Przebieg rozwoju procesów glebotwórczych na zwałach kopalnictwa węglowego

T. SKAW INA

PRZEBIEG ROZWOJU PROCESÓW GLEBOTWÓRCZYCH NA ZWAŁACH KOPALNICTWA WĘGLOWEGO

(Z K ated ry G r u n to zn a w stw a A k a d em ii G órn iczo-H u tn iczej — K raków )

Wśród w ielu różnorodnych ze względu na pochodzenie i formę nie­ użytków bezglebow ych w ystępujących w okręgach górniczych i prze­ m ysłow ych m iejsce naczelne zajmują ogromne, zw ykle nie porośnięte żadną roślinnością, często dym iące lub płonące zwały (hałdy) produktów ubocznych. Ich w ystępow anie zarówno w obrębie miast i osiedli, ilość, bezpośredni w pływ na zdrowie ludności oraz niszczące działanie na przy­ ległe gleby i kultury uprawne stwarza konieczność szybkiego ich unie­ szkodliwienia.

Tylko w części centralnej. Górnośląskiego Okręgu Przemysłowego- oprócz innych nieużytków jest przeszło 340 zwałów różnego typu. Zaj­ mują one obszar ponad 1300 ha wykazując nadal duże tem po wzrostu. Największe zgrupowanie zwałów w ystępuje w powiecie bytom skim — 55 o pow. ~ 234 ha, katowickim — 29 o pow. ~ 120 ha, zabrskim — 24 o pow. ~ 100 ha. Około 22% ogólnej liczby hałd w ęglow ych wykazuje płomienną czynność termiczną. Pozostałe, mimo upływu w ielu lat od ich powstania, są w dalszym ciągu nie pokryte żadną roślinnością, a ty l­ ko bardzo nieliczne są zazielenione i to głównie w drodze naturalnej sukcesji roślinnej. Powierzchnia hałd zagospodarowanych w ynosiła w ro­ ku 1957 ~ 13 ha rys. 1. Dużo więcej hałd porośniętych roślinnością w ystępuje w Dolnośląskim Zagłębiu Węglowyvm.

Jednym ze sposobów unieszkodliwienia lub zmniejszenia ujem nych w pływ ów wyw ieranych przez nieużytki poprzemysłowe jest ich biolo­ giczne zagospodarowanie. Problem ten można w uproszczeniu sprowa­ dzić w szeregu przypadków (rozpatrując go oczywiście z gleboznaw­ czego punktu widzenia) do zagadnienia braku gleby i określenia warun­ ków jej powstania. Wynika stąd konieczność m ożliwie najbardziej wszechstronnego zbadania przebiegu i rozwoju procesów glebotw

ór-ROZMIESZCZENIE HAŁD N GÓRNOŚLĄSKIM OKRĘGU PRZEMYSŁ OWYM

SKAŁA 1 :2 0 0 ,0 0 0

150 T. Skaw in a

czy ch, jak również poznania wszystkich czynników w yw ierających w p ływ na kształtowanie się środowiska glebowego na zwałach.

W pracy niniejszej w oparciu o dotychczasowe w yniki badań, do­ świadczeń i obserwacji pragnę przedstawić przebieg rozwoju procesów glebotwórczych na zwałach kopalnictwa w ęglow ego (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7).

Gleby wytworzone na zwałach kopalnictwa w ęglow ego należą do gleb początkowego stadium rozwojowego o niewykształconym profilu. Takie są w szystkie gleby hałdowe, naw et te najstarsze porośnięte już kilkunastoletnim i drzewostanami lub od szeregu lat w zięte pod uprawę połową. Mimo przynależności do tego samego typu glebotwórczego róż­ nice jakościowe są bardzo duże. W żadnym okresie rozwoju gleb czaso­ kres działania procesów glebotwórczych nie jest tak wyraźnie widoczny jak w piarwszym stadium ich formowania. W miarę dalszego rozwoju wzrost gleby staje się coraz powolniejszy i mniej widoczny.

W szystkie zwały w okresie ich tworzenia (sypania) i w jakiś czas potem pozbawione są roślinności. Długość tego okresu jest różna. W wa­ runkach szczególnie korzystnych zwał pokrywa się roślinnością już w ciągu kilku lat od swojego powstania. Są to jednak przypadki od­ osobnione. W warunkach normalnych (przeciętnych) musi upłynąć długi

okres czasu, często 30 i więcej lat koniecznych do zwietrzenia oraz usta­ bilizowania się powierzchni i środowiska chemicznego w taki sposób, aby mogła wkroczyć roślinność. W przypadku zwałów w ęglow ych ter­ micznie aktywnych okres ten może być dłuższy, przy czym oprócz róż­ nych faz sukcesji w ystępuje na nich często regresja roślin, związana z fluktuacją procesów term icznego utleniania i różnorodnymi ich skut­ kami.

Duże różnice w przebiegu i rozwoju procesów glebotwórczych zw ią­ zane są z odmiennie kształtującym i się następującym i czynnikami:

1) rodzaj materiału i w iek zwału,

2) wysokość, kształt oraz nasilenie procesów erozyjnych, 3) w ietrzenie skał,

4) czynność termiczna i mikroklimat, 5) właściwości wodne,

6) właściwości chemiczne*

7) rodzaj populacji roślinnej na przyległych terenach.

Spośród szeregu w ym ienionych czynników najbardziej charaktery­ styczne dla zwałów kopalnictwa w ęglow ego są:

I. Przebieg wietrzenia skał,.

II. Zmiany w zasoleniu, występujące w pierwszych fazach rozwoju gleby.

P rocesy glebotw órcze na zw ałach w ęglow ych 151

I. W IETR ZEN IE SK A Ł

Na kopalniane zwały w ęglow e wyw ożony jest zw ykle następujący materiał:

1) O d p a d y s k a l n e . Pochodzą z szybów i przekopów prowadzo­ nych dla udostępnienia złoża do eksploatacji. Składają się z różnych skał karbońskich, przeważnie z m ieszaniny łupków ilastych, pyłowych i piaskowców. Zawartość węgla detrytycznego i siarczków decyduje 0 ich term icznym zachowaniu się na hałdzie.

2) O d p a d y p r z e r ó b c z e . Pochodzą z zakładów przeróbczych, oddzielane od węgla w czasie procesów wzbogacania (sortowanie, płuczki, flotacja itp.). Jest to główna kategoria skał wyw ożonych obecnie na zwały. Stanowi je mieszanina łupków węglow ych zwanych „przerosta­ m i”. Z uwagi na dużą zawartość węgla i pirytów, hałdy składające się z odpadów przeróbczych ulegają łatwo samozapalaniu.

3) M u ł i s z l a m w ę g l o w y . Wypełnia on odstojniki wód płuczkowych. Domieszka ich poprawia zawsze właściwości fizyczne 1 wodne oraz bilans azotowy zwałów węglowych.

4) Ż u ż e l k o t ł o w y i p o p i ó ł . Pochodzi z palenisk urządzeń energetycznych kopalń węgla.

W arstwy powierzchniowe zwałów węglowych składają się rzadko z jednolitego materiału skalnego. W ywożone na zwały odpady są zw ykle w różnym stopniu przemieszane. Obecność w m ateriale zwałowym sub­ stancji palnej (węgla) oraz siarczków żelaza stwarza warunki do zapa­ lania się zwałów. Niektóre zwały zapalają się bardzo szybko, naw et już w czasie sypania, w innych wyraźna płomienna czynność termiczna w y­ stąpić może dopiero po w ielu latach. Znane są przypadki zapalenia się starych zwałów kopalnianych, porośniętych już nawet kilkunastoletnim i drzewami.

Należy podkreślić, że w każdym zwale nie przepalonym zachodzą in­ tensyw ne procesy utleniające. Ich w pływ na kształtowanie się siedliska jest tak znaczny, że niejednokrotnie od nich uzależniona jest możliwość, a w każdym razie sposób przeprowadzenia zagospodarowań. Doprowa­ dzają one do zapalenia się zwału, powodując daleko idące przeobrażenia m asy skalnej z w ytworzeniem związków nowych, o odm iennym składzie 1 właściwościach w porównaniu z substancją macierzystą. Zwały zm ie­ nione w ten sposób noszą nazwę przepalonych.

W ietrzenie skał karbońskich zalegających na zwałach węglow ych przebiega pod w pływ em odmiennych czynników niż w warunkach natu­ ralnych. Wysoka temperatura i bezpośrednie działanie gorących par i tlenków siarki, a w dalszej fazie cofania się procesów palenia, kon­

152 T. S kaw in a

densacja pary wodnej oraz szczególnie agresyw ny charakter wód hał­ dowych powodują szybki rozkład i rozpad m asy skalnej.

Zwały w ęglow e mają silnie zróżnicowany skład m echaniczny. Jest to zrozumiałe, jeśli w eźm ie się pod uwagę, że są one tworem sztucznym o przypadkowo rozmieszczonym i wzajem nie przemieszanym m ateriale skalnym. Pierw otny, tj. początkowy skład m echaniczny zwałów uzależ­ niony jest głównie od rodzaju skał, sposobu wydobycia (urabiania) i prze­ róbki, transportu, sposobu sypania itp. Zmienia się on bardzo szybko w zależności od składu petrograficznego skał, intensyw ności procesów w ietrzenia oraz nasilenia zjawisk erozyjnych. Szczególnie na zwałach wysokich i świeżo usypanych dynamika tych zmian jest bardzo duża. W zwałach starszych zmiany są powolne i można wykryć pewną zależ­ ność między ich rzeźbą a składem m echanicznym. W obrębie zwałów tego samego typu poszczególne partie zboczy, platform stołowych, pod­ nóży, rynien itp. mają zbliżony do siebie skład m echaniczny. Dotyczy to zarówno zwałów przepalonych, jak i nie przepalonych. Aktualny skład m echaniczny zwałów starych, pokrytych już roślinnością, a zwłaszcza zadarnionych, jest wypadkową działania wym ienionych poprzednio czynników oraz procesów glebotwórczych.

Oprócz zjawisk erozyjnych bardzo ważną rolę odgrywają procesy eluwialne. Nie występują one w wyniku działania procesów glebotw ór­ czych, lecz są zjawiskiem geologicznym związanym z charakterem skały, jej sposobem wietrzenia i ruchem wód. Widoczne są na nie erodowanych platformach stołowych, m artwych, nie pokrytych żadną roślinnością zwałach. Procesy wym ywania polegają tutaj nie tylko na intensyw ­ nym ługowaniu związków łatwo rozpuszczalnych w wodzie, lecz na przemieszczaniu zawieszonej w wodzie substancji ilastej czy naw et py- lastej i osadzaniu jej w warstwach głębszych (tabl. IV).

Przem ieszczanie substancji mineralnych w głąb formującego się w ten sposób profilu jest łatw o w ykryw alne analitycznie. Wyraża się ono stałym pionowym zróżnicowaniem składu mechanicznego, w któ­ rym zawsze w ystępuje wzbogacenie w substancję ilastą warstw głęb­ szych (rys. 2).

Najsilniejsze zmiany zachodzą w składzie ilościow ym i jakościowym soli m ineralnych wyciągów wodnych (tabl. IV). Po upływ ie parunastu lat od powstania zwału w sposób widoczny zmienia się również pier­ wotny stosunek S i0 2 /R 2 0 3 na poszczególnych głębokościach. Na przy­ kład na nie erodowanej platformie stołowej przepalonego zwału w ęglo­ wego w Dąbrówce Małej koło Szopienic stosunek ten kształtował się z dużą regularnością w sposób przedstawiony w tablicy I.

P rocesy glebotw órcże na zw ałach w ęglow ych 153

154 T. S kaw in a

T a b l i c a I S tosu n ek SiO j/RaOs w p rzep a lo n ej h a łd zie w ę g lo w e j w D ąb rów ce M ałej G łębokość w cm Ś red n io Si Oj R2 0 3 co 1 00 2,60 20 1,28 40 2,07

Na erodowanych zboczach, stosunek S i02/R 20y wahał się w grani­ cach od 2,06 — 2,12.

Zagadnienia te, a głównie pionowe zmiany składu i stężenia soli m i­ neralnych łatwo rozpuszczalnych w wodzie były przedmiotem badań na

szeregu (około 40) zwałów różnego typu, wieku i kształtu oraz w różnym stopniu pokrytych roślinnością na drodze naturalnej sukcesji. W ystępują one z dużą regularnością i to zarówno na zwałach Górnośląskiego Okręgu Przem ysłow ego, jak i Zagłębia Dolnośląskiego.

II. ZA SO LE N IE

W szystkie zwały Górnośląskiego Okręgu Przem ysłow ego nie obję­ te jeszcze procesami glebotwórczym i cechuje bardzo duże stężenie i zmienność składu ilościowego i jakościowego soli mineralnych roz­ puszczalnych w wodzie. Najwyższe zasolenie w ystępuje na zwałach ko­ palnictwa węglowego. Szczególnie słony charakter tych zwałów zwią­ zany jest z rodzajem i pochodzeniem skał oraz szeregiem procesów wtór­ nych, wśród których czynność termiczna odgrywa główną rolę. Skały karbońskie towarzyszące złożom węgla są zawsze znacznie zasolone, a ich skład ilościowy i jakościowy jest silnie zróżnicowany (tabl. II).

Rozpuszczalne w wodzie sole mineralne zwałów węglow ych nie są toksyczne dla roślin. Są to zw ykle sole obojętne, a toksycznie działają nadmierne ich stężenia.

Zasolenie jest jednym z głównych czynników ograniczających suk­ cesję roślinną i warunkujących kierunek rozwoju procesów glebotwór- czych. Na tę bardzo istotną cechę zwałów kopalnianych nie zwrócono dotychczas uwagi.

Roślinność halofitowa spotykana jest na zwałach, lecz w miarę roz­ woju procesów wietrzenia i ługowania ustępuje ona m iejsce innej. Prze­ dział graniczny stężeń soli dla poszczególnych gatunków roślin oraz ich zdolność do wzrostu w tych warunkach są niezm iernie ważne dla prac

P rocesy glebotw órcze na zw ałach w ęglow ych 155

związanych z biologicznym zagospodarowaniem nieużytków i rekulty­ wacją innych bezglebowych terenów poprzemysłowych. Zagadnienia te były badane dotychczas tylko wycinkowo w odniesieniu do niektórych drzew i krzewów i wyłącznie na jednym zwale przepalonym (4).

T a b l i c a II S k ład c h em iczn y w y cią g ó w w o d n y ch sk ał karbońskich

(kopalnia „C zerw ona G w ardia“ w C zeladzi)

Jon y Ł upek p y ło w y

P ia sk o w iec d rob n oziarn isty S tężen ie w m g /100 g Ca*’ 287,190 28,720 M g- 23,100 17,510 K* + N a­ 0,000 33,500 s o ” 736,460 168,100 с о 'з 15,600 13,200 Cl' 12,430 9,660 p o;" 0,047 0,026 n o; 0,000 0,000 M ineralizacja 1 074,827 270,716

N ajwyższe stężenia soli, jakie wykryto w strefach korzeniowych, podano w tablicy III. Badania z tego zakresu są prowadzone na zało­ żonych terenowych stacjach badawczych.

T a b l i c a III M aksym alna zaw artość soli w w yciągach w od n ych strefy korzen iow ej w m g/ 1 0 0 g Lp. G atunek m g/ 1 0 0 g

1 B etula 1414

2 Aesculus hippocastanum 415

3 A lnus glutinosa 304

4 Populus trem ula 179

5 Crataegus oxyacantha 463

6 Ribes 352

' 7 Rosa rubiginosa 154

Na zwałach węglow ych wykryw a się dużą zależność m iędzy ogól­ nym zasoleniem a sukcesją roślinną.

156 T. Skaw in d

Następujące czynriiki określają zw ykle rodzaj tworzącego się zbioro­ wiska, gdy roślinność po raz pierwszy wkracza na jakiś obszar:

1) rodzaj właściw ości samego obszaru,

2) rodzaj populacji roślinnej na przyległych terenach, 3) wymagania siedliskowe roślin.

Roślinność wkraczająca na te martwe, często silnie toksyczne i suche podłoża to zw ykle gatunki pionierskie o m ałych wymaganiach odżyw­ czych, z silnym i mocno rozgałęzionym system em korzeniowym. Przystosowując się do wzrostu na nagiej i eksponowanej powierzchni w pływają na zmianę warunków, umożliwiają roślinom innym, już bardziej wym agającym , wkraczanie na te tereny. W stadium tym na zwałach kopalnictwa węglowego Górnośląskiego Okręgu Przem ysłow ego najczęściej w ystępują następujące gatunki roślin (7):

1. T u s s ila g o f a r j a r a , 13. L e p i d i u m r u d e r a le , 2. S e n e c io v is c o s u s , 14. D e s c h a m p s i a fle x u o s a , 3. P o l y g o n u m a v ic u la r e , 15. D e s c h a m p s i a c a e s p ito s a , 4. E r i g e r o n c a n a d e n s is , 16. L in a r ia m in o r , 5. C a l a m a g r o s t i s e p ig e io s , 17. R e s e d a l u t e a, 6. S a ls o la cali, 18. S i l e n e in fla ta , 7. P o l y g o n u m p e r s i c a r i u m , 19. E p i l o b i u m p a l u s t r e, 8. C h e n o p o d i u m a l b u m , 20. L o l i u m p e r e n n e , 9. A r a b i s h ir s u ta , 21. C h a m a e n e r i o n a n g u s t i f o l i u m , 10. A r a b i s a r e n a r ia , 22. C e r a s t i u m s e m i d e c a n d r u m , 11. P o a a n n u a , 23. A g r o s t i s alb a, 12. O e n o t h e r a b ie n n is , 24. M e l a n d r i u m a l b u m .

W stadium wkraczania roślinności pionierskiej trudno jest m ówić 0 istnieniu gleby w sensie ogólnie przyjętym i rozumianym. Gleba za­ czyna się dopiero formować, a ściślej mówiąc formuje ją roślinność wraz z dobrze już w tej fazie rozwiniętym zespołem współżyjącej z nią mikroflory glebowej (5). W fazie formowania gleby występują najbar­ dziej gwałtowne zmiany w składzie skały m acierzystej. Uwidacznia się stałe przemieszczanie produktów wietrzenia, głównie soli m ineralnych 1 speptyzowanej substancji ilastej, a w hałdach przepalonych również frakcji grubszych, w głąb nie istniejącego, ale juz w ten sposób różni­ cowanego profilu. Zmienność składu chemicznego jest wówczas najsil­ niejsza. W yrazem tego mogą być' wykryw ane wahania odczynu w gra­ nicach naw et kilku jednostek p H na obszarze zaledwie 1 m 2 lub m aksy­ malnej higroskopowości zmieniającej się w cyklu rocznym w granicach

P rocesy glebotw órcze na zw ałach w ęglow ych 157

kilku procent (nawet do 10%). Tak duże zmiany obserwowano w roku 1957 w czasie stałych badań dynam iki tych procesów na . zwałach K opalni „G liwice” i „Czerwona Gwardia”. To samo dotyczy zmian zaso­ lenia, wilgotności itp. Procesy ługowania osłabiają indywidualne cechy wietrzejącej m asy skalnej i warunkują dalszy rozwój sukcesji roślin­ nej. W miarę ich postępu zanikają powoli skokowe zmiany właściwości chemicznych, lecz tylko w kilkucentym etrowej wastwie wierzchniej.

Roślinność pionierska, w zależności od omawianych poprzednio w a­ runków, rośnie nieraz przez w iele lat w pojedynczych egzemplarzach lub też szybko zaczyna wykształcać zbiorowiska. Wytwarza się wówczas rzadka pokrywa roślinna, którą z dala cechuje zieleń, natomiast z bliska przebija wyraźnie barwa naturalna podłoża. Zasadniczy w pływ za­ równo na wkraczanie roślin, jak i na osiągnięcie stadium zazielenienia w yw iera szybkość ustalania się równowagi chemicznej w warstwach wierzchnich.

Procesy glebotwórcze hamowane są nie przez cechy stałe, lecz przez skokow e zmiany chemizmu środowiska (odczyn, zasolenie). Doprowa­ dzenie warstw wierzchnich do stanu równowagi chemicznej jest sprawą najbardziej istotną w odniesieniu do biologicznych zagospodarowań zwałów. Pozwala to na przeskoczenie trwających nieraz kilkadziesiąt lat następnych stadiów naturalnego rozwoju gleby pod w pływ em ekologicz­ nej sukcesji i na natychm iastow e ich zagospodarowanie. Doświadczenia polowe potwierdzają słuszność tego wniosku (np. zwał kopalni „G liw ice”), lecz sprawą nadal otwartą jest opracowanie i wypróbowanie m etod i środków, którymi stan ten da się najłatwiej uzyskać.

W stadium zazielenienia w ystępuje już wyraźne rozprzestrzenianie się gatunków wym ienionych poprzednio oraz stopniowe pojawianie się gatunków nowych. W miarę zagęszczania pokrywy roślinnej wypierane są rośliny światłolubne, np. S a ls o la c a li, E r ig e r o n c a n a d e n s i s, S e n e c io

v is c o s u s , R e s e d a l u t e a itp. Częste są liczne naloty brzozy, topoli i osiki.

Oprócz gatunków przypadkowych w ystępują główne, z wyraźną ten­ dencją do opanowania całego terenu. Takim gatunkiem w ekspansji jest

spotykany często na przepalonych zwałach w ęglow ych C a la m a g r o s tis

e p i g e io s (np. hałda kopalni „D ym itrow ”, „G liwice”). W stadium tym

zaczyna się już wyraźnie zaznaczać istnienie w łaściw ego procesu glebo- twórczego. Skała-gleba zaczyna spełniać swą zasadniczą funkcję, to znaczy w ystępują w niej przemiany substancji mineralnej w organiczną i rozkład m aterii organicznej. Skala tych przemian jest jeszcze bardzo mała i nie obejmuje całej powierzchni. Układ jest dość szczególny. Obok wytworzonej, gleby z wyraźnym i zaczątkami poziomu akum

ulacyjno-158 T. S kaw in a

prócznicznego występują martwe, często jeszcze toksyczne skały, nie objęte tym i procesami. Tworzenie się gleby przebiega nadal w punktach i skupieniach związanych bardzo często z mikrorzeźbą, ale już z w y ­ raźną tendencją do opanowania całej powierzchni. W stadium tym w y ­ twarza się pierwsza właściwa materia próchniczna, wybitnej poprawie ulega bilans wodny i warunki m ikroklimatyczne. W ystępuje również dalsza stabilizacja odczynu.

W zależności od warunków stadium zazieleniania trwać może naw et kilkanaście i więcej lat, jak np. na zwałach term icznie nie uspokojonych, z częstym i okresami wyraźnej regresji. W miarę postępu sukcesji zwał zostaje opanowany przez nowe gatunki roślinności zielnej, które dopro­ wadzają do jego zadarnienia lub też pokrycia przez roślinność drze­ wiastą. W zadarnieniu hałd w ęglow ych Górnośląskiego Okręgu Prze­ m ysłow ego liczny udział biorą trawy. Często są to zespoły, w których dominują P o a c o m p r e s s a, N a r d u s s t r i c t a lub C a l a m a g r o s t i s e p ig e io s

i inne. Lista roślin biorących udział w sukcesji ekologicznej obejmuje przeszło 300 gatunków. Została ona opracowana przez Zespół Inw enta­ ryzacyjny Komisji Biologicznego Zagospodarowania Nieużytków P o- przem ysłowych Polskiej Akademii Nauk (8).

Mac L e a n (1944), opracowując sukcesję roślinną na hałdach po­ łudniowej Walii, stwierdza, że najważniejszym i gatunkami są: Agirostis

a lb a i A g r o s t i s s t o l o n i f e r a. W miarę postępu wietrzenia rozwijają się

mchy, wśród których w zwarciu w ystępuje P o l i t r i c h u m j u n i p e r i u m

i P o l i t r i c h u m p i l i j e r u m . W stadium końcowym rzadki drzewostan brzo­

zowo-wierzbo wy, najczęściej B e t u l a p u b e s c e n s i S a l i x a u rita . Bardzo pospolitą trawą na hałdach Walii jest A i r a c o e s p i t o s a. W grupie drzew pionierskich do ważniejszych należą: wierzby, brzozy, topole, olsza i grochodrzew (9).

W Illinois zaobserwowano, że naturalna roślinność łatwo przyjm uje się i rozwija na hałdach o p H powyżej 4,5. Pierw sze rośliny wyrastają z rozłogów, które przypadkowo dostały się na hałdę. Po nich pojawiają się gwałtownie i w w ielkich ilościach przedstawiciele licznych gatunków wyrosłych z nasion. W stadium końcowej ekologicznej sukcesji w y stę­ puje zw ykle szybkie rozprzestrzenienie się P o l y g o n u m p e n s y l v a n i c u m. To stadium utrzym uje się przez stosunkowo długi okres czasu na pod­ łożach kwaśnych, podczas gdy na obojętnych i słabo zasadowych na m iejsce P o l y g o n u m wkracza masowo — w ciągu 2— 5 lat — M e l i l o t u s

a lb u s. W w ielu m iejscach tereny ruderalne zajmuje roślinność drze­

wiasta (9).

Proces ekologicznej sukcesji roślinnej przebiega przez różne stadia aż do ostatecznego ustalenia się szczytowego zespołu, którego natura

P rocesy g lebotw órcze na zw ałach w ęglow ych 159

jest zdeterminowana ograniczającym w pływ em lokalnych warunków klim atycznych, a głów nie warunków glebowych, rzeźby, właściwości odżywczych itp.

Osiągnięcie przez roślinność stadium szczytowego sukcesji, wyraża­ jące się zadarnieniem całej powierzchni zwału, nie pozwala na dalsze śledzenie przemian glebowych wyłącznie w oparciu o wskaźnik roślinny. Zaznacza się tu bardzo wyraźna granica. W pierwszych fazach formo­ wania gleby zawodzą tradycyjne m etody badań stosowane w gleboznaw­ stw ie. Ogromna zmienność w przekroju poziomym powierzchni glebo­ twórcze j wykrywalna jest jedynie przez roślinność. Jest ona oczywiście wykrywalna również analitycznie, ale uzyskane w yniki nie dają żadnego obrazu tendencji rozwojowych i nasilenia procesów. Dopiero w m o­ m encie ustalenia się równowagi chemicznej, wyrażającej się w ystąpie­ niem jednolitych lub podobnych cech w cienkiej najbardziej powierzch­ niowej w arstwie glebotw órczej, istnieje pełna możliwość stosowania tych m etod badawczych. Następuje to jednak dopiero, gdy powierzchnia zostanie zazieleniona lub zadarniona. Przykładem mogą być dane przy­ toczone w tabeli IV i na rys. 3. Różnice flory styczne tych pięciu profili są znikome, natomiast glebowe bardzo wyraziste. Są one również uchwytne makroskopowo. Zasadniczą rolę odgrywa tu długość trwania procesów glebotwórczych. Profile nr 19 i 20 są starsze o około 30 lat od profili nr 5 i 6, natomiast profil nr 13 jest wiekiem pośredni.

Już w początkowych okresach da się wykryć duże różnice w kształ­ towaniu gleby pod w pływ em roślinności zielnej i drzewiastej. W przy­ padkach gdy zwał pokrywa wyłącznie roślinność drzewiasta, procesem glebotwórczym nie jest objęta cała powierzchnia, lecz tylko pewne jej w arstwy. Zmiany zachodzą w przekroju pionowym i poziomym, a kie­ runek i m iejsce ich występowania są zależne od sposobu kształtowania się system ów korzeniowych. Różnice w rozmieszczeniu i formie w y stę­ powania związków odżywczych są tu już wyraźnie widoczne naw et w pierwszych okresach rozwoju roślin drzewiastych.

W 11 badanych strefach korzeniowych różnych odmian drzew i krzewów z dużą regularnością znajdowano przeciętnie 6 — 8 krotnie większą zawartość K2O rozpuszczalnego w 0,2-n HC1 w strefach korze­

niowych w porównaniu do skał nie objętych jeszcze procesami glebo- twórczym i (2, 4). Natom iast nie udało się stwierdzić żadnych istotnych różnic w zawartości i formie występowania P2O5. Związane to jest przypuszczalnie z ogólnym niedoborem fosforowym tych środowisk. Studia nad zmianami azotowymi w okresie rozwoju są bardzo trudne z uwagi na zawartość węgla w m ateriale skalnym i opad pyłów prze­ m ysłow ych. Tempo mineralizacji substancji węglowej zwałów jest

S k ła d ch em iczn y w y c ią g ó w w od n ych z w a łu w ę g lo w e g o k o p a ln i „ D y m itro w ” w B y to m iu T a b l i c a IV Lp. P rofil Nr G łę­ bo­ kość w cm S tężen ie jon ów w m g/100 g g le b y pH U w agi K*-f Na* Ca" Mg" Mn" Fe" CO" Cl' S ° 4 n o; _{p o 4'}

U tleń. w m g O2 M in erali­ zacja m g/100 g w H 20 w K C l 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 13 14 15 16 17 18 1 10 11 7 1 0,110 0,032 5 5 15 2 0 0,049 29 64 5,0 4,1 2 30 25 65 15 0,088 0,036 13 9 222 25 0,029 17 374 7,7 7,2 3 5 60 33 169 16 0,055 0,000 29 23 451 20 0,029 32 741 8,3 8,0 _{Z azielen ion a} 4 120 17 296 30 0,055 0,000 27 20 756 40 0,030 24 1 186 8,3 8,0 _{P7PÓÓ 7Wflłll} 5 150 34 297 24 0,055 0,000 39 21 794 25 0,027 30 1235 8,8 8,7 _{m łod sza}£л W Cii LŁ

0 około 30 lat 6 10 10 19 5 0,110 0,000 11 4 53 20 0,029 24 123 7,4 6,8 od p rofili 7 30 27 251 14 0,110 0,000 30 20 634 30 0,026 25 1007 8,2 8,0 19 i 20 8 6 60 38 295 22 0,055 0,016 20 26 794 30 0,025 16 1 224 8,6 8,5 9 120 98 138 27 0,110 0,016 161 21 466 25 0,050 27 936 6,9 6,8 10 150 0 284 60 0,110 0,020 78 18 806 40 0,055 24 1 287 7,5 7,3 11 10 31 155 9 0,330 0,000 27 12 413 20 0,000 29 667 6,0 4,9 Część pośrednia 12 13 50 190 281 36 0,110 0,010 27 14 1 139 2 0,090 36 1689 8,4 7,4 m ięd zy profila­ 13 120 0 369 25 0,110 0,020 34 15 937 2 0,000 36 1 382 8,8 8,0 m i 5, 6 i 19, 20 14 ₁₉ 50 22 34 2 0,000 0,096 62 11 48 2 0,019 40 181 8,7 7,8 15 90 106 103 18 0,000 0,046 21 12 488 4 0,013 37 752 8,6 7,5 C zęść zadar-16 20 33 11 11 0,000 0,120 15 12 100 5 0,045 39 187 6,3 5,0 niona i zad rze­

17 ₂₀ 50 27 14 6 0,000 0,062 13 18 32 50 0,017 40 160 7,2 6,0 w ion a

18 70 21 17 4 0,000 0,000 39 9 ■ 32 20 0,041 20 142 8,9 7,4

160 T. S kaw in a

P rocesy glebotw órcze na zw ałach w ęglow ych 161

bardzo powolne. Obecność bakterii nitryfikacyjnych stwierdzono naw et na zwałach bardzo m łodych (5).

W niektórych państwach, szczególnie w Anglii, Niemczech i Stanach Zjednoczonych już od kilkudziesięciu lat prowadzone są prace nad za­ gospodarowaniem nieużytków (9). Kraje te posiadają znaczny dorobek i doświadczenie, jak również mogą poszczycić się poważnymi osiąg­ nięciam i w zagospodarowaniu dużych obszarów trudnych i uciążliwych nieużytków poprzemysłowych. W yniki osiągane w innych państwach mogą stanowić wytyczną w wyborze kierunków badań u nas dopiero rozpoczętych. Już z góry można przewidzieć, że odmienne warunki Górnośląskiego Okręgu Przem ysłow ego i środki, jakie stoją do dyspo­ zycji, wykluczają całkowicie niektóre sposoby i m etody używane za granicą. W każdym razie niektóre, a przynajmniej te najbardziej wartościowe wym agają dokładnego sprawdzenia i doświadczalnego wypróbowania.

Do przeprowadzenia kom pleksowych badań nad zagospodarowaniem nieużytków poprzem ysłowych niezbędne było założenie szeregu tereno­ wych stacji badawczych. Istniejące w chw ili obecnej, założone w latach 1956— 1957 trzy terenow e stacje badawcze na doświadczalnie zagospo­ darowanych zwałach w ęglow ych i jednym galmanowym oraz dwa zwały doświadczalnie zagospodarowane przez Instytut Badawczy Leśnictwa (1 cynkow y hutniczy i 1 węglowy), pozwolą w najbliższym czasie odpo­ wiedzieć na w iele pytań i niejasności dotyczących samego procesu gle- botwórczego na zwałach, jak również metod i sposobów wprowadzania na nie roślinności. L IT E R A T U R A 1. S k a w i n a T., J a n i c z e k S., G r e s z t a J., B iu l. K om . B io l. Zagosp. N ieu ż. P op rzem . G.O .P., P .A .N ., 1, 162 (1956). 2. S k a w i n a T., B iu l. G.O.P., P .A .N ., 12, 7 (1957). 3. J a n i c z e k S., B iu l. G.O .P., P .A .N ., 12, 87 (1957). 4. P a p r z y c k i E., B iu l. G.O.P., P .A .N ., 12, 135 (1957). 5. Z u b i k o w s k a L., B iu l. G.O.P., P .A .N ., 12, 171 (1957). 6. G r e s z t a J., B iu l. G.O.P., P .A .N ., 12, 195 (1957).

7. G ó r s k i J., N a z a r e w i c z E., Z a j ą c K., B iu l. K om . B io l. Z agosp. N ieu ż. P op rzem . G.O.P., P .A .N ., 1, 49 (1956).

8. B iu l. K om . B iol. Zagosp. N ieu ż. P oprzem . G.O.P., P .A .N ., 1 (1956).

9. W h y t e R. O., S i s am J. W. B., T he esta b lish m e n t of v eg e ta tio n on in d u stria l w a s te lan d . C om m on w ealth A g ricu ltu ra l B u rea u x . Join t p u b lica tio n N r 14 (1949).

162 T. S kaw in a T. С К А В И Н А Р А З В И Т И Е П О Ч В О О Б Р А З О В А Т Е Л Ь Н Ы Х П РО Ц Е С С О В Н А О Т Б Р О С А Х У Г О Л Ь Н Ы Х Ш А Х Т (К аф едра Г рунтоведения Горно-М еталлургической А кадемии — Краков) Р е з ю м е А втор на основе результатов исследований и опытов, проводящ ихся с 1955 года над биологическим освоен ием «послепром ы ш ленны х» зем ел ь при­ водит п роцесс протекания начальной стадии развития почв на породах, вы бро­ ш енны х из каменноугольны х шахт. О бсуж даю тся стадии развития естественного растительного сообщ ества, а также изм ен ения физико-химических свойств м атеринской породы, происхо­ дящ ие в отдельны х ф азах почвообразовательного процесса. Т. SK A W IN A

THE DEVELOPMENT OF SOIL FORMATION PROCESSES ON THE WASTE HEAPS OF THE COAL INDUSTRY

(Chair of S o il S c ie n c e of th e M ining and M eta llu rg ica l A ca d em y — K raków )

S u m m a r y

Basing on the results of research and experim ents carried out since 1955 in the field of biological improvem ent of industrial waste lands the author gives the picture of the initial stage of soil formation on the waste heaps of the coal industry.

The stages of developm ent of natural vegetation succession and the changes in physical properties and chemical composition of the mother rock occuring in the various phases of soil formation and developm ent are discussed in the paper.