STUDIA NAD EFEKTYWNOŚCIĄ LEŚNEJ REKULTYWACJI ZWAŁOWISK FITOTOKSYCZNIE KWAŚNYCH PIASKÓW MIOCEŃSKICH PO BYŁEJ KOPALNI WĘGLA BRUNATNEGO W ŁĘKNICY

Transkrypt

1 STUDIA NAD EFEKTYWNOŚCIĄ LEŚNEJ REKULTYWACJI ZWAŁOWISK FITOTOKSYCZNIE KWAŚNYCH PIASKÓW MIOCEŃSKICH PO BYŁEJ KOPALNI WĘGLA BRUNATNEGO W ŁĘKNICY HENRYK GREINERT MICHAŁ DRAB ANDRZEJ GREINERT Oficyna Wydawnicza Uniwersytetu Zielonogórskiego Zielona Góra 2009

2 Autorzy: Recenzent: prof. dr hab. inż. Henryk Greinert dr hab. inż., prof. nadzw. Michał Drab dr hab. inż., prof. nadzw. Andrzej Greinert Uniwersytet Zielonogórski Instytut Inżynierii Środowiska Zakład Ochrony i Rekultywacji Gruntów prof. dr hab. inż. Leszek Szerszeń Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Wydano za zgodą Rektora Uniwersytetu Zielonogórskiego ISBN Kolegium Redakcyjne: dr hab. Krzysztof Urbanowski, prof. UZ Przewodniczący mgr Irena Bulczyńska Sekretarz prof. dr hab. inż. Marian Adamski dr hab. inż. Adam Bydałek, prof. UZ dr Rafał Ciesielski dr hab. Dariusz Dolański, prof. UZ dr hab. inż. Michał Drab, prof. UZ dr hab. inż. Magdalena Graczyk, prof. UZ prof. dr hab. Marian Nowak dr hab. Paweł Sczaniecki, prof. UZ dr hab. Zdzisław Wołk, prof. UZ Skład komputerowy i opracowanie graficzne: autorzy Copyright by Oficyna Wydawnicza Uniwersytetu Zielonogórskiego, Zielona Góra 2009 Copyright by Authors, Zielona Góra 2009

3 Spis treści 1. Wprowadzenie 5 2. Przegląd literatury Ocena zwałowisk toksycznie kwaśnych z punktu widzenia rekultywacji Kierunki rekultywacji Metody przygotowania gruntów do nasadzeń drzew Dobór gatunków drzew do rekultywacji utworów fitotoksycznie kwaśnych Nawożenie terenów rekultywowanych Efekty następcze rekultywacji leśnej utworów fitotoksycznie kwaśnych Rekultywacja gruntów jako czynnik glebotwórczy Obiekt badań Lokalizacja i zagospodarowanie terenu Klimat Geologia, geomorfologia i hydrologia Gleby Działalność górnicza i jej skutki Rekultywacja na terenach pokopalnianych w rejonie Łęknicy Metody badań Prace polowe Analizy laboratoryjne Statystyczne opracowanie wyników badań Omówienie wyników Właściwości materiału zwałowego Właściwości mioceńskich warstw nadkładu w ścianie odkrywki Czaple II Właściwości fizyczne Właściwości fizyczno-chemiczne i chemiczne Charakterystyka właściwości materiału zwałowego Skutki zabiegów rekultywacyjnych na obiekcie Czaple II Objawy niedoboru składników na roślinach Erozja wodna i eoliczna Właściwości gleb obiektu Czaple II Pierwsze efekty doświadczenia nawozowego Rozwój roślin na kombinacjach nawozowych Ocena stanu rozwojowego roślin po trzykrotnym zastosowaniu nawożenia mineralnego 64

4 Wzrost sosny zwyczajnej na kombinacjach nawozowych Skład chemiczny igieł sosny Zmiany właściwości gleb pól doświadczalnych Następcze działanie nawożenia na wzrost sosny i roślinność runa leśnego Cechy morfologiczne profili glebowych na obiektach doświadczalnych obserwacje w roku Wpływ nawożenia na właściwości gruntów Odczyn gleb na zwałach pokopalnianych Kwasowość hydrolityczna i suma kationów o charakterze zasadowym Glin wymienny w glebach antropogenicznych profili obiektów doświadczalnych A i B Zawartość makroskładników Zawartość wybranych metali ciężkich Skład granulometryczny, niektóre właściwości fizyczne i wodne Dyskusja wyników Wnioski 154 Streszczenie 156 Bibliografia 158 Spis fotografii, rysunków i tabel 165 Spis fotografii 165 Spis rysunków 166 Spis tabel 167

5 1. Wprowadzenie Fitotoksycznie kwaśne utwory zwałowe występują na dużych obszarach kopalnianych i pokopalnianych, związanych z wydobyciem węgla brunatnego w Łużyckim Zagłębiu Węglowym (w Niemczech). Fettweis i in. [2005] opisali rzeczywistość łużycką jako 80 tys. ha przekształconych w hałdy i wyrobiska w wyniku 150-letniego wydobycia węgla brunatnego, z czego 50 tys. ha zostało zrekultywowanych. Wśród nich, utwory kwaśne zajmowały na opisywanym obszarze w latach siedemdziesiątych XX wieku około 50% całej powierzchni zwałowisk. Fot Tereny kopalni węgla brunatnego w Łużyckim Zagłębiu Węglowym okolice Nochten (Niemcy) (fot. aut. 2007) Rumpel i Kögel-Knabner [2003] opisali materiały tam zwałowane jako odznaczające się odczynem, mierzonym w wyciągu wodnym rzędu 2,5 do 3,3 ph, a więc niezmiernie rzadko spotykanym w naturalnych utworach glebowych. Nowsze zwałowiska, dzięki coraz pełniejszemu wprowadzaniu metody selektywnej gospodarki nadkładem, zawierają na powierzchni stosunkowo niedużo materiału bogatego w siarczki, które są głównym źródłem silnego zakwaszenia zwałowisk. Podobną zmianę w ostatnich dekadach, w technologii składowania i wykorzystania materiału zwałowego, opisali Moreno-de las Heras i in. [2008] w odniesieniu do hiszpańskiego terenu wokół Teruel. W Polsce największym udziałem fitotoksycznie kwaśnych materiałów na zwałowiskach cechują się tereny po starych kopalniach węgla brunatnego na terenach Łuku Mużakowskiego. Są to utwory mioceńskie, w zdecydowanej przewadze piaszczyste, o zbliżonej genezie do tych z Zagłębia Dolnołużyckiego [Krzaklewski i in. 1997, Krzaklewski i Pietrzykowski 2001, Neuman 1999]. Na mniejszych obszarach materiał zwałowy o silnym zakwaszeniu przez H 2 SO 4, powstający

6 w efekcie utleniania siarczków żelaza (piryt, markazyt), występuje na terenach zwałowisk kopalni Turów [Nietrzeba-Marcinonis 2007]. Z bardzo silnym, fitotoksycznym zakwaszeniem gleb można spotkać się także na terenach kopalni siarki w okolicy Tarnobrzega. W tym przypadku jednak przyczyną zakwaszenia jest obecność w gruntach siarki elementarnej, a nie pirytu [Ziemnicki i in. 1979, Sołdek-Podwika i in. 2004]. Rekultywacja silnie zakwaszonych gruntów pokopalnianych nastręczała i nadal nastręcza wielu trudności. W szeregu przypadków dochodzi do wielokrotnego powtarzania fazy biologicznej rekultywacji (co podraża jej koszty), z racji ujawniania się fitotoksyczności wobec wysianych i posadzonych roślin. Znane są też przypadki zaniechania dalszych kroków rekultywacyjnych, po niepowodzeniu zastosowanej pierwotnie technologii. Celem badań prezentowanych w niniejszej monografii jest ocena efektywności metod rekultywacji leśnej na terenach odkrywki Czaple II, zamkniętej w 1974 roku Kopalni Węgla Brunatnego Przyjaźń Narodów w Łęknicy nad Nysą Łużycką wraz ze wskazaniem sposobów poprawy technologii rekultywacyjnej.