S T E F A N Z IE M N IC K I , T A D E U S Z W Ę G O R E K , W Ł A D Y S Ł A W K O W A L
W S T Ę P N E B A D A N IA Z M IA N N IE K T Ó R Y C H W Ł A Ś C IW O Ś C I M A T E R IA Ł U ZIE M N E G O Z R E K U L T Y W O W A N E G O Z W A Ł O W IS K A
K O P A L N I S IA R K I
K ated ra M e lio ra c ji i B udow nictw a R olniczego A R w Lu blin ie
Zwałowisko kopalni odkryw kow ej powstaje z tzw. nadkładu. Nad kład ten, zdejm owany za pomocą koparek czerpakowych, jest transpor tow any taśmociągami i usypywany przez zwałowarki. Czynności te po wodują ogólne osłabienie struktury zwałowanego materiału polegające na zmniejszeniu jego spójności i zmniejszeniu kąta tarcia wew nętrzne go, powiększeniu wilgotności i zmianie stanu konsystencji [1].
Z upływem czasu — w wyniku działania procesów, które ogólnie można podzielić na destrukcyjne i twórcze — na zwałowisku w y tw a rza się stan równowagi. Z procesów o charakterze destrukcyjnym za sadniczą rolę odgrywa denudacja [4]. Do procesów twórczych m iędzy innymi należą: sukcesja roślinności i zw ierząt oraz procesy glebotwórcze.
W celu zahamowania procesów destrukcyjnych, a przyspieszenia twórczych, a więc ustabilizowania zwałowiska i stworzenia warunków do jego uproduktywnienia, stosuje się różne sposoby rekultyw acji. Jed nym z nich jest rekultyw acja leśna [2, 5, 6, 8, 9].
W niniejszej pracy przedstawiono w yniki pierwszego etapu badań nad zmianami zachodzącymi pod w pływ em rekultyw acji leśnej w w ierz chniej warstwie materiału tworzącego zwałowisko zewnętrzne odkryw kow ej kopalni siarki w Piasecznie.
C H A R A K T E R Y S T Y K A T E R E N U B A D A Ń
Zwałowisko, na którym wykonano badania, sypano w latach 1959- -1965. W zględna wysokość zwałowiska osiągała 45 m. W ierzchowina była silnie sfałdowana, a nachylenie zboczy dochodziło do 80°/o.
Nadkład zbudowany był z w arstw y czwartorzędowych piasków rzecznych i w arstw y trzeciorzędowych iłów krakowieckich. W trakcie zdejmowania nadkładu i usypywania zwałowiska m ateriały te zostały częściowo wymieszane zarówno w układzie poziomym, jak i pionowym.
Zwałowisko ulegało silnej erozji wodnej i w ietrznej oraz ruchom ma sowym [4].
W 1967 r. na powierzchni około 5 ha rozpoczęto pod kierunkiem Ziemnickiego prace rekultyw acyjne, które polegały na: wyrównaniu części wierzchowinowej, wykonaniu cieku odprowadzającego z w ierz chowiny nadmiar wód powierzchniowych, umocnieniu zboczy i w ąw o zów budowlami faszynowym i lub betonowymi, obsianiu roślinnością ziel ną i obsadzeniu drzewami i krzewam i {6, 8, 9].
Przed wprowadzeniem roślinności drzewiastej badany teren zasilo no nawozami mineralnymi (200 kg mocznika, 200 kg soli potasowej 40°/o, 320 kg superfosfatu na hektar) i obsiano mieszanką zielnych roślin mo tylkow ych [5].
Zespoły drzew i krzew ów wysadzono w latach 1967-1969. W ich skład weszły: A in u s g lu tin o sa , A . in c a n a , B e tu la v erru co sa , C a ra g a n a a rb o re s- cens, C o rn u s sa n g u in ea, C . sto lo n ifera, C o r y lu s a v e lla n a y L a r ix decidua, P ä d u s sero tin a, P in u s silv e s t ris , P o p u lu s trem u la, Q u e rcu s ro b u r, Q. ru b ra , Q. s e s s ilis , R o b in ia pseudoacacia, S y m p h o rica rp o s alb u s, T ilia cordata, V ib u rn u m o pulus.
Do 1973 r. na wierzchowinie stosowano w międzyrzędziach opielacz konny, a na zboczu okopywanie ręczne sadzonek słabo rosnących oraz nawożenie upraw azotem, fosforem i potasem.
Z A K R E S I M E T O D Y K A B A D A Ń
Badania glebowe wykonano na wierzchowinie (odkryw ki 4-6) i zbo czu o w ystaw ie północno-wschodniej (odkryw ki 1-3). A n a lizy wykona no w 1966 r. (rok po zakończeniu zwałowania), następnie w 1974 r. (siedem lat od rozpoczęcia zabiegów reku ltyw acyjnych) i w 1978 r. (11 lat od rozpoczęcia rekultyw acji).
Ze względu na silne zróżnicowanie materiału w układzie pionowym (ił, piasek) i z uwagi na to, że proces tworzenia się gleby rozpoczyna się od góry profilu, ograniczono się do przedstawienia zmian zachodzących w w ierzchniej warstwie (0-20 cm) materiału zwałowego.
Ustalono: skład mechaniczny — metodą Bouyoucosa-Casagrande’a w m odyfikacji Prószyńskiego, zawartość próchnicy — metodą nadman- ganianową, CaC03 — aparatem Scheiblera, pH w 1 N KC1 i w wodzie — potencjometrycznie, przyswajalne form y fosforu i potasu — metodą Egnera-Riehma.
W Y N I K I B A D A N
Badania makroskopowe w ierzchniej w arstw y materiału zwałowego wykonane w 1966 r. wykazały, że zbudowana ona jest z piasków drob no», średnio- i gruboziarnistych o układzie luźnym oraz z iłów. Piaski
mają barwę jasnożółtą, ciemnożółtą, żółtoszarą i żółtorudą. Zaw ierają zw ykle domieszkę żwiru o maksymalnej średnicy 2 cm (wapień, rogo wiec, granit). Ił ma barwę szarą lub szaroniebieską, jest plastyczny, ma układ zw ięzły, zawiera niewielką domieszkę żw iru i piasku. Analiza składu mechanicznego wykazała zawartość szkieletu 5,1 do 31,4°/o w piaskach, a 1,5 do 2,7% w ile. Zarówno materiały: ilasty, jak i piasz czysty, m iały odczyn obojętny i zasadowy (pH w granicach 6,9-8,4). T ylk o w kilku próbkach stwierdzono zawartość próchnicy w ilości 0,03- -1,68%. W tych samych próbkach stwierdzono obecność azotu w ilości 0,003-0,086%. Zawartość C aC 03 w materiale ilastym dochodziła do 26,29%. Zawartość przyswajalnego potasu i fosforu w m ateriale pia szczystym wynosiła w 100 g kilka mg, a w materiale ilastym kilkanaście mg.
Już w 1974 r. obserwowano wyraźne zmiany w m orfologii profilów piaszczystych [9], świadczące o stosunkowo szybko zachodzących proce
sach glebotwórczych, a w 1978 r. wyraźnie zaznaczyła się warstwa o miąższości od kilku do kilkunastu centymetrów, kolorem i strukturą zbliżona do w arstw y próchnicznej prawidłowo wykształconego profilu gleby inicjalnej. W m ateriale ilastym nie stwierdzono w arstw y próch nicznej (stosując barwę jako kryterium ). Jednak wyraźnie zarysowała się gruzełkowata struktura jego wierzchniej (kilkucentym etrow ej) w ar stwy. M ateriał ten nie zasklepia się przy dużej wilgotności i nie pęka przy wysychaniu.
N iżej podano opisy górnych partii profilów charakterystycznych od k ryw ek glebow ych (stan jesienią 1978 r.).
O d k r y w k a 1 — dolna partia zbocza, nachylenie 30%, młodnik ro- biniow y o zwarciu 80% (do 1975 r. z 50% udziałem olszy), zwarcie runa 40%, ściółka 0,5 cm
— 0 - 6 cm — warstwa próchniczna, szary piasek gliniasty lekki z ob toczonymi ziarnami kwarcu (o średnicy do 1 cm), burzy z HC1,
6-12 cm — szarożółty piasek luźny ze szkieletem głównie z kw ar cu, burzy z HC1,
12-30 cm — sinoszara z rdzawym i plamami glina lekka, szkielet z ziarn kwarcu i skał wapiennych, burzy z HC1,
O d k r y w k a 3 — górna partia zbocza, nachylenie 55%, młodnik brzo- zow y o zwarciu 60% z podszytem kaliny i dębu, zwarcie runa 70%, ściółka płatowo (pokrywa około 20% powierzchni)
0-30 cm — sinoszara glina średnia ilasta, szkielet z ziarn kwarcu i skał węglanowych, burzy z HC1.
O d k r y w k a 6 — wierzchowina, młodnik sosnowy o zwarciu 80%, zwarcie runa 30%, ściółka 1 cm
szkielet z ziarn kwarcu (o średnicy do 1 cm), nie burzy z HCl,
8-30 cm — żółty piasek słabo gliniasty, szkielet (o średnicy do 2 cm) głównie z obtoczonych ziarn kwarcu, nie burzy z HC1.
P rz y porównywaniu składu mechanicznego materiału zwałowego z lat 1966 i 1978 dają się zauważyć zmiany w udziale procentowym po szczególnych frakcji. W piaskach zm niejszyła się zawartość szkieletu i frak cji gruboziarnistych, a zwiększyła frak cji ilastych. Odwrotne zmia ny zaszły w materiale ilastym. Nastąpiło to w wyniku częściowego w y mieszania się piasków z iłem najpierw w trakcie w yrów nyw ania w ie rz chowiny i zakładania umocnień technicznych na zboczach, a później w czasie pielęgnacji upraw leśnych (spulchnianie międzyrzędzi, okopyw a nie sadzonek itp.).
Jednym z decydujących czynników warunkujących życie flo ry i fau ny glebow ej, a więc w sposób zasadniczy w pływ ającym na procesy
JC а Ь e 1 a 1 S k ład mechaniczny m a te r ia łu zwałowego w 1974 r .
/odkrywki 1, 2, 3 - na zb o czu , odkrywki 4, 5, б - na w ie rz c h o w in ie / M ech anical com po sition o f the dump m a t e r ia l in 1974 / ou tcrops Nos 1, 2 , 3 - on s lo p e , Nos 4 , 5 , 6 - on upland/
I r odkrywki Outorop No, Głębokość Depth cm S z k ie l e t S k eleto n %
Procentowa zaw arto ść c z ą s t e k o śre d n ic y w mm P e r c e n t u a l content o f p a r t i c l e s , o f mm l n d l a 1 -0 ,1 0 ,1 -0 ,-05 0 ,0 5 -0 ,-0 2 0 ,0 2 -0,006 0 ,0 0 6 -0,002 < 0,002 1 0 -5 11,3 85 2 2 4 1 6 5-10 9 ,3 90 1 3 1 1 4 15-20 19,8 65 5 3 4 11 12 2 0 -5 15,2 86 2 2 3 1 6 5-10 16,4 88 1 2 4 1 4 15-20 19,0 89 2 2 2 2 3 3 0 -5 8 ,5 47 5 7 10 9 22 5-10 8 ,9 43 4 5 11 6 31 15-20 15,5 43 3 5 19 13 17 4 0 -5 13,8 47 2 5 9 8 29 5-10 13,3 43 4 6 8 4 35 15-20 15,9 51 2 5 2 7 33 5 0 -5 6 ,6 72 3 5 5 5 10 5-10 5 ,4 71 2 5 7 4 11 15-20 8 ,5 84 2 4 4 1 5 6 0 -5 1,8 83 3 5 2 2 5 5-10 2 ,6 84 3 3 3 1 6 15-20 2,2 88 2 4 1 1 4
T a b e l a 2 Zaw artość pró ch n icy , węglanu wapnia ora2 odczyn w la t a c h J974 i 1978
The humus and. calcium carbon ate content and the r e a c t io n o f s o i l in 1974 and 1978
Nr odkrywki Outcrop No. Głębokość Depth cm Próchnica Humus % CaC03 * pH w 1 f>H in '1 N KC1N KC1 P ^ O 1974 1978 1974 1978 1974 1978 1974 1978 1 0 -5 1,18 2,71 0,72 1,94 6,8 7,0 7 ,2 7,1 5-10 0,30 0,39 0,17 0 ,7 4 6 ,7 7,1 7 ,3 7 ,2 15-20 0,19 0 ,5 9 0,00 1,84 6 ,3 7 ,0 7 ,2 7 ,4 2 0 -5 0,40 1,35 2,98 0 ,8 3 6 ,9 6,8 7 ,3 7,0 ' 5-10 0,48 0 ,3 3 4,47 0,62 7 ,0 6,8 7 ,4 7,0 15-20 0,41 0,21 5,79 0 ,8 3 7,1 6 ,8 7 ,6 7,0 3 0 -5 2,22 3,94 18,73 14,04 7,1 7,0 7,8 7,6 5-10 0,94 1,94 23,42 17,13 7 ,2 7 ,0 8 ,0 7 ,9 15-20 1,06 1,88 21,71 14,66 7,1 6 ,9 7 ,7 6,6 4 0 -5 1,64 2 ,2 3 16,57 14,38 7,1 6 ,9 7,8 7 ,4 5-10 1,35 1 , 1 6 1 6 , 0 1 15,21 7,2 6,9 7 ,7 7,5 15-20 0,90 0,77 20,50 1 6 , 1 6 7 ,2 7 ,0 7,7 7,5 5 0 -5 1,17. 2,59 0,04 0,40 6 ,4 7 ,0 6,8 7,5 5-10 1,07 1,87 2,29 0,21 7 ,0 6,8 7,5 7,6 15-20 0,98 0,55 0 ,6 3 0,00 6 ,9 5,0 7 ,4 5 ,3 6 0 -5 0,22 0,87 0,08 0,0 0 7 ,6 4 ,7 8 ,3 5 ,2 5-10 0,27 0,5 8 0,76 0,0 0 7,5 5,4 8 ,2 5,9 15-20 0,35 0,18 1,05 0,00 7 ,5 4,4 0 ,4 5 ,3 T a b e l a 3 P rz y s w a ja ln e formy f o s f o r u i potasu w mg/100 g w 1970 i 1978 i . / p ró b k i z warstwy 0 - 2 0 cm/
A v a i la b le phosphorus and potassium forms i n mg/100 g o f s o i l in 1970 and 1978 /sam ples from the la y e r o f 0-20 cm/
Nr odkrywki Outcrop P 2c'5 KgO 1970 1978 1970 1978 No.
mg/100 g zasobnośćabondance mg/100 g abondancezasobność mg/100 g zasobność
abondance mg/100 g zasobność abondance 1 6 ,4 n is k a low 5,3 n is k a low 6 ,0 b «n is k a v e ry low 12,0 n is k a low 2 2,6 b .n i s k a v e ry low 2,3 b .n is k a v ery low 1,3 b .n i s k a v e ry low 4,6 b .n is k a v e ry low 3 1,4 b .n is k a v ery low 7 ,4 n is k a
low 13,3 wysokah igh
25,8 wysoka h ig h 4 10,6х wysoka h igh 9 ,8 wysoka h ig h 14,7х wysoka h ig h 2 0,0 wysoka h ig h 5 1,6 b .n is k a v ery low 1,6 b .n i s k a v e ry low 5,7 b .n is k a v e ry low 11,4 n is k a low 6 1,0х b .n is k a v ery low 1,6 I b .n is k a very low I 1,0х b .n is k a v e ry low 4,5 b .n i s k a v e ry low x A n a liz y z 1972 r . - A n a ly z is from 1972
glebotwórcze, jest próchnica. W 1966 r. występowała ona tylko w nie których próbkach, przy maksymalnym udziale 1,68%. Już w 1974 r. stwierdzono jej obecność na całej powierzchni reku ltyw ow anej (badano warstwę wierzchnią do głębokości 20 cm) w ilości do 2,22%, a w 1978 r. ilość jej w jednej z próbek osiągnęła wartość 3,94% (tab. 2).
Iły krakowieckie wchodzące w skład materiału zw ałowego posiada ją znaczne ilości węglanu wapnia. Z biegiem czasu zawartość tego zw iąz ku ulegała zmniejszeniu i maksymalnie wynosiła: 1966 r. — 26,29%, 1974 r. — 23,42%, 1978 r. — 17,13% (tab. 2). Jest to proces korzystny, w p ływ a ją cy na obniżenie wartości pH. Zm iany w kierunku odczynu bardziej kwaśnego są jednak bardzo małe i wartości pH znacznie od biegają od korzystnych dla roślinności leśnej. Na obniżenie pH w p ływ a także wzrost ilości próchnicy.
Ocenę zasobności w fosfor i potas (tab. 3) podano w oparciu o ocenę zaopatrzenia gleb leśnych opracowaną przez К r a u s s a [3]. (W edług tej oceny nawożenia nie wym agają gleby o zawartości P 20 5 ponad 9 i K 20 ponad 12 mg na 100 g gleby). W okresie badań zawartość fosforu w zasadzie nie uległa zmianie, natomiast zwiększyła się ilość potasu. W zrost zawartości potasu można tłumaczyć zahamowaniem pobierania tego pierwiastka przez rośliny wskutek dużej ilości wapnia w podłożu.
P O D S U M O W A N IE
Uzyskane w yniki w ykazały możliwość stosunkowo szybkiej rekul tyw acji nieużytków górnictwa odkryw kow ego siarki. Mimo że od roz poczęcia reku ltyw acji upłynęło zaledwie 10 lat (od zakończenia zw ało wania 13 lat), uwidocznił się jej dodatni w p ływ na przyspieszenie pro cesów glebotwórczych, które w warunkach naturalnych przebiegają po woli.
Na stosunkowo szybkie tworzenie się gleby miało w p ływ zastosowa nie właściwych metod rekultyw acji. Już sama reku ltyw acja techniczna w yraźnie wpłynęła na polepszenie właściwości materiału oraz na pow strzymanie procesów hamujących powstawanie gleby. Na tworzenie się w arstw y próchnicznej decydujący w p ływ miała roślinność zielna i drze wiasta, wprowadzona w szerokiej gamie gatunków i w różnych kompo zycjach gatunkowych.
L IT E R A T U R A
[1] C h w a s t e k J.: W p ły w czynników górniczo-geologicznych na fo rm y zw a łowisk. Czasop. geogr. 41, 1970, 4, 409-425.
[2] D i m i t r o v s k y K .: F orestry reclam ation o f anthropogenous soils in the areas of the S okolov L ig n ite district. V yzk u m n y U staw M elioraci, Praha— Zbra- slav, 1976, 3-220.
irt-schaft durch Düngung und die sich daraus ergebenden Forschungsproblem e. Deutsche A kadem ie der Landw irtschaftsw issenschaften zu B erlin 9, 1961, 6. [4] R e p e l e w s k a - P ę k a l o w a J.: W spółczesne procesy m orfogenetyczne na
zw ałach kopalnianych (na przykładzie o d k ryw k ow ej kopalni siarki w P ia secznie). Ann. U M C S Sec. B, 28, 1973, 6, 107-126.
[5] T u r s k i R., M o z o ł a R.: W zrost i w artość n aw ozow a w ieloletn ich roślin m otylkow ych na zalesianym zw ale posiarkow ym . Arch. ochr. środow. 1978, l r 87-105.
[6] Z i e m n i c k i S.: Die Lösung des Problem s der W asserverhältnisse als G rund lage zur R ek u ltivieru n g einer K ippe. I V Sym posium über die W iedern au tz- barmachung, L e ip zig 1970, 57-65.
[7] Z i e m n i c k i S.: W p ły w kopalń o d k ryw k ow ych w okolicy Tarnobrzegu na przyrodę. Folia Soc. Scient. Lublinensis Sec. B, 14, 1972, 3-12.
[8] Z i e m n i c k i S., F i j a ł k o w s k i D.: Roślinność w prow adzona i naturalna na zboczu zw ału w Piasecznie. Zesz. probl. Post. Nauk roi. 1975, 170, 129-150. [9] Z i e m n i c k i S., W ę g o r e k T., K u c y p e r J.: W zrost roślinności d rzew ia stej na zw ałow isku zew nętrznym o d k ryw k ow ej kopalni siarki w Piasecznie. Zesz. probl. Post. Nauk roi. 1979, 222.
3. З Е М Н И Ц К И , Т. В Е Н ГО Р Е К , В. К О В А Л Ь П Р Е Д В А Р И Т Е Л Ь Н О Е О Б С Л Е Д О В А Н И Е И З М Е Н Е Н И Й Н Е К О Т О Р Ы Х С В О Й С ТВ Г Р У Н Т А Р Е К У Л Ь Т И В И Р О В А Н Н О Г О В С К Р Ы Ш Н О Г О О Т В А Л А С ЕРН О ГО Р У Д Н И К А К аф едра мелиорации и сельскохозяйственного строительства, С ельскохозяйственная академия в Лю блине Р е з ю м е Испытания бы ли проведены на склоне (разрезы 1-3) и на вершине (р азр е зы 4-6) наружного отвала открытой разработки (карьера) серного рудника в Пясечном. Отсыпка отвала проводилась в период с 1959 г. по 1965 г. Р е к у л ь т и вирование отвала бы ло начато в 1967 году. Проведены технические мероприя тия по выравниванию моверхности сильно волнообразной вершины и укреп лению (главным образом фашинными сооруж ениями) склонов, где протекали интенсивные эрозионные процессы. В годах 1967-1969 проведен бы л посев тра вянистой растительности и посадка деревьев и кустарников. Отвал слож ен из речны х песков и из краковецких илов. Во время р ек у л ь - тивационных работ составные части грунта бы ли частично перемешаны. Это способствовало улучш ени ю их свойств. Сравнение почвенны х анализов за го ды 1966, 1974 и 1978 изображает ход изменений возникаю щ их в поверхностном слое отвала. Особое внимание обращает отчетливое повышение количеств г у муса — начинает формироваться перегнойный горизонт. В 1978 г. его мощ ность к олебалась от н еск ольких до более десяти сантиметров. Эти изменения более отчетливо видны в песчаном материале.
S. Z I E M N I C K I , T . W Ę G O R E K , W . K O W A L
P R E L IM IN A R Y IN V E S T IG A T IO N S O N C H A N G E S OF SOM E P R O P E R T IE S OF T H E S O IL M A T E R IA L OF T H E R E C U L T IV A T E D
D U M P OF T H E S U L P H U R M IN E
D epartm ent of Laud R eclam ation and Ru ral B uilding Engineering, A gricu ltu ra l U n ivresity of Lublin
S u m m a r y
Th e respective investigations w ere carried out on a slope (outcrops 1-3) and upland (outcrops 4-6) of an outer dump of the sulphur strip mine at Piaseczno. T h e dump was heaped in the period 1959-1965. Th e recu ltivation was started in 1967. Technical measures consisting in le v e llin g of strongly w aved upland and in consolidation of in ten sively eroded slopes (m ain ly by means of fascine hurdles) w ere applied. In the period 1967-1969 herbaceous vegetation as w e ll as trees and shrubs w ere planted.
The dump is built o f r iv e r sands and clays. In the course of recu ltivation w orks these m aterials underwent a partial m ixing. In led to an im provem ent of their properties; Th e specification of soil analyses from 1966, 1974 and 1978 illustrates the line of changes occurring in the upper layer o f the dump. A p arti cular attention deserves a distinct increase o f the humus content. A humus layer began to form . Its thickness in 1978 varied from several to several teen centime ters. These changes can be most distinctly observed in a sandy m aterial.
•
M g r Tadeusz W ęg or ek Katedra Meli orac ji
i Bu d ow ni ct wa Rolniczego A R I.ublin, ul. Leszczyńskiego 7
