JÓZEF B O Ć K O
U S P R A W N IE N IE G LEB L E K K IC H N A W A D N IA N Y C H Ś C IE K A M I W W Y N IK U G R O M A D Z E N IA S U B S T A N C JI O R G A N IC Z E J
Instytut M elio ra cji Rolnych i Leśnych A R w e W rocław iu
G leby nawadniane ściekami spełniają podwójną funkcję — rolę do kładnej oczyszczalni ścieków i w ysokow ydajnego warsztatu produkcji rolniczej [3]. Te złożone zadania o dużym znaczeniu gospodarczym naj lepiej spełniają obiekty nawadniane ściekami, zlokalizowane na glebach lekkich [3, 6, 12]. G leby te z natury swej ubogie i o małej retencji wod nej bardzo silnie reagują na kom pleksowe d-ziałanie nawożące i zw il żające ścieków [4, 6, 8, 9, 12, 13]. P rz y tym gleby lekkie, ze względu na dużą przepuszczalność w ody i powietrza, są mało w rażliw e na krótko trwałe przeciążenie ściekami i tym samym stosunkowo dobrze zapew nić mogą ciągłość odbioru ścieków.
Istnieje względnie bogate piśmiennictwo dotyczące bezpośredniego w pływ u nawodnień ściekami na plonowanie roślin. Natomiast mniej jest poznany proces oczyszczania ścieków w środowisku glebowym . Jeszcze uboższa jest literatura na temat zmian we właściwościach gleb zachodzących pod w pływ em w ieloletniego nawadniania poszczególnymi rodzajami ścieków.
G R O M A D Z E N IE S U B S T A N C J I O R G A N IC Z N E J W G L E B IE
Na obiektach nawadnianych ściekami, szczególnie przy stosowaniu wysokich dawek, obserwuje się wzrost zawartości substancji organicz nej. Jest ona dostarczana do gleby pod postacią zanieczyszczeń orga nicznych. W typowych ściekach miejskich zawartość suchej pozostałości przekracza 1200 mg/l, w tym substancja organiczna wynosi około 700 mg/l, co stanowi 60% ogólnych zanieczyszczeń. P rzy normie na wodnienia 1000 mm ściekami m iejskimi do gleby doprowadza się co rocznie 7 t/ha substancji organicznej. Na wielu obiektach zlokalizow a nych na glebach piaszczystych obciążenie ściekami często sięga kilku tys. mm, a tym samym odpowiednio duży ładunek zanieczyszczeń orga nicznych trafia do gleby [2, 3, 4, 10, 11, 13, 14]. Jest zrozum iałe,'że
pod-150 J. Boćko
czyszczanie ścieków na urządzeniach sztucznej oczyszczalnie zmniejsza ich działanie próchnicujące. Na przykład oczyszczanie mechaniczne ście ków miejskich w osadnikach, które z innych w zględów jest wskazane, obniża zawartość substancji organicznej o około 20%.
Nawadnianie żyznym i ściekami także drogą pośrednią przyczynia się do wzrostu próchnicy w glebie. Zawarte w ściekach składniki pokar mowe, występujące częściowo w postaci zm ineralizowanej, zwiększając żyzność nawadnianych gleb powodują uaktywnianie procesów biologicz nych prowadzących do zwiększania je j ogólnej biomasy.
W pracy przytoczono w yniki badań nad zawartością substancji orga nicznej w glebie nawadnianej ściekami miasta W rocław ia od około 90 lat. Obiekt został zlokalizow any na madzie piaszczystej całkowitej, której zwierciadło w ody gruntowej leży poniżej 2 m od powierzchni. K w a tery przystosowane do nawodnienia stokowo-zalewowego w ym agały w omawianych warunkach stosowania wysokich jednorazowych dawek ścieków, sięgających 600 i w ięcej mm i[3, 7, 13, 14]. Stąd też obciążenie roczne kształtowało się na poziomie 2000-4000 mm ścieków. Określono zawartość substancji organicznej w glebie na poszczególnych kwaterach w odległości 1, 10 i 30 m od rowu nawadniającego (tab. 1). N ajw ięcej
Tabel : * . 1 Zaw artość s u b s t a n c ji o r g a n ic z n e j w g le b i e nawadnianej ściekam i m iejsk im i
systemem stokowo-zalewowym w Osobowicach pod Wrocławiem o r g an ic m atter content in s o i l i r r i g a t e d w ith m u nicip al sewage
by the s t r i p - f l o o d method a t Osobov/ice near Wrocław
O k re ślen ie
O d le g ło ś ć od rowu naw ad n iającego - m D istan ce from i r r i g a t i o n d it c h , m S p e c if i c a t io n
1 10 30
M iąższość poziomu próchniczego»cm Thick ness o f humus h o r iz o n , cm
- wahania - f lu c t u a t io n s 50 - 80 35 - 68 25 - 46 - s r e d n iô - mean 62 50 30 Zaw artość p u b s ta n c ji o r g a n i c z n e j,^ O rgan ie m atter co n te n t, % - wahania - f lu c t u a t i o n 12,2 - 21,3 ui 0 1 CD 1,6 - 4,1 - ś r e d n io - mean 15,4 5,6 2,1
substancji organicznej gromadzi się na początku stoku; w miadę odda lania się od rowu nawadniającego ilość stale m aleje. Zależność tę należy tłumaczyć kilkoma przyczynami. Stok w czasie nawadniania ściekami działa podobnie jak osadnik. Ścieki w czasie przepływ u po stoku pozby wają się części zawiesin, głównie zawiesin grubszych. Dlatego im dalej od rowu nawadniającego, tym ścieki wsiąkające do gleby są uboższe w części stałe. Drugim czynnikiem tłumaczącym zaobserwowane zja wisko jest nierównomierność obciążenia hydraulicznego ściekami po szczególnych części stoków. Szczególnie jaskrawo występujące różnice w równomierności nawadniania przy nawodnieniach grawitacyjnych na
glebach o dużej przepuszczalności. W tych warunkach w yraźnie więcej wsiąka w ody na początku stoków niż w punktach bardziej oddalonych od źródeł zasilania [13]. Na bardzo wysoką zawartość substancji orga nicznej tuż przy rowie działał jeszcze trzeci czynnik. Odłożony tam bowiem materiał w dużej mierze pochodzi z przeprowadzanego czyszcze nia rowu nawadniającego z namułów powstających z osadzających się zawiesin, głównie organicznych.
Nawodnienie ściekami w pływ a na zwiększenie poziomu próchnicz- nego i równocześnie na procentową zawartość w nim substancji orga nicznej (tab. 1). Podobne procesy gromadzenia substancji organicznej na kwaterach nawadnianych stoków ściekami stwierdzili inni autorzy w do
linie Neru [4, 8, 9]. Ze względu jednak na krótszy okres eksploatacji obiektów i mniejszą długość stoków w yniki są mniej wyraziste.
W Ł A Ś C IW O Ś C I W O D N E G LE B N A W A D N IA N Y C H Ś C IE K A M I
Zwiększenie zawartości substancji organicznej w glebach lekkich w p ływ a na zmniejszenie prędkości wsiąkania i równocześnie na wzrost polow ej pojemności wodnej. Na badanym obiekcie stwierdzono, że śred nia prędkość wsiąkania w wierzchniej warstwie gleby wynosi w ciągu 1 godziny: p rzy zawartości substancji organicznej 2,9% — 14 mm/min, p rzy 38% — 10 mm/min, a przy 4,8% już tylko 6,2 mm/min [7]. Podob ne zależności stwierdzono w dolinie Neru [8]. Na glebach piaszczystych
ten kierunek zmian jest bardzo korzystny, ponieważ przy stosowaniu nawodnień graw itacyjnych ułatwia uzyskanie lepszej równomierności nawodnienia i zwiększa użyteczność doprowadzanej w ody do gleby.
Dla gospodarki wodnej w glebie jeszcze większe znaczenie ma po większenie zdolności magazynowania wody. Wskutek w ieloletniego na wadniania ściekami miejskim i gleb piaszczystych akumulowana substan cja organiczna kilkakrotnie zwiększa połową pojemność wodną w czyn nej w arstwie gleby [4, 7, 8, 9, 11, 14]. W edług O s t r o m ę c k i e g o w dolinie Neru w glebach piaszczystych nawadnianych w 60-centyme- trow ej warstwie gleby przy poziomie w ody gruntowej 1 m połowa po jemność wodna wzrosła z 60 do 190 mm [8].
W Ł A Ś C IW O Ś C I C H E M IC Z N E S U B S T A N C J I O R G A N IC Z N E J
G leby nawadniane ściekami odznaczają się dużą aktywnością biolo giczną [3, 12]. Wskutek tego odkładana w glebie substancja organiczna ścieków ulega przemianom prowadzącym do powstawania próchnicy. Badania próchnicy wykonano metodą Tiurina. Do wydzielenia substan cji próchnicowych z gleby użyto 0,1 m olowego roztworu pirofosforanu sodu według uproszczonej m etody opracowanej przez Bielczykow ą i K o - nonową. Otrzymane w yniki wskazują, że ilość С organicznego przecho dzącego do wyciągu waha się w granicach 30-50% w stosunku do
ogól-152 J. Boćko
T a b e l a 2
J u b sta n c ja o rg an ic zn a w g le b i e naw adnianej ściekam i m iejsk im i O rgan ie m atter in s o i l i r r i g a t e d w ith m u n ic ip a l sewage
Warstwa próchniczna Humus la y e r cm S u b sta n cja o rg an ic zn a w % e.m. g le b y O rgan ic m atter in % o f d.m.
Kwasy o rgan iczn e w % s u b s t a n c ji o rg a n ic z n e j O rgan ie a c id s in % o f o rg a n ie m atter a : b ogółem t o t a l w w yciągu in e x t r a c t huminowehumic a fulwowe f u l v i c b 0 - 5 0 8,1 2 ,9 1,7 1,2 1,5 0 - 4 8 7 ,4 2 ,4 1 ,3 1,1 1,2 0 - 5 0 6,4 2 ,5 1 ,3 1,2 1,1 0 - 5 5 6 ,2 2,9 1,4 1,5 0 ,9 0 - 6 0 6,1 1,9 1,0 0 ,9 1,1 0 - 3 0 5,6 2 ,0 1,1 0 ,9 1,2 0 - 4 0 5,4 2,8 1 ,3 1,5 0 ,9 0 - 5 0 4,2 1,7 1,0 0 ,7 1,4 0 - 3 5 4,1 2,2 1,0 1,2 0 ,9 0 - 4 6 3,5 1,8 0 ,7 1,0 0 ,9 0 - 2 5 3,5 1,1 0 ,5 0 ,6 0 ,8 0 - 5 0 3,0 1,2 0 ,7 0 ,5 1,4 0 - 4 8 3,0 1 ,3 0 ,9 0 ,4 2,2 0 - 3 4 2,4 0 ,8 0 ,5 0 ,3 1,8 0 - 6 8 2 ,3 1,0 0 ,6 0 ,4 1,3 0 - 4 7 2 ,3 0 ,8 0 ,4 0 ,4 1,0 0 - 3 0 1,8 0 ,6 0 ,4 0 ,2 2,0 0 - 2 7 1,8 0 ,4 0 ,2 0 ,2 1.0 0 - 2 6 1,6 1,1 0 ,5 0 ,6 0 ,9
nej jego ilości w glebie (tab. 2). P rz y czym nie stwierdzono w yraźnej zależności m iędzy ilością substancji organicznej w glebie a procentowym udziałem w niej kwasów organicznych przechodzących do roztworu. W wyciągu kwasy huminowe lekko przeważają nad kwasami fu lw o w y - mi, a stosunek pierwszych do drugich w poszczególnych próbkach gleby pobranych z kwater nawadnianych ściekami waha się w granicach od 2,2 do 0,85. N ajniższy udział w ęgla kwasów huminowych do fu lw ow ych stwierdzono w glebie o zawartości około 4 % substancji organicznej.
W glebach nawadnianych ściekami zachodzą jeszcze inne zmiany chemiczne korzystne z punktu widzenia ich produkcyjności. W glebach lekkich zwiększa się suma zasad wym iennych i podnosi się pH gleby z kwaśnego do obojętnego [1, 2, 3, 6, 8, 12]. N ie stwierdzono natomiast w naszej strefie klim atycznej na obiektach nawadnianych ściekami m iej skimi objaw ów zasolenia gleby [3, 12]. Ten korzystny kierunek p r o c e -’
sów glebowych występuje na glebach lekkich o dużej przewiewności. Natomiast na glebach zwięźlejszych, o gorszej zdolności w ym iany po wietrza glebowego z atmosferą istnieje niebezpieczeństwo zachwiania prawidłowego przebiegu procesów glebowych. Może to mieć m iejsce także na glebach lżejszych o zbyt wysokim poziomie w ody gruntowej. Objawia się to m iędzy innymi chlorozą roślin, którą R h o d e tłumaczy nadmiernym gromadzeniem substancji organicznej, w tym głównie związków tłuszczowych [10].
P O D S U M O W A N IE I W N IO S K I
Nawodnienie żyznym i ściekami — miejskim i i przemysłu rolno-spo- żyw czego — nie tylko bezpośrednio w pływ a na plonowanie roślin, ale prowadzi do trw ałych zmian gleby, szczególnie korzystnych na glebach lekkich. Po kilkudziesięciu latach nawadniania ściekami m iejskim i gleb piaszczystych stwierdzono w ielokrotny wzrost substancji organicznej. Dzięki temu polepszają się właściwości fizyczne i chemiczne tych gleb. Wzrasta retencja wodna gleb nawadnianych i ogólna zasobność w skład niki nawozowe. W glebach piaszczystych z natury ubogich w próchnicę gromadzona substancja organiczna odgryw a jeszcze inną dodatnią rolę w produkcji rolniczej. Stwierdzono, że w czasie intensywnej asymilacji roślin mogą one odczuwać na glebach ubogich w próchnicę niedobór dwutlenku węgla w otoczeniu organów asym ilacyjnych [5]. Zw iązki organiczne dostarczane w ściekach do gleby mogą przez swój rozkład w yrów nyw ać niedobór C 0 2.
Nawadnianie ściekami gleb lekkich należy traktować nie tylko jako zabieg krótkotrwały, poprawiający gospodarkę wodną i pokarmową na wadnianej rośliny. Jest to przedsięwzięcie melioracyjne, które po pew nym okresie nawodnień ściekami prowadzi do przeobrażenia gleb lek kich w gleby o wyższej klasie bonitacyjnej.
L IT E R A T U R A
[1] B o ć k o J., S z e r s z e ń L.: Zm iany chemiczne gleb y nawadnianej ściekami m iejskim i. Zesz. nauk. W S R W rocł. M elio ra cje 7, 1962, 44.
[2] B o ć k o J.: Trebu ju t li izw estk ow an ija poczw y orosząjem yje stccznym i w o dami. R ef. na m iędzynar. konf. Bukareszt 7-12.IX.1965.
[3] B o ć k o J.: G leba jako środowisko oczyszczania ścieków. Rocz. glebozn. 15^. 1965, 2, 2.
[4] K a c a E.: Zm iany niektórych w łaściw ości fizyczn ych i w odnych gleb na wadnianych w odam i ściekow ym i w dolin ie rzeki Ner. Zesz. nauk. SGGW ,. M eliora cje 12, 1973.
[5] К o n o n o w a M.: Substancje organiczne gleby, ich budowa, w łaściw ości i m e tody badań. Tłum . z ros. PW R1L, 1968.
[6] K u r h a ń s k i M.: M eliorow an ie u żytków zielonych za pomocą naw adnia nia ściekam i roszarniczym i. P race IP W L , R. 16, 1069.
[7] M a t u s i e w i c z H.: R ozkład wsiąkania i rozm ieszczenie zanieczyszczeń przy nawadnianiu bruzdow ym ściekam i plan tacji leśnych. Praca doktorska, AR.. W rocł. 1979.
[8] O s t r o m ę c k i J.: P od staw y m elioracji nawadniających. P W N , 1973, "34-40. [9] P i w i ń s k i A .: Zm iany zachodzące w w odnych właściw ościach p ro filó w g le bow ych pod w p ływ em nawodnień w odam i ściekow ym i w dolinie Neru. Zesz_ nauk. SG G W . M el. roi. 1959, z. 2.
[10] R o h d e G.: Spurenelem entenveicherung verursacht R ieselm üdigkeit. W asser w irtschaft, W assertechnik 11, 1961.
154 J. Boćko
w em nawodnień w odam i ściekow ym i na polach iryga cyjn ych pod B ydgosz czą. Zesz. SG G W . M el. roi. 1957, nr 1.
(12] U z i a к S. i in.: W p ły w ścieków m iejskich Lu blina na siedlisko i produk cyjność zbiorow iska łąkow ego w dolinie B ystrzycy. Rocz. Nauk roi. Ser. D, 168, 1978.
£13] Z ą b e k S.: Stokow e nawodnienie łąk w św ietle wstępnych badań w Osobo- wicach. Zesz. nauk W S R W rocł. 1958, nr 13.
J14] Z ą b e k S.: Zm iany zachodzące w glebach pól nawadnianych ściekami m ie j skimi. Rocz. Nauk roi. 70-F-2, 1965, 327-355.
Ю. Б О Ц Ь К О У Л У Ч Ш Е Н И Е Л Е Г К И Х П О Ч В О Р О Ш А Е М Ы Х С Т О Ч Н Ы М И В О Д А М И В И ТО ГЕ А К К У М У Л Я Ц И И О Р Г А Н И Ч Е С К О Г О В Е Щ Е С Т В А Сельскохозяйственная академия во Вроцлаве Р е з ю м е Орошения богатыми питательны ми веществами сточными водами зем ель н ы х угодий, благодаря комплексному удобряю щ ему и увлаж няю щ ем у действию, отчетливо повышает плодонош ение растений. Сопутствую т этому устойчивые изменения в почвах, налагаю щ ие свой отпечаток на их продуктивность. Осо бенно полож ительны е преобразования отмечаются на легк и х почвах. В р е з у л ь тате м ноголетних орошений органическими сточными водами на этих почвах обнаруж ивается многократный рост содержания органического вещества. В результа те наступает улучш ени е водных свойств (увеличение ретенции) и общ ее обогащ ение элементами орош аемых почв. Легки е почвы, удобряемые сточными водами, при правильной их эксплуатации переходят с течением вре мени в высший бонитировочный класс. J. в о С к о IM P R O V E M E N T OF S E W A G E -IR R IG A T E D L IG H T S O IL S B Y M E A N S OF O R G A N IC M A T T E R A C C U M U L A T IO N
A gricu ltu ra l U n iversity o f W rocła w
S u m m a r y
Irriga tio n of agricultural lands w ith fe rtile sewage leads to a distinct grow th o f crop field s ow ing to a com plex fe rtilizin g and m oistening effect- ' A t that perm anent changes in soils occur, effectin g their productivity. P a rticu la rly fa vou rable transform ations occur in light soils. In consequence o f m any-year irrig a tion w ith organic sewage a several-tim e grow th o f organic m atter content in them takes place. That in its turn contributes to an im provem ent o f w ater con ditions [w ater retention grow th ] and o f general abundance of sew age-irrigated soils. L ig h t soils fertilized w ith sewage, at th eir correct utilization, pass after a certain tim e to higher bonitation classes.
P ro / , dr Jó ze f Boćko
Ins tytut Mel iorac ji R ol n yc h i Leś nyc h A R Wrocł aw , Plac Grunwaldzki 24
