ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE T. XXXVI, NR 3, S. 123—131, WARSZAWA 1985
B R O N ISŁA W GIEDROJC, A D A M W. W ILC ZY Ń SK I
FIZY C ZN E W ŁAŚCIW OŚCI L E Ś N E J GLEBY B IELIC O W EJ N A W O ŻO N EJ PO PIO Ł E M1
K atedra G leb ozn aw stw a A k a d em ii R olniczej w e W rocław iu
Je d n y m z n a jb a rd zie j uciążliw ych dla środow iska człow ieka odpadów przem ysłow ych jest popiół z elektro w n i opalanych węglem . Szacuje się, że obecnie ilość popiołu składow anego w ciągu ro k u na hałdach w ynosi 15— 18 m in ton. Składow iska popiołu z ajm u ją ogrom ny, w yłączony z rol niczego i leśnego użytkow ania obszar o pow ierzchni ponad 2000 ha, k tó r y w przyszłości m oże się zw iększać o około 200 ha rocznie [3].
D latego od w ielu lat czynione są sta ra n ia zm ierzające do ograniczenia ro zp rzestrzen ian ia się pow ierzchni składow isk popiołu przez jego u ty liza cję, m iędzy inny m i w rolnictw ie [5].
D otychczasow e b adania przeprow adzone w latach 1972— 1973 w Iz bicku o raz w lata ch 1974— 1977 w Paw łow icach w ykazyw ały, że naw oże nie popiołem gleb lekkich piaszczystych w p ływ a na w zrost plonów [2]. Popiół dzięki znacznej zaw artości Ca, P, К i Mg działa odkw aszająco i popraw ia zasobność gleby [2, 5]. Ze w zględu zaś na dużą zaw artość fra k c ji p yłow ych i iłow ych, w pływ a korzystnie na w łaściw ości fizyczne gleby [1].
Pom im o korzystnego w p ły w u popiołu na w łaściw ości piaszczystych gleb u p raw n y ch , istn ieje obawa p rzen ik an ia n iek tórych p ierw iastk ów to k sycznych na przy k ład przez rośliny i zw ierzęta do pożyw ienia człow ieka [4, 6, 7]. Słuszniejsza więc w y daje się idea w ykorzystania popiołu do n a w ożenia ubogich gleb leśnych, niż gleb ornych.
Celem niniejszej p rac y jest więc w ykazanie w p ły w u naw ożenia p o piołem piaszczystej gleby leśnej n a jej w ażniejsze w łaściw ości fizyczne.
1 B ad ania przeprow adzono na zlec en ie Z akładu D ośw ia d czaln ego O chrony Ś ro d o w isk a „E nergopom iar” w G liw ica ch .
ZA K R ES I M E TO D Y K A B A D A Ń
B adania teren ow e nad w pływ em popiołu na fizyczne w łaściw ości gle by przeprow adzono w N adleśnictw ie M urcki k. K atow ic, w yk o rzy stu jąc do tego celu popiół w ęgla kam iennego z pobliskiej elektrow ni w Tychach. Na dośw iadczenie w ybrano polanę po w yrębie lasu z siedliskiem boru suchego, w obrębie k tó rej zlokalizow ano glebę bielicow ą w łaściw ą w y tw orzoną z piaszczystych utw orów fluw ioglacjalnych.
L atem 1979 ro k u z pow ierzchni polany usunięto ściółkę leśną i w y ty czono cztery pola, każde o pow ierzchni około 720 m 2, zostaw iając m iędzy nim i kilkudziesięciocentym etrow e pasy izolacyjne. Na poszczególnych polach rozprow adzono rów nom iernie na pow ierzchni popiół w daw kach 250, 500, 1000 i 2000 t/ha, zachow ując pasy izolacyjne (O t/h a popiołu) jako obiekt porów naw czy. N astępnie pow ierzchnię dośw iadczenia w raz z pasam i izolacyjnym i zaorano pługiem stosow anym w upraw ie leśnej i posadzono las m ieszany.
L atem 1980 ro k u na obiek tach O, 250, 500, 1000 i 2000 t/h a popiołu zbadano budow ę m orfologiczną profilów i pobrano próbki m a te ria łu gle bowego do analiz lab o rato ry jn y ch . P róbki te pobierano w 4— 5 pow tó rzeniach do głębokości 60 cm z dokładnością co 5 cm, a głębiej do 100 cm co 20 cm.
W badaniach lab o ra to ry jn y c h oznaczono n astępu jące w łaściw ości fi zyczne:
— sk ład m echaniczny m etodą areo m etryczną w edług Bouyoucosa w m odyfikacji C asagrande’a i Prószyńskiego,
— gęstość w łaściw ą m etodą p iknom etryczną,
— gęstość objętościow ą w cy lind rach K opecky’ego,
— k ap ilarn ą pojem ność w odną całkow itą m etodą podsiąku k a p ila r nego,
— p o ten cjał k a p ila rn y w zakresie pF 0— 3 k a p ila ry m e tre m S ekery w m odyfikacji G edrojcia,
— połow ą pojem ność w odną — PPW , p rzy pF 2,5,
— higroskopijność m aksym aln ą — m etodą N ikołajew a,
— wodę niedostępną dla roślin — W n w edług w zoru W n = 2*Hh, — porow atość całkow itą na podstaw ie gęstości w łaściw ej i objętoś ciowej,
— porow atość efektyw ną ze w zoru J o u rin a z w y korzy staniem p o ten cjału kapilarnego.
W yniki analiz zestaw iono na w ykresach, k tóre stano w iły podstaw ę przeprow adzonej analizy (ryc. 1— 3).
OM ÓW IENIE W YNIK ÓW B A D A Ń
B adania m orfologiczne profilów u jaw n iły n iejednorodne zm iany w budow ie pow ierzchniow ych poziom ów gleby do głębokości około 40 cm, a więc do głębokości orki pługiem stosow anym w leśnictw ie. W ten spo
Fizyczne właściwości gleby leśnej 125
sób popiół nie został rów nom iernie w ym ieszany z pow ierzchniow ym i po ziom am i gleby, lecz tylko p rz y k ry ty różnej grubości w arstw am i m iesza niny m ate ria łu glebowego pioziomów A L i A 2 z popiołem — p oletk a 250, 500 i 1000 t/h a , lub pozostał na pow ierzchni (w arstw a popiołu około 30 cm) — poletko 2000 t/h a.
A naliza składu m echanicznego w skazuje, że d o datek popiołu do gleby w sposób isto tn y w p ły n ął na zm iany s tru k tu ry gran u lo m etry czn ej (ryc. 1). Z m iany te uw idoczniły się w pow ierzchniow ej w arstw ie gleby do głębokości 40 cm i były większe, im wyżfsza była daw ka popiołu. Stw ierdzono w y raźn y w zrost zaw artości fra k c ji ilastych i pyłow ych oraz zm niejszenie się zaw artości fra k c ji piaskow ych, co szczególnie w yraźnie uw idoczniło się w p ro filach z najw iększą dom ieszką popiołu. W w yniku ty ch zm ian na poletk ach z dodatkiem 1000 i 2000 t/h a popiołu u k ształ to w ały się bardzo korzystnie fizyczne właściwości, k tóre w y k azu ją po dobne cechy jak w glebach u p raw n y ch w ytw orzonych z lekkich glin p y - lastych i u tw orów pyłow ych.
W yniki badań w skazują, że im wyższa daw ka popiołu, ty m w yraźniej zm niejszyły się gęstość w łaściw a i objętościow a gleby (ryc. 2). Z m iany te, analogicznie jak w składzie m echanicznym , w y stąp iły do głębokości 40 cm. Z m niejszenie się ty ch p a ra m etró w jest w ynikiem niskiej gęstości w łaściw ej sam ego popiołu (2,1—2,2 g.cm"^).
D odatek popiołu do gleby m iał rów nież isto tn y w pływ na zm iany w porow atości całkow itej, stru k tu rz e porow atości oraz potencjale k a p ila r ny m gleby (ryc. 3). Z m iany te b y ły ty m większe, im w yższa była daw ka popiołu. W y rażają się one isto tn ym zw iększeniem porow atości całkow i tej p rzy rów noczesnym zm niejszeniu się ilości porów dużych o 0 > 8,5 ц т , bardzo dużym zw iększeniem się ilości porów średnich o 0 8,5—0,2 м т i m ałych o 0 < 0,2 м т .
Z m iany te należy uznać za korzystne, gdyż zm niejszenie się ilości p o rów dużych ogranicza przepuszczalność badanej gleby, ale rów nocześnie ilość ty ch porów , n aw et p rzy najw yższej dawce popiołu, nie ogranicza praw idłow ego jej p rzew ietrzan ia.
P rz y ro st ilości porów m ałych, a ty m sam ym zasobów w ody niedo stęp n ej dla roślin, w ogólnym bilansie zm ian w stru k tu rz e porów nie m iał większego znaczenia, gdyż p rzy ro st ilości porów średnich, d ecy d u ją cych o p o ten cjaln y ch zasobach wody dostępnej dla roślin, był znacznie w iększy.
Z m iany w s tru k tu rz e porow atości gleby zadecydow ały o bardzo du żym przyroście m ożliwości rete n cy jn y c h w ody, ty m w iększych, im w ięk sza była dom ieszka popiołu (ryc. 3). P rz y ro st na p rzy k ład w odnej re
-Rye. 1. W pływ naw ożen ia p op iołem na skład m echanliczny g le b y b ielico w ej. E ffect o* fertiliza tio n w ith ash on m ech a n ica l com p osition of p odzolic soil.
b fą b o k o ść —D ep th G łę b o k o ść -D e p th
Gęstość w faściwa — Specific density
G ę sto ść o b ję to ś c io w a — Bulk d e n sity
Rye. 2. W pływ naw ożenia popiołem na gęstość w ła ściw ą i objętościow ą. E ffect of fertiliza tio n w ith ash on sp ecific and bulk d en sity of podzolic soil.
128 В. Giedrojć, A. W. Wilczyński
Rye. 3. W p ły w n a w o żen ia pop iołem na stru k tu rę p orów i p o ten cja ł k ap ilarn y. The e ffe c t of fe r tiliz a tio n w ith ash on th e stru ctu re o f pores an d ca p illa ry p o te n tial of podzolic soil.
ten c ji całkow itej w 40-centy m etro w ej w a rstw ie gleby n a po letk u z n a j wyższą daw ką popiołu w yniósł aż 80 m m , a re te n c ji p rzy P P W (pF 2,5) — aż 120 mm.
Znaczny p rzy ro st zdolności rete n cy jn y c h w ody w w arstw ie od 0 do 40 cm przy różnych p o ten cjałach zw iększył m ożliwość przem iesz czenia się w ody rów nież z głębszych poziom ów p ro filu . F a k t te n m iał niew ątpliw ie k o rzy stn y w pływ n a gospodarkę w odną badanej gleby.
Fizyczne właściwości gleby leśnej 129
PO D SU M O W A N IE I W A ŻN IE JSZ E W N IO SK I
N a podstaw ie przeprow adzonych b adań stw ierdzono, że dodatek p o piołu w ęgla kam iennego z elek tro w n i w daw kach 250, 500, 1000 i 2000 t/h a do leśnej gleby bielicow ej m iał k o rzy stn y w p ły w n a jej fizyczne właściwości. Stw ierdzono, że w p ły w te n u jaw n ił się w pow ierzchniow ej w arstw ie (do głębokości 40 cm) w ym ieszanej z popiołem .
K o rz y stn y w pływ popiołu n a fizyczne w łaściw ości był ty m w iększy, im w iększa b y ła jego daw ka i w y raził się on n astęp u jący m i zm ianam i:
— zw iększeniem w składzie m echanicznym zaw artości fra k c ji spła w ialnych i pyłow ych p rzy rów noczesnym zm niejszeniu piaskow ych,
— zm niejszeniem gęstości w łaściw ej i objętościow ej,
— zw iększeniem porow atości całkow itej, a co szczególnie jest isto t ne, w jej obrębie ilości porów o 0 od 8,5 do 0,2 ^m .
Z m iany w porow atości spow odow ały:
— zw iększenie się re te n c ji w odnej całkow itej, zwłaszcza p rzy polo- w ej pojem ności w odnej,
— zw iększenie potencjalnego re z e rw u a ru w ody łatw o dostępnej dla roślin.
Dość duże zróżnicow anie w yników w p ro filu do głębokości 40 cm w każdy m w ariancie naw ożenia popiołem św iadczy o nieró w n o m iern y m w y m ieszaniu popiołu z glebą w te j w arstw ie. W ynika stąd w niosek, że w przyszłości p rz y podobnych zabiegach agrom elioracyjn ych należy zasto sować in n ą technikę, g w a ra n tu jąc ą lepsze w ym ieszanie popiołu z żądaną w a rstw ą gleby.
L IT E R A T U R A
[1] G i e d r o j ć B., H r y n с e w i с z Z.: W p ły w p op iołu ze sp a len ia w ę g la k a m ie n n eg o na w ła ś c iw o ś c i w o d n e g le b y p ia szczy stej. P o l. J. o f S o il S e i. 14, 1981, 1 (w druku).
[2] G i e d r o j ć B., F a t y g a J., H r y n c e w i c z Z.: W p ły w n a w o żen ia p o p io ła m i p och od zącym i ze sp a len ia w elek tro w n ia ch w ę g la k a m ien n eg o n a w ła śc iw o ś c i g leb y p iaszczystej i p lo n y roślin . P o l. J. of S o il S ei. 13, 1980, 2 (w druku). [3] G r e s z t a J., M o r a w s k i S.: Z agosp od arow an ie p op iołu dla re n o w a c ji śro
d o w isk a n a tu ra ln eg o . N a u k a dla W szystk ich n r 235, K ra k ó w 1980.
[4] H o l l i d a y R., H o d g s о n D. R.: P la n t g ro w th on „ fly a sh ”. N a tu re 181, N e w Y ork 1958, 1079— 1080.
[5] К a c-K a с a s M., D r z a s к K.: B ad an ia n a d p rzyd atn ością n ie k tó r y c h od p a dów p rzem y sło w y ch do w a p n o w a n ia g le b k w a śn y ch . P am . puł. 1968, 32, 67— 120. [6] M a c i a k F., L i w s k i S., B i e r n a c k a E.: R e k u lty w a cja rolnicza sk ła d o w isk od p ad ów p a len isk o w y ch (popiołów ) z w ę g la b ru n a tn eg o i k a m ien n eg o . C zęść II. S k ła d ch em iczn y roślin ... R ocz. gleb ozn . 27, 1976, 4, 171— 187. [7] Z i ó ł k o w s k i J.: B io lo g iczn e a sp ek ty r e k u lty w a c ji roln iczej sk ła d o w isk p o
p io łu przy elek tro w n ia ch o p a la n y ch w ę g le m k a m ien n y m . A R W ro cła w 1980 (m aszynopis).
130 В. Giedrojć, A. W. Wilczyński Б. ГЕДРОЙЦЬ, А. В. ВИЛЬЧИНЬСКИ ХАРАКТЕРИСТИКА ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЛЕСНОЙ ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ УДОБРЯЕМОЙ ВЫСОКИМИ ДОЗАМИ ЗОЛЫ ИЗ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ Кафедра почвоведения Сельскохозяйственной академии во Вроцлаве Р е з ю м е Одним из наиболее злостных для природной среды человека промышленных отходов является зола из электростанций использующих каменноугольное топливо. Отвалы золы уже в настоящее время занимают громадную площадь, непригодную для сельского и лес ного хозяйства, которая в будущем может еще расширятся на около 200 гектаров в год. Поэтому на протяжении многих лет предпринимаются попытки направленные на ограни чение занятой отвалами площади путем их использования м.пр. сельским хозяйством. Целью настоящего труда было определение удобрения каменноугольной золой лесной песчаной почвы на ее физические свойства и воздушно-водный режим. Соответствующий опыт проводился на площади после рубки леса на местообитании сухого бора, на типичной подзолистой почве образованной из песчаных флювиоглациаль- ных формаций. После удаления лесной подстилки и закладки участков площадью по около 720 м 2, вносили золу в дозах, 0 250, 500, 1000 и 2000 т на гектар, с последующей глубокой вспашкой. Проведенные на следующий год исследования с использованием стандартных почво ведческих методов на отдельных объектах показали, что прибавка каменноугольной золы к исследуемой почве оказывала благоприятное влияние на физические свойства и воздупшо- -водный режим. Это влияние которое проявлялось в поверхностном слое почвы до глубины 40 см и было сильнее при внесении более высоких доз золы привело к следующим изменениям: — повышению в механическом составе содержания илисто-пылеватых веществ, при одновременном сокращении содержания песчаных фракций, — снижению удельной и объемной густоты, — повышению общей порозности и количества пор диаметром 8,5-0,2 м, — повышению общей влагоёмкости, особенно полевой, — повышению потенциальных ресурсов легко доступной растениям волы. В. GIEDROJĆ, A. W. WILCZYŃSKI
C H A R A C T E R IST IC S OF P H Y S IC A L PR O PE R TIES OF FO R EST PODZOLIC SOIL FER T ILIZED W ITH H IG H R A TE S OF A S H FROM
POW ER ST A T IO N
D ep artm en t of S o il S cien ce, A gricu ltu ral U n iv e r sity of W rocław
S u m m a r y
One of th e w a stes m ost m a licio u s fa r the n a tu ra l e n v iro n m en t o f m an is ash from p ow er sta tio n u sin g hard coal. A sh dum ps cover at p r e se n t a w a ste area u n su ita b le for agricu lral and fo rest u tiliza tio n , w h ich can be still w id e n in fu tu re by about 200 h ectares a year. T h erefore en d eavou rs aim in g at lim ita tio n of fu tu re w id en in g of ash dum ps by their u tiliza tio n , am ong o th er th in gs, in a gricu ltu re, a re m ade sin ce m an y years.
Fizyczne właściwości gleby leśnej 131
T he aim the p resen t w ork w a s to p rove th e e ffe c t of fe r tiliz a tio n w ith h a rd - -coal ash of san d y fo rest soils on their p h y sica l and h y d ro lo g ica l p rop erties.
T he resp ectiv e ex p erim en t w a s carried out o n an a rea a fte r clea r c u ttin g o f the stand in th e dry p in e fo r e s t site, on ty p ic a l podzolic so il d ev elo p ed fro m sa n d y flu v io g la c ia l form ation s. L itter w a s rem o v ed and a fter e sta b lish m e n t of 720 m2 p lo ts ash w as ap p lied at th e ra tes o f 0, 250, 500, 1000 and 2000 t p er h e c ta r e a n d d eep p lou gh in g w a s execu ted .
N e x t year in v e stig a tio n s b y stan d ard p ed ologie m eth o d s w ere ca rried o u t on p articu lar objects; th ey proved th a t the h a rd -co a l ash ad d itio n to th e so il in v e s ti gated e x erted a fa v o u ra b le in flu e n c e on th e p h y sica l p rop erties as w e ll a s on a ir and w a ter con d ition s o f soil. T his in flu en ce occurred in th e upper soil la y e r to th e depth of 40 cm and w a s stronger at a p p lica tio n o f h ig h er ash ra tes. It le d to th e fo llo w in g changes:
— in crease of the num ber of c la y and silt fra ctio n s in th e m ech a n ica l co m p o si tion, at sim u ltan eou s d ecrease of san d y fraction s,
— d ecrease of sp ecific and bu lk density,
— in crease of total porosity and of th e n um ber o f pores o f 8.5—0.2 m in dia, — g en era l w a ter reten tion in crease, p a rticu la rly at fie ld w a ter cap acity, — in crease of p o ten tia l resou rces of w a te r rea d ily a v a ila b le to p lan ts.
P r o / , d r h a b . B r o n i s l a w G i e d r o j ć
K a t e d r a G l e b o z n a w s t w a A R W r o c l a w , ul. G r u n w a l d z k a 53
