R O C Z N IK I G L E B O Z N A W C Z E T. X X X IX, N R 4 S , W A R S Z A W A 1988 E L IG IU S Z R O S Z Y K, L E S Z E K S Z E R S Z E Ń

Transkrypt

1 R O C Z N IK I G L E B O Z N A W C Z E T. X X X IX, N R 4 S , W A R S Z A W A 1988 E L IG IU S Z R O S Z Y K, L E S Z E K S Z E R S Z E Ń N A G R O M A D Z E N IE M E T A L I C IĘ Ż K IC H W W A R S T W IE ORNEJ G LEB S TREF O C H R O N Y S A N IT A R N E J P R Z Y H U T A C H M IE D Z I * CZĘŚĆ II. G Ł O G Ó W Katedra Chemii Rolniczej i Katedra Gleboznawstwa Akadem ii Rolniczej w e W rocław iu W S T Ę P O dkrycie w 1957 roku now ych złóż rud m iedzionośnych zapoczątkow ało budowę kopalni, z których pierwsza oddana została do eksploatacji w 1968 roku. Równocześnie na przełom ie lat 1967/1968 przystąpiono do budow y huty G ło g ó w, która uruchomiona została w 1971 roku, osiągając pełną moc produkcyjną w 6 lat później. Rów nolegle z rozruchem pierwszej huty w jej sąsiedztwie budowano drugi zakład hutniczy, który rozpoczął produkcję m iedzi w 1977 roku. Już w pierw szym roku po uruchomieniu huty stwierdzono ujem ne skutki oddziaływania em isji zw iązków siarki na rośliny,[8]. D rugi rok produkcji zapoczątkował im isję m etali w glebach i roślinach [9], która narastała lawinowo. Problem em tym zajęło się w ielu autorów [2, 5, 7, 11, 12]. Celem naszych badań było opracowanie m apy poglądowej w skali 1 : , obrazującej aktualny zasięg nagromadzonych m etali ciężkich w glebach uprawnych strefy ochrony sanitarnej, mogącej stanowić w przyszłości odniesienie do zachodzących zmian na tym terenie. M A T E R IA L I M E T O D Y Z pow ierzchni około ha, z w arstw y ornej, pobrano 529 zbiorczych próbek glebowych, obejm ując nim i cały badany teren. G leby te scharakteryzowano pod w zględem w ażniejszych właściwości i oznaczono * W badaniach brały udział jednostki naukowo-badawcze wymienione w I części pracy [10], którym autorzy na tym miejscu składają podziękowanie. Obie prace finansowane były przez Urząd W ojewództwa Legnickiego.

2 148 E. Roszyk, D. Szerszeń w nich zawartość w ybranych m etali ciężkich. Oznaczenia te wykonano ogólnie stosowanym i m etodam i analitycznym i, które w ym ieniono w pracy [ 1 0 ]. C H A R A K T E R Y S T Y K A G L E B Ze w zględu na zróżnicowanie rzeźby terenu, badany obszar podzielić można na część południową, o zróżnicow anym reliefie ze spadkiem w kierunku północnym, oraz część północną o terenie równinnym. Stąd też skały m acierzyste tych gleb są różnej genezy. W części południowej przew ażają utw ory pyłow e w odnego pochodzenia oraz w m niejszej części gliniaste i piaszczyste u tw ory fluw ioglacjalne. W y tw o rzy ły się z nich na tym terenie głów nie gleby brunatne i płowe, a tylko w obniżeniach czarne ziem ie. N a obszarze płaskiej doliny O dry z u tw orów aluwialnych 0 zróżnicowanym składzie granulom etrycznym w ystępują mady, głów nie brunatne. Ponad 52% badanych gleb stanow iły gliny, przede w szystkim lekkie 1 średnie, a w n iew ielkiej części ciężkie; 2 2 % powierzchni zajm ują utwory pyłow e, a pozostałe 26 /q próbek stanow iły u tw ory o składzie granulom etrycznym piasków w ytw orzon ych zarówno z u tw orów aluwialnych, jak i fluw ioglacjalnych. Bliższe inform acje o właściwościach badanych gleb podano w tabeli 1. Tabela 1 Niektóre właściwości badanych (n 529) Some properties of the soils tested (n = 529) Składnik Element X Wahania (od-do) Fluctuations (from-to) Części spławialne Clay and silt particles, % Części koloidalne Colloidal particles, % Odczyn ph Reaction ph (KCl) 5,6 5,7-7,9 Hh meq/100 g 3,6 0,5-18,1 С organiczny organie, % 1,92 0,30-11,46 P rozpuszczalny soluble, mg/100 g 5,5 0,4-32,7 i K rozpuszczalny soluble, mg/100 g 20,4 1,2-170,1 Mg rozpuszczalny soluble, mg/100 g 11,6 0,5-282,5 S całk. total, mg/100 g 46,2 11,0-393,0 S S04 mg/100 g 9,2 j 1,2-122,5 W ogólnej ilości próbek najw ięcej było gleb o odczynie kwaśnym 36%, a w następnej kolejności lekko kwaśnym 32%. Pozostałe gleby w 16% w yk azały odczyn bardzo kwaśny oraz w 16% obojętny i zasadowy. Zawartość w ęgla organicznego w poziom ie próchnicznym była zróż

3 Metale ciężkie w glebach okolic Głogowa 149 nicowana z uw agi na różne ty p y i rodzaje w ystępujących gleb. Stosunkowo n ajw iększy był udział próbek o zawartości C-org. od 1-3 %!, stanowiąc 70% przebadanych gleb. Poniżej 1% C-org. zaw ierało 3 % próbek, w interw ale od 3 do 6% C-org. 17%, a pow yżej 6% C-org. było 10% analizowanych próbek glebow ych. T e ostatnie o najw iększej zawartości T abela 2 Ocena zawartości fosforu, potasu i magnezu w glebach strefy ochrony sanitarnej huty Głogów w % przebadanych próbek (n = 529) Estimation of the phosphorus, potassium and magnesium content in soils of the sanitary zone of the Głogów métallurgie plant in % of the samples tested (n = 529) Składnik Element Bardzo niska Very low Niska Low! Średnia 1 Medium Wysoka High Bardzo wysoka Very high Fosfor Phosphorus Potas Potassium Magnez Magnesium mg/100 g gleb y -s o il Rys. 1. Częstotliwość występowania siarki całkowitej i siarczanowej w poszczególnych klasach zawartości (n = 172) Fig. 1. Occurrence frequency of total and sulphate sulphur in particular content classes (n -= 172)

4 150 E. Roszyk, D. Szerszeń w ęgla organicznego b y ły glebam i darniow ym i i ornym i czarnoziem nym i. Zaszeregow ując uzyskane w yn ik i analityczne do obecnie obowiązujących klas zawartości fosforu, potasu i magnezu w glebach dla oceny ich zasobności (tab. 2), trzeba stwierdzić, że ponad 50% przebadanych gleb zaliczyć należy do klas o niskiej i średniej zawartości, około 70 /o posiada średnią i wysoką zawartość potasu, a udział próbek o w ysokiej i bardzo w ysokiej zawartości magnezu stwierdzono w 68% ogólnej liczby gleb. Ogólnie, gleb y na badanym terenie są średnio zaopatrzone w trzy w ym ienione składniki. Uzyskane zawartości średnie obu oznaczonych form siarki korespondują z wartościam i spotykanym i w innych rejonach kraju. Jednakże ekstrem alnie największe zawartości wskazują na grom adzenie się tego składnika w pow ierzchniow ej w arstw ie gleb badanego rejonu (tab. 1 ). Częstotliwość w ystępow ania om awianych połączeń siarki w poszczególnych klasach zawartości jest stosunkowo niew ielka (rys. 1 ). Z A W A R T O Ś Ć M E T A L I C IĘ Ż K IC H Skład chem iczny em itow anych pyłów przez hutę pod w zględem zawartości poszczególnych m etali był zbliżony do podanego w poprzedniej publikacji [10]. N ależy jednak zaznaczyć, że ilości tych p yłów uwarunkowane b yły wielkością produkcji huty [2 ], rzutując w konsekwencji na duże zróżnicowanie zawartości m etali w w arstw ie ornej okolicznych gleb (tab. 3). T a b e la 3 Zawartości (mg/kg) średnie i wahania metali ciężkich w glebach strefy ochrony sanitarnej huty,,głogów (n = 529) Mean content (mg/kg) and fluctuations of heavy metals in soils of the sanitary zone of the Głogów métallurgie plant (n = 529) Składnik Element! 1 X Wahania (od-do) Fluctuation (from to) j i Miedź Copper 460, , Ołów Lead 218, Cynk Zinc 1 124, Mangan Manganese i 583, Kobalt Coball 5,8 1,3-38,3 Nikiel Nickel 35,6 2,9-450,0 Kadm Cadmium 1,06 0,02-10,90 Arsen Arsenie 10,2 0,3-145,0 Rtęć Mercury 0,93 0,01-15,10! Uszeregow ując uzyskane w yn iki w poszczególne klasy zawartości Cu, stwierdzono, że do 50 mg/kg zaw ierało 2% próbek, od 51 do 100

5 Metale ciężkie w glebach okolic Głogowa %, od 101 do %, od 201 do % i od 300 mg/kg 21% próbek. N ajw ięcej tego składnika nagromadziło się w w arstw ie ornej gleb w pobliżu huty (rys. 2 ), szczególnie w kierunku wschodnim. W m iarę oddalania się od em itora zawartości Cu malały, osiągając n ajm niejsze wartości na niew ielkich powierzchniach sąsiadujących z granicą strefy. Rys. 2. Rozmieszczenie całkowitej zawartości miedzi, ołowiu, cynku i manganu w w arstw ie ornej gleb strefy ochrony sanitarnej Fig. 2. Distribution of total content of copper, lead, zinc and manganese in the arable layer of soils of the sanitary protection zone

6 E. Roszyk, D. Szerszeń Zawartość ołowiu w poszczególnych klasach przedstaw ia się następująco: do 50 mg/kg 10% próbek, od 51 do %, od 101 do %, od 201 do 300 6% i od 300 mg/kg 9 % próbek. N a j większe koncentracje tego metalu stwierdzono w kierunku wschodnim od huty oraz na m niejszych powierzchniach w części północno-zachodniej strefy (rys. 2 ). Koncentracja cynku w podziale na poszczególne klasy zawartości w próbkach przedstawia się następująco: do 50 mg/kg 21% próbek, od 51 do %, od 101 do %, od 201 do 300 3% i od 300 mg/kg 6% próbek. G leby o największej zawartości tego metalu rozciągają się pasem w pewnej odległości od huty, w północno- wschodniej części strefy (rys. 2 ). Zawartość manganu w poszczególnych klasach zawartości przedstaw iała się następująco: do 300 mg/kg 24% próbek, od 301 do %, od 501 do %, od 701 do % i od 1000 mg/kg 10% próbek. G leby o największej zawartości M n koncentrują się przede w szystkim w e wschodniej części strefy oraz na niew ielkim obszarze w części zachodniej. K om pleksy gleb o różnej koncentracji tego składnika rozmieszczone są w strefie mozaikowato, niezależnie od odległości huty (rys. 2 ). U szeregow ując uzyskane w yn ik i oznaczeń kobaltu w klasy zawartości stwierdzono, że do 5 mg/kg zaw ierało 78% próbek, od 5,1 do 10,0 17% i od 10,0 mg/kg 5 % próbek. N ajw iększe nagromadzenie tego składnika w ystępu je w glebach sąsiadujących z hutą od strony północno-wschodniej oraz na niew ielkich przestrzeniach w części zachodniej strefy (rys. 3). U dział ilościow y próbek w określonych grupach zawartości niklu przedstawia się jak następuje: do 10 mg/kg 23% próbek, od 10.1 do 15,0 28%;, od 15,0 do 20,0 15%, od 20,0 do 25,0 4 % i od 25,0 mg/kg 30% próbek. G leby o w iększej koncentracji niklu w ystępują na obszarach przylegających od północy i wschodu do huty oraz na niew ielk iej przestrzeni w części zachodniej strefy (rys. 3). U dział próbek w poszczególnych klasach zawartości kadmu kształtow ał się następująco: do 0,25 mg/kg 32% próbek, od 0,25 do 0,50 23%, od 0,5 do 1,0 22% i od 1,0 mg/kg 23% próbek. Połacie gleb o podwyższonej zawartości Cd w ystępują na m niejszych lub w iększych powierzchniach na terenie całej strefy, jednakże w w iększej m ierze skoncentrowane są w pobliżu huty, szczególnie w kierunku południowym (rys. 3). Koncentracja arsenu w glebach, zaszeregowana do poszczególnych klas zawartości kształtowała się jak następuje: do 5 mg/kg 50% próbek, od 5 do 7,5 10%, od 7,5 do 10,0 8% i od 10,0 mg/kg 26% próbek. N ajw iększe koncentracje arsenu w ystępu ją w środkow ej części,

7 Metale ciężkie w glebach okolic Głogowa 153 rozciągając się pasem aż po zachodnią granicę strefy ochrony sanitarnej (rys. 3). M niejsze zawartości tego składnika w ystępu ją w glebach południow ej i południowo-zachodniej części strefy. W poszczególnych klasach zawartości rtęci udział próbek glebow ych kształtował się następująco: do 0,1 mg/kg 1 1 % próbek, od 0,1 do 0,3 20%, od 0,3 do 0,7 31%, od 0,7 do 1,0 17% i od 1,0 mg/kg 21% próbek. G leby zaw ierające pow yżej 1,0 mg/kg H g położone są Rys. 3. Rozmieszczenie całkowitej zawartości kobaltu, niklu, kadm u i arsenu w w arstw ie ornej gleb strefy ochrony sanitarnej Fig. 3. Distribution of total content of cobalt, nickel, cadmium and arsenic in the arable layer of soils of the sanitary protection zone

8 154 E. Roszyk, D. Szerszeń w głów nej m ierze w sąsiedztwie huty, rozciągając się od niej pasem w kierunku północnym i wschodnim. Na peryferiach strefy zawartość tego m etalu jest nieco m niejsza (rys. 4). Rys. 4. Rozmieszczenie całkowitej zawartości rtęci w w arstw ie ornej gleby strefy ochrony sanitarnej Fig. 4. Distribution of the total content of mercury in the arable layer of the soils of the sanitary protection zone O M Ó W IE N IE W Y N IK Ó W Przeprow adzone badania dow iodły dużego nagromadzenia m etali w w arstw ie w ierzchniej gleb położonych w strefie ochrony sanitarnej. D otyczy to przede w szystkim m iedzi i ołowiu, a w dalszej kolejności kadmu, cynku, arsenu i rtęci. Zawartości w ym ienionych składników przekraczają koncentracje średnio spotykane w polskich glebach nieskażonych [ 1 1 ]. W porównaniu z glebam i nie zanieczyszczonym i w spółczynniki koncentracji w badanych glebach w yn osiły średnio: dla m iedzi 18,6; ołowiu 11,5; rtęci 9,3; kadmu 3,4; arsenu 2,0 i dla cynku 1,9. Ta duża im isja pierw iastków m etalicznych w glebach wespół z podwyższoną koncentracją zw iązków siarki w atm osferze spowodowała określone skutki na terenach rolniczo użytkow anych początkowo spadek plonowania, a w dalszej kolejności powstawanie nieużytków. W celu określenia uwarunkowań decydujących o stratach w plonowaniu roślin uprawnych, na podstawie w ycen y dokonanej przez kom isje gm inne w y konano analizę statystyczną uzyskanych w yników. Spośród zależności jednoczynnikow ych na uwagę zasługują dodatnie w spółczynniki kore-

9 Metale ciężkie w glebach okolic Głogowa 155 lacji pom iędzy wielkością strat w plonach roślin a zawartością w glebach: m iedzi rozpuszczalnej w edług W esterhoffa (r = 0,58) i całkowitej (r = 0,51) oraz ołowiu całkowitego (r = 0,49). Stwierdzono rów nież ujemną korelację pom iędzy wielkością strat a odległością od huty w yrażającą się współczynnikiem r = 0,55. Próba zastosowania analizy regresji w ielokrotnej nie dała spodziewanych w yn ików. Zależność odczynu gleb od odległości emitora Dependence of the soil reaction on the distance from emitter Tabela 4 Liczba próbek Number of samples Odległość Distance km 1 Wahania (od-do) Fluctuations (from-to) 93 do 1 5,6! 4,1-7, ,6! 4,1-7, ,6 3,9-7, ,6 3,7-7, ,8-7,3! j 3,8-6,9 i... W badaniach własnych nie stwierdzono w pływ u em isji hutniczych na stopień zakwaszenia okolicznych gleb (tab. 4). Jak stwierdzono na licznym m ateriale, niezależnie od odległości emitora, średnie wartości i w a hania odczynu gleb do odległości 6 kilom etrów b yły do siebie zbliżone. P O D S U M O W A N IE W ykonane badania w rejonach stref ochrony sanitarnej p rzy hutach m iedzi L egn ica oraz,,g łogów I i I I dowiodły, że najw iększym trw a łym zagrożeniem dla gleb tych rejon ów jest grom adzenie się w nich m etali ciężkich. Zestawione wartości dowodzą intensywniejszej kumulacji m etali przy hucie,,g łogów niż Legn ica (rys. 5). Szczególne zagrożenie stwarza nagrom adzenie m iedzi i ołowiu przekraczające kilka do kilkunastokrotnie wartości średnio spotykane w polskich glebach [ 1 ] oraz maksymalne dopuszczalne dla zdrow ia zw ierząt i ludzi zawartości p rzyjęte w literaturze [6}. Spośród pozostałych oznaczanych m etali uwagę zw racają średnio większe zawartości od normalnie spotykanych (rys. 5) niklu, kadmu, arsenu i rtęci, szczególnie w strefie ochrony sanitarnej huty,,g łogów, przy czym zawartość niklu zbliża się do tzw. wartości maksymalnej, zaproponowanej przez Klocka [6]. N ie stwierdzono natomiast w glebach obu stref niebezpiecznego w swych skutkach nagromadzenia cynku, kobaltu i manganu.

10 156 E. Roszyk, D. Szerszeń Rys. 5. Średnie zawartości mikroelementów w badanych glebach Fig. 5. M ean content of microelements in the soils tested W N IO S K I Uzyskane w yn ik i analityczne gleb z rejonu strefy ochrony sanitarnej huty pozw alają na w yciągnięcie następujących w niosków : 1. Z rolniczego punktu w idzenia badane gleb y zaliczyć należy do grupy: lekko kwaśnych, silnie próchnicznych, o średniej zawartości fosforu rozpuszczalnego, w ysokiej zawartości potasu i bardzo w ysokiej magnezu, 2. W badanej strefie najintensyw niej gromadzone b yły: miedź i ołów. Pierw iastki te przekraczały średnio 15-krotnie zawartość m iedzi i 4,5- krotnie zawartość ołowiu, w porównaniu z przeciętnie spotykanym i w glebach polskich, 3. W m niejszym, aczkolwiek w yraźn ym stopniu, gromadzone b yły: nikiel, arsen, rtęć i kadm, których koncentracja przew yższa przeciętnie około 2 -krotnie zawartości spotykane w glebach nie zanieczyszczonych, 4. N ie zaobserwowano znaczącego nagromadzenia w badanych glebach cynku, kobaltu i manganu. L IT E R A T U R A [1] Boratyński K., Roszyk E., Ziętecka M. Przegląd badań przeprow a dzonych w Polsce nad mikroelementami. Cz. II. Rocz. Glebozn. 1972, 23, 1 s [2] Drozd J., К o w a 1i ń s к i S., Licznar M. Strefowe zanieczyszczenie Cu,

11 Metale ciężkie w glebach okolic Głogowa 157 Zn i S oraz zmiany erozyjne pokrywy glebowej huty miedzi. Rocz. Glebozn. 1984, 35 1 s. 33. w rejonie oddziaływania [3] Gajewski K., G г e i n e r t H., Drab M. Próba oceny zanieczyszczeń gleb woj. legnickiego metalami ciężkimi. Mat. III K raj. Konf., 1985, cz. II s. 26. [4] Gajewski K., Greinert H., Lenartowski M. W p ły w zanieczyszczonej atmosfery metalami ciężkimi i siarką na gleby i rośliny w rejonie huty miedzi. Mat. I K raj. Konf., 1978, cz. I s [5] Kabata-Pendias A., Bolibrzuch E., Tarłowski P. O ddziaływ a nie huty miedzi na przyrodnicze w arunki rolnictwa, cz. I Zanieczyszczenie gleb. Rocz. Glebozn., 1981, 32, 3 s [6] К 1о с к e A. Kompostmerkblatt Qualitätskriterien und Anwendungsem pf. 1977, M u A 45, L fg V III. [7] P i o t r o w s к a M. Pobieranie niektórych metali ciężkich przez rośliny z gleb zanieczyszczonych pyłam i huty miedzi. Mat. I Konf. K raj., 1978, cz. I s [8] Roszyk E., Roszyk S. W p ły w hutnictwa miedzi na niektóre właściwości gleb i skład chemiczny roślin uprawnych. Cz. I. Pierwszy rok emisji. Rocz. Glebozn. 1975, 26, 3 s [9] Roszyk E., Roszyk S. W p ły w hutnictwa miedzi na niektóre właściwości gleb i skład chemiczny roślin uprawnych. Cz. II. D rugi rok emisji. Rocz. Glebozn. 1976, 27, 4 s. 57. [10] Roszyk E., Szerszeń L. Nagrom adzenie metali ciężkich w w arstw ie ornej gleb stref ochrony sanitarnej przy hutach miedzi, Cz. I Legnica. Rocz. Glebozn. 1988, 39, 4, s [11] StrojekZ. W p ły w nawożenia mineralnego na dynamikę miedzi w glebach zanieczyszczonych przez hutę. Mat. I K raj. Konf., 1978, cz. I, s [12] Szerszeń L., Laskowski S., Roszyk E. Dynam ika Cu, P b i Zn w glebach strefy ochrony sanitarnej huty miedzi G łogów. Mat. I K raj. Konf., 1978, cz. I, s. 53. Э. РОШИК, JI. ШЕРШЕНЬ А К К У М У Л Я Ц И Я ТЯЖ ЕЛЫ Х М ЕТАЛЛО В В П А Х О Т Н О М СЛОЕ П ОЧВ ЗОНЫ САН И Т А РН О Й О Х РАН Ы П РИ М ЕТАЛЛУРГИ Ч Е С К О М ЗАВОДЕ МЕДИ Ч. И. М Е Т А Л Л УРГИ Ч Е С К И Й ЗАВОД Г Л О Г У В Кафедра агрохимии, Кафедра почвоведения Сельскохозяйственной академии во Вроцлаве Резю ме Химический анализ 529 образцов отобранных с пахотного слоя культурных почв зоны санитарной охраны при металлургическом заводе показал, что в самой сильной степени аккумулируются медь и свинец, воздействуя в первую очередь на процессы деградации указанных почв. В меньшей, хотя четкой степени аккумулируются никель, мышьяк, ртуть и кадмий, в другой стороны, не наблюдалась аккумуляция остальных анализируемых тяжелых металлов: цинка, кобальта и марганца.

12 158 E. Roszyk, D. Szerszeń E. R O SZYK, L. SZERSZEftr A C C U M U L A T IO N O F H E A V Y M E T A L S IN T H E A R A B L E L A Y E R OF S O IL S O F T H E S A N IT A R Y P R O T E C T IO N Z O N E IN T H E V IC IN IT Y OF C O P P E R M E T A L L U R G IC P L A N T S P A R T II. T H E G Ł O G Ó W M E T A L L U R G IC P L A N T Department of Agricultural Chemistry, Department of Soil Science Agricultural University of W rocław Summary The chemical analysis of 529 soil samples taken from the arable layer in the sanitary protection zone around the métallurgie plant has proved that copper and lead are accumulated most intensively, affecting, first of all, the soil degradation processes. To less intensively but distinctly accumulating microelements belong nickel, arsenic, mercury and cadmium. On the other hand, no more intensive accumulation of the remaining heavy metals analyzed, such as zinc, cobalt and manganese w as observed. P rof. dr E. Roszyk Praca wpłynęła do redakcji we wrześniu 1988 r. Katedra Chem ii Rolniczej Akademia Rolnicza we Wrocławiu Wrocław, Grunwaldzka 53