Właściwości gleb z miejsca składowania siarki

46 K. SO£EK-PODWIKA, K. CIARKOWSKA

http://versitaopen.com/ssa oraz http://versita.com.ssa

WSTÊP

Badaj¹c wp³yw górnictwa siarkowego na œrodowi-sko glebowe, najwiêcej zainteresowania poœwiêca siê glebom znajduj¹cym siê na polach górniczych. Sto-sunkowo rzadko zwraca siê uwagê na negatywne od-dzia³ywanie na œrodowisko przyrodnicze procesów ma-gazynowania, transportu i przetwórstwa siarki, dlago te¿ istotna staje siê analiza w³aœciwoœci gleb na te-renie sk³adowiska siarki. Metoda magazynowania ze-stalonej siarki w wysokich pryzmach bez zadaszenia, powoduje bezpoœredni kontakt siarki elementarnej z gleb¹, penetracjê zwi¹zków siarki w g³¹b gruntu oraz wywiewanie jej ze sk³adowiska.

Po zakoñczeniu eksploatacji zdegradowane tere-ny kopalni „Grzybów” zosta³y poddane zabiegom rekultywacji, której zakoñczenie zgodnie z decyzja-mi addecyzja-ministracyjnydecyzja-mi planowano na grudzieñ 2006 roku [Zardzewia³y 2006]. Rekultywacja gleb tego te-renu nie przynios³a jednak zadowalaj¹cych efektów. Nadal pozostaj¹ du¿e powierzchnie nieporoœniête ¿adn¹ roœlinnoœci¹, co œwiadczy o ca³kowitym znisz-czeniu w nich ¿ycia biologicznego [So³ek-Podwika, Ciarkowska 2006]. Niniejsze badania stanowi¹ kon-tynuacjê wczeœniej prowadzonych przez autorów prac badawczych [So³ek-Podwika, Niemyska-£ukaszuk, Ciarkowska 2004, 2005] obejmuj¹cych problemy gleb

silnie przekszta³conych w wyniku eksploatacji z³ó¿ siarki.

Celem pracy by³o okreœlenie w³aœciwoœci gleb wystêpuj¹cych w miejscu, gdzie w latach 60. i 70. XX wieku magazynowano siarkê wydobyt¹ na tere-nie Kopalni „Grzybów”.

MATERIA£ I METODY BADAÑ

Gleby do badañ pobrano w 2009 roku z 3 profilów, wykonanych na obszarze sk³adowiska zlokalizowane-go na terenie Kopalni Siarki „Grzybów”, gdzie w la-tach 1966–1996 prowadzono eksploatacjê z³ó¿ metod¹ podziemnego wytopu. Wytypowany do badañ obszar (gleba profilu 1 i 3) pokryty by³ jasnym, wrêcz bia-³ym, czystym piaskiem kwarcowym. Martyn i wspó³-pracownicy [2002] podaj¹, i¿ wystêpuj¹cy na terenie kopalni siarki piasek, pozbawiony jest substancji or-ganicznej i agregatów glebowych. P³aty roœlinnoœci pio-nierskiej wystêpowa³y tylko na niewielkich powierzch-niach, które pokryte by³y siewkami brzozy brodawko-watej – gleba profilu 2. Materia³ do badañ laboratoryj-nych pobrano z wszystkich poziomów, wydzielolaboratoryj-nych na podstawie zaobserwowanego w czasie prac tereno-wych zró¿nicowania morfologicznego.

W pobranym materiale glebowym oznaczono: sk³ad granulometryczny metod¹ areometryczn¹ Casagran-KATARZYNA SO£EK-PODWIKA, KRYSTYNA CIARKOWSKA

Katedra Gleboznawstwa i Ochrony Gleb, Uniwersytet Rolniczy w  Krakowie

W£AŒCIWOŒCI GLEB Z MIEJSCA SK£ADOWANIA SIARKI

PROPERTIES OF SOILS FROM THE PLACES

WHERE SULPHUR WAS STORED

Abstract: Investigating the impact of sulphur mining on soil environment we rarely consider the negative impact on the natural

environment of sulphur storage, transport and processing. The aim of the study was to determine properties of soils occurring in the place where, in the 1960’s and 70’s of 20th century, elementary sulphur mined from the area of Grzybów Mine was stored. A migration of sulphur compounds through the soil profile can be examined not only from the viewpoint of soil degradation, but also as the threat to the natural environment of the area. In the Tarnobrzeg Sulphur Basin, in which the sulphur mine Grzybów is included, as a result of geo-mechanical transformations new, specific hydrological conditions were formed, which are characterized by a high level of ground water. Native sulphur occurring in deeper soil horizons, as a result of transformations, forms the sulphuric acid, which throughout decreasing soil water pH, contributes to the disturbances of chemistry of underground water.

S³owa kluczowe: gleba, sk³adowisko siarki, degradacja Key words: soil, sulphur storage, degradation DOI: 10.2478/v10239-012-0024-1

ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE – SOIL SCIENCE ANNUAL Vol. 63 No 2/2012: 46–48

47 W£AŒCIWOŒCI GLEB Z MIEJSCA SK£ADOWANIA SIARKI

de’a w modyfikacji Prószyñskiego, pH potencjome-trycznie w H₂O i 1 mol KCl·dm–3_{, kwasowoœæ} hydro-lityczn¹ w 1 mol·dm–3 _CH

3COONa metod¹ Kappena, kwasowoœæ wymienn¹ w 1 mol·dm–3 _{KCl, zawartoœæ} wymiennego glinu metod¹ Soko³owa, CaCO₃ metod¹ Scheiblera oraz siarki ogó³em i siarczanowej wed³ug zmodyfikowanej metody Barsley’a-Lancastera. W uzy-skanych przes¹czach pomiar zawartoœci oznaczanych form siarki przeprowadzono technik¹ ICP-AES z u¿y-ciem aparatu IY 238 Ultrace.

WYNIKI I DYSKUSJA

Wyniki przeprowadzonych oznaczeñ wybranych w³aœciwoœci fizykochemicznych badanych gleb przed-stawiono w tabeli 1. Analizowane gleby zaliczono do utworów lekkich, o sk³adzie granulometrycznym pia-sków o zmiennej zawartoœci czêœci sp³awianych (od 3 do 18%) i niekiedy podwy¿szonej zawartoœci frakcji py³u (od 26 do 32%). Charakteryzowa³y siê one bar-dzo kwaœnym odczynem, pH w 1 mol·dm–3 _KCl mie-œci³o siê w granicach od 2,35 do 4,60. Tylko 20% poziomów badanych gleb mia³o odczyn obojêtny, (pH 6,78–7,04) który by³ determinowany obecnoœci¹ wêglanu wapnia (6,1–34,1%), wprowadzonego do gle-by w wyniku prac rekultywacyjnych – wapnowania. Niskie wartoœci pH, z regu³y poni¿ej 3,0, zarówno w poziomach powierzchniowych jak i  podpowierzchnio-wych, a niekiedy nawet w obrêbie ca³ego profilu, mog¹ byæ przyczyn¹ zniszczenia ¿ycia biologicznego

bada-nych gleb. Podobnie niskie wartoœci pH w 1 mol·dm–3 KCl (poni¿ej 3,3 w miejscach ca³kowicie pozbawio-nych szaty roœlinnej) na terenie kopalni siarki „Basz-nia”, w pobli¿u sk³adowania siarki oznaczy³a Wy³u-pek i in. [2006]. Przyjmuje siê, ¿e na obszarach prze-mys³owych, jakimi s¹ tereny górnicze, w tym kopal-nie siarki, obni¿ekopal-nie poni¿ej 5,0 wartoœci pH gleb ozna-czonego w 1 mol·dm–3 _{roztworze KCl jest wynikiem} obecnoœci w glebie silnych kwasów (H₂SO₄ – dzia³a-j¹cego toksycznie na organizmy glebowe i roœliny).

W analizowanych glebach kwasowoœæ hydroli-tyczna wynosi³a od 9,0 do 204,2 mmol(+)·kg–1 gle-by, osi¹gaj¹c najwy¿sze wartoœci w poziomach, w któ-rych pH kszta³towa³o siê poni¿ej 3,0. W badanych glebach oznaczono tak¿e zawartoœæ jonów Al3+_, które-go iloœæ kszta³towa³a siê od 1,1 do 13,5 mmol(+)·kg–1_. Wed³ug Barana i Turskiego [1996] wy¿sza ni¿ 2,2 mmol(+)×kg–1 _{gleby zawartoœæ glinu ruchomego w} kompleksie sorpcyjnym, jest jednym z wskaŸników ich degradacji. Johnson [1984 za Motowick¹-Tere-lak i TereMotowick¹-Tere-lakiem 1998] podaje, ¿e wtórnym Ÿród³em jonów Al3+ _{w glebach zanieczyszczonych siark¹,} mog¹ byæ kompleksowe zwi¹zki jonów SO₄2– _z gli-nem typu basalunit, a³unit czy jurbanit.

W badanym materiale glebowym zawartoœæ siar-ki ogó³em kszta³towa³a siê w przedziale od 1,03 do 38,30 g·kg–1 _{gleby. W glebach lekkich zawartoœæ} siar-ki ogó³em powy¿ej 1 g·kg–1 _{uznawana jest za} pod-wy¿szon¹, wskutek antropopresji [Kabata-Pendias i in. 1993]. Wysokiej zawartoœci siarki ogó³em

towa-TABELA 1. Wybrane w³aœciwoœci fizykochemiczne gleb pobranych z miejsca sk³adowania siarki TABLE 1. Selected physico-chemical properties of soils taken from the place where sulphur was stored

r N u li f o r p el if o r P . o N æ œ o k o b ê ³ G h t p e D ] m c [ ij c k a rf t n e c o r P y ci n d e r œ o s el ci tr a p f o e g a t n e c r e P ] m m [ r e t e m ai d f o O C a C ₃ ] % [ pH Kh Al + 3 _Al3+_·100/Kw ] % [ SSotogt.al S-SO4 Sw-/SO4 S n i .t o t/ g o ] % [ 1 , 0 -1 0,1-0,02 <0,02 H2O KCl mmo(l+·)kg–1gelby g× gk –1gelby 1 0–19 4 4 – 9 1 0 6 – 4 4 3 9 – 0 6 9 3 1 – 3 9 7 7 5 6 9 6 4 6 3 6 6 1 9 2 8 2 6 1 2 1 7 6 3 0 2 5 2 – – – – – 6 9 , 2 0 5 , 2 8 7 , 2 5 6 , 3 7 3 , 3 5 8 , 2 6 3 , 2 1 6 , 2 3 5 , 3 4 0 , 3 0 , 6 3 0 , 2 9 1 2 , 4 0 2 0 , 7 1 1 0 , 5 0 1 7 , 1 9 , 3 9 , 9 5 , 3 1 8 , 2 1 0 , 8 2 5 , 4 2 4 , 7 4 5 , 6 8 1 , 2 8 9 7 , 5 6 1 , 0 2 2 5 , 6 6 2 , 2 6 9 , 1 1 9 , 3 3 7 , 4 9 8 , 4 3 0 , 2 8 8 , 1 5 , 7 6 5 , 3 2 0 , 5 7 8 , 9 8 9 , 5 9 2 0–4 6 1 – 4 0 2 – 6 1 4 3 – 0 2 9 4 – 4 3 7 9 – 9 4 2 4 1 – 7 9 1 7 0 7 4 6 9 6 3 6 8 6 1 6 8 1 6 2 2 3 7 2 9 1 5 1 3 2 1 1 4 4 4 8 1 7 1 6 1 7 , 5 1 3 , 6 1 , 4 3 – – – – 9 7 , 6 4 0 , 7 7 9 , 6 9 4 , 2 2 8 , 2 5 8 , 2 2 9 , 3 8 7 , 6 4 0 , 7 3 9 , 6 5 3 , 2 7 6 , 2 9 7 , 2 8 8 , 3 0 , 9 0 , 9 0 , 8 0 , 4 1 1 0 , 0 6 0 , 9 9 0 , 5 7 – – – 1 , 3 4 , 1 6 , 5 6 , 9 – – – 6 , 2 3 0 , 0 5 7 , 5 7 2 , 3 9 8 6 , 9 6 2 , 0 1 5 5 , 7 4 7 , 0 3 1 9 , 1 2 9 2 , 1 4 0 , 1 0 0 , 2 3 9 , 1 3 6 , 1 7 0 , 4 5 6 , 3 2 1 , 1 0 0 , 1 7 , 0 2 8 , 8 1 6 , 1 2 2 , 3 1 6 , 6 1 8 , 6 8 2 , 6 9 3 0–26 9 5 – 6 2 0 1 1 – 9 5 6 4 1 – 0 1 1 9 7 0 7 7 6 2 6 3 1 0 2 8 2 0 3 8 0 1 5 8 – – – – 9 1 , 4 8 5 , 2 4 7 , 2 7 8 , 4 4 1 , 4 0 4 , 2 7 6 , 2 0 6 , 4 9 , 5 4 5 , 6 7 1 , 9 5 1 1 , 5 5 1 , 2 1 , 3 3 , 5 1 , 1 0 , 0 0 1 9 , 8 6 0 , 1 3 9 , 7 3 8 9 , 0 3 0 , 1 0 3 , 8 3 5 5 , 5 5 9 , 0 8 9 , 0 6 6 , 4 7 9 , 3 9 , 6 9 1 , 5 9 2 , 2 1 5 , 1 7

Objaœnienia – Explanations: Kh – kwasowoœæ hydrolityczna/ hydrolitic acidity; Kw – kwasowoœæ wymienna/exchangeable acidity.

48 K. SO£EK-PODWIKA, K. CIARKOWSKA

rzyszy³a wysoka zawartoœæ siarki siarczanowej (od 0,98 do 4,89 g·kg–1_{). W badanym materiale glebowym} stwierdzono zró¿nicowany procentowy udzia³ zawar-toœci siarki siarczanowej w zawarzawar-toœci siarki ogó³em, który kszta³towa³ siê od 12,2 do 96,9%. Najwy¿sze wartoœci (ok. 90%) stwierdzono w poziomach gleb, w których oznaczono najni¿sze zawartoœci siarki ogó³em (> 2,3 g·kg–1_{). Wed³ug Siuty i Rejman-Czajkowskiej} [1980] siarka rodzima w œrodowisku glebowym ulega utlenieniu do agresywnego kwasu siarkowego, który jest przyczyn¹ silnego zakwaszenia gleb, którego kon-sekwencj¹ jest nagromadzenie siarczanów. Proces po-wstawania kwasu, w wyniku tlenowych przemian ki, jest procesem z³o¿onym i zale¿y od zawartoœci siar-ki w glebie. Gdy w glebie jest du¿o siarsiar-ki, to proces jej utlenienia zostaje zahamowany w wyniku bardzo sil-nego zakwaszenia i dezaktywacji bakterii siarkowych. Z chwil¹ zneutralizowania kwasu wznawia siê proces utleniania, a¿ do wyczerpania siarki.

W obrêbie profilów, najwy¿sze zawartoœci ozna-czonych form siarki stwierdzono w poziomach le¿¹-cych na g³êbokoœci 20–50 i 60–110 cm. Charaktery-stycznymi wskaŸnikami nagromadzenia siarki w pro-filu glebowym by³y tak¿e cechy morfologiczne gleb opisywanych profili – widoczne, czêsto w du¿ych ilo-œciach skupienia siarki i silny zapach siarkowodoru. Nagromadzenie siarki w profilu mo¿na rozpatrywaæ nie tylko w aspekcie degradacji gleb, ale tak¿e w za-gro¿eniu innych elementów œrodowiska przyrodnicze-go teprzyrodnicze-go obszaru. W Tarnobrzeskim Zag³êbiu Siarko-wym, w sk³ad którego wchodzi Kopalnia Siarki „Grzybów”, w wyniku geomechanicznych przekszta³-ceñ wytworzy³y siê nowe, specyficzne warunki hy-drologiczne, których charakterystyczn¹ cech¹ jest wysoki poziom wody gruntowej. Zaprezentowane przez Hajdo i wspó³pracowników w 2007 roku wy-niki badañ chemizmu wód, sp³ywaj¹cych z terenu górniczego Kopalni Siarki „Grzybów”, które charak-teryzuj¹ siê niskimi wartoœciami pH i wysok¹ mine-ralizacj¹, wskazuj¹ na zwi¹zek jakoœci wód ze ska¿e-niem gleb. Autorzy tych badañ podkreœlaj¹, ¿e wie-loletnie dzia³ania podejmowane w celu poprawy ja-koœci wód, nadal nie s¹ w pe³ni skuteczne. W wyniku przemian siarki obecnej w glebach, tworz¹cy siê kwas siarkowy bêdzie powodowaæ dalsze obni¿anie pH roztworu glebowego, co wed³ug badañ Martyna i Joñ-cy [2006] mo¿e byæ przyczyn¹ zanieczyszczenia wód podziemnych.

WNIOSKI

1. Wysokie zawartoœci siarki ogó³em i siarczanowej, oznaczone w glebach pobranych na obszarze by-³ego sk³adowiska siarki na terenie Kopalni

„Grzy-bów”, s¹ wynikiem d³ugoletniej dzia³alnoœci gór-niczej kopalni.

2. Wiêksze nagromadzenie oznaczonych form siar-ki w ni¿ej le¿¹cych poziomach badanych gleb, wskazuje na migracjê tego pierwiastka w g³¹b pro-filów, co stwarza tak¿e zagro¿enie dla wód grun-towych.

3. Wysokie zawartoœci zwi¹zków siarki i glinu wy-miennego oraz kwaœny odczyn gleby, wskazuj¹ na potrzebê kontynuowania prac rekultywacyjnych w miejscach, gdzie nie uda³o siê zrekultywowaæ lub wrêcz odtworzyæ gleb.

LITERATURA

BARAN S., TURSKI R. 1996. Degradacja, ochrona i rekultywa-cja gleb. Wyd. AR w  Lublinie, ss. 223.

HAJDO S., KLICH J., GALINIAK G. 2007. Ekologiczne i tech-nologiczne osi¹gniêcia w  40-letniej historii górnictwa otwo-rowego siarki w Polsce. Górnictwo i Geoin¿ynieria. 31 3/1: 199–215.

KABATA-PENDIAS A., MOTOWICKA-TERELAK T., PIO-TROWSKA M., TERELAK H., WITEK T. 1993. Ocena stop-nia zanieczyszczestop-nia gleb i roœlin metalami ciê¿kimi i  siark¹. IUNG Pu³awy, P(53): 1–20.

MARTYN W., SOWIÑSKA J., STASZCZUK S., JOÑCA M. 2002. Analiza wybranych w³aœciwoœci chemicznych i biologicznych gleb na polu górniczym po zakoñczeniu wydobycia siarki w by³ej kopalni „Jeziorko”. Acta Agrophysica 73: 251–262. MARTYN W., JOÑCA M. 2006. Wybrane w³aœciwoœci chemiczne

wód powierzchniowych w by³ej Kopalni Siarki „Jeziorko” jako wskaŸnik stanu œrodowiska po zakoñczeniu rekultywacji te-renów górniczych. Acta Agrophysica 8 (2): 449–458. MOTOWICKA-TERELAK T., TERELAK H. 1998. Udzia³

za-siarczania w zakwaszeniu siê gleb. Zesz. Probl. Post. Nauk

Roln. 456: 317–321.

SO£EK-PODWIKA K., NIEMYSKA-£UKASZUK J., CIAR-KOWSKA K. 2004. Wybrane w³aœciwoœci fizykochemiczne gleb by³ej kopalni siarki Grzybów po up³ywie 30 lat od za-przestania eksploatacji i podjêciu prac rekultywacyjnych. Rocz.

Glebozn. 55 (2): 357–364.

SO£EK-PODWIKA K., NIEMYSKA-£UKASZUK J., CIAR-KOWSKA K. 2005. Zasiarczenie pól górniczych by³ej kopalni siarki Grzybów. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 505: 399–405. SO£EK-PODWIKA K., CIARKOWSKA K. 2006. Aktywnoœæ

dehydrogenaz gleb terenu by³ej kopalni siarki Grzybów. Rocz.

Glebozn. 57 (1/2): 171–176.

SIUTA J., REJMAN-CZAJKOWSKA M. 1980. Siarka w biosfe-rze. PWRiL, Warszawa, ss. 393.

WY£UPEK T. ONUCH-AMBORSKA J. MARTYN W. 2006. W³aœciwoœci œrodowiska glebowego a zbiorowisko trawiaste terenu zdegradowanego wydobywaniem siarki. Zesz. Nauk.

Uniw. Przyr. we Wroc³awiu. 545: 321–330.

ZARDZEWIA£Y M. 2006. Likwidacja zagro¿eñ ekologicznych w Kopalni Siarki „Grzybów”. Miesiêcznik WUG. 8: 38–42.

Dr in¿ Katarzyna So³ek-Podwika Katedra Gleboznawstwa i Ochrony Gleb Uniwersytet Rolniczy im. H. Ko³³¹taja Al. Mickiewicza 21, 31-120 Kraków e-mail: rrpodwik@cyf-kr.edu.pl