Podstawy klasyfikacji gruntów dla rekultywacji skarp budowli ziemnych

ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ Serial BUDOWNICTWO Z. 74

________ 1991 Nr kol. 1127

Darzy MAKOWSKI

Politechnika Warszawska

PODSTAWY KLASYFIKACJI GRUNTÓW DLA REKULTYWACDI SKARP BUDOWLI ZIEMNYCH

Streszczenie. Klasyfikacja gruntów rekultywowanych aa inny cha­

rakter nil standardowa dla gruntów budowlanych. Ponieważ główny«

zadaniem rekultywacji Jest biologiczno-inZynlsrskle zagospodarowa­

nie skarp i zabezpieczenie ich przed erozja, konieczne Jest stworze­

nie kryteriów i ustalenie metod postępowania oraz doboru składników odżywczych i kompozytów wzbogacających. W pracy podano podstawowe czynniki rozwoju roślin, wpływy granulacji gruntu, wody 1 powietrza oraz zapotrzebowania na kompozyty wzbogacające rekultywację jak rów­

nież tabele klasyfikacyjne.

1. wsTąp

Rekultywacja gruntów aa za zadanie przygotowanie ich do biologiczno-in- żynierskiego zagospodarowania. Zagospodarowanie takie jest niezbędne dla stworzenia warunków do kontroli erozji powierzchniowej, przygotowania grun­

tu mineralnego do produkcji oraz rewegetacji roślinnej. Podstawowy« aediu«

w rekultywacji jest nośnik biologiczny, który« powinna być gleba, s jeśli grunt jest płony, to substancje ję zaatępujęce lub współdziałajęce w wy­

tworzeniu jej głównych składników odżywczych. Dlatego konieczne Jest do­

kładne każdorazowe ustalenie, czy dany grunt posiada dostateczne ilość składników do zagospodarowania biologicznego w ogóle, a następnie, czy dla projektowanego typu wegetacji będzie się nadawać: w ty« celu konieczne będę nie tylko standardowe analizy geotechniczne, ale również gleboznaw­

cze i środowiakowo-biologiczne. Wpływ będzie sieć również powlęzanle za­

gadnień stateczności zboczy 1 skarp z wegetatywny«! «ożliwościaai rozwoju roślinności na nich w funkcji ich pochylania.

2. PODSTAWOWE CZYNNIKI ROZWODU I WZROSTU ROŚLIN

Podstawowe składniki «asy roślinnej, tj. węgiel,wodór i tlen, stanowlę- ce od 94 do 99,5% «asy, sę pobierane przez roślinę z powietrza i wody. Po­

zostałe 6 do 0,5% elementów «asy roślinnej stanowię składniki odżywcze, po­

bierane z gleby. Ten niewielki % składników odżywczych pobierany z globy

36 3. Makowski

Rys. 1. Zestsw minerałów stałych, wody 1 powietrza dajęcy ośrodek grunto­

wy o dobrych warunkach wzroatu roślin

Fig. 1. Coapoaltlon of aolld Binerais, water and air glvlng proper soli conditions for good plant lite

aa dacydujsce znaczenie dla wzrostu rośliny 1 może być kontrolowany przez regulowany dopływ nawozów oraz wapna. Poza tya elementami wpływu będę czyn­

niki środowiskowa, podane w tabeli 1. Zestaw podstawowych minerałów, wody i powietrza Ilustruje rys. 1.

Tabela 1

Czynnik Miejsce występowania

Nasłonecznienia Teaperatura Zawartość C02

Fauna 1 flora otaczajęca Woda

Tlen

Czynniki odlywcze Kwasowość (pH)

atmosfera i gleba

nad 1 w gruncie głównie w gruncie

2.1. N a s ł o n e c z n i e n i a jest najniezbędniejszym czynni- klaa wzrostu wszystkich roślin. Kontrolę intensywności nasłonecznienia solna przeprowadzić drogę doboru liczby sadzonek na danym obszarze rekul­

tywacji. Nalały jednak paalętać, la zbyt wielka liczba roślin stwarza

Pod»t»wy klasyfikacji gruntu.. 37

strefy cienia, co powoduj» zmniejszenie produkcji pokarmu, a tym saaya hamuje wzrost roślinj ten eam skutek daje umieszczenie obok eiebie sadzo­

nek o różnej wysokości - wyZsze zacieniaj« niZsze, co utrudnia ich normal­

ny wzrost.

2.2. T e m p e r a t u r a na duZe znaczenie dla kiełkowania nasion i wzrostu roślin ze względu na jej wpływ na parowanie, fotosyntezę, oddy­

chanie oraz absorpcję wody z pożywienia, pobieranę przez układ korzeniowy.

2.3. D w u t l e n e k w ę g l a , chociaZ tworzy tylko 0,23% atmo­

sfery, jest niezbędny do Życia roślin, gdyZ dzięki fotosyntezie umożliwia tworzenie się komórek masy organicznej, dajęcej przyrosty. Wzrost, nawet bardzo niewielki, C02 w atmosferze przyspiesza przyrosty, ale w gruncie powoduje zmniejszenie zawartości tlenu, a tym samym zahamowanie przyswa­

jania przez układ korzeniowy wody i pokarmu.

2.4. F a u n a i f l o r a otaczajęce, szczególnie niZsze formy organizmów jak bakterie i grzybnie, maję wpływ niszczęcy; odnosi się to również do niektórych owadów i gryzoni.

2.5. W o d a w g r u n c i e Jest podstawowym czynnikiem życia organicznego - przy rekultywacji wzrost wszystkich roślin jest proporcjo­

nalny do ilości wody w gruncie. Zawartość wody w gruncie może być sklasy­

fikowana z punktu widzenia Życia organicznego w 3 stanach: nasycenia wodę z wyparciem zawartego w porach gruntu powietrza (stan po deszczach nawal- nych lub zatopienia powierzchniowego), aeracjl i poboru wody przez rośliny

(stan w okresie procesu wsiękania i przechodzenia wody z warstwy przypo­

wierzchniowej w głęb warstwy gruntu), przesuszenia gruntu w wyniku absorp­

cji 1 wessania wody przez rośliny oraz wysychania powierzchni gruntu (gra­

niczny stan absorpcji, w którym roślina zaczyna odczuwać brak wilgoci).

MoZna wyróżnić 4 charakterystyczne czynniki, odnoszęce się do gleby (gruntu), determinujące możliwość absorpcji wody, jej magazynowanie w po­

rach gruntu i pobieranie przez układ korzeniowy rośliny, będę to: uzlar- nienie, struktura, zawartość części organicznych i grubość warstwy. Popra­

wa jednego z tych czynników zazwyczaj wpływa na pozostałe.

2.5.1. U z l a r n l e n i e pozwala na łatwę klasyfikację gruntów na podstawie granulacji oraz Jej znaczenia dla poboru i magazynowania wo­

dy w gruncie. Grunty o uziarnienlu grubym (z przewagę frakcji piaszczy­

stej) charakteryzuję się dobrę przepuszczalnością wody, ale również bra­

kiem własności retencyjnych, niezbędnych dla zasilania roślin. Grunty o u z i e m i e n i u drobnym z przewagę koloidów (z przewagę frakcji ilastej) utrud­

niaj ę przepływ i przenikanie wody, ale po nawilgoceniu zatrzymuję wodę.

Najkorzystniejszy Jest taki rozkład uziarnienia, aby stosunek objętości porów do objętości materiału stałego był 1:1 (rys. l), oraz charakteryzo­

wał się udziałem 50% makro- i 50% mikroporów, gdyż wtedy zapewniany będzie

38 3. Makowski

dobry dopływ wody waiąkowej 1 kapilarnej do układu korzeniowego oraz Jago prawidłowa napowlatrzenia.

2.5.2. S t r u k t u r a aodyflkuja właściwości gruntu 1 to zazwy­

czaj w korzyatny sposób, tworząc charakterystyczne foray cząstek, Grunty piaazczyata klasyfikuję elę Jako o jednorodnya u z i e m i e n i u , ilasta jako

•aeywna (zwarta) o nialicznaj liczbie aakroporów; oba te typy najczęściej występuj« w gruntach rekultywowanych. Korzyetne dla biocenozy zalany w gruntach rekultywowanych wytwarzaj« wazelkie procesy gnilna, połączcie z rozprzaatrzanianlaa ei« roślin o silnie rozwiniętych ukłedach korzeniowych.

Mlkroorganlzay, inicjujące procesy gnilne Baterii organicznej, powoduj«

tworzenie się akupln zlarn plasku, przekształcając strukturę jednorodnę na różnozlarnletą; podobne przesiany strukturalne aaję niejsce w gruntach spoistych, gdzie struktury aasywns (zwarta) przekształca się w blokową, zbliżoną fora« do różnoziarnistej. Ważny też jest wpływ minerałów; sód i jego sole powodują rozpad cząstek, tworząc struktury drobnoziarniste w gruntech niespoistych 1 zwarte w spoistych, wapno, odwrotnie, stwarza tendencje do tworzenia struktury gruboziarnistej.

2.5.3. S k ł a d n i k i o r g a n i c z n e w g r u n c i e aaj« b. duża znaczenie dla rekultywacji gruntu, a przede wszystkim dla wody w nich zawartej Jako nośnika odżywek w cyklu biologicznym życia roś­

lin. Składniki organiczne, które aą produktem rozpadu aaterii roślinnej 1 zwierzęcej, aogę występować w formie płynnej, mulistej i plastycznej (soki, naauły, żywice).

2.5.4. G r u b o ś ć w a r s t w y g r u n t u umożliwiająca pobór wody przez strefę korzeniową rośliny, może być również elementem decyzyjnym przy procesach rekultywacyjnych. Grubość tę określa się Jako odległość od powierzchni gruntu w dół do powierzchni uniemożliwiającej wzrost rośliny poprzez niedopuszczanie absorpcji wody i pobierania odży­

wek, Może to być warstwa skały lub odkład materiałów toksycznych (np. na wysypisku śmieci), bardzo zagęszczonego gruntu (np. na hałdzie) albo też poziom zwierciadła wody gruntowej, stsgnującej na warstwie nieprzepusz­

czalnej. Z obserwacji wynika, że minimalną grubością warstwy gleby rodząj- nej na odcinającej podbudowie, zapewniającej dopływ wody i odżywek do stre­

fy korzeniowej, jest 0,3 m. Nasycenie warstwy gruntu wodą będzie również elementes hamującym wzrost roślin (poza bagiennymi) ze względu na niedo­

bór tlenu oraz zbytnie rozcieńczenie odżywek mineralnych i wymagane będą w tym przypadku zabiegi odwodnieniowe die poprawy warunków wodnych, w przypadku grubych warstw z gruntów niespoistych (np. hałdy kopalniane, energetyczne) lub kamienistych konieczne jest wytworzenie warstwy zagęsz­

czonej , słabo przepuszczalnej, e na niej usytuowanie warstwy gleby rodzaj- nej o grubości co najmniej 0,75 m.

Podstewy klasyfikacji gruntu.. ₃₉

2.6. N a p o w i e t r z e n i e (tlen) aa ogroane znaczenie ola wzrostu roślin. Decyzyjnya eleaentea aożliwości napowietrzenia gruntu t ą makropory, gdyż w nich głównie może być aagazynowane powietrze (aikropory zazwyczaj sę magazynem wody w gruncie). Dlatego co najmniej jedna warstwa przypowierzchniowa nie aoże być zagęszczona więcej niż do wartości masy objętościowej 1,3 g/cm3 w gruntach o strukturze zwartej i 1,7 g/cm3 w gruboziarnistych.

2.7. S k ł a d n i k i p o k a r m o w e (odżywki), a jest ich aż ca 20 różnych elementów, potrzebne sę do życia roślinom, aby mogły wzra­

stać 1 rozwijać się właściwie. 95% roślin potrzebuje ich 6; sę to: azot, fosfor, potas, siarka, wapno 1 magnez. Te elementy zazwyczaj wchodzę w skład nawozów stosowanych w rekultywacji gruntów. Tabela 2 zawiera 15 naj­

bardziej potrzebnych dis roślin pierwiastków jako źródła tych eleaentów, zaś rys. 2 cykl obiegu składników odżywczych w systemie grunt-roślina-atao- sfera, a rys. 3 w cyklu grunt-roślina. Tabela 3 przedstawia warunki grun­

towe mogęce wytworzyć niedobór aikroekładników w roślinach.

2.8. K w a s o w o ś ć g r u n t ó w stwarza problemy w rekulty­

wacji gruntów na hałdach kopalnianych i poprzemysłowych, polegajęce na spowolnionym wzroście roślin oraz konieczności ich doboru siedliskowego.

Problemy te można podzielić na 3 grupy: zmniejszenie możliwości poboru składników odżywczych, zwiększenie toksyczności, zmniejszenie działalności mikroorganizmów.

Rye. 2. Cykl oblegu skladnikôw odZywczych w uklsdzle roillna, grunt i atao sf ers

Fig. 2. Natrient circulation cycle between plant, soil and atmosphère

40 3. Hakowaki

Rys. 3. Drogi obiegu składników odżywczych w cyklu grunt - roślina Fig. 3. Circulation paths of nutrients between soil and plant

Tabela 2

"C02 * z ataosfery

■h2o- w gruncie

■°»

z ataosfery

pierwiastki che. w HgO 1 w gruncie

węgiel *C" wodór "H* tlen "0" azot "N", fosfor "P", potas *K", wapń "Cs“ , asgnaz "Mg", slarks "S", żelazo "Fe", cynk "Zn", aiedż "Cu", aangan "Mn", molibden "Mo", bor "B".

Podstawy klasyfikacji gruntu.. 41

Tsbsla 3 Warunki gruntowe aogęce wytworzyć niedobór alkroskładników odżywczych

w trawach 1 roślinach strączkowych

Mikroekładnik Warunki gruntowe Roślina

Bor "B"

Suche grunty piaszczyste

grunty bardzo kwaśne o niskiej p H , grunty przewapniowane o bardzo wyaokia pH

etręczkowe

Miedź "Cu" Grunty piaszczyste, przeważnlowa- ne o wyaokia pH

trawy

Żelazo "Fa" Grunty alkaliczna o wyaokia pH, nadaiar fosforu

trawy

Mangan "Mn" Grunty piaszczysta, alkaliczne i wapniowe

strączkowe

Molibden "Mo”

Grunty kwaśna, wyługowane, niskie

pH strączkowe

Cynk "Zn"

Grunty piaszczysta, wapienne o nad- alarze foaforu, wysokie pH trawy

Rysunek 4 Ilustrują graficznie powyższe probleay w sposób Ilościowy.

pH

( .0 4.5 5.0 5.5 5.0 5 .5 7.0 7.5 5.0 5.5 9.0 9.5 10.0

Rys. 4. Wpływ kwasowości gruntu na przyswajalność składników odżywczych 1 aktywność aikroblOlogiczn« (aaksyaalnya wartościoa odpowiadaj« najwięk­

sza szerokości na wykresie)

Fig. 4. Influenca of soil acidity on nutrients aaalallatlon and a g r o b i o ­ logical'activity (.greatest breadth on the graph rsprsssnts aaxiaua value;

42 3. Makowski

3. ELEMENTY KLASYFIKACJI GRUNTÓW REKULTYWOWANYCH

Pierwszy« slsaantea klasyflkujęcya Jest podział obszarów rekultywowa­

nych wg ich pochodzenia. Podstawowy« będzie podział nat

1) obszary nieużytków naturalnych (żwirowiska, kaaieniske, wyday, goło- górza),

2) obszary nieużytków komunikacyjnych (skarpy budowli zlewnych, obsza­

ry «lędzyekarpowa, pasy gospodarcza 1 obszary techniczno-technologiczne drogowa i kolejowa),

3) obszary nieużytków poprzeaysłowych (górnictwa podziemnego 1 odkryw­

kowego, górnictwa aurowców skalnych, zakładów wzbogacania surowców, zakła­

dów hutniczych, przaaysłu chealcznago i energetycznego),

4) obezary nieużytków koaunalnych (wysypiska śmieci, gruzu, odpadów spo­

żywczych 1 przetwórstwa apoZywczego, laguny osadników ściekowych).

Następnya podziałem klasyfikacyjny« będzie klasyfikacja gruntów rekul­

tywowanych pod kętea trudności rewegatacji roślinnej na nich.

Będzia alę ona składać zt

1) charakterystyki chemicznej gruntów i podłoży antropogenicznych, 2) charakterystyki gruntów przekształconych i podłoży antropogenicz­

nych pod kętea aoZliwości ich rekultywacji 1 Jej stopnia trudności, 3) wybranych właściwości chealcznych 1 składników pokarnowych oraz za­

wartości pierwiastków śladowych w gruntach przekształconych i podłożach antropogenicznych,

4) aysteaatykl działalności rekultywacyjnej - tabela 4 (jako przykład).

Tak przyjęty podział klasyfikacyjny daje narzędzie do opracowywania prograaów rekultywacyjnych, które powinny być jeszcze uzupełnione proce­

sami technologicznymi zgodnie z posiadanymi środkami t e c h n i c z n y m rekul­

tywacji «echanlcznej.

4. PODSUMOWANIE I WNIOSKI

Przeprowadzone analizy 1 przedstawiony aateriał klasyfikacyjny gruntów rekultywowanych wskazuję, Zei

- grunty rekultywowane. Jako obejaujęce zarówno grunty przetworzone. Jak 1 antropogeniczne, ni* nogę być klasyfikowane ani wg kryteriów odnoszę- cyeh ale do gruntów buoowlanych ani odnoezęcych się do gruntów rolnych czy ogrodniczych,

- aczkolwiek przy ich klasyfikacji podstawowym czynnikiem Jest percepcja biologiczna, psraaetry glebowe sę tylko Jednya z czynników klasyfikacyj­

nych ,

Systematyka działalności rekultywacyjnej

Podstawy klasyfikacji gruntu.. 43

t * s-

«

S_{H U c}

C 3 ■

•»•Ol o 4-»u 5 au a«

I HJI • •

C C 3 I

• » H - o C

• •oO n k S

CL O O. *

i l e

3 «4 O

n o o >

C «£

> • X O

« *» O >

: • *» c h • 55 _{■ >}

C 3

*» O O L.a Ł

U a-i

X • O I

0 * ł C H

> c • o

•w • •» >»

3 44 • • X

-o •>£> X O

*» 3 O >

O • • *» C

” 2 i

•* *X

O H 3

a c u

m

3 -W

U C • X

“O •» • ■ X o

ON

i

2

• X • C N O C

NX

i. 9 ** • C 3 0*5

ITT 77 H «HX N

44 w 4 ««4

«H O >

3 C a# • a* C

• i. >

r-l • C O *» ■ N N • • >

• •• I I

■H C ■ O O «X N 44 OC ■

3 C • *» C

li a4 i I

4X4 CH N

H O OH O • • «4 • «4 *4 k • c c e 1 M n N 4 i a O r

3 0 0 >*» •» f f a s ? : * !

S»o Sf

• O w4

w

4 C

t o n

■O nO SL!

14 4 1

OON t

• *4

«4 C

aa «4

H ■ g -4 •O n

■H • C

C

-o oN *• X

s:

H o«4 j

%

• f s e a A i T " «

3. Makowski

- koniaczna Jest uwzględniania w klasyfikacji potrzab gruntu rekultywowa­

nego odnośnie do podniesienia jego wartości odżywczych w celu uaożli- wiania rawagatacji roślinnej,

- konieczne Jest uwzględnienie w klasyfikacji historii wytworzenia gruntu rekultywowanego oraz Jego paraaetrów geotechnicznych i chemicznych.

LITERATURA

Kirkley E . A . , Mangel K. , Principles of plant nutrition. Inter. Potash Inst., 3-erd Ed., Bern 1982.

M LY l* e *s »« 3 r -. Surface alne reclewatlon aanual. Elsevier, N . Y . , USA, 1987, s. 268.

Q3] Mueller G . , Bodenkunde. VEB Lendwirtschaftsverlag, Berlin 1980.

[V]

Ziaja , Ochrona i rekultywacja zasobów glebowych. Mat. Syepozjua, 06. 6-7, IMUZ, Falenty 1983, s. 12.

Recenzent< Doc. dr hab. in*. Kazielerz Klosek

Wplynflo do Redakcjl 8.2.1991 r.

PRINCIPLES OF SOIL CLASSIFICATION FOR RECLAMATION OF EARTH STRUCTURES SLOPES

S u a a a r y

Claeaification of reclaaad soils is different thahthe standard one.

The aaln goal of reclaaatlon is ths viological - engineering slope culti­

vation and protection against erosion - therefore it is vital to elabora­

te criteria and proceeding aethods for this purpose as well as to deterai- ne the nutrients and enriching coaponents. The paper presents the basic gronth factors of plant life, the influence of soil pasticles size, water and eir content as well as of enriching coapotente for reclamation. Clas­

sification standards are added.

OCHO&i KJIACCHftHKAUHH ITyHTOB AJK B0CC03JUHHH OIKOCOB SEMJiHHHY n m w mrMHtf

? e s k u e

K z a c c m J i j i K a m i J t B o c c o s A a e i M X r p y H t o B aueet x p y r o * x a p a x i e p q e a c t a a j i a p i a a * K z a c c a i p a K a i i B X t u C T p o a t e x M u x r p y a t o s , Oc h o b b oS s a x a R e t a o c c o a A a B a e v u z r p y a x o B B B z a e t c z S i o x o m e c x B - u x e H e p s o e o c B a e s a e o t k o c o b b b z a a j u t t a o t

Podłtawy klasyfikacji gruntu,. 45

»po3HK. HeoöiOÄHMbM xBjwercx npH s t o k coaxaaae xpasepaes m onpexexeaae neio- AOB BoccosAasaHHJi o T K o c o B , a taxas noxöopa o c h o b h h x natarexBaux a x e n e a t o s e

oöoraiHiejiBHHx k o m h o s h t o b • B paôoie npeActaBneau o c b o b b h s (Jaxtopn passata*

pacieHzt, BBHaaae rpaayaxuaa rpynioB, b o x h b Boaxyxa a a BoccoaxaBaeime o t k o -

CH, B o3H H K a e i B60ÖXOXBMOCTB IIOXpeOxeSBX OOoraXBteXBBHX K0MH03HX0B XXX BOO-

oo3xaHHX rpyatoB, a t a x a s h s o Ö x o x h m o c t b b c o s a & h h h xxaccH$xxaTEo bh ux taóxaa»