STREFOWE ZANIECZYSZCZENIE GLEB Cu, Zn I S ORAZ ZMIANY EROZYJNE POKRYWY GLEBOWEJ W REJONIE ODDZIAŁYWANIA HUTY MIEDZI *)

Transkrypt

1 ROCZNIKI GLEBOZNAW CZE T. X X X V, NR 1, W ARSZAW A 1984 JERZY DROZD, STANISŁAW KOWALIŃSKI, Ml HAŁ LICZNAR STREFOWE ZANIECZYSZCZENIE GLEB Cu, Zn I S ORAZ ZMIANY EROZYJNE POKRYWY GLEBOWEJ W REJONIE ODDZIAŁYWANIA HUTY MIEDZI *) Katedra Gleboznawstwa Akademii Rolniczej we Wrocławiu WSTĘP Wskutek długotrwałego oddziaływania hutnictwa miedziowego pogłębia się z upływem lat proces degradacji gleb w rejonie tych zakładów [2, 7, 12,13]. Prowadzi to do powstawania dużych obszarów gleb zdegradowanych wskutek nadmiernego gromadzenia w nich substancji szkodliwych w postaci pyłów, metali ciężkich i siarki [1, 4, 5, 6, 8, 15]. Tereny przylegające do hut przekształcają się z czasem w trwałe nieużytki trudne do rekultywacji biologicznej. Trudność rekultywacji związana jest z postępującą akumulacją powierzchniową substancji szkodliwych oraz ich przemieszczaniem w profilu glebowym, co prowadzi do bardziej trwałego skażenia środowiska glebowego [3, 9, 10, 11, 14]. Celem pracy było poznanie wpływu hutnictwa miedzi na gromadzenie i przemieszczanie niektórych składników zanieczyszczeń oraz wywołane ich obecnością powierzchniowe zmiany pokrywy glebowej. OBIEKTY I METODYKA BADAŃ Badania przeprowadzono na obszarze położonym w promieniu 1500 m od huty miedzi, przyjmując za centrum emisji kominy pieców szybowych. Próbki do badań laboratoryjnych pobierano na ośmiu kierunkach, w odległości co 300 m, z głębokości: 0-10, 20-30, cm. Na każdym kierunku wytypowano 5 punktów, a jedynie na kierunku E uwzględniono 7 punktów, przedłużając strefę badań do 2100 m ze względu na przewagę wiatrów zachodnich. W zebranym materiale wykonano następujące oznaczenia: skład granulometryczny metodą areometryczną, zawartość Cu w wyciągu 2-procentowego H N 03 metodą Westerhoffa, Zn w wyciągu 0,1 N HC1 metodą ditizonową, S całkowitą metodą Bardsleya i Lancastera* *) Praca wykonana w ramach problemu R. II. 5

2 34 J. Drozd i in. W celu wydzielenia stref glebowych o różnym stopniu zanieczyszczenia wprowadzono wskaźniki wielokrotności nagromadzeń tych składników wyliczone na podstawie średniej ich zawartości w niezanieczyszczonych glebach tego rejonu, opierając się na pracy D rozda i K ow alińskiego [2]. Pozwoliło to poznać kumulację zanieczyszczeń na badanym obszarze oraz wydzielić strefy różnorodnego stopnia zagrożenia gleb gromadzącymi się składnikami, a także prześledzić ich przemieszczanie pod wpływem naturalnych czynników środowiska (rys. 1-4). Na podstawie badań terenowych określono przynależność typologiczną i gatunkową gleb oraz poczyniono obserwacje dotyczące wtórnych znian powierzchniowych gleb w strefie silnego ich zanieczyszczenia (rys. 5). OMÓWIENIE WYNIKÓW W rejonie badań występują gleby brunatnoziemne wytworzone z utworów pyłowych ilastych oraz sporadycznie z glin lekkich i średnich pylastych. Są to z reguły gleby niecałkowite, zalegające na żwirach gliniastych, piaskach lub glinach. W składzie mechanicznym przeważają frakcje pyłu, stanowiące około 45%, a ilość części spławialnych wynosi 36-50% [2]. Małe zróżnicowanie typologiczne i gatunkowe, a zwłaszcza zbliżona zawartość części spławialnych i frakcji pyłowych, stwarzają podobne warunki gromadzenia i przemieszczania zanieczyszczeń [15]. Wychodząc z założenia, że zawartość przyswajalnych form niektórych składników decyduje bezpośrednio o wzroście i rozwoju roślin, w naszych badaniach oznaczyliśmy łatwo dostępne formy Cu i Zn oraz S całkowitą. Rozmieszczenie i ilość tych pierwiastków stanowi wskaźnik zanieczyszczenia gleb w rejonie badań (rys. 1). Miedź. Duża ilość emitowanej wraz z pyłem do atmosfery miedzi powoduje jej znaczne gromadzenie w glebie. W warstwie powierzchniowej 0-10 cm ilość jej waha się w granicach ppm, w zależności od kierunku i odległości od centrum emisji (rys. 1). Największą kumulacją miedzi odznaczają się gleby bezpośrednio przyległe do źródła zanieczyszczenia, w których ilość Cu przekracza 100-krotnie (czasami nawet 500-krotnie) jej zawartość spotykaną w glebach nie zanieczyszczonych (*=32 ppm). Strefa największej kumulacji miedzi jest wydłużona w kierunku wschodnim, gdzie sięga nawet do około 900 m (rys. 2a). Znaczny obszar badanego terenu zajmuje strefa, gdzie koncentracja miedzi jest ponad 10 razy większa, a jedynie na obrzeżach kierunku północno-wschodniego występują gleby o 2-krotnie wyższej koncentracji Cu niż w glebach nie zanieczyszczonych. Podobnie jak w warstwie 0-10 cm, również na głębokościach i cm (rys. 2b i 2c) spotykamy dużą ilość miedzi, której najwyższa kumulacja obserwowana jest na niewielkim obszarze w pobliżu źródła emisji. Cynk. W warstwie powierzchniowej 0-10 cm ilość cynku wynosi ppm (rys. 1) i tylko na niewielkim obszarze w pobliżu źródła emisji (rys. За) przekracza 100-krotnie jego zawartość w glebach nie zanieczyszczonych (*=8,2 ppm). Pozos-

3 Opis na itr. 38 Cu, Zn, S i erozja gleb w rejonie huty miedzi 35

4 36 J. Drozd i in.

5 Cu, Zn, S i erozja gleb w rejonie huty miedzi 37

6 38 J. Drozd i in. Rys. 1. Nagromadzenie Cu, Zn i S w glebach w różnej odległości od centrum emisji na kierumkach o N, b NE, с N, d SE, e S, / SW, g W, Л - N W, i Cn, 2 Zn, J S Cu, Zn and S accumulation in soils at different distances from the emission ecnter along the directions a N. b NE, с N, d SE, e S, / SW, g - ~ W, Л- N W, 1 Cu, 2 Za, 3 S

7 Cu, Zn, S i erozja gleb w rejonie huty miedzi 39

8 40 J. Drozd i In. Rys. 2. Strefy kumulacji miedzi na głębokościach л 0-10 cm; zawartość Cu w glebach nie zanieczyszczonych, 3ć=32 ppm, b cm; zawartość Cu w glebach nie zanieczyszczonych, x= 10,6 ppm, с cm, zawartość Cu w glebach nie zanieczyszczonych, * = 4,6 ppm Cu accumulation zones at the depths a 0-10 cm; the Cu content in non-contaminated soils, x = 32 ppm, b cm; the Cu content in non-contaminated soils, x = 10,6 ppm, с cm; the Cu in content in non-contaminated soils, x = 4.6 ppm tałe strefy rozmieszczenia Zn wydłużają się również w kierunku wschodnim, co świadczy o wpływie przeważających wiatrów z kierunku zachodniego na przestrzenne rozmieszczenie omawianego składnika. Wpływ wiatrów na rozmieszczenie i kształt wydzielonych stref wielokrotności kumulacji Zn obserwuje się także na głębokościach i cm, chociaż omawiany składnik nie przemieszcza się w glebie tak wyraźnie jak miedź (rys. 3b i c). Nieznaczną tylko translokację cynku w badanych glebach stwierdzono jedynie na obszarze wokół źródła emisji, gdzie koncentracja tego składnika była dwukrotnie wyższa. Siarka. Ilość siarki w warstwie powierzchniowej wynosi ppm zależnie od odległości od centrum emisji (rys. 1), przekraczając niekiedy 100-krotnie jej zawartość w glebach nie zanieczyszczonych (.x=204 ppm). Podobnie jak Cu i Zn, również siarka wykazuje największą kumulację powierzchniową w pobliżu źródła emisji na kierunku wschodnim (rys. 4a). Siarka znacznie wolniej niż Cu przemieszcza się w głąb profilu glebowego, o czym świadczy układ wydzielonych stref na głębokości cm (rys. 4b). Podobnie w warstwie cm (rys. 4c) spotykamy stosunkowo małe zmiany w zawartości siarki w porównaniu z glebami nie zanieczyszczany-

9 Cu, Zn, S i erozja gleb w rejonie huty miedzi 41

10 42 J. Drozd 1 in. Rys. 3. Strefy kumulacji cynku na głębokościach a 0-10 cm; zawartość Zn w glebach nie zanieczyszczonych, jć=8,2 ppm, b cm; zawartość Zn w glebach nie zanieczyszczonych, 3ć = 4,3 ppm, J cm; zawartość Zn w glebach nie zanieczyszczonych, x<= 2,1 ppm Zinc accumulation zones at the depths a 0-10 cm; the Zn content in non-contaminated soils л = 8.2 ppm, b cm; the Zn content in non-contaminated soils л: = 4.3 ppm, с cm; the Zn content in non-contaminated soils 3ic=2.1 ppm mi (x=48 ppm). Maksymalne jej ilości odpowiadają strefie 2-10-krotnej koncentracji która pokrywa znaczny obszar badanego terenu. Reasumując powyższe rozważania nad kumulacją i rozmieszczeniem Cu, Zn, S można stwierdzić, że kształt wydzielonych stref wielokrotności wskaźników zanieczyszczeń gleb wykazuje zależność od kierunku wiatrów, choć występują czasami pewne nieregulamości spowodowane oddziaływaniem czynników mikrosiedliskowych. Szczegółowa analiza wskaźników zanieczyszczeń dowodzi, że ich nagromadzenie w glebach rejonu badań zależy nie tylko od odległości od centrum emisji, ale również od zdolności przemieszczania się w profilu glebowym. E rozja. W strefie największego zanieczyszczenia na kierunkach wschodnim i południowym spotykamy dużo gleb nie użytkowanych rolniczo. Powierzchnia ich w większości pozbawiona jest jakiejkolwiek roślinności, pokrywa ją warstewka emitowanych pyłów [2, 7], których niekorzystne oddziaływanie powoduje zanik roślinności. Jedynie w niektórych miejscach spotkać można płaty powoju i perzu. Pozbawione okrywy roślinnej tereny narażone są w większym stopniu na oddziaływanie niekorzystnych czynników powodujących niszczenie gleb w wyniku erozji wodnej. Występuje ona nawet przy stosunkowo słabo urzeźbionej powierzchni

11 Cu, Zn, S i erozja gleb w rejonie huty miedzi 43

12 44 J. Drozd i in. Rys. 4. Strefy kumulacji siarki na głębokościach a 0-10 cm; zawartość S w glebach nie zanieczyszczonych jć = 204ppm, b cm; zawartość S w glebach nie zanieczyszczonych, x= 100 ppm с cm; zawartość S w glebach nie zanieczyszczonych 5ć = 48 ppm Sulphur accumulation zones at the depths a 0-10 cm; the S content in non-contaminated soils * = 204 ppm b cm; the S content in non-contaminated soils, *= 100 ppm, с cm; the S content in non-contaminated soils, 5c = 48ppm terenu, a sprzyja temu pyłowo-ilasty skład granulometryczny powierzchniowych utworów glebowych oraz zmniejszona wodoodpomość agregatów [2]. Wskutek tych procesów powstają erozyjne żłobiny, których głębokość sięga często 1,0 m. Niszczenie warstw powierzchniowych gleb zatrzymuje się na utworach podścielających, które są bardziej odporne na procesy erozji wodnej (rys. 5). Na terenach zanieczyszczonych, objętych normalnymi zabiegami agrotechnicznymi, mimo gromadzenia się w nich znacznej ilości emitowanych składników nie obserwuje się tak silnej deformacji pokrywy glebowej. Zjawiska te mogą wskazywać, że stosowane zabiegi agrotechniczne i uprawa roślin ograniczają niekorzystny wpływ zanieczyszczeń emitowanych przez hutę na glebę, a właściwy ich dobór może w pewnym stopniu zabezpieczyć obszary gleb przyległych przed postępującą powierzchniową degradacją. WNIOSKI Przeprowadzone badania upoważniają do wyciągnięcia następujących wniosków. 1. Spośród badanych wskaźników powierzchniowego zanieczyszczenia gleb największą kumulację przestrzenną wykazuje miedź, przed siarką i cynkiem, a strefy

13 Cu, Zn, S i erozja gleb w rejonie huty miedzi 45 Rys. 5. Zmiany powierzchniowe gleb silnie zanieczyszczonych pod wpływem procesów przyspieszonej erozji wodnej Superficial changes of strongly contaminated soils under the influence of intensified processes of water erosion nagromadzeń omawianych składników uzależnione są od odległości od centrum emisji i kierunku wiatrów. 2. Kumulacja zanieczyszczeń w środkowych partiach profilów glebowych nie zawsze pokrywa się z ich koncentracją na powierzchni. Na głębokości cm największą kumulację wykazuje miedź, przed siarką i cynkiem. 3. W strefie silnego zanieczyszczenia powierzchniowego zmieniają się bardzo niekorzystnie właściwości gleb, czego wyrazem jest zanik roślinności oraz potęgujące się zjawiska erozji wodnej. 4. Z punktu widzenia społeczno-gospodarczego gleby zanieczyszczane należałoby objąć specjalnymi zabiegami agrotechnicznymi w celu polepszenia całokształtu ich właściwości, aby zabezpieczyć je w ten sposób przed pogłębiającymi się procesami niszczenia ich aktualnej i potencjalnej żyzności. LITERATURA [1] B alick a N., W ęgrzyn T., V aranka M.: Wpływ pyłów kominowych z hut miedzi na mikroflorę gleby i roślin. Mat. Sesji Nauk. PAN: Wykorzystanie i ochrona środowiska ziem południowo-zachodnich Polski, 8-9.III.1974, Wrocław, [2] D rozd J., K o w a liń sk i S.: Zmiany niektórych właściwości gleb pod wpływem zanieczyszczeń emitowancyh przez Hutę Miedzi Legnica. Rocz. glebozn. 28, 1977, 2,

14 46 J. Drozd i in. [3] D rozd J., K o w a liń sk i S., L iczn ar M.: Wlijanie industrializacji sriedy na powierchnostnyje izmienienja poczwiennowo pokrowa w rajonie miediepławilnowo zawoda Legnica. 7 Mieżdunarodnyj Sympozjum Rekultywacja landszaftow narusziennych promyszlennoj diejatielnostju, PAN, Zabrze 3, 1980, [4] D ro zd J., L iczn ar M., K o w a liń sk i S.: Kształtowanie się niektórych właściwości gleb w warunkach oddziaływania zanieczyszczeń emitowanych przez Hutę Miedzi Legnica. Zesz. probl. Post. Nauk roi. 1983, 242, [5] K o w a liń sk i S., D ro zd J., L icznar M.: Wpływ zanieczyszczeń emitowanych przez hutę miedzi na skład ilościowy i jakościowy związków próchniczych. Mat. Sesji Nauk. PAN : Ocena degradacji naturalnego środowiska ziem południowo-zachodnich Polski, XI.1977, Wrocław, [6] K o w a liń sk i S., D rozd J., L icznar M.: The influence of the distance of a copper smelter on the physico-chemical properties and organic compounds of soils. Polish Jour, of Soil Sei. 12, 1979, 1, [7] K o w a liń sk i S., B ogda A., B ork ow sk i J., D rozd J., L icznar M. i inni: Wstępne badania nad wpływem zanieczyszczeń przemysłowych huty miedzi Legnica na zmiany niektórych właściwości gleb. XIX Zjazd PTG, Komunikaty, Puławy-Kraków 1972, [8] K o w a liń sk i S., L ask ow sk i S., R oszyk E., Szerszeń L.: Wstępne wyniki badań nad wpływem zadymienia i zapylenia na gleby huty miedzi Głogów. Mat. Sesji Nauk. PAN : Wykorzystanie i ochrona środowiska ziem południowo-zachodnich Polski, Wrocław [9] M ik la szew sk i S.: Wpływ zanieczyszczeń emitowanych przez huty miedzi na faunę glebową. Mat. Sesji Nauk. PAN : Ocena degradacji naturalnego środowiska ziem południowo-zachodnich Polski, XI.1977, Wrocław, [10] R eim ann B., M ich ajluk L., B orew icz A.: Szkodliwy wpływ niektórych form siarki na gleby terenów przyfabrycznych. Rocz. glebozn. 18, 1968, 2, [11] R oszyk E.: Zanieczyszczenie gleb i roślin uprawnych Pb, Cu i Zn w rejonie huty miedzi. Zesz. probl. Post. Nauk roi. 206, 1978, [12] R oszyk E., R oszyk ow a S.: Wpływ hutnictwa miedzi na niektóre właściwości gleb i skład chemiczny roślin uprawnych. Cz. I. Pierwszy rok emisji. Rocz. glebozn. 26, 1975, 3, 277. [13] R oszyk E., R oszyk ow a S.: Wpływ hutnictwa miedzi na niektóre właściwości gleb i skład chemiczny roślin uprawnych. Cz. II. Drugi rok emisji. Rocz. glebozn. 27, 1976, 4, [14] Szerszeń L., L ask ow sk i S., R ok szyk E.: Dynamika Cu. Zn i Pb w glebach strefy ochrony sanitarnej huty miedzi Głogów. Mat. I Kraj. Konf.: Wpływ zanieczyszczenia pierwiastkami śladowymi na przyrodnicze warunki rolnictwa, 4-6.V.1978, Puławy, cz. I, [15] T urski R., B aran S.: Różnice typologiczne gleb jako wskaźnik stopnia zanieczyszczenia środowiska metalami ciężkimi. Mat. I Kraj. Konf.: Wpływ zanieczyszczenia pierwiastkami śladowymi na przyrodnicze warunki rolnictwa, 4-6.V.1978, Puławy, cz. I, E. ДРОЗД, С. КОВАЛИНЬСКИ, М. ЛИЧНАР з о н а л ь н о й з а г р я з н е н и е п о ч в м е д ь ю, ц и н к о м и с е р о й, а т а к ж е э р о з и о н н ы е и з м е н е н и я п о ч в е н н о г о п о к р о в а в р а й о н е в л и я н и я м е д е п л а в и л ь н о г о з а в о д а Кафедра почвоведения Сельскохозяйственной академии во Вроцлаве Р езю м е Целью труда являлось исследование влияния медеплавильного завода на аккумуляцию и перемещение некоторых загразняющих элементов, а таюкз на вызванные ими изменена я в почвенном покрове. Установлено, что среди элементов поверхностного загрязнения почв

15 Cu, Zn, S i erozja gleb w rejonie huty miedzi 47 самой высокой пространственной аккумуляцией характеризуется медь, а дальнейшие места в этом отношении занимают цинк и сера. Зоны аккумуляции этих элементов обусловлены расстоянием от центра эмиссии и направлением ветров. В почвенных профилях на глубине см самую высокую аккумуляцию показывает медь, а затем сера и цинк. В зоне сильного поверхностного зягразнения исчезает растительный покров, снижается устойчивость почв деградации, а также происходит интенсификация эрозионных явлений, даже на совершенно плоских площадях. J. DROZD, S. KOWALlttSKI, М. LICZNAR ZONAL CONTAMINATION OF SOIL WITH COPPER, ZINC AND SULPHUR A N D SOIL COVER CHANGES UNDER THE EROSION EFFECT IN THE COPPER METALLURGY WORKS INFLUENCE REGION Department of Soil Science, Agricultural University of Wrocław Sum m ary The aim of the work was to investigate the influence of coopper métallurgie works on accumulation and translocation of some contaminants as well as to determine changes in the soil cover caused by them. It has been found that it is copper, which among the superficial contamination elements is characterized by the highest spatial accumulation; further places in this respect occupy zinc and sulphur. The accumulation zones of these elements depend on the distance from the emission centre and on the direction of winds. In the soil profiles at the depth of cm the highest accumulation shows copper and then zinc and sulphur. In the zone of a strong superficial contamination vanishes the plant cover, lowers the soil resistance to degradation and occurs an intensification of erosion phenomena, even on quite flat areas. Doc. dr hab, Jerzy Drozd Katedra Gleboznawstwa AR Wrocław, uh Grunwaldzka 33

16