1977
SYLWAN Nr 10
STANISŁAW DUDA
Niektóre zagadnienia wpływu przemysłu miedziowego na środowisko leśne
w Legnicko-Głogowskim Okręgu Miedziowym
Некоторые проблемы влияния медной промышленности на лесную среду в Легницко-Глоговском Меднюм Округе
Certain problems of the impact of copper industry upon forest environment in the Legnica—Głogów Copper District
S komplikowany proces technologiczny, polimetaliczność rud miedzi oraz związany z tym chemiczny skład emitowanych zanieczyszczeń powodują, że przemysł miedziowy należy do najbardziej uciążliwych dla środowiska przyrodniczego. Dowodzą tego m. in. doświadczenia USA, gdzie w istniejących warunkach glebowo-klimatycznych w starych zagłębiacn miedziowych nastąpiło całkowite spustoszenie środowiska i zanik wszelkiej roślinności na znacznych obszarach objętych oddziaływaniem przemysłu miedziowego. Mimo zastosowania najnowszych technologii i urządzeń ochronnych, nie udało się tam ponownie wprowadzić roślinności na zdewa-
stowane tereny (6).
Przemysł miedziowy powoduje zanieczyszczenia powietrza gazami za- wierającym główmie związki siarki i tlenek węgla, skażenia gleby i roślin pyłami o znacznej zawartości metali ciężkich (Cu, Pb, Zn) oraz zanieczy- szczenia wód powierzchniowych fenolami i związkami soli. Istotnym zro- dłem zanieczyszczeń środowiska są także odpady poflotacyjne, stanowiące około 98 % ilości wydobywanej rudy miedzi (7). Tak więc ujemne oddziały- wanie przemysłu miedziowego dotyczy wszystkich podstawowych elemen- tów środowiska, tj. wody, gleby, powietrza, szaty roślinnej i świata zwie- rzęcego a także człowieka.
Lasy należą do najbardziej złożonych ekosystemów biosiery, toteż ba-
danie wpływu przemysłu na biocenozy leśne należy do zadań trudnych i cza-
sochłonnych z racji wzajemnego wpływu i powiązań między ich kompo-
nentami. W zakresie oddziaływania przemysłu miedziowego na lasy w na-
szych warunkach obecny stan wiedzy jest bardzo skromny, choćby ze wzglę-
du na stosunkowo krótki okres intensywnego rozwoju tego przemysłu
i związany z tym brak wyników bardziej kompleksowych badań. Wycinko-
we badania ograniczają się w zasadzie do wpływu przemysłu miedziowego
na drzewostam, będący dominującym lecz jednym z wielu składników bio-
cenozy lasu. Stały nozwój omawianego przemysłu i narastające szkody w la-
sach skłaniają do wnikliwszej analizy mechanizmu przebiegu procesu choro- bowego drzewostanów oraz rodzaju i kierunku zmian czynników oporu Śro- dowiska w zmienionych warunkach ekologicznych.
ZANIECZYSZCZENIA POWIETRZA
Głównym sprawcą zanieczyszczeń powietrza na terenie Legnicko-Gło- gowskiego Okręgu Miedziowego (LGOM) jest hutnictwo miedzi. emitujące duże ilości szkodliwych gazów i pyłów.
Gazy. Spośród emitowanych gazów największe zagrożenie dla roślin- ności stanowią tlenki siarki SO, i SO;, których stężenie w rejonie niektó- rych zakładów przekracza okresowo 5—%6-krotnie dopuszczalne normy dlą powietrza atmosierycznego. Szczególnie szkodliwe są emisje awaryjne sta- nowiące np. w przypadku Huty „Głogów” ponad 25% całości emisji tego zakładu, a w skład ich wchodzi około 35% związków siarki (7). Układ sie- dlisk w rejonie oddziaływania LGOM— i związany z nim skład gatunkowy drzewostanów (około 90 % sosny) stanowią okoliczność potęgującą szkodliwe działanie tlenków siarki na obszarach leśnych.
Jak wiadomo, w przypadku dużych stężeń tlenków siarki następuje szyb- kie ich.pochłanianie przez aparat asymilacyjny, co wzmaga ich toksyczność w stosunku do drzew. Silne właściwości redukcyjne tlenków siarki powo- dują zmiany strukturalne chlorofilu, jego dezaktywację w procesie asymi- lacji i w efekcie obumieranie komórek (4). Rozległe uszkodzenia aparatu asymilacyjnego prowadzą do zmniejszania przyrostu, osłabienia biologiczne- go drzew oraz ich powolnego zamierania. Stwierdzono ponadto, że tlenki siarki, szczególnie SO, , wchodzą w reakcje z cząsteczkami wody w atmo- sierze dając w wyniku konwersji kwas siarkowy w obecności katalizatora, którym mogą być promienie ultrafioletowe (6). W określonych układach at- mosierycznych powstający w ten sposób kwas oraz pewne jego ilości emito- wane bezpośrednio do atmosfery przez zakłady przemysłu miedziowego mo-
gą również spowodować uszkodzenia aparatu asymilacyjnego drzew. Poza
tym zjawisko rozpraszania i absorpcji promieniowania słonecznego przez gazy 1 aerozole związków siarki w poważnym stopniu ogranicza intensy- wność procesów fotosyntezy u roślin (10). Wysoka zawartość siarki ogól- nej w liściach roślin runa i drzew leśnych, 3—5-krotnie pnzekraczające ilośc tego pierwiastka w roślinach nieskażonych, jest dowodem wielkości imisji związków siarki przez środowisko leśne na terenie LGOM-u (5).
Innym następstwem zanieczyszczenia atmosiery związkami siarki jest postępujące zakwaszenie gleb leśnych. Jest ono wynikiem przenikania do
gleby wraz z opadami atmosierycznymi cząsteczek kwasu siarkowego za- wieszonego w powietrzu oraz osiadającego na powierzchni gleby i roślin.
Nadmierne zakwaszenie gleb zmniejsza ich żyzność, a tym samym pro- duktywność siedlisk leśnych.
Pyły. Niemal połowę zanieczyszczeń emitowanych do atmosfery przez zakłady przemysłu miedziowego stanowią pyły. W normalnych warunkach uchodzące do atmosfery gazy zawierają 0,1—0,5 g/m3 pyłu, lecz w przy- padku awarii procesu technologicznego 40—50 g/m>, przy czym w jego skła- dzie znajduje się 10—13% Cu, 10% Pbi 28 % Zm.
Dane z rejonu Huty „Głogów” dowodzą, że opad pyłu wymosi tam od 833—500 t/km?*/rok o przeciętnej zawartości miedzi (Cu) od 0,01 do 5,7%
i ołowiu (Pb) od 0,2 do 3%, zaś w sytuacji awaryjnej jeden piec szybowy
т około 4 ton pyłu na godzinę, w tym około 1,4 ton związków siar- 1 (7).
Oprócz mechanicznego ograniczania powierzchni asymilacyjnej roślin pyły zawierające metale ciężkie stanowią duże, aczkolwiek jeszcze niedo- kładnie zbadame, niebezpieczeństwo dla wszelkich organizmów żywych. Ska- żając rośliny, gleby i wody powierzchniowe metale ciężkie wykazują skłon- ność do akumulacji. Wprawdzie nie są one bezpośrednio przyswajane przez rośliny, lecz na glebach mało zasobnych z kwaśnym odczynem przenikają do roztworu glebowego, skąd mogą być pobierane i drogą biotransiormacji włączane do obiegu biologicznego roślin (12).
Wyniki badań dowodzą, że dla życia biologicznego szczególnie szkodli- wy jest ołów wskutek tendencji do akumulacji zarówno w glebie, jak i ko- lejnych ogniwach łańcucha pokarmowego. W środowiskach nieskażonych ołów w zasadzie nie występuje w roślinach, a jego zawartość powyżej 150 mg/kg suchej masy uważana jest za toksyczną dla roślinożerców (13).
Akumulacja ołowiu i innych metali ciężkich w poziomie próchniczym ni- szczy mikroorganizmy glebowe, obniża aktywność biologiczną gleb 1 przy- czynia się do degradacji siedlisk leśnych w rejonach przemysłowych.
W porównaniu z ołowiem cynk występuje w większych ilościach zaró- wno w glebie jak i organizmach roślin, jednakże nadmierne jego pobieranie wywołuje u roślin objawy chlorozy i żółknięcia oraz spadek przyrostu masy organicznej (1). Poza tym wysoka zawartość cynku w roślinach przeznaczo- nych na pasze ogranicza przyswajalność innych biopierwiastków, m. in.
miedzi, przez organizmy zwierząt kręgowych (3). Również badania z tere- nu LGOM-u sugerują pewien antagonizm cynku względem miedzi, gdyz w glebie zawartość miedzi i ołowiu systematycznie wzrasta, podczas gdy cynku wyraźnie maleje (5).
Miedź jako ważny biopierwiastek dla organizmów żywych występuje w roślinach nieskażonych w ilości kilku do kilkunastu mg/kg suchej masy.
Zwiększone pobieranie jej przez rośliny prowadzi do dezaktywacji chloro- filu wskutek wypierania i zastępowania magnezu w jego strukturze. Ist- nieje pogląd, że miedź i inne metale ciężkie eliminują magnez również z gleby, a jego niedobór ułatwia wnikanie wirusów powodujących nowo- tworowe rozmnażanie się komórek zwierzęcych.
Badania potwierdzają akumulację metali ciężkich w glebach leśnych na terenie LGOM-u, które zawierają 5—10-krotnie więcej Cu i Pb niż gleby
z terenów nieskażonych.
Charakter gleb leśnych w omawianym rejonie (gleby lekkie, piaszczy- ste) stanowi okoliczność sprzyjającą przenikaniu pierwiastków metali cięż- kich w głąb profilu glebowego, co potwierdziły m. in. badania na terenach rolniczych (11, 13). Pierwiastki tych metali powodować mogą naruszenie naturalnego przebiegu procesu rozkładu substancji organicznych i zmniej- szenie jego tempa, pomimo iż dotychczas ilość podstawowych grup mikro- organizmów (bakterie, promieniowce, grzyby) nie uległa wyraźnemu zmniej- szeniu z wyjątkiem bakterii chemosyntetyzujących związki azotanowe (0).
Również w glebach rolniczych omawianego regionu stwierdzono znaczne nagromadzenie Cu i Pb w formie przyswajalnej dla roślin. Ilość tych me- tali maleje wraz ze wzrostem odległości od emitora, przy czym przemiesz- czają się one do głębszych poziomów profilu glebowego w przypadku wy- sokiej ich koncentracji w pobliżu emitorów (11).
Wyraźnie zwiększoną ilość metali ciężkich odnotowano również w ro-
ślinach na obszarze objętym oddziaływaniem przemysłu LGOM-u. Metale te osiadają na powierzchni roślin, wnikają do tkanek pnzez szparki odde- chowe, a także są pobierane przez korzenie z roztworu glebowego. Stwier- dzono zależność zawartości metali ciężkich od gatunku rośliny, budowy li- Scia, odległości od emitora oraz ekspozycji na zanieczyszczone powietrze.
Przeprowadzone w rejonie Lubina i Polkowice badamia wykazały, że spośród kilku gatunków drzew najwyższą zawartość omawianych metali mają liście dębu, a następnie brzozy i sosny (5). Badania własne z terenu oddziaływa- nia Huty „Głogów” potwierdzają skłonność niektórych gatunków roślin do pochłaniania metali ciężkich; zawartość Cu, Pb i Zn w porostach, a szcze- gólnie w niektórych mchach (Dicranum), jest od kilku do kilkudziesięciu ra-
zy wyższa niż w igłach sosny pobranych z tych samych stanowisk.
W tej sytuacji można sugerować, że znacznie zwiększona zawartość me- tali ciężkich w roślinach na terenie LGOMu nie pozostaje bez wpływu na przebieg ich procesów życiowych, co w połączeniu z działaniem gazów tok- tycznych ujemnie oddziaływa na całość biocenoz leśnych. O szkodliwości emisji przemysłu miedziowego dla środowiska świadczyć może fakt, że np.
USA przeznaczają na urządzenia oczyszczające w produkcji miedzi 10-kro- tnie wyższe kwoty niż w produkcji ołowiu czy cynku (9).
%
ZMIANY STOSUNKÓW WODNYCH
Eksploatacja górnicza i rozwój przemysłu miedziowego oraz związany z nimi proces urbanizacji powodują poważne zmiany stosunków wodnych na terenie LGOM-u. Dla obszarów leśnych największe znaczenie ma osu- szenie terenu wskutek czerpania wód podziemnych do celów przemysło- wych i komunalnych oraz drenującego działania wyrobisk górniczych. Po- woduje ono zanik wód powierzchniowych, zmianę poziomu wód grunto- wych i horyzontu wód podziemnych na znacznych obszarach wokół wyro- bisk i ujęć wody. Według spostrzeżeń terenowych odnośnie do narastające- go wydzielania się posuszu w drzewostanach, które najprawdopodobniej jest skutkiem łącznego działania zanieczyszczeń powietrza i odwodnienia terenu, zasięg przestrzenny zmian stosunków wodnych dotyczy obszarów w promieniu kilkunastu kilometrów od ujęć wody i wyrobisk z tenden-
cją do poszerzania się.
Zmiany stosunków wodnych w omawianym rejonie dotyczą również lo- kalnego zawodnienia terenów leśnych wskutek osiadania gruntu nad wyro- biskami i gromadzenia dużych ilości wody w zbiornikach osadowych. Poza tym zbiorniki osadowe stwarzają możliwość infiltracji zasolonych wód w podłoże i zmian składu chemicznego wód gruntowych. Pomimo braku lokładniejszego rozeznania w tym zakresie obserwacje szkód w lasach su- gerują stosunkowo mały zasięg przestrzenny podtopnienia w porównaniu z odwodnieniem.
OBJAWY SZKÓD W LASACH
Największy zasięg przestrzenny na terenie LGOM-u mają zanieczyszcze-
nia powietrza atmosferycznego wskutek zastosowania wysokich emitorów
w niektórych zakładach. Obejmują one obszar w promieniu do 50 km od
źródeł emisji, przy czym na kierunku panu jących wiatrów zaewidencjono-
wano już uszkodzenia drzewostanów w odległości ponad 30 km od emito-
rów. Dużo mniejszy zasięg mają zmiany stosunków wodnych w glebie wsku- tek osuszenia, a tylko lokalny w wyniku zawodnienia terenu.
Stwierdzonym objawem szkód w dominujących tutaj drzewostanach so- snowych jest postępujące ich zamieranie w bezpośrednim sąsiedztwie nie- których zakładów i narastające wydzielamie się posuszu w odległości do kil- kunastu kilometrów od pozostałych. Innym objawem szkód występujących na stosunkowo dużym obszarze jest redukcja aparatu asymilacyjnego drzew w postaci zmniejszania ilości igieł na pędach, przedwczesnego starzenia się i opadamia jak również skracania ich długości, co jak stwierdzono jest wy- nikiem m. in. chronicznego działania tlenków siarki (2, 14). Już wstępne rozeznanie wykazuje, że stopień redukcji igliwia u sosny wynosi 20—70%
w zależności od strety zagrożenia i wieku drzewostanów, a przeciętny przy- rost długości pędów w drzewostanach najbardziej zagrożonych zmniejsza się o około 10—35%.
W ślad za zmianami warunków ekologicznych spowodowanymi oddzia- ływaniem przemysłu miedziowego następuje dostrzegalne wzmożenie ak- tywności niektórych szkodników owadzich i patogenów grzybowych. I tak zakłócenie stosunków wodnych w glebie sprzyja rozwojowi korzeniowca (Heterobasidion annosus Htg.) w drzewostanach oraz opieńki (Armillaria mella Vahl.) w uprawach i młodnikach. W uszkodzonych przez emisje młodnikach obserwuje się określone nasilenie występowania szkodników nękających, jak skośnika tuzinka (Ezxoteleia dodecella L.), zwójki sosnó- weczki (Rhyacionia buoliana Schiff.), korowca (Aradus cinnamomeus Pnz.) 1 czerwca korowinowca (Matsucoccus pini Green.) oraz innych jak choinka szarego (Brachyderes incanus L.) i wątlika sosnowca (Luperus pinicola Duft.) w pozostałych drzewostanach.
Osłabione drzewostany atakowane są przez szkodniki wtórne stanowią- ce następne ogniwo łańcucha chorobowego. Na obszarze oddziaływania LGOM=u do aktywniejszych szkodników z tej grupy należy zaliczyć ce- tyńca większego (Blastophagus piniperda L.), przypłaszka granatka (Phaenops cyanea Fbr.) i drwalnika paskowanego (Xyloterus lineatus Oliv.).
Jednym z objawów szkód, sygnalizowanym przez alp na terenie LGOM-u, jest także wyraźny spadek owocowania drzewostanów sosno- wych pozostających pod wpływem emisji przemysłowych. Natomiast zu- pełnie nierozpoznane jest oddziaływanie omawianego przemysłu na leśną produkcję uboczną i stan zwierzyny łownej. Pilną koniecznością jest ró- wnież podjęcie prób określenia biologicznej odporności poszczególnych gatunków drzew i krzewów w specyficznych warunkach wpływu przemy- słu miedziowego, mając na względzie potrzeby przebudowy drzewostanów.
Wszystko to wskazuje na konieczność prowadzenia długotrwałych i kom- pleksowych badań, które w przyszłości umożliwią opracowanie zasad gos- podarki leśnej w tym rejonie, przy fundamentalnym założeniu systema- tycznego ograniczania do minimum ujemnych wpływów przemysłu mie-
dziowiego na środowisko leśne.
WNIOSKI
1. Przemysł miedziowy, głównie hutnictwo, jest poważnym źródłem
zanieczyszczeń powietrza związkami siarki i innymi gazami toksycznymi,
których zasięg oddziaływania obejmuje duże obszary leśne.
2. Specyfiką emisji pyłowych przemysłu miedziowego jest znaczna za- wartość metali ciężkich, głównie miedzi, ołowiu i cynku, których oddzia- tywanie na organizmy żywe jest niedokładnie rozpoznane.
5. Kopalnictwo rud miedzi i przyjęty sposób eksploatacji powoduje za- Kłócenia stosunków wodnych w. glebie przez osuszenie, a także lokalne pod- topnienie terenu.
4. Lokalne zagrożenie dla drzewostanów stanowić mogą poflotacyjne zbiorniki osadowe wskutek infiltracji w podłoże zasolonych wód.
5». W roślinach i glebach leśnych stwierdza się znacznie podwyższone ilości metali ciężkich nawet na dużych odległościach od źródeł emisji.
6. Stwierdzonymi objawami szkód w drzewostanach sosnowych na te- renie LGOM-u jest ich zamieranie w bezpośrednim sąsiedztwie niektórych zakładów, wzmożone wydzielanie się posuszu, redukcja aparatu a Ца- cyjnego drzew oraz wyraźne obniżenie owocowania drzewostanów na sto- sunkowo dużych obszarach.
1. Do osłabienia drzewostanów przyczyniają się również niektóre szko- dniki nękające i wtórne oraz patogeny grzybowe.
8. Aktualny stopień skażenia środowiska leśnego szkodliwymi emisja- mi przemysłu miedziowego, przy założeniu ciągłości tego procesu, może spowodować ograniczenie użytkowania ubocznego (zbiór grzybów, runa, nasion) oraz funkcji pozaprodukcyjnych lasu (wypoczynek i rekreacja), umożliwia jednak dalszą produkcję drewna. |
9. Złożoność problematyki leśnej na terenie LGOM-u wskazuje na po- trzebę intensyfikacji bardziej kompleksowych badań, mających na celu wypracowanie w przyszłości zasad gospodarki leśnej w tym regionie.
LITERATURA
l. Baran S. — Akumulacja Pb, Zn, Cu, Mn, B i Sr w wybranych elementach śro- dowiska przyrodniczego objetego oddziatywaniem huty cynku. Maszynopis rozpr.
dokt. AR Lublin, 1974.
2. Bortitz Z. — Physiologische und biochemische Beitrage zur Rauchschaden- forschung. ,,Arch. f. Forstw.” 18, 1969.
3. Faber A. — Wpływ hutnictwa cynku i ołowiu na gleby i rośliny. „Czasop.
Techn. NOT”, 1975.
44 Filipowicz W. — Dwutlenek siarki niszczy drzewostany. ,„„LLas Polski” nr 18, 1971.
9 Greszta J. — Oddziaływanie Zakładów Górniczo-Hutniczych Miedzi na lasy w LOGM. Maszynopis, PAN Kraków, 1975.
6. Kasina S, Kwiek J, — Konwersja SO, w atmosferze jako podstawowa prog- nozy zanieczyszczeń środowiiska. „Ochrona Powietrza” nr 4, 1974.
Nowakowski i inni — Odpadowe gazy gardzielowe w hutnictwie miedzi źró- dłem zanieczyszczeń atmosfery. „Ochrona Powietrza” nr 1, 1976.
6. Odum E. P. — Podstawy ekologii. PWRiL, Warszawa 1962.
9. Preston A. — Haevy metals in British waters. „Nature” 242: 95—97, 1973.
~]
