Zwi¹zki azotu w p³ytkich wodach podziemnych w rejonie Lubliñca
Martyna Guzik*
Content of nitrogen compounds in shallow underground waters in the Lubliniec region (southern Poland). Prz. Geol., 51: 139–141.
S u m m a r y. The study was performed to assess nitrates contaminations of shallow aquifers, yielding water for farm wells and shallow country water intakes.
The waters in agricultural regions (as studied e.g., during charting for the hydrogeological map of Poland in 1 : 50 000 scale) are of low quality due to considerable excess of nitrogen compounds in shallow aquifers. The problem is especially pronounced in typically farmland communes, where the elevated nitrate concentrations are often related to uncontrolled agricultural practices.
The most hazardous is the nitrate ion, being highly reactive and of limited sorption capabilities, thus easily migrating in underground waters. The problem of aquifer contamination with nitrogen compamds as a result of agricultural practices, has been recognised in countries with agriculture utilising a lot of chemical agents since more than a decade. As a result, the Directive no. 91/676/EEC was issued, pertaining to the reduction of nitrate pollution in agricultural area, imposing a duty of European Union members to monitor both surface waters and groundwaters. The planned access of Poland to the EU will invoke the obligation to perform such studies also in this country. Nitrate and nitrote contents were determined during the field study in the late 2000. At the same time, pH, temperature, and electrohstic conductivity were measured. The initial investigation comprised testing samples from 130 utilised farm wells. Key words: aquifer, nitrate, contamination, agricultural activites
Zanieczyszczenie azotanami, p³ytkich wód podziem-nych eksploatowapodziem-nych studniami gospodarskimi, stanowi du¿e zagro¿enie dla zdrowia ludnoœci.
Najwiêksze zagro¿enie dla jakoœci wód na obszarach rolniczych stanowi jon azotanowy, który jako najbardziej ruchliwy oraz w niewielkim stopniu ulegaj¹cy sorpcji, mo¿e ³atwo i szybko migrowaæ w wodach podziemnych. Nadmiar azotynów oraz azotanów w wodzie stanowi zagro¿enie dla zdrowia ludzi, a zw³aszcza ma³ych dzieci, wywo³uj¹c stan niedotlenienia organizmu objawiaj¹cy siê najczêœciej sinic¹. Azot jest pierwiastkiem biogennym ulegaj¹cym licz-nym przemianom zwi¹zalicz-nym z procesami tworzenia siê i rozk³adu substancji organicznych. Na ca³kowit¹ zawartoœæ zwi¹zków azotu w wodach, sk³adaj¹ siê zazwyczaj
orga-niczne i nieorgaorga-niczne zwi¹zki azotu oraz azot gazowy N2.
Jon azotanowy NO3- jest jedn¹ z podstawowych form
migracji azotu w wodach podziemnych (Witczak & Adam-czyk, 1995). ród³em azotanów s¹ przede
wszystkim opady atmosferyczne, rozk³ad i mineralizacja naturalnych substancji organicz-nych oraz substancje wprowadzane do wód przez cz³owieka. Zanieczyszczenia wód pod-ziemnych zwi¹zkami azotowymi s¹ efektem ró¿-norodnej dzia³alnoœci cz³owieka. Najwa¿niejsze z nich s¹ zwi¹zane z rolnictwem oraz gospo-dark¹ komunaln¹. Czêœæ zanieczyszczeñ ma charakter wielkoobszarowy, jak np. stosowanie nawozów azotowych, odpadów z produkcji zwier-zêcej i roœlinnej, rolnicze wykorzystanie œcieków oraz kompostu (Kleczkowski, 1984).
Do obszarowych ognisk zanieczyszczeñ mo¿na zaliczyæ równie¿ obszary zabudowy wiejskiej, ze wzglêdu na nieuporz¹dkowan¹ gospodarkê œciekow¹, nie nad¹¿aj¹c¹ za rozbu-dow¹ wodoci¹gów wiejskich. Do ognisk ma³opowierzchniowych i œredniopowierzch-niowych nale¿¹ np. sk³adowiska odpadów komunalnych, przemys³u rolno-spo¿ywczego
oraz niew³aœciwie chronione magazyny nawozów mineralnych. O iloœci zwi¹zków azotu wymywanych ze strefy glebowej do wód podziemnych decyduje zazwyczaj ca³y zespó³ czynników zwi¹zanych z przemianami azotu w glebie; jednak za najwa-¿niejszy czynnik uwa¿a siê wymywanie zwi¹zków azotu, g³ównie azotanów, z obszarów upraw rolnych. Iloœæ wymywa-nych zwi¹zków azotu jest uzale¿niona od dawki nawo¿enia, ter-minu nawo¿enia oraz rodzaju upraw rolnych.
Problem zanieczyszczenia wód podziemnych zwi¹zka-mi azotu, pojawiaj¹cy siê w wyniku dzia³alnoœci rolniczej, jest dostrzegany w krajach o intensywnej chemizacji rol-nictwa ju¿ od kilkudziesiêciu lat. Rada Wspólnoty Euro-pejskiej wyda³a dyrektywê W sprawie ochrony wód ..., (1991) nak³adaj¹c¹ na pañstwa cz³onkowskie obowi¹zek monitorowania wód, zarówno podziemnych jak i powierzchniowych.
139
Przegl¹d Geologiczny, vol. 51, nr 2, 2003
*Pañstwowy Instytut Geologiczny, Oddzia³ Górnoœl¹ski, 41-200 Sosnowiec, ul. Królowej Jadwigi 1; mguzik@pigog. com.pl 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0-20 20 -5 0 50 -1 00 10 0-15 0 15 0-20 0 20 0-30 0 >3 00 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0-0, 00 5 0, 00 5-0, 02 0, 02 -0 ,0 4 0, 04 -0 ,0 6 0, 06 -0 ,0 8 0, 08 -0 ,1 >0 ,1 100 100 200 90 80 70 60 50 50 40 cz ês to œæw zg lê dn a( % ) re la tiv ef re qu en cy( % ) lic ze bn oœ æ nu m be r lic ze bn oœ æ nu m be r 30 20 10 0 100 90 80 70 60 50 40 cz ês to œæw zg lê dn a( % ) re la tiv ef re qu en cy( % ) 30 20 10 0 0 25 125150175 275 NO [mg/l]3 NO3 [mg/l] 225 325 75 250 300 0,25 0,00 0,05 0,15 0,20 0,35 NO [mg/l]2 NO [mg/l]2 0,30 0,45 0,10 0,40
Ryc. 1. Diagramy kumulacyjne oraz histogramy rozk³adu NO3i
NO2w p³ytkich wodach podziemnych
Fig. 1. Cumulative distribution curves and histogram of frequen-cy distributions of NO3and NO2in shallow underground waters
Polskie przepisy dotycz¹ce zawartoœci zwi¹zków azotu w wodach dostosowano do wymogów Unii Europejskiej i zawarto w Rozporz¹dzeniu Ministra Zdrowia ..., 2000. Dopuszczalna zawartoœæ azotanów w wodzie wynosi 50 mg/l, azotynów zaœ 0,1 mg/l.
Badania jakoœci wód podziemnych w obszarach rolni-czych, prowadzone m.in. przy sporz¹dzaniu Mapy
hydro-geologicznej Polski w skali 1 : 50 000, wykaza³y znaczne
przekroczenia zawartoœci zwi¹zków azotu w p³ytkich wodach podziemnych.
Charakterystyka terenu badañ oraz warunków hydrogeologicznych
Wed³ug podzia³u fizyczno-geograficznego Polski (Kondracki, 1988) obszar badañ le¿y na pograniczu Wy¿y-ny Œl¹sko-Krakowskiej i NiziWy¿y-ny Œl¹skiej, obejmuj¹c swym zasiêgiem nastêpuj¹ce mezoregiony: Obni¿enie Ma³ej Panwi, Próg WoŸnicki, Obni¿enie Liswarty–Prosny oraz niewielk¹ czêœæ Progu Herbskiego. W jego obrêbie znajduje siê 8 gmin o zró¿nicowanym zagospodarowaniu przestrzen-nym. S¹ to gminy: Boronów, Herby, Koszêcin, Kochanowi-ce, Ciasna, Pawonków, WoŸniki oraz Lubliniec. Obszar le¿¹cy w granicach powiatu lublinieckiego nale¿y do s³abiej zaludnionych i s³abo zurbanizowanych, ale o zró¿nicowanym charakterze zagospodarowania terenu.
U¿ytkowe poziomy wodonoœne w utworach czwartorzê-dowych zajmuj¹ obszar równy prawie po³owy powierzchni
powiatu. S¹ to piaszczysto-¿wirowe osady o mi¹¿szoœci od 20 do 40 m zalegaj¹ce w dolinach rzek: Liswarty, M³ynówki, Potoku Je¿owskiego, Sto³y i Ma³ej Panwi. Zwierciad³o wód podziemnych w dolinach stabilizuje siê na g³êbokoœci od 0,5 (Cia-sna) do ponad 14 m, œrednio jest to ok. 2,03 m. P³ytk¹ warstwê wodonoœn¹, — na przewa¿aj¹cym
obsza-rze — tworz¹ utwory czwartorzêdowe
wykszta³cone w postaci piasków i ¿wirów wodno-lodowcowych. Niekiedy wodonoœne piaski i ¿wiry tworz¹ wk³adki i przewarstwienia w obrêbie glin zwa³owych. W œrodkowej czêœci powiatu lubli-nieckiego, w pasie przebiegaj¹cym od WoŸnik przez Lubliniec do Pawonkowa, poziom wodono-œny tworz¹ osady wêglanowe, tzw. wapienie woŸnickie, wystêpuj¹ce wœród kompleksu i³owco-wo-mu³owcowego triasu górnego.
Metodyka badañ
W wytypowanych 130 studniach gospodar-skich powiatu lublinieckiego, ujmuj¹cych p³ytkie wody podziemne, w wodach pierwszego poziomu wodonoœnego, zosta³a zbadana zawartoœæ azota-nów. W celu unikniêcia kosztownego przepompo-wywania, niezbêdnego przy badaniach tego typu, warunkiem wytypowania studzien do badañ by³o ich bie¿¹ce u¿ytkowa-nie. Ponadto starano siê, aby studnie by³y zlokalizowane na terenach o ró¿nym rodzaju zagospodarowania.
Próbki do badañ pobrano jesieni¹ 2000 r. metod¹ kla-syczn¹ stosowan¹ dla studni eksploatowanej, oraz wykona-no badania polowe na które sk³ada³y siê pomiary: odczynu pH, przewodnictwa elektrolitycznego w³aœciwego, tempera-tury, zawartoœci azotanów i azotynów w wodzie oraz zestaw standardowych pomiarów hydrogeologicznych.
Azotany oraz azotyny by³y oznaczane w terenie za pomoc¹ polowych zestawów odczynników ze skal¹ barwn¹ firmy Riedel-de Haen. Metoda jest oparta na reak-cji azotanów z salicylanem sodowym w œrodowisku stê-¿onego kwasu siarkowego, a w przypadku azotynów na reakcji z kwasem sulfanilowym. Zawartoœæ zwi¹zku w wodzie okreœlano na podstawie intensywnoœci zabarwienia przy u¿yciu skali barwnej.
Wyniki badañ
W powiecie lublinieckim ska¿enie p³ytkich wód pod-ziemnych zwi¹zkami azotu, a zw³aszcza azotanami jest znaczne (tab. 1). Maksymalne zawartoœci azotanów w wodzie siêgaj¹ 300 mg/l. Œrednia zawartoœæ wynosi 60,32 mg/l. Sporz¹dzone diagramy kumulacyjne rozk³adu
czê-stoœci NO3-w obrêbie p³ytkich poziomów wodonoœnych,
140
Przegl¹d Geologiczny, vol. 51, nr 2, 2003
Cecha statystyczna Parametre characteristic Stratygrafia w-wy wodonoœnej Stratigraphy of the aquifer Liczebnoœæ Number Wartoœæ min. Min. value Wartoœæ maks. Max. value Œred. aryt. Arithmetic mean Mediana Median Odchylenie standardowe Standard deviation NO2[mg/l] Q+T 128 0,00 0,40 0,03 0,01 0,06 NO3[mg/l] Q+T 133 0,00 300,00 58,31 60,0 56,99 pH Q+T 128 5,70 7,8 7,00 7,0 0,50 Przewod. [:S/cm] Electrolytic conductivity Q+T 128 136,00 1600,00 586,70 528,5 281,80 Temperatura [oC] Temperature Q+T 124 6,80 18,10 12,40 12,0 1,90
Tab.1. Wybrane parametry statystyczne Table 1. Selected statistics characteristics
0 1 2 3 4 km WARSZAWA 2 0° 50° obszar badañ investigation area
granica powiatu lublinieckiego boundary of the Lubliniec district granica gminy boundary of community nazwa gminy name of community Zawartoœæ azotanów [mg/l]: Nitrate content [mg/l]: 50 30° ' 50 30° ' 50 40° ' 50 40° ' 50 50° ' 50 50° ' 18 30° ' 18 30° ' 18 45° ' 18 45° ' 19 00° ' 19 00° ' < 20 20-50 50-100 > 100
Ryc. 2. Mapa zawartoœci azotanów w p³ytkich wodach podziemnych powiatu lublinieckiego
zarówno czwartorzêdowych, jak i triasowych wskazuj¹, ¿e ok. 42% studzien gospodarskich ma wody zanieczyszczo-ne azotanami w stopniu przekraczaj¹cym normy dla wód
pitnych, tj. 50 mg NO3/l (ryc. 1).
Norma przewidziana dla wód pitnych w zakresie
zawartoœci jonu azotynowego, wynosz¹ca 0,1 mg NO2/l,
jest przekroczona w 8–9% badanych studzien gospodar-skich, na co wskazuje diagram kumulacyjny rozk³adu
czê-stoœci NO2- w wodach (ryc. 1). Maksymalna zawartoœæ
azotynów w badanych wodach osi¹ga niekiedy 0,4 mg/l, zaœ œrednio wynosi 0,03 mg/l.
Podstawowe parametry statystyczne dla zawartoœci azotanów, azotynów, pH, przewodnoœci elektrolitycznej w³aœciwej, temperatury oraz g³êbokoœci studzien w p³ytkich wodach podziemnych, w obrêbie terenu badañ zestawiono w tabeli 1.
W przypadku azotanów, badania wykaza³y, ¿e strefy znacznego zanieczyszczenia wód wystêpuj¹ w rejonach zabudowy wiejskiej, gdzie od lat s¹ gromadzone odpady pochodzenia rolniczego w postaci: gnojowisk, sk³adowisk œmieci, sk³adów nawozów mineralnych (ryc. 2). Jest to skutek utlenienia organicznych form azotu w strefie aeracji i migracji powsta³ych azotanów w g³¹b profilu glebowego. Du¿y udzia³ w zanieczyszczaniu wód azotanami maj¹ nie-szczelne szamba oraz brak kanalizacji Na obszarach wiej-skich systematycznie wzrasta zanieczyszczenie wód azotanami. Podobny proces zachodzi w rejonach pól ornych, gdzie podwy¿szona zawartoœæ azotanów w wodach wynika z faktu stosowania coraz wiêkszej iloœci nawozów azoto-wych. Zanieczyszczenia pochodzenia rolniczego, s¹ groŸne ze wzglêdu na ich wielkoobszarowy charakter.
Przestrzenny rozk³ad zawartoœci NO2- w p³ytkich
wodach podziemnych pozostaje w œcis³ej relacji do ist-niej¹cych na tym terenie ognisk zanieczyszczeñ. Dotyczy to zw³aszcza ferm hodowlanych, oczyszczalni œcieków oraz sk³adowisk odpadów komunalnych. zlokalizowanych w rejonie po³o¿onym na pó³nocny wschód od Lubliñca oraz na pó³noc od Boronowa i Koszêcina (Guzik i in., 2001). W pobli¿u tych ognisk zanieczyszczeñ, zawartoœæ
azotynów w wodzie wzrasta do wartoœci ponad-normatywnych (ryc. 3)
Autorka prowadzi obecnie bardziej szc-zegó³owe badania na obszarach u¿ytkowanych rolniczo, w obrêbie wytypowanych obszarów poligonowych.
Podsumowanie
Podatnoœæ na ska¿enie p³ytkich wód podziem-nych w studniach gospodarskich oraz ujêciach wiejskich jest bardzo du¿a. Szczególn¹ uwagê zwra-caj¹ regularne przekroczenia dopuszczalnej dla wód pitnych wartoœci stê¿enia azotu azotanowego w stud-niach gospodarskich, zlokalizowanych w pobli¿u zabudowañ gospodarskich. Ska¿enie azotanami wód ujmowanych studniami gospodarskimi, wynika
naj-czêœciej, wed³ug autorki, z nieuporz¹dkowanej
gospodarki œciekowej na wsiach oraz Ÿle zabezpieczo-nych gnojowisk w obejœciach wiejskich.
Do najwa¿niejszych czynników
warun-kuj¹cych przep³yw zanieczyszczeñ nale¿y zaliczyæ:
specyfikê i intensywnoœæ produkcji oraz
warunki zagospodarowania terenu,
warunki hydrogeologiczne oraz hydrodynamiczne
panuj¹ce w badanym obszarze,
regionalne i lokalne elementy fizjograficzne
warun-kuj¹ce infiltracjê.
Zjawisko pionowej zmiennoœci chemizmu wód, w pierwszym od powierzchni poziomie wodonoœnym, jest szczególnie widoczne w pobli¿u punktowych ognisk zanie-czyszczeñ. Du¿¹ rolê w procesie migracji zanieczyszczeñ odgrywa mi¹¿szoœæ warstwy glebowej oraz mi¹¿szoœæ stre-fy aeracji. Ochronna rola gleby, wynikaj¹ca z jej zdolnoœci sorpcyjnych, jest uwarunkowanag³ównie zawartoœci¹ próchnicy, minera³ów ilastych oraz pH gleby, Górski (1989); ponadto proces ten jest uwarunkowany ³adunkiem i charakterem substancji zanieczyszczaj¹cej, jak równie¿ mo¿liwoœciami infiltracji, sorpcji w strefie aeracji oraz dys-persji w strefie saturacji (Miko³ajków, 1995).
Badania w rejonie lublinieckim finansowano ze œrodków KBN w ramach realizacji prac statutowych Pañstwowego Instytutu Geologicznego pkt pl. 6.20. 1647.00.0
Literatura
GÓRSKI J. 1989 — Rozpoznanie t³a hydrogeochemicznego miasta Mosi-ny. Sprawozdanie z realizacji zadania 02.06.06. w ramach CPBP 04.10.09. Arch. IGPiK, Poznañ.
GUZIK M. , LISZKA P. & ZEMBAL M. 2001 — Ocena ska¿enia azo-tanami p³ytkich wód gruntowych na terenie powiatu lublinieckiego. Arch. PIG Oddz.Górnoœl. Sosnowiec
KLECZKOWSKI A.S. (ed.) 1984 — Ochrona wód podziemnych. Wyd. Geol.
KONDRACKI J. 1988 — Geografia regionalna Polski. PWN. MIKO£AJKÓW J. 1995 — Migracja zwi¹zków azotu w strefie aeracji jako wskaŸnik zanieczyszczenia wód podziemnych w sandrowych obszarach rolniczych. Wspó³cz. Probl. Hydrogeol., t. 2, cz. 1. Wyd. Profil. Kraków.
Rozporz¹dzenie Ministra Zdrowia z dn. 4 wrzeœnia 2000 r. w sprawie
warunków jakim powinna odpowiadaæ woda do picia i na potrzeby gospodarcze — Dz. U. Nr 82 poz. 937.
WITCZAK S. & ADAMCZYK A. 1995 — Katalog wybranych fizycz-nych i chemiczfizycz-nych wskaŸników zanieczyszczeñ wód podziemfizycz-nych i metod ich oznaczania Tom II. Biblioteka Monitoringu Œrodowiska, PIOŒ.
W sprawie ochrony wód przed zanieczyszczeniami spowodowanymi
przez azotany ze Ÿróde³ rolniczych, 1991 — Dyrektywa nr 91/676/EWG, Rada Wspólnoty Europejskiej.
141
Przegl¹d Geologiczny, vol. 51, nr 2, 2003
0 1 2 3 4 km WARSZAWA 2 0° 50° obszar badañ investigation area
granica powiatu lublinieckiego boundary of the Lubliniec district granica gminy boundary of community nazwa gminy name of community Zawartoœæ azotynów [mg/l]: Nitrite content [mg/l]: 50 30° ' 50 30° ' 50 40° ' 50 40° ' 50 50° ' 50 50° ' 18 30° ' 18 30° ' 18 45° ' 18 45° ' 19 00° ' 19 00° ' < 0,01 0,01-0,1 0,1-0,5 > 0,5
Ryc. 3. Mapa zawartoœci azotynów w p³ytkich wodach podziemnych powiatu lublinieckiego
