: 14-23
GOŁDA T. 2000: Podstawowe uwarunkowania rekultywacji terenów pogómiczych Kopalni Siarki “Jeziorko” . PTIE, Inżynieria Ekologiczna nr 1, “Ochrona i rekultywacja gruntów. Wyd. Ekoinżynieria: 31-37.
HARABIN Z., JÓZEFACIUK A., JÓZEFACIUK C., MIODUSZEW SKI W., OSTROW SKI J., SIUTA J., TAŁAŁAJ Z., ŻUKOW SKI B. 1999: Ochrona i rekultywacja gruntów w gminie. P TIE, Warszawa: 123 str.
M OTOW ICKA-TERELAK T., TERELAK H., W ITEK T. 1993: Liczby graniczne do wyceny za wartości siarki w glebach i roślinach. W: Ocena stopnia zanieczyszczenia gleb i roślin metala mi ciężkimi i siarką. Ramowe wytyczne dla rolnictwa. IUNG, Puławy: 15-20.
PUKA T. 1996: Rekultywacyjne zadania Kopalni Siarki “Jeziorko” . Mat. Teren. Konf. Nauk.- Techn.n.t. „Przyrodnicze użytkowanie osadów ściekowych”, Puławy-Lublin-Jeziórko: 69-76. TURSKI R., SŁOW IŃSKA-JURKIEW ICZ A., PALUSZEK J. 1997: Struktura i właściwości wod-
no-powietrzne niektórych gleb Pagórów Chełmskich. Ann. Univ. M ariae Curie-Sklodowska, sectio E, 31, Lublin: 269-281.
d r inż. B eata K ołodziej
In stytu t G leboznaw stw a i K ształtow ania Środow iska 2 0-069 Lublin, ul. L eszczyńskiego 7
