ROCZN IK I G LEB O ZN A W C ZE TOM LIX NR 2 WARSZAWA 2008: 162-169
JOLANTA NIETRZEBA-MARCINONIS
WPŁYW ROŚLINNOŚCI NA DYNAMIKĘ PROCESÓW
GLEBOTWÓRCZYCH NA ZWAŁOWISKU TUROSZOWSKIM
PLANT COVER INFLUENCE ON THE DYNAM ICS
OF THE SOIL-FORMING PROCESSES
ON TUROSZÓW DUMPING GROUND
Dział Ochrony Środowiska i Gospodarki Gruntami BOT Kopalnia Węgla Brunatnego Turów S.A.
A b stra c t: In the L ignite M in e, the land reclam ation (p revailin g the forest reclam ation) causes the form ing o f initial so ils w ith the g en etic horizons: fresh forest litter (0 1 ), detritus su bh orizon (O fh), hum us (A C ,A ) and parent rock (C ). The m orp h ological im age o f th ose so ils is characte ristic for the forest so ils . T h e flora introduced during the recla m a tio n , e s p e c ia lly the ph yto- reclam ation flora m akes the so il-fo rm in g p rocess more dynam ic.
S ło w a k lu c z o w e : grunty p o g ó r n ic z e , p ro ces g le b o tw ó r c z y K e y w ords: d u m p in g ground, so il-fo rm in g process.
WSTĘP
Podstawowym i jednym z najtańszych paliw, w ykorzystyw anych do produkcji energii elektrycznej w Polsce, jest węgiel brunatny. Eksploatacja odkrywkowa węgla brunatnego pow oduje jednak znaczne przekształcenia środow iska naturalnego. W wyniku geomechanicznych przekształceń powierzchni Ziemi powstają wielkoobszarowe, antropogeniczne formy - w yrobiska i zwałowiska. W odróżnieniu do pierwotnej pokrywy są one terenami pogórniczymi bezglebowymi pokrytymi materiałem skalnym.
Umiejętnie dobrane i zastosowane działania i rozwiązania techniczne przyczyniają się do szybkiego uproduktywnienia materiału zwałowego oraz jego przekształcenia w glebę inicjalną. Głównym kierunkiem osiągania tego celu jest rekultywacja i późniejsze zagospodarowanie tego obszaru.
Wybór metody rekultywacji determinowany jest właściwościami rekultywowanego substratu, warunkami klimatycznymi oraz względami ekonomicznymi. Rekultywacja obejm uje problem atykę w ielobranżow ą, w której naukow e badania techniczne i przyrodnicze prowadzone są przez interdyscyplinarne zespoły działające na pograniczu różnych dziedzin i dyscyplin nauki, co wymaga ścisłego skoordynowania tych działań.
Celem rekultywacji biologicznej prowadzonej w ramach leśnego kierunku zagospo darowania jest inicjowanie i utrzymanie zmian, które mają doprowadzić do odtworzenia komponentów ekosystemu leśnego, jak również dynamizowanie tego procesu.
Podstawowym założeniem wykonywanych prac rekultywacyjnych jest odtworzenie gleby. Gleba jest najtrw alszym i najtrudniejszym do przyw rócenia kom ponentem środowiska naturalnego. W warunkach naturalnych taki proces może trwać niekiedy bardzo długo. Istotą rekultywacji jest stymulowanie przemian fizycznych, chemicznych i biologicznych, zachodzących w materiałach zwałowanych [Katzur, Liebner 1995].
Uwzględniając cechy biologiczne i wartości gospodarcze roślin oraz ich oddzia ływanie na przekształcany materiał rozpoczęto rekonstrukcję zniekształconych kompo nentów środowiska. Powstające ekosystemy leśne stają się podstaw ą efektywnego zagospodarowania terenów pogómiczych.
Efektem prowadzonych prac rekultywacyjnych w BOT Kopalni W ęgla Brunatnego Turów S.A. jest 24,60 km2 ha terenów zalesionych, z czego 19,34 km2 przekazano do zagospodarowania Lasom Państwowym.
METODYKA
W podjętych badaniach wykonano prace terenowe i laboratoryjne. W pracach terenowych wytypowano pięć punktów, na których wykonano odkrywki glebowe (tab. 1). Wyróżniono poziomy genetyczne i opisano je zgodnie z nom enklaturą Polskiego Towarzystwa Gleboznawczego [Systematyka gleb Polski 1989]. Z charakterystycznych poziomów, możliwych do odróżnienia makroskopowo, pobrano próbki glebowe.
W celu porów nania w pływ u określonych gatunków roślin dom inujących w drzewostanie na intensywność procesów glebotwórczych wyróżniono trzy powierzchnie na terenie szesnastoletniego zalesienia. Stanowiska badawcze obejmowały powierzchnie:
1. pokryte m ateriałem zwałowanym (po wykonaniu prac makroniwelacyjnych, . przed rekultywacją biologiczną),
2. z 16-letnim zalesieniem z dominacją w drzewostanie modrzewia europejskiego, 3. z 16-letnim zalesieniem z dominacją w drzewostanie brzozy brodawkowatej, 4. z 16-letnim zalesieniem z dominacją w drzewostanie olszy czarnej,
5. z 40-letnim zalesieniem z przewagą dębu szypułkowego, modrzewia europej skiego, olszy czarnej.
Analizom laboratoryjnym poddano próbki glebowe pobrane z poziomów genetycz nych profili glebowych. Wykonano je zgodnie z opisem Polskiej Normy PN-R 04032. W pobranych próbkach oznaczono stosując metody przyjęte w gleboznawstwie: gęstość fazy stałej, gęstość objętościową, zawartość azotu ogólnego. Na podstawie otrzymanych wyników analiz laboratoryjnych wyznaczono porowatość ogólną stosując przeliczenia matematyczne. Przy wyliczeniach skorzystano ze wzoru:
P o = ?— ^ . 100%
r
164 J. Nietrzeba-Marcinonis
WYNIKI I DYSKUSJA
Budowa profilu glebowego, miąższość i stmktura
Przemysł wydobywczy przyczynia się do powstania wielkoobszarowych bezglebo- wych terenów pogórniczych. Zwałowiska nadkładu są typowym przykładem terenów pogómiczych pozbawionych gleby, której odtworzenie jest podstawowym celem prac rekultywacyjnych [Krzaklewski i in. 2000].
Pierw szy badany profil reprezentuje pow ierzchnię w ytw orzoną z m ateriałów pogómiczych bez poziomów genetycznych (fot.l). Skała ta charakteryzuje się układem zbitym na całej badanej głębokości oraz bezstrukturalnością (tab.l).
N9 pow ierzchniach pod szesnastoletnim zalesieniem można wyróżnić poziomy ściółki, czyli próchnicy nadkładowej, poziom próchniczny i poziom skały macierzystej. W profilu z d o m in acją m odrzew ia eu ropejskiego (fot. 2) poziom pró chn icy nadkładow ej wynosi 5 cm, poziom próchniczny 10 cm i głębiej poziom skały macierzystej. N a powierzchni z dom inacją brzozy brodawkowatej (fot. 3) poziom próchnicy nadkładowej wyniósł ok. 7 cm, poziom próchniczny ok. 13 cm. Na powierz chni z dominacją olszy czarnej (fot. 4) poziom próchnicy nadkładowej wynosił 6 cm, natomiast poziom próchniczny ok. 14 cm.
Na powierzchni 40-letniej (fot. 5) wyróżniono poziomy: próchnicy nadkładowej oraz wyraźnie zaznaczający się poziom próchniczny. Poziom próchnicy nadkładowej miał miąższość ok. 7 cm, a poziom próchniczny - ok. 10 cm.
W obrazie m orfologicznym tworzących się na zw ałowisku turoszow skim gleb inicjalnych w yłaniają się charakterystyczne dla gleb leśnych poziom y próchnicy nadkładowej O z podpoziomam i: surow iną (Ol), butw iną (Ofh), brakuje często epihumusu (Oh), natomiast spotyka się poziom próchniczny przejściowy (AC), poziom próchniczny właściwy (A) oraz poziom skały macierzystej (C).
Zmiany właściwości badanych gleb antropogenicznych, jakie zaszły na przestrzeni 40 lat, powstały przede wszystkim na skutek przebiegu i oddziaływania procesów akumulacji i przemian materii organicznej, jak również procesów wietrzeniowych pod wpływem czynników biotycznych i abiotycznych. Najbardziej intensywne zmiany zauważalne są na głębokości od 0 do ok. 10 cm, w mniejszym stopniu od 10 do 20 cm.
Gęstość fazy stałej, gęstość objętościowa oraz porowatość ogółem
Rekultywowane materiały pogórnicze należą do skał zwięzłych. Są to w przewa żającej większości utwory trzeciorzędowe z dominacją frakcji ilastej [Krzaklewski i in. 2000; Nietrzeba-Marcinonis J., Mrówczyńska-Siadak H. 2004]. Pojemność sorpcyjna jest stosunkowo mała, wzrasta wraz z rozwojem próchnicy na starszych terenach
zwałowiska [Nietrzeba-Marcinonis J. 2007].
Gęstość fazy stałej największa jest w osadach zwałowych przed rekultywacją i wynosi 2,51 M g-m '3. Na powierzchni pod 16-letnim zalesieniem najniższa jest w poziomach wierzchnich, gdzie kształtuje się w zakresie od 2,33 do 2,45 Mg-m-3, głębiej wynosi już 2,46 Mg-m"3. Na powierzchni z 40-letnim zalesieniem wynosi w poziomach wierzchnich od 2,26 Mg-m“3 do 2,38 Mg-m“3 (tab. 1). Gęstość objętościowa przed rekultywacją wynosi od 1,82 Mg-m-3 do 1,67 M g-m '3. Na powierzchni z 16-letnim zalesieniem w poziomach wierzchnich kształtuje się na poziomie od 1,49 M g-irf3do 1,15 Mg-m“3, głębiej wynosi 1,44 Mg*m“3. Na powierzchni z 40-letnim zalesieniem w poziomach wierzchnich waha się od 1,35 Mg-m“3 do 1,04 Mg-m“3 (tab. 1).
TABELA 1. Wybrane w łaściw ości gleb TABLE 1. Selected properties o f soils Nr profilu Profile N o . Poziom y i p od pozio- my genet. Genetic horizon G łębok ość Depth [cm] Gęstość fàzy stałej Specific density Gęstość objętoś ciowa Bulk density Porowatość ogólna Porosity total Zawartość azotu ogółem N -to ta l [M g • m ;4 [%] 1 C l 0 -20c 2,51 1,67 33,5 0 ,0 5 C2 30-40 2,51 1,82 27,5 0 ,0 4 2 01 0-2 2,33 1,2 48,5 0,82 Ofh 2-5 2,45 1,39 43,3 0,099 AC 5-15 2,42 1,48 38,8 0,087 C l 15-40 2,46 1,44 41,5 0,088 C2 4 0 -6 0 - - 41,6 0,09 3 01 0 -7 2,41 1,47 39,0 0,137 Ofh 7 -2 0 2 ,4 4 1,38 43,4 0,1 AC 2 0 -3 0 2 ,4 2 1,47 39,2 0,092 С 4 0 -5 0 2 ,4 4 1,39 43,0 0,063 4 Ol 0-3 2,27 1,15 49,3 1,053 Ofh 3-6 2,27 1,49 34,4 0,525 AC 6-20 2,32 1,48 36,2 0,042 С 30-50 - - - 0,049 5 Ol 0-3 2,26 1,04 33,21 1,066 Ofh 3-10 2,38 1,35 31,34 0,133 А 10-20 - - - 0,089
Porowatość ogólna badanego materiału zwałowego kształtuje się w warstwach wierzchnich na poziomie 33,5%, a głębiej - 27,5%. Na powierzchniach 16-letnich zalesień wynosi od 49,3% w poziomie ściółki profilu czwartego do 27,5% w poziomie skały macierzystej (tab. 1). Nadmierne zagęszczenie badanych gleb powoduje spowol nienie procesów utleniania w głębszych poziomach, zmniejszając uwalnianie składników alkalicznych w procesie wietrzenia i akumulacji materii organicznej.
Wraz z upływem lat postępujące powstawanie struktury w wierzchnich warstwach rekultywowanego terenu, zmniejszenie gęstości fazy stałej oraz zwiększenie porowatości ogólnej potwierdza korzystny przebieg przemian w rekultywowanym materiale pogómiczym.
Zawartość azotu ogółem
Pogómicze materiały mineralne zawierają znikome ilości związków azotowych. W badanym materiale zwałowym na głębokości 0-20 cm zawartość azotu ogółem wynosiła 0,05%, natomiast na głębokości 30-40 cm - 0,04% (tab.l, ry s.l)
W szesnastoletnich zalesieniach, na pow ierzchniach z dom inacją m odrzew ia europejskiego i olszy czarnej, w poziom ie próchnicy nadkładow ej, podpoziom ie surowinowym (Ol) zawartość azotu ogółem wynosi: 0,82% i 1,053%, w podpoziomie
166 J. Nietrzeba-Marcinonis
RYSUNEK 1. Zawartość azotu ogółem: A - materiał pogórniczy, В - 16-lctnic zalesienie z dominacją modrzewia europejskiego, С - 16-lctnic zalesienie z dominacją brzozy brodawkowatej, D - 16-lctnie zalesienie z dominacją olszy czarnej, E-40-letnie zalesienie; 1 - poziom próchnicy nadkładowej podpoziom surowinowy - Ol, 2 - poziom próchnicy nadkładowej podpoziom butwinowy - Ofh, 3 - poziom próchniczny - AC, 4 - poziom skały macierzystej - C l, 5 - poziom skały macierzystej - C2
FIGURE 1. Content N-total: A - dumping ground, В - 16-years-old afforestation with the European larch dominance, С - 16-years-old afforestation with the birch dominance, D - 16-ycars-old afforestation with the black alder dominance, E - 40-ycars-old afforestation; 1 - fresh forest litter- 01, 2 - detritus subhorizon -- Ofh, 3 - humus, 4 i 5 - parent rock
butw inow ym (O th) o d pow iednio: 0,099% i 0,525% , n ato m iast w po zio m ach próchnicznych (À): 0,087% i 0,042%, a w poziomie skały macierzystej (C) - od 0,049% do 0,090% (tab .l, rys.l).
W profilu powierzchni, na której w składzie gatunkowym zalesienia przeważa brzoza brodawkowata, w podpoziom ie próchnicy nadkładowej Ol zawartość azotu ogółem wynosi 0,13%, w poziomie próchnicznym A - 0,092%, a w poziomie skały macierzystej С - 0,063%.
Na najstarszej powierzchni 40-letniej, w podpoziomie próchnicy nadkładowej Ol zawartość azotu wynosi 1,06%, w podpoziomie Ofh - 0,13%, w poziomie próchnicz nym A - 0,08%, natomiast w poziomie skały macierzystej С - 0,089% (tab.l, rys.l). Zawartość azotu ogółem jest ściśle skorelowana z upływem czasu od wykonania zabiegów rekultywacyjnych. Na przestrzeni lat substancja organiczna gromadzi się ulegając humifikacji, przekształca się w próchnicę - źródło związków azotowych. Zawartość azotu ogółem jest najniższa w surowym materiale zwałowym, większa w wierzchnich poziomach starszych profili.
Z aw artość azotu w badanych poziom ach zależy od gatunków porastających powierzchnie roślin. Na powierzchniach z przeważającym udziałem olszy czarnej i łubinu trwałego zawartość azotu jest zdecydowanie większa. Powodem tego jest symbioza tych roślin z grzybami i bakteriami asymilującymi azot z powietrza (rys. 1).
F O T O 3. Pro fil g l e b o w y z 1 6 - l c t n im z a l e s i e n i e m z domin acj ą brzozy brodawkow atej
P H O T O 3. Soil p ro file with 16 -y ca rs- old a f fo r e s ta tio n with the birch dominanc e
3 0 - 4 0 cm C2 Profil glebowy - Soil profile
0 - 2 0 cm C l 5 - 1 5 cm AC " 1 5 - 4 0 cm C l 20 -3 0 c m C l 4 0 - 6 0 cm C2 -• 0 - 7 c m O f h Profil glebowy - Soil profile
0 - 2 cm 01 2 - 5 cm O fh 7-20 cm AC rośl inn oś ci na d y n a m ikę p ro ce só w gleb otw órc zy ch na zw a ło w is k u ... 16 7
FOTO 1. Materiał pogórniczy, pow ierzchnia po makroniwclacji
PHOT O 1. Dumping Ground, surface after macro- levelling
FOTO 2. Profil glebowy z 16-lctnim zalesieniem z dominac ją modrzewia europejskiego
PH OT O 2. Soil profile with 16-ycars-old affor- pstatinn with the Euroo can larch do minanc e
168 J. Nieirzeb a-Mar ci non is
FOTO 4. Profil glebowy z 16-lctnim zalesieniem z F O T O 5. Profil g l e b o w y z 4 0 - l c t n im z a l e s i e n i e m z d o m in ac ją ol chy czarnej dominacją dębu szypułkowego
PH OT O 4. Soil profile with 16-ycars-old affores- PH OT O 5. Soil profile with 40-ycars-old afforestation tation with the black alde r dom in an ce with pcnduculatc oak do m inanc e
WNIOSKI
1. W ciągu 40 lat, pod wpływem rekultywacji leśnej, w obrazie morfologicznym zazna czają się, charakterystyczne dla inicjalnych gleb leśnych poziomy genetyczne: poziom próchnicy nadkładowej (O) z podpoziomami (Ol) i (Ofh), poziom próchniczny (A) oraz poziom skały macierzystej (C).
2. Szczególny wpływ na przebieg rekultywacji zwałowisk bezglebowych ma olsza czar na i łubin trwały; wprowadzane jako gatunki fitomelioracyjne wyraźnie dynamizują proces próchnicotwórczy.
3. Z biegiem lat w wierzchnich warstwach powstaje struktura, zmniejsza się gęstość fazy stałej oraz zwiększa się porowatość ogólna.
4. Roślinność leśna zastosowana w rekultywacji wpływa korzystnie na powstawanie poziomów organicznych badanych gleb inicjalnych.
LITERATURA
K A T Z U R J., L IE B N E R F. 1995: Erste E rgeb nisse e in es G rosslisim eterversu ch en zu den A u s w irk u n gen der A b rau m sub strate und A s ch em e lio r a tio n a u f S ic k e rw a sse rb ild u n g und S o ff- frachten der S ic k e r w a sse r aus den K ip pen und H ald en d es B rau n k o h len b erg b a u es. A r c h . A c k e r -P fla n z e n b a u B o d e n k d . : 4 1 -6 2 .
KRZAKLEW SKI W. i inni 2000: D oskonalenie technologii rekultywacji biologicznej zboczy i kształto wanie biotopu dla leśnego zagospodarowania zw ałow iska zewnętrznego KW B „Turów”. IKOŚ AGH w Krakowie, m aszynopis: 3 -4 1 .
SY STEM ATY KA GLEB POLSKI. 1989: Rocz. Glebozn. 40, 3 /4.
N IETR ZEBA -M A R C IN O N IS J. 2007: W pływ rekultywacji leśnej terenów pokopalnianych na wybra ne w łaściw ości gleb inicjalnych na przykładzie zw ałow iska nadkładu Kopalni W ęgla Brunatnego Turów S.A. Praca doktorska, Uniw erstytet Zielonogórski, Zielona Góra: 115 ss.
N IETR ZEBA -M A R C IN O N IS J., M R Ó W C Z Y Ń SK A -SIA D A K H. 2004: W pływ rekultywacji leśnej w Kopalni Turów na wybrane w łaściw ości chem iczne kształtujących się gleb inicjalnych. Rocz. Glebozn. 55,2: 3 0 1 -3 0 9 .
Dr inż. Jolanta Nietrzeba-Marcinonis
PGE BOT Kopalnia Węgla Brunatnego Turów S.A. Dział Ochrony Środowiska i Gospodarki Gruntami e-mail: jolanta.marcinonis@kwbturow.bot.pl
