Strefowe zanieczyszczenie gleb Cu, Zn i S oraz zmiany erozyjne pokrywy glebowej w rejonie oddziaływania huty miedzi

R O C Z N IK I G L E B O Z N A W C Z E T . X X X V , N R 1, W A R S Z A W A 1984

JERZY DROZD, STANISŁAW KOWALIŃSKI, Ml £H A Ł LICZNAR

STREFOWE ZANIECZYSZCZENIE GLEB Cu, Zn I S ORAZ ZMIANY EROZYJNE POKRYWY GLEBOWEJ W REJONIE ODDZIAŁYWANIA

HUTY MIEDZI *)

Katedra Gleboznawstwa Akademii Rolniczej we Wrocławiu

WSTĘP

Wskutek długotrwałego oddziaływania hutnictwa miedziowego pogłębia się z upływem lat proces degradacji gleb w rejonie tych zakładów [2, 7, 12,13]. Prowadzi to do powstawania dużych obszarów gleb zdegradowanych wskutek nadmiernego gromadzenia w nich substancji szkodliwych w postaci pyłów, metali ciężkich i siarki [1, 4, 5, 6, 8, 15].

Tereny przylegające do hut przekształcają się z czasem w trwałe nieużytki trudne do rekultywacji biologicznej. Trudność rekultywacji związana jest z postępującą akumulacją powierzchniową substancji szkodliwych oraz ich przemieszczaniem w profilu glebowym, co prowadzi do bardziej trwałego skażenia środowiska glebo­ wego [3, 9, 10, 11, 14].

Celem pracy było poznanie wpływu hutnictwa miedzi na gromadzenie i prze­ mieszczanie niektórych składników zanieczyszczeń oraz wywołane ich obecnością powierzchniowe zmiany pokrywy glebowej.

OBIEKTY I METODYKA BA D A Ń

Badania przeprowadzono na obszarze położonym w promieniu 1500 m od huty miedzi, przyjmując za centrum emisji kominy pieców szybowych. Próbki do badań laboratoryjnych pobierano na ośmiu kierunkach, w odległości co 300 m, z głębo­ kości: 0-10, 20-30, 40-50 cm. Na każdym kierunku wytypowano 5 punktów, a jedynie na kierunku E uwzględniono 7 punktów, przedłużając strefę badań do 2100 m ze względu na przewagę wiatrów zachodnich.

W zebranym materiale wykonano następujące oznaczenia: — skład granulometryczny metodą areometryczną,

— zawartość Cu w wyciągu 2-procentowego H N 0 3 metodą Westerhoffa, Zn w wyciągu 0,1 N HC1 metodą ditizonową, S całkowitą metodą Bardsleya i Lancastera*

34 J. Drozd i in.

W celu wydzielenia stref glebowych o różnym stopniu zanieczyszczenia wprowa­ dzono wskaźniki wielokrotności nagromadzeń tych składników wyliczone na podsta­ wie średniej ich zawartości w niezanieczyszczonych glebach tego rejonu, opierając się na pracy D rozd a i K o w a liń sk ie g o [2]. Pozwoliło to poznać kumulację za­ nieczyszczeń na badanym obszarze oraz wydzielić strefy różnorodnego stopnia zagrożenia gleb gromadzącymi się składnikami, a także prześledzić ich przemieszcza­ nie pod wpływem naturalnych czynników środowiska (rys. 1-4).

Na podstawie badań terenowych określono przynależność typologiczną i gatun­ kową gleb oraz poczyniono obserwacje dotyczące wtórnych znian powierzchniowych gleb w strefie silnego ich zanieczyszczenia (rys. 5).

OMÓWIENIE WYNIKÓW

W rejonie badań występują gleby brunatnoziemne wytworzone z utworów py­ łowych ilastych oraz sporadycznie z glin lekkich i średnich pylastych. Są to z reguły gleby niecałkowite, zalegające na żwirach gliniastych, piaskach lub glinach. W skła­ dzie mechanicznym przeważają frakcje pyłu, stanowiące około 45%, a ilość części spławialnych wynosi 36-50% [2].

Małe zróżnicowanie typologiczne i gatunkowe, a zwłaszcza zbliżona zawartość części spławialnych i frakcji pyłowych, stwarzają podobne warunki gromadzenia i przemieszczania zanieczyszczeń [15].

Wychodząc z założenia, że zawartość przyswajalnych form niektórych składników decyduje bezpośrednio o wzroście i rozwoju roślin, w naszych badaniach oznaczy­ liśmy łatwo dostępne formy Cu i Zn oraz S całkowitą. Rozmieszczenie i ilość tych pierwiastków stanowi wskaźnik zanieczyszczenia gleb w rejonie badań (rys. 1).

M iedź. Duża ilość emitowanej wraz z pyłem do atmosfery miedzi powoduje jej znaczne gromadzenie w glebie. W warstwie powierzchniowej 0-10 cm ilość jej waha się w granicach 60-16 400 ppm, w zależności od kierunku i odległości od centrum emisji (rys. 1).

Największą kumulacją miedzi odznaczają się gleby bezpośrednio przyległe do źródła zanieczyszczenia, w których ilość Cu przekracza 100-krotnie (czasami nawet 500-krotnie) jej zawartość spotykaną w glebach nie zanieczyszczonych (*= 32 ppm). Strefa największej kumulacji miedzi jest wydłużona w kierunku wschodnim, gdzie sięga nawet do około 900 m (rys. 2a). Znaczny obszar badanego terenu zajmuje strefa, gdzie koncentracja miedzi jest ponad 10 razy większa, a jedynie na obrzeżach kierunku północno-wschodniego występują gleby o 2-krotnie wyższej koncentracji Cu niż w glebach nie zanieczyszczonych.

Podobnie jak w warstwie 0-10 cm, również na głębokościach 20-30 i 40-50 cm (rys. 2b i 2c) spotykamy dużą ilość miedzi, której najwyższa kumulacja obserwowana jest na niewielkim obszarze w pobliżu źródła emisji.

Cynk. W warstwie powierzchniowej 0-10 cm ilość cynku wynosi 7-910 ppm (rys. 1) i tylko na niewielkim obszarze w pobliżu źródła emisji (rys. За) przekracza 100-krotnie jego zawartość w glebach nie zanieczyszczonych (*=8,2 ppm).

Pozos-Cu, Zn, S i erozja gleb w rejonie huty miedzi ₃₅

38 J. Drozd i in.

Rys. 1. Nagromadzenie Cu, Zn i S w glebach w różnej odległości od centrum emisji na kierumkach o — N , b — N E, с —• N , d — SE, e — S , / — SW , g — W , Л - N W , i — C n, 2 — Zn, J — S

Cu, Zn and S accumulation in soils at different distances from the emission ecnter along the directions

40 J. Drozd i In.

Rys. 2. Strefy kumulacji miedzi na głębokościach

л — 0-10 cm; zawartość Cu w glebach nie zanieczyszczonych, 3ć=32 ppm, b — 20-30 cm; zawartość Cu w glebach nie

zanieczyszczonych, x = 10,6 ppm, с — 40-50 cm, zawartość Cu w glebach nie zanieczyszczonych, * = 4 ,6 ppm

Cu accumulation zones at the depths

a — 0-10 cm; the Cu content in non-contaminated soils, x = 32 ppm, b — 20-30 cm; the Cu content in non-contaminated

soils, x = 10,6 ppm, с — 40-50 cm; the Cu in content in non-contaminated soils, x = 4.6 ppm

tałe strefy rozmieszczenia Zn wydłużają się również w kierunku wschodnim, co świadczy o wpływie przeważających wiatrów z kierunku zachodniego na przestrzenne rozmieszczenie omawianego składnika.

Wpływ wiatrów na rozmieszczenie i kształt wydzielonych stref wielokrotności kumulacji Zn obserwuje się także na głębokościach 20-30 i 40-50 cm, chociaż oma­ wiany składnik nie przemieszcza się w glebie tak wyraźnie jak miedź (rys. 3b i c). Nieznaczną tylko translokację cynku w badanych glebach stwierdzono jedynie na obszarze wokół źródła emisji, gdzie koncentracja tego składnika była dwukrotnie wyższa.

Siarka. Ilość siarki w warstwie powierzchniowej wynosi 180-2100 ppm zależnie od odległości od centrum emisji (rys. 1), przekraczając niekiedy 100-krotnie jej zawartość w glebach nie zanieczyszczonych (.x=204 ppm). Podobnie jak Cu i Zn, również siarka wykazuje największą kumulację powierzchniową w pobliżu źródła emisji na kierunku wschodnim (rys. 4a). Siarka znacznie wolniej niż Cu przemieszcza się w głąb profilu glebowego, o czym świadczy układ wydzielonych stref na głębo­ kości 20-30 cm (rys. 4b). Podobnie w warstwie 40-50 cm (rys. 4c) spotykamy stosun­ kowo małe zmiany w zawartości siarki w porównaniu z glebami nie

42 J. Drozd 1 in.

Rys. 3. Strefy kumulacji cynku na głębokościach

a — 0-10 cm; zawartość Zn w glebach nie zanieczyszczonych, jć=8,2 ppm, b — 20-30 cm; zawartość Zn w glebach nie

zanieczyszczonych, 3ć = 4,3 ppm, J — 40-50 cm; zawartość Zn w glebach nie zanieczyszczonych, x<= 2,1 ppm

Zinc accumulation zones at the depths

a — 0-10 cm; the Zn content in non-contaminated soils л = 8.2 ppm, b — 20-30 cm; the Zn content in non-contaminated

soils л: = 4.3 ppm, с — 40-50 cm; the Zn content in non-contaminated soils 3ic=2.1 ppm

mi (x= 48 ppm). Maksymalne jej ilości odpowiadają strefie 2-10-krotnej koncentracji która pokrywa znaczny obszar badanego terenu.

Reasumując powyższe rozważania nad kumulacją i rozmieszczeniem Cu, Zn, S można stwierdzić, że kształt wydzielonych stref wielokrotności wskaźników zanie­ czyszczeń gleb wykazuje zależność od kierunku wiatrów, choć występują czasami pewne nieregulamości spowodowane oddziaływaniem czynników mikrosiedliskowych. Szczegółowa analiza wskaźników zanieczyszczeń dowodzi, że ich nagromadzenie w glebach rejonu badań zależy nie tylko od odległości od centrum emisji, ale również od zdolności przemieszczania się w profilu glebowym.

E r o z ja . W strefie największego zanieczyszczenia na kierunkach wschodnim i południowym spotykamy dużo gleb nie użytkowanych rolniczo. Powierzchnia ich w większości pozbawiona jest jakiejkolwiek roślinności, pokrywa ją warstewka emitowanych pyłów [2, 7], których niekorzystne oddziaływanie powoduje zanik roślinności. Jedynie w niektórych miejscach spotkać można płaty powoju i perzu. Pozbawione okrywy roślinnej tereny narażone są w większym stopniu na oddziały­ wanie niekorzystnych czynników powodujących niszczenie gleb w wyniku erozji wodnej. Występuje ona nawet przy stosunkowo słabo urzeźbionej powierzchni

44 J. Drozd i in.

Rys. 4. Strefy kumulacji siarki na głębokościach

a — 0-10 cm; zawartość S w glebach nie zanieczyszczonych jć = 204ppm , b —-20-30 cm; zawartość S w glebach nie

zanieczyszczonych, x = 100 ppm с — 40-50 cm; zawartość S w glebach nie zanieczyszczonych 5ć = 48 ppm

Sulphur accumulation zones at the depths

a — 0-10 cm; the S content in non-contaminated soils * = 204 ppm b — 20-30 cm; the S content in non-contaminated

soils, * = 1 0 0 ppm, с — 40-50 cm; the S content in non-contaminated soils, 5c = 48pp m

terenu, a sprzyja temu pyłowo-ilasty skład granulometryczny powierzchniowych utworów glebowych oraz zmniejszona wodoodpomość agregatów [2]. Wskutek tych procesów powstają erozyjne żłobiny, których głębokość sięga często 1,0 m. Niszczenie warstw powierzchniowych gleb zatrzymuje się na utworach podściela­ jących, które są bardziej odporne na procesy erozji wodnej (rys. 5). Na terenach zanieczyszczonych, objętych normalnymi zabiegami agrotechnicznymi, mimo gro­ madzenia się w nich znacznej ilości emitowanych składników nie obserwuje się tak silnej deformacji pokrywy glebowej.

Zjawiska te mogą wskazywać, że stosowane zabiegi agrotechniczne i uprawa roślin ograniczają niekorzystny wpływ zanieczyszczeń emitowanych przez hutę na glebę, a właściwy ich dobór może w pewnym stopniu zabezpieczyć obszary gleb przyległych przed postępującą powierzchniową degradacją.

WNIOSKI

Przeprowadzone badania upoważniają do wyciągnięcia następujących wniosków. 1. Spośród badanych wskaźników powierzchniowego zanieczyszczenia gleb naj­ większą kumulację przestrzenną wykazuje miedź, przed siarką i cynkiem, a strefy

Cu, Zn, S i erozja gleb w rejonie huty miedzi ₄₅

Rys. 5. Zmiany powierzchniowe gleb silnie zanieczyszczonych pod wpływem procesów przyspie­ szonej erozji wodnej

Superficial changes of strongly contaminated soils under the influence o f intensified processes o f water erosion

nagromadzeń omawianych składników uzależnione są od odległości od centrum emisji i kierunku wiatrów.

2. Kumulacja zanieczyszczeń w środkowych partiach profilów glebowych nie zawsze pokrywa się z ich koncentracją na powierzchni. Na głębokości 40-50 cm największą kumulację wykazuje miedź, przed siarką i cynkiem.

3. W strefie silnego zanieczyszczenia powierzchniowego zmieniają się bardzo niekorzystnie właściwości gleb, czego wyrazem jest zanik roślinności oraz potęgu­ jące się zjawiska erozji wodnej.

4. Z punktu widzenia społeczno-gospodarczego gleby zanieczyszczane należałoby objąć specjalnymi zabiegami agrotechnicznymi w celu polepszenia całokształtu ich właściwości, aby zabezpieczyć je w ten sposób przed pogłębiającymi się procesami niszczenia ich aktualnej i potencjalnej żyzności.

LITERATURA

[1] B a lic k a N., W ęg rzy n T., V a ra n k a M.: Wpływ pyłów kominowych z hut miedzi na mikroflorę gleby i roślin. Mat. Sesji Nauk. PAN: Wykorzystanie i ochrona środowiska ziem południowo-zachodnich Polski, 8-9.III.1974, Wrocław, 312-315.

[2] D r o z d J., K o w a liń s k i S.: Zmiany niektórych właściwości gleb pod wpływem zanieczysz­ czeń emitowancyh przez Hutę Miedzi „Legnica”. Rocz. glebozn. 28, 1977, 2, 49-75.

46 J. Drozd i in.

[3] D r o z d J., K o w a liń s k i S., L ic z n a r M.: Wlijanie industrializacji sriedy na powierch- nostnyje izmienienja poczwiennowo pokrowa w rajonie miediepławilnowo zawoda „Legnica” . 7 Mieżdunarodnyj Sympozjum „Rekultywacja landszaftow narusziennych promyszlennoj

diejatielnostju, PAN , Zabrze 3, 1980, 263-283.

[4] D r o z d J., L ic z n a r M., K o w a liń s k i S.: Kształtowanie się niektórych właściwości gleb w warunkach oddziaływania zanieczyszczeń emitowanych przez Hutę Miedzi „Legnica”. Zesz. probl. Post. Nauk roi. 1983, 242, 707-718.

[5] K o w a liń s k i S., D r o z d J., L ic z n a r M.: Wpływ zanieczyszczeń emitowanych przez hutę miedzi na skład ilościowy i jakościowy związków próchniczych. Mat. Sesji Nauk. PAN : Ocena degradacji naturalnego środowiska ziem południowo-zachodnich Polski, 11-12.XI.1977, Wrocław, 403-415.

[6] K o w a liń s k i S., D r o z d J., L ic z n a r M.: The influence of the distance of a copper smelter on the physico-chemical properties and organic compounds of soils. Polish Jour, o f Soil Sei. 12, 1979, 1, 11-18.

[7] K o w a liń s k i S., B o g d a A., B o r k o w s k i J., D r o z d J., L ic z n a r M. i inni: Wstępne ba­ dania nad wpływem zanieczyszczeń przemysłowych huty miedzi „Legnica” na zmiany nie­ których właściwości gleb. X IX Zjazd PTG, Komunikaty, Puławy-Kraków 1972, 296-304. [8] K o w a liń s k i S., L a s k o w s k i S., R o s z y k E., S z e r sz e ń L.: Wstępne wyniki badań nad

wpływem zadymienia i zapylenia na gleby huty miedzi Głogów. Mat. Sesji Nauk. PAN : Wy­ korzystanie i ochrona środowiska ziem południowo-zachodnich Polski, Wrocław 1974. [9] M ik la s z e w s k i S.: Wpływ zanieczyszczeń emitowanych przez huty miedzi na faunę glebową.

Mat. Sesji Nauk. PAN : Ocena degradacji naturalnego środowiska ziem południowo-zachod­ nich Polski, 11-12.XI.1977, Wrocław, 415-421.

[10] R e im a n n B., M ic h a jlu k L., B o r e w ic z A.: Szkodliwy wpływ niektórych form siarki na gleby terenów przyfabrycznych. Rocz. glebozn. 18, 1968, 2, 537-546.

[11] R o s z y k E.: Zanieczyszczenie gleb i roślin uprawnych Pb, Cu i Zn w rejonie huty miedzi. Zesz. probl. Post. Nauk roi. 206, 1978, 66-76.

[12] R o s z y k E., R o s z y k o w a S.: Wpływ hutnictwa miedzi na niektóre właściwości gleb i skład chemiczny roślin uprawnych. Cz. I. Pierwszy rok emisji. Rocz. glebozn. 26, 1975, 3, 277. [13] R o s z y k E., R o s z y k o w a S.: Wpływ hutnictwa miedzi na niektóre właściwości gleb i skład

chemiczny roślin uprawnych. Cz. II. Drugi rok emisji. Rocz. glebozn. 27, 1976, 4, 57-58. [14] S z e r sz e ń L., L a s k o w s k i S., R o k s z y k E.: Dynamika Cu. Zn i Pb w glebach strefy

ochrony sanitarnej huty miedzi „Głogów”. Mat. I Kraj. Konf.: Wpływ zanieczyszczenia pier­ wiastkami śladowymi na przyrodnicze warunki rolnictwa, 4-6.V.1978, Puławy, cz. I , 53-59. [15] T u r sk i R., B aran S.: Różnice typologiczne gleb jako wskaźnik stopnia zanieczyszczenia

środowiska metalami ciężkimi. Mat. I Kraj. Konf.: Wpływ zanieczyszczenia pierwiastkami śladowymi na przyrodnicze warunki rolnictwa, 4-6.V.1978, Puławy, cz. I, 71-76.

E. ДРОЗД, С. КОВАЛИНЬСКИ, М. ЛИЧНАР з о н а л ь н о й з а г р я з н е н и е п о ч в м е д ь ю, ц и н к о м и с е р о й, а т а к ж е э р о з и о н н ы е и з м е н е н и я п о ч в е н н о г о п о к р о в а в р а й о н е в л и я н и я м е д е п л а в и л ь н о г о з а в о д а Кафедра почвоведения Сельскохозяйственной академии во Вроцлаве Р е з ю м е Целью труда являлось исследование влияния медеплавильного завода на аккумуляцию и перемещение некоторых загразняющих элементов, а таюкз на вызванные ими изменена я в почвенном покрове. Установлено, что среди элементов поверхностного загрязнения почв

Cu, Zn, S i erozja gleb w rejonie huty miedzi ₄₇ самой высокой пространственной аккумуляцией характеризуется медь, а дальнейшие места в этом отношении занимают цинк и сера. Зоны аккумуляции этих элементов обусловлены расстоянием от центра эмиссии и направлением ветров. В почвенных профилях на глубине 40-50 см самую высокую аккумуляцию показывает медь, а затем сера и цинк. В зоне сильного поверхностного зягразнения исчезает растительный покров, снижается устойчивость почв деградации, а также происходит интенсификация эрозионных явлений, даже на совершенно плоских площадях.

J. D RO ZD, S. KOW ALlttSKI, М. LICZNAR

ZONAL CONTAMINATION OF SOIL WITH COPPER, ZINC A N D SULPHUR A N D SOIL COVER CHANGES U N D ER THE EROSION EFFECT IN THE COPPER M ETALLURGY

WORKS INFLUENCE REGION Department of Soil Science, Agricultural University of Wrocław

S u m m ary

The aim of the work was to investigate the influence of coopper métallurgie works on accumu­ lation and translocation o f some contaminants as well as to determine changes in the soil cover caused by them. It has been found that it is copper, which among the superficial contamination elements is characterized by the highest spatial accumulation; further places in this respect occupy zinc and sulphur. The accumulation zones of these elements depend on the distance from the emission centre and on the direction of winds. In the soil profiles at the depth of 40-50 cm the highest accumu­ lation shows copper and then zinc and sulphur.

In the zone o f a strong superficial contamination vanishes the plant cover, lowers the soil resis­ tance to degradation and occurs an intensification of erosion phenomena, even on quite flat areas.

Doc. dr hab, Jerzy Drozd Katedra Gleboznawstwa AR