STUDIA NAD WPŁYWEM ZANIECZYSZCZENIA SIARKĄ NA PRZEM IANY GLEB UPRAWNYCH W SĄSIEDZTWIE KOPALNI SIARKI

Transkrypt

1 ROCZNIKI GLEBOZNAW CZE T. X X IX, NR 2, W ARSZAW A 1978 MARIA DROŻDŻ-HARA STUDIA NAD WPŁYWEM ZANIECZYSZCZENIA SIARKĄ NA PRZEM IANY GLEB UPRAWNYCH W SĄSIEDZTWIE KOPALNI SIARKI CZĘSC II. ZMIANY WŁAŚCIWOŚCI CHEMICZNYCH I FIZYKOCHEMICZNYCH GLEB UPRAWNYCH ZANIECZYSZCZONYCH SIARKĄ Instytut Gleboznawstwa, Chemii Rolnej i Mikrobiologii Akademii Rolniczej w Krakowie W rejonie kopalń otw orow ych w Tarnobrzeskim Okręgu Siarkow ym w ystępuje lokalnie bardzo silne zagrożenie zw iązane ze skażeniem środowiska siarką. Głównym czynnikiem zanieczyszczenia gleb upraw nych jest siark a elem en tarn a, d w u tlen e k siarki, Siarkow odór [1, 4] oraz zasolone wody złożowe [1 2, 18]. Zanieczyszczenie siark ą ele m en ta rn ą i p roduktam i jej przem ian pro w adzi do specyficznych przekształceń typu chem icznego gleby. Pow o d u je to sdlne zakw aszenie (ph poniżej 3,0) [2, 6, 13, 14, 16, 17], a w tó r nym związkiem tego procesu jest pojaw ienie się dużych ilości glinu [6 ], zubożenie w sk ład n ik i odżywcze i pogorszenie s tru k tu ry gleb [16]. W łaściwości chemiczne i fizykochem iczne gleby skażonej siarką przedstaw iono w I części opracow ania [3]. N iniejsza d ru g a część zaw iera charakterystykę zm ian obserw owanych w glebach upraw nych przyległych do kopalni G rzybów. BADANIA TERENOWE POCHODZENIE M ATERIAŁU GLEBOWEGO Badania gleboznawcze w otoczediu kopalni siarki w Grzybowie k. Staszow a rozpoczęto w 1967 r. w ram ach w spółpracy z IHAR-em. Złoża siarki są tu eksploatowane m etodą otworową, polegającą na podziem nym w ytapianiu siarki przegrzaną wodą. Płynną siarkę tłoczy się na pow ierzchnię pod ciśnieniem za pośrednictw em otw orów w ie rtn i czych.

2 136 M. Drożdż-Hara 1 О о 15 N io! i О о i ' 14 9 I О о i 13 8 ; о о i 7? п i 'С 1! 1 \ \ \ 0 < w Е о о о 16 5 о о 17 Ч о 18 3 о о 19 S 2 о 2G 1 о Kys. 1. Schemat układu badanych punktów na terenie kopalni Grzybów Simplified distribution of observed plots near mine Grzybów Wokół pól eksploatacyjnych założono 2 0 punktów badawczych rozmieszczonych co m w liniach prostych przecinających się w m iejscu najbardziej zanieczyszczonym w pobliżu składowiska siarki (rys. 1). Próbki glebowe z wars'twy ornej pobierano kilkakrotnie w okresie , a w latach także z odsłoniętych profilów. N a podstaw ie opublikow anych w yników w stępnych badań [2 ] w ybrano 4 punkty (n r 1, 6, 21 i 23), z których w latach pobierano do szcze- Terminy pobrania próbek i charakterystyka obiektów Dates of sampling and features of the lo c a litie s Tabela Nr profilu Profile No. Lokalizacja - Locality Iiok pobra-- Year of sampling Charakterystyka badanych obiektów Features of the investigated lo c a litie s 1 Grzybów 1970 pole uprawne - arable fie-id и:; 1971 pole uprcv.vne - arable fie ld 6 Grzybô.v 1 63 na polu górniczym D w toku pełnej eksploata c ji, w strefie całkowitych zniszczeń, bez p с kr y *vv roślinnej on mining fie ld, in zono of to ta l cicotrucîiori, no vegetation i>ole górnicze D ;..ining field 1971 na polu górnicpo zakończeniu eksploata c ji on mining fie ld after ending exploitation 21 Grzybów l9sd pole uprawne, teren przeznaczony do eksploa ta c ji w roku następnym arable fie ld, area destined for exploita - tien in no::t year pol'e górnicze С mining fie ld 23 Tuczypy, w O d l e g ł o ś c i 11 Im od Grzybowa i:;;czcpy, 11 ka v.e:.. twarda from Grzybów 1;70 na polu górniczym С w drugim roku ек-эр1о-,itac j i on mining fie ld during second ye.r of exp loitation 1971 na polu ^órnicrrym С w trzecim roku eksploa ta c ji, bez pokrywy roślinnej, gdzie-^niogdzie chwasty /perz, szczaw l a n c e t o w a t y, rd e s t/ on.nining fie ld during third year of o.-ploiûation, no vegetation, only some weeds locally 1970 pole uprawna - arable field i 971 pole uprawne - arable fie ld

3 Opady dla s ta c ji Staszów w o k resie P r e c ip ita tio n fo r the years M iesiąc Month I I I I I I Rok Year I I I I I I Rok Year I I I I I I Rok Year I I I I I I Rok Year I I I I I I Rok Year Tabela 2 Ś red n ia suma opadów w 1 0 -le c iu Mean t o t a l p r e c ip i ta t i o n in 10 y ear p e rio d I 8,0 15,8 29, ,5 14,6 11,3 36 0,6 0,2 16, ,4 33,0 6,1 52 6,8 1,0 7, I I 17,0 3,1 11, ,8 10,1 26, ,8 1,9 6, ,0 4,4 12,1 32 8,6 7,9 8, I I I 10,5 13,7 8, ,2 18,5 16,4 48 0,9 12,9 6, ,5 1,5 20,0 39 6,0 8,6 12, IV 7,8 1,0 4 9, ,9-11,4 39 6,0 11,0 4, ,8 7,8 17,4 47 3,2 1,0 43, V ,7 15, ,5 3,9 35, ,6 15,7 14,9 91 5,0 6,0 21, ,5 21,2 18, VI 18,1 32,8 2, ,4 9,8 31, ,3 50,2 10, ,7 9,6 8, ,8 20,6 36, VII 6,0 96,5 42, ,2 64,0 130, ,8 5,3 2,4 34 3,7 138,5 29, ,7 3,5 4, V III 19,8 23,7 2, ,8 16,3 22,8 65 0,1 39,6 22, ,5 28,5 10, ,1 6,8 9, IX 1,2 9,1 2, ,8 15,6 30, ,4 2,9 4 35,5 38,9 2, ,6 2,0 5, X 21,6 3,1 4, ,7 20,3 7,9 43 5,1-16, ,9 1,6 23,4 '43 5,0 18,4 3, XI 13,6 10,0 11, ,8 29,0 8,3 46 1,0 20,2 15, ,6 25,1 9,2 67 3,7 16,8 3, X II 19,4 12,4 35,4 67-8,8 11, ,8 1,6 3, ,4 5,6 25, ,6 11,2 17, Suma T o tal Zniekształcenie chemiczne gleb okolic kopalni siarki Grzybów GO

4 138 M. Drożdż-Hara gółowego opracow ania próbki glebow e z poziom ów genetycznych pro filów. Przy ustalaniu punktów badawczych uwzględniono odległość od źródła em isji, k ieru n ek przew ażających w iatrów oraz czas oddziaływ ania zanieczyszczenia siark ą na glebę (tab. 1). W ARUNK I KLIM ATYCZNE Zanieczyszczanie pól siark ą uw arunkow ane jest w ielom a czy n n ik a mi. Do n ajw ażniejszych należą k ie ru n k i i siła w ia tru oraz ilość opadów atm osferycznych. W celu sch arak tery zo w an ia w arunkô'w m eteorologicznych posłużono się m ateriałem pochodzącym z notowań stacji m eteorologicznej PIH M w Staszow ie, położonej najbliżej badanego obiektu (tab. 2 ). W okresie najw iększe opady w ystąpiły w 1968 r. (818 mm) i w 1970 r. (713 mm). Są one znacznie wyższe od średniej w 10-leciu , wynoszącej 597 mm. W yjątkowo suchy był rok 1969 (437 mm), w pozostałych latach (1967 i 1971) sum a rocznych opadów była zbliżona do średniej rocznej sum y opadów w 1 0-leciu (tab. 2 ). Skład mechaniczny badanych gleb M echanical a n a ly s is of in v e s tig a te d s o ils T a b e l a 3 P r o fil P ro file Poziom iïorizon cm Procentowa zaw artość f r a k c ji о 4 w mm Percentages of fra c tio n s - diam eter in mxn 1,0-0,1 0,1-0,05 0,05-0,02 0,02-0,006 0,006-0,002 < 0,002 Grzybów G ÓG C ' *syb-jw GO Go оoj ';.V 2 V b О '.V G - > j Ü Ь 7 - io Д a 16 :М-1 ; c го 01 о i'ucsvpy о и

5 Zniekształcenie chemiczne gleb okolic kopalni siarki Grzybów 139 W okresie w Staszowie notow ano przew ażnie wiaitry o kierunku NW, E, W i SE, a nikły udział kierunków N, S i SW. Stosunkow o nieduża była liczba dnli bezw ietrznych (cisza 26,2%). Ś re d nia prędkość w ia tru w ynosiła 2,7 m /s [11]. OGOLNY O PIS GLEB Om awiane gleby w ytworzone są z utw orów plejstoceńśkich, należą do gatunku piasków gliniastych lekkich i mocnych, na głębokości 40- -*75 cm podścielonych gliną lekką lub średnią, niekiedy poniżej 120 cm jeszcze podścieloną piaskiem (tab. 3). In te rp re ta c ja spłaszczenia w ierzchnich poziomów jest trudna, ponieważ może ono zachodzi zarówno w w yniku procesów geologicznych iak i glebotwórczych. Trudno jest stw ierdzić, czy są one produktem powierzchniowego rozm ycia gliny zwałowej, czy też jest to w arstw a piasku fluw ioglacyjnego nałożona na glinę zwałową lub wodnolodowcową. Rys. 2. Krzywa DTA frakcji koloidalnej ( < 10 j.i) profilu 21. Gleba przed zanieczyszczeniem siarką DTA curve of colloidal fraction (less than 10 microns) in profile Grzybów 21. Soil before pollution by sulphur

6 140 M. Drożdż-Hara Opierając się na opracow aniu geologiczno-gleboznawczym pow iatu staszowskiego [9], można przypuszczać, że om aw iane gleby wytw orzyły >się na dwuczłonowej skale m acierzystej, a wyższą zaw artość frakcji koloidalnej w dolnej części profilu należy wiązać przede w szystkim z geologiczną jej niejednorodnością. O dwuczłonow ości skały m acierzystej świadczą również różnice w składzie m ineralnym frakcji ilastej stw ierdzone za pomocą DTA. M inerały w tórne poziomów w ierzchnich reprezentow ane są przez kaolini't i illit, natom iast głębsze poziomy przez m ontm orylonit; domies'zka kaolin'itu i ill'itu nie jest w ykluczona (rys. 2 ). Glinłiasta w arstw a podścielająca jest nieprzepuszczalna i prow adzi do okresowej podmokłości i odgórnego oglejenia. W edług System atyki Gleb Polski [19] gleby te zaliczono do klasy gleb zabagnionych, typu gleb opadowoglejowych, w ytw orzonych z utworów niecałkow itych, tj. piasków gliniastych naglinow ych. OMÓWIENIE. WYNIKÓW CAŁKOW ITA ZAW ARTOŚĆ SIA R K I, SIA R K A SIARCZANOW A I WOLNY H2S 0 4 Całkowita zaw artość siarki w badanych profilach w ahała się od 9 do 1544 mg/100 g gleby (tab. 4). N ajw ięcej sia rk i stw ierdzono w pobliżu źródeł em isji na polach górniczych w poziomie w ierzchnim profilów 6 i 2 1 ( ). Ze wzrostem odległości od kopalni zm niejszała się ogólna ilość siarki. Uzyskane w yniki w skazują na dużą zmienność w czasie w ilości siarki nagrom adzonej w glebie (średnio 0,2-0,7%, a w 1971 r. naw et 1,5% w poziomie w ierzchnim profilu 6 ). Na ogromną rozpiętość w ilości siarki nagrom adzanej w glebie w obrębie pól eksploatacyjnych w skazyw ały w yniki badań Skawiny [18] i S i u t y [14]. W edług tych autorów całkow ita zaw artość siarki w w arstw ie pow ierzchniow ej wynos'i od k ilku do kilkudziesięciu procent. Przestrzenne zróżnicowanie zasiarczenia gleby uzależnione jest od w ielu czynników, m iędzy innym i od aktualnego ^tan u prac technicznych zw iązanych z eksploatacją sia rk i i w arunków klim atycznych. Siarka siarczanow a w ystępow ała w w arstw ach powierzchniow ych w ilościach od 3 do 1213 mg/100 g gleby (tab. 4). Re'imann i współpracow nicy [1 0 ] na podstaw ie danych op arty ch na obszernym przeglądzie lite ra tu ry podają, że zaw artość tej form y siark i w glebach n a tu ralnych wynosi od 1,5 do 4,0 mg/100 g gleby. Na tej podstaw ie należy uważać, że na badanym terenie, zwłaszcza w profilach podlegających zanieczyszczeniu, ilość siarki siarczanowej była kilka do kilkadziesiąt razy wyższa od norm alnie spotykanych. N ajw iększą ilość s ia rk i sia r czanowej zaw ierały poziomy wierzchnie zanieczyszczonych profilów 6 i 21 (w latach ). Najwięcej S-SO4 stw ierdzono w latach 1968 I 1971 w profilu 6 w poziomie w ierzchnim (tab. 4). W porów naniu ze średnią zaw artością siarczanów w poziom ach na głębokości cm

7 T a b e l a 4 Zawartość S-SO^, s i a r k i ogółem i wolnego H2SO^ w wybranych p r o f ila c h w la ta c h Content of S-SO^, to ta l sulphur and free H2S04 in s e le c te d p ro f ile s in the y ears P r o f il P r o file Poziom H orizon cm V VI V III X V X wolny fre e s - s o 4 s ia rk a ogółem H2S 4 t o t a l S V X wolny V VII X wolny V X s ia r k a fre e fre e ogółem s - s o. s - s o 4 s-;s04 t o t a l H2s o 4 H2S04 s m g/100 g gleby - s o i l 3X 8X 20x 53x Grzybów , , , , , , , , ś la d r , , , śla d , , , , ś la d , , , , ś la d , , , ,00 Grzybów ;1 8 X 7 6 * 517х , , , ,85 1J> , ,20 ' , , , , , , , , , ,35 Э0-1 r-o 1: n.o n.o , , , n.o n.o , , , o l\> 01 o Grzybów 0-20 n.o. n.o* n.o , , , , *10 n.o. n.o. n.o , , , , n.o. n.o. n.o , , , , n.o. n.o. n.o J2 0, ,0 0 4ó , , r.. 0. n.o. n.o , , , , j0 n.o. n.o. n.o , , , ,00 Tuczępy 0-20 П. 0. n.o. n.o. n.o. n.o. n.o. П.Оо n.o* n.o. n.o. 4,6 4,0 7,2 0, , n.o. n.o. n.o. n.o. n.o. n. c. n.o. n.o. n.o. n.o. 6,2 6,1 6,8 0, ,0 0 ;c-55 n.o. n.o. n.o. n.o. n.o. n.o n.b. n.o* n.o. 0,4 9,0 9,6 0, , n.o n.o. n.o. n.o. n.o. n.o. n.o. n.o. n.o. 9,0 6,2 7,2 0, , n.o. n.o. n.o. n. o. n.o. n.o. n.o. n.o«n.o. n.o* 6,2 5,2 7,0 0, , n.o. n.o. n.o. n.o. n.o. n.o. n.o. n.o. n.o. n.o. 5,6 7,2 5,0 0, ,0 0 X - n.o. - nie oznaczono - not determ ined, ' ślad wolny fr e e h2so4 Zniekształcenie chemiczne gleb okolic kopalni siarki Grzybów

8 142 M. Drożdż-Нага ilość ta w 1968 г. je st ponad 28-krotnie w iększa (tab. 5). W n astęp nych latach wzrosła średnia zaw artość S-SO 4 w poziomach na głębokości cm, a m aksym alną w artość 91 m g /l00 g gleby osiągnęła w m aju 1971 r. (tab. 4). W tym.samym okresie na głębokości 90 cm stw ierdzono ponad 100 mg S-SO 4/IOO g gleby, a w październiku we w szystkich poziom ach genetycznych ilość jej wzrosła, osiągając m aksim um 1213 mg w jednym z po'ziomôw w ierzchnich. W zrost ilości siarczanów w poziomach w ierzchnich profilu 2 1 stw ierdzono w lipcu 1970 r., ale najw iększa ich zaw artość w ystąpiła w w a r stw ie ornej w 1971 r. p rzy śred n iej zaw artości w poziom ach n a głębokości cm 20 mg/100 g gleby. Profil 1 położony stosunkow o w niew ielkiej odległości od źródła em isji siarki w k ieru n k u przew ażających w iatrów SE w ykazyw ał w ostatnim roku większą zaw artość S-SO 4 w porów naniu z poprzednim i latam i. W najbardziej oddalonym od kopalni profilu 23 zawartość S-SO 4 początkow o w ahała się m iędzy 4,0 a 90 mg/100 g gleby, przy czym Tabela 5 Dynamika względnych zaw artości siarozanów w badanych glebach w latach /śre d n ia zawartość siarczanów w poziomach cm =1/ Dynamioe o f re la tiv e content o f su lp h ates in the in v e stig a te d s o ils in the years /average content of sulphates in the horizons cm =1/ P ro fil P ro file Poziom Horizon cm V VI X V X V VII X V X ,0 0,77 1,43 2,72 3,88 1,10 3,55 1,00 1,67 1,75 Grzybów ,37 0,91 2,28 1,00 1,29 1,73 1,11 1,20 1,11 1, ,75 0,59 2,00 1,18 0,94 0,84 1, ,17 1, ,00 1,18 1,72 0,91 1,74 0,52 1,22 1,38 1,30 1, ,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1, ,57 27,80 34,8 18,34 15,66 7,12 11,64 8,23 5,39 9,78 Grzybów ,57 13,02 1,33 10,00 1,08 3,97 4,51 2,51 1,52 2, ,00 0,49 0,80 3,65 0,75 3,50 2,39 1,66 1,65 1, ,78 0,83-0,74 1,21 1,57 1,12 0,56 1,35 1, ,00 1,00-1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1, _ 0,95 1,04 1,78 1,00 6,72 6,65 9,75 8,62 Grzybów ,90 1,36 1,57 0,35 1,10 1,10 1,65 0, ,20 1,35 1,26 2,15 1,00 2,15 i, ,00 0,90 1,57 1,61 2,70 2,40 1,45 1, ,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1, ,71 0,64 1,20 1,10 2,0 Tuczępy ,47 0,98 1,13 1,00 0, ,31 1,45 1,60 1,00 0, ,40 1,00 1,20 1,10 1, ,00 1,00 1,00 1,00 1,00

9 Zniekształcenie chemiczne gleb okolic kopalni siarki Grzybów 143 na ogół większe ilości w ystąpiły w poziomach podścielającej gliny. Nieznaczny wzrost zaw artości siarczanów stw ierdzono w poziomach w ierzchnich tego p rofilu w roku Interpretacja wyników oznaczeń zmian w ogólnej zaw artości śiarki i S-SO 4 w glebie jest trudna, gdyż na bilans ich zaw artości składa się: zm ienność elem entów stałych, p ły nnych i gazow ych w p ływ ających na zanieczyszczanie gleby, utlenianie biologiczne siarki do H 2S 0 4 i redukcja S-SO 4 do H 2S, wym ywanie S-SO 4 przez wodę, m ożliwy dopływ siarczanów z opadami atm osferycznym i, wodami eksploatacyjnym i i z sąsiedztw a z w odą gruntow ą, możliwy ubytek S-SO4 pobieranej przez rośliny, zdolność gleby do retencji S-SO4. Badania lizym etryczne w ykazują, że rocznie z hektara w arstw y ornej może ulec w ym yciu kg siark i [8 ]. Duża ruchliw ość sia r czanów pow oduje, że zaw artość tej form y sia rk i w glebie ulega szybkim i zasadniczym zmianom. A nalizując ilości opadów i dynam ikę zaw artości siarczanów w poszczególnych m iesiącach n a p rzestrzen i la t w p rofilu glebowym można stw ierdzić, że nie widać w yraźnego związku m iędzy ilością opadów a rozm ieszczeniem S-SO 4 w najbardziej skażonym profilu 6 (tab. 2, 5). Natom iast w profilu 21, który był w początkowym etapie skażenia, obserwowało się w latach nagrom adzenie S-SO 4 w górnej części p rofilu w m iesiącach o m ałej ilości opadów. W p ro filach 1 i 23 zależność między opadami a rozm ieszczeniem siarczanów była w yraźniejsza niż w profilu 6. W zrost zawartości siarczanów w o statn im roku we w szystkich profilach m ożna tłum aczyć m niejszą ilością opadów, a także zwiększoną pojem nością sorpcyjną w Stosunku do siarczanów, zw łaszcza gleb skażonych siarką. Pow stający z utlenienia siarki rodzim ej wolny kw as siarkow y w y stępow ał w ilościach zm iennych: od 2,0 do 99,0 m g /l00 g gleby w p ro filach 6 i 2 1 ; najw ięcej było go w poziomach w ierzchnich, a stopniowo m niej w głębszych, zwłaszcza w 1971 roku w p ro filu 6. ODCZYN, KW ASOW OSC I W ŁAŚCIW OŚCI SORPCYJNE O dczyn bad an y ch gleb był ściśle uzależniony od stopnia zanieczyszczenia siarką i czasu oddziaływ ania produktów jej przem ian да glebę. Stw ierdzone zm iany ph w H20 i 1 N KC1 na przestrzeni pięciu lat w skazyw ały na stopniow e zakw aszanie pro filu glebowego w m iarę u pływu czasu (tab. 6 ). Odczyn w profilach 1 i 21 (w 1968 r.) i 23 był słabo kw aśny lub kwaśny, a ph w 1 N KC1 wynosiło od 5,5 do 4,0. Kwaśniejsze były poziomy głębsze profilów 21 i 23. Najniższy odczyn m'iały poziomy w ierzchnie gleb skażonych siafrką. W n ajb ard ziej zanieczyszczonym pro-

10 Rok Year P r o f il P r o file N iektóre chemiczne i fizykochem iczne w łaściw ości gleb - Some chem ical and physico -chem ical fe a tu re s o f s o ils Poziom H orizon cm h2o ph KC1 ^ M Ca2+ Mg2+ K+ Na+ S T T1 m. e./1 0 0 g gleby s o il V% Kw A l ^ T a b e l a _ V " 1"3 " 14 "i t 1T Grzybów ,0 2,7 8,1 9 1,06 0,4 9 0,08 0,10 1,73 9,92 5,65 30,62 7,09 6,51 91, ,8 5,2 1,81 2,95 0,6 5 0,08 0,11 3,69 5,50 5,55 67,2 0,43 0,17 37, ,6 5,5 0,50 3,91 0,31 0,10 0,11 4,43 4,93 4,93 8 9,8 0,51 0,25 45, ,6 5,5 0,51 5,46 0,81 0,18 0,14 6,59 7,10 7,11 92,8 0,26 0,13 50, ,6 5,4 0,62 6,54 1,21 0,17 0,13 8,0 5 8,67 8,7 0 92,8 0,21 0,09 42, Grzybów ,2 2,1 22,00 0,8 3 0,3 2 0,06 0,1 3 1,34 23,34 4,99 26,8 30,75 26,29 85, ,6 3,6 5,00 0,6 4 0,21 0,07 0,1 2 1,04 6,04 3,75 27,73 5,88 5,79 98, ,3 3,2 6,44 0,43 0,19 0,05 0,09 0,76 7,20 4,38 17,35 7,68 7,61 99, ,0 3,7 4,50 0,3 9 0,16 0,07 0,09 0,71 5,21 5,24 14,54 5,68 5,53 97, ,0 3,8 3,94 0,65 0,3 9 0,07 0, ,15 5,11 23,68 4,67 4,50 90, ,1 3,7 3,69 0,85 0,44 0,06 0,09 1,44 5,13 5,12 28,12 4,39 4,15 94, Grzybów ,6 5,5 1,01 2,92 0,4 9 0,13 0,19 3,73 5,54 5,59 67,32 0,10 0,00 0, ,3 5,2 0,81 0,73 0,41 0,06 0,11 1,31 2,12 2,11 61,79 0,15 0,00 0, ,3 4,0 2,87 4,38 0,4 9 0,06 0,16 5,09 7,96 7,90 63,94 0,35 0,21 60, ,0 4,0 3,21 3,5 7 1,29 0,15 0,25 10,26 13,47 13,47 76,18 0,51 0,45 0 0, ,1 4,1 1,50 6,97 1,13 0,15 0,17 8,42 9,97 9,97 04,07 0,25 0,16 64,0 Kw 100 б 144 M. Drożdż-Hara 1970 Grzybów ,2 4,2 2,62 1,75 0,3 3 0,08 0,14 2,30 4,92 4,95 46,74 1,29 1,19 92, ,0 4,3 1,C6 0,43 0,3 2 0,07 0,10 0,9 2 1,90 1,94 46,46 0,49 0,41 0 3, ,5 4,7 1,06 2,99 0,42 0,05 0,09 3,55 4,61 4,65 77,00 0,84 0,69 82, ,2 4,0 2,13 3,41 0,05 0,11 0,12 4,49 6,62 6,70 67,82 1,34 1,17 87, ,0 4,4 1,69 6,03 1,20 0, 12 0,17 8,4 0 10,09 9,99 83,25 1,10 0,94 85, ,1 5,3 0,19 7,23 1,16 0,15 0,10 8,6 7 8,86 8,9 0 97,85 0,10 0,04 40, Grzybów ,9 2,8 5,01 0,44 0,2 5 o. 07 0,10 0,86 6,67 3,94 21,83 3,97 3,54 89, ,5 4,9 2,62 1,11 0,3 0 0,03 0,09 1,50 4,20 4,22 37,61 0,84 0,69 82, ,5 1,75 1,99 0.3C 0,08 0,06 2,43 4,18 4,11 58,13 0,65 0,50 89,23 5С-Э0 5,2 4,2 1,50 1,25 0,33 0,09 c,10 2,27 3,77 3,es 60,21 0,78 0,74 94, ,1 4,0 3,12 3,70 0,41 0,15 0,11 4,37 7,49 7,5 i 58,34 1,64 1,47 89, ,1 4,0 3,87 4,11 0,4 0 0,17 0,12 4,81 8,63 8,71 55,41 2,94 2,76 93,87

11 C ó Grzybów ,5 4,6 2,94 1,70 0,42 0,09 0,26 2,47 5,41 5,35 45,69 0,25 0,11 44, ,4 5,4 0,88 0,89 0,37 0,05 0, 1C 1,41 2,29 2,30 61,57 0,09 0,04 44, ,5 5,4 0,43 4,25 0,63 0, 12 0,11 5, 11 5,54 5, ü 4 92,23 0,09 0,04 44, ,7 4,2 1,38 7,68 0,96 0,17 0,10 3,91 10,29 9,95 36,52 0,35 0, 15 42, ,9 5,1 0,88 9,28 1,60 0,20 0,23 11,31 12,19 12, 10 92,78 0,10 0,00 0, ,8 5,0 0,75 7,91 0,98 0,19 0,20 9,28 10,03 10,00 92,52 0,10 0,00 0, Grzybów ,2 4,2 4,25 0,85 0,20 0,14 C,.10 1,29 5, 54 5,54 23,28 0,51 0,43 84, ,1 5,1 1,44 0,65 0,31 0,12 0,10 1,18 2,62?»65 45,03 0,10 0,04 40, CO ,2 5,2 1,48 5,76 0,40 0,12 0,08 6,36 7,34 7,90 31,12 0,1C 0,04 40, ,4 5,3 1,44 8,41 1,02 0,16 0,12 9,71 11,15 11,17 37,09 0,C3 0,03 37, ,8 5,6 1,36 9,69 1,41 0,17 0,11 11,38 12,73 12,73 39,39 0,08 0,00 0, ,9 5,9 0,75 8,90 1,04 0,17 0,23 10,3* 11,09 11,10 93,23 0,08 0,00 0, Tuczępy ,4 5,3 2,12 1,63 0,64 0,07 0,11 2,45 4,57 5,64 53,61 0,09 0,04 44, ,9 5, ,65 0,29 0,07 0,10 2,31 3,43 3,45 67,34 0,10 0,04 40, ,8 5,7 1,25 5,54 0,41 0,12 0,14 6,21 7,46 7,46 83,24 0,03 0,03 37, ,4 4,5 1,82 9,42 1,33 0,16 0,19 11,10 12,92 12,89 85,91 0,69 0,52 75, ,9 4,6 1,29 8,41 0,61 0,15 0,22 9,39 10,68 10,65 87,92 0,25 0,11 4'l, ,3 4,9 0,69 7,13 0,89 0,09 0,18 8,29 8,91 3,90 93,04 0,*10 0,04 40, CC 1971 Tuczępy ,5 5,4 2,56 1,85 0,61 0,12 0,10 2,63 4,53 3,60 59,16 0,08 0,02 25, ,3 5,2 1,07 1,65 0,39 0,11 0,10.2,27 3,34 3,35 67,66 0,10 0,04 40, GO ,5 1,87 4,97 0,62 0,15 0,10 5,84 7,69 7,70 75,81 0,59 0,41 69, ,3 4,6 1,99 9,27 1,23 0,14 0,11 10,75 12,74 12,75 84,39 0,74 C, 53 71, ,4 4,7 1,19 8,01 1,11 0,16 0,14 9,42 10,64 10,59 88,07 0,21 0,09 42, ,3 4,9 0,77 6,73 0,82 0,15 0,10 7,80 8,57 8,63 91,C2 0,10 0,04 40,00 Zniekształcenie chemiczne gleb okolic kopalni siarki Grzybów 145*

12 M. Drożdż-Hara filu б ph w 1 N KCl w poziomie w ierzchnim wahało się od 2,7 w 1968 r. do 2,1 w 1971 r. (tab. 6 ). W latach obniżenie ph {minimum 2,8 ) w ystępow ało w poziom ach w ierzchnich p rofilu 2 1. Z w iązana z odczynem gleby kw asow ość w ym ienna w om aw ianych profilach w ystępowała we wszystkich poziomach genetycznych i w ahała się od 0,08 do 30,7 m.e./100 g gleby. Najniższe jej wartości (0,08-0,74 m.e./100 g gleby) były charakterystyczne dla profilów 21 (1968 r.) i 23 z w yraźnym m aksim um w poziomie podścielającej gliny na głębokości cm. Glin ruchom y stw ierdzono w obu profilach w większych ilościach w poziomach głębszych i udział jego w kwasowości w ym iennej wynosił od 25 do 8 8 %. O dw rotną zależność obserwowano w profilu 1, którego wierzchnie poziom y -były kw aśniejsze niż głębsze i zaw ierały glin ruchom y. Zakw aszenie w ierzchnich poziomów profilu 1 mogło być spowodowane przelz zanieczyszczenie siarką (bliskie sąsiedztw o źródła em isji). N ajwyższa kwasowość w ym ienna w ystępow ała w poziom ach wierzchnich gleb skażonych siarką i w zrastała w m iarę upływ u czasu, szczególnie w profilu 6. W 1968 r. kwasowość w ym ienna w poziomie wierzchnim tego profilu wynosiła 7,7 m.e./100 g gleby i w głąb profilu m alała do 0,44-0,21 m.e./100 g gleby, a w 1971 r. dochodziła do 30,75 m.e./100 g gleby, w poziom ach głębszych zaś w ynosiła 4,39-7,68 m.e./100 g gleby. Udział glinu ruchom ego w kwasowości w ym iennej był najw iększy w profilu 6 w 1971 r. i wahał się od 85 do 99%, a następnie w latach w profilu 21 od 40 do 95%. O kwasowości w ym iennej decydują kationy wodorowe i glinowe; kwasowość wym ienna ujaw niła się w profilach 1, 21 (w 1968 r.) i 23 przy ph (H20) 6,5 i wyższym, ale w zakresie ph (H20 5,5 do 6,5 glin stanow ił do 50% kwasowości w ym iennej, a przy ph (H20) niższym niż 5,5 ponad 50% tej form y kwasowości. Spostrzeżenia te są zgodne z w ynikam i badań w ielu autorów [5, 7]. Ilości glinu znalezione w p ro filu 6 i 2 1 świadczą o jego silnym uruchom ieniu w skutek wzrostu zakw aszenia i obniżenia się ph w w yniku oddziaływ ania kw asu siark o wego (tab. 4, 6) tworzącego się z utleniania siarki rodzim ej. W edług Moskala [7] pod wpływem pow stających w glebie kwasów organicznych i nieorganicznych Al(OH)3 przechodzi w stan wysokiej dyspersji, aż do stanu m olekularnego rozproszenia występującego przy bardzo dużym zakw aszeniu. W doświadczeniach m odelowych w w arunkach laboratoryjnych przebieg procesów glebowych był znacznie szybszy niż w polu, stąd okres czterech m iesięcy był zbyt długi, by stw ierdzić pośrednie etapy zakw aszenia gleby pod w pływ em skażenia siark ą [3]. Sum a zasad w ym iennych w kom pleksie sorpcyjnym gleb zanieczyszczonych siarką w yraźnie m alała w czacie w profilu glebowym (tab. 6 ). Podobne zjaw isko obserw ow ano w bad an iach m odelow ych [3].

13 Zniekształcenie chemiczne gleb okolic kopalni siarki Grzybów 147 N ajm niejsze jej wartości, nie przekraczające 1,44 m.e./100 g gleby, stw ierdzono w 1971 r. w profilu 6 na polu górniczym D, natom iast w 1968 r. w poziomie podścielającej gliny wynosiła 8,05 m.e./100 g gleby. W profilu 2 1 (sąsiednie pole górnicze) w latach w artość S w yraźnie zm niejszyła się w porów naniu ze stanem wyjściowym z 1968 r. W profilach 1 i 23 sum a zasad w ym iennych w zrastała t głębokością, do 11 m.e./100 g gleby n a głębokości cm. W poziom ach w ierzchnich profilu 1 obserwowano nieznaczne zmniejszenie wartości S i w zrost jej w poziom ach głębszych. Właściwości sorpcyjne, a szczególnie skład kationów wym iennych, ilustruje pr'zede ws'zystkim dwuczłonowość profilu; m ożna wyróżnić część m niej zasobną w kationy w ym ienne (powierzchniową w arstw ę piaszczystą) oraz głębsze, zwięźlejsze poziomy, zasobniejsze zwłaszcza w Ca2+. W kom pleksie sorpcyjnym w śród kationów zasadow ych dom i nują kationy dw uw artościow e Ca2+ i Mg2+ i w ykazują podobną zmienność jak sum a zasad w ym iennych (tab. 6 ). Pojem ność sorpcyjna gleb T x oznaczona m etodą M ehlicha w m odyfikacjach H offm ana w ahała się od 2,0 do 13,5 m.e./100 g gleby. P o jem ność sorpcyjna we w szystkich profilach (1 i 21 w 1968 r. oraz 23) w poziom ach podścielającej gliny była znacznie wyższa od pojemności sorpcyjnej w arstw w ierzchnich, co jest w ynikiem nie tylko spiaszczen'ia górnych poziomów, ale również zróżnicowania składu m ineralnego profilu. W pływ obecności m inerałów grupy m ontm orylonitow ej w głębszych w arstw ach w porów naniu z w arstw am i w ierzchnim i na Wzrost pojem ności sorpcyjnej gleb w ydaje się oczywisty. Należy jednak zaznaczyć, że o w łaściw ościach sorpcyjnych gleb decyduje nie tylko jakość m inerałó w ilasftych. ale ich ilość i s'posôb pow iązania z próchnicą. W p ro filach skażonym siarką 6 i 21 w latach obserw uje się zm niejszenie pojemności sorpcyjnej w porów naniu ze stanem wyjściowym. F akt ten spowodowany jest lokalną zmiennością składu m echanicznego, a także w zrostem kw asow ości, szczególnie w p rofilu 6. Duży wzrost kwasowości w profilu 6 w 1971 r. do głębokości 60 cm i w poziom ie pow ierzchniow ym pro filu 21 pow oduje, że w artość T obliczona z sum ow ania S+ H jest większa od Tj faktycznej, oznaczonej z ilości Ba2+ w ypartego m etodą M ehlicha w m odyfikacji Hoffmana. Stan podobny stw ierdzono w sztuczinym profilu gleby z dodatkiem siarki w doświadczeniu modelowym. Jest to praw dopodobnie spowodowane dużą ilością glinu, który przyczynia się do zakw aszenia gleby w skutek jego zdolności do hydrolizy [3]. W glebach silnie kw aśnych glin zaabsorbow any jest w równowadze z jonam i A PV w roztworzę glebowym i przechodząc do roztw oru przy oznaczaniu kw asow ości m etodą M ehlicha będzie go zakw aszał.

14 148 M. Drożdż-Hara Stopień wysycenia kom pleksu sorpcyjnego przez zasady w profilach skażonych siarką m alał w czasie. Najniższe w artości V% (do 29 /o) stw ierdzono we w szystkich po ziom ach genetycznych profilu 6, a w p ro filu 2 1 w poziomie w ierzchnim w roku 1971 (tab. 6 ). W porów naniu z poprzednim i latam i w roku 1971 w profilu 21 stw ierdzono we wszystkich poziomach genetycznych m niejszą wartość V%>. W profilach 1, 21 (w 1968 r.) i 23 stopień wysycenia kom pleksu sorpcyjnego przez zasady w ahał się w granicach od 23,3 do 92,8%, przy czym n a j m niejszą w artość stw ierdzono w poziomie w ierzchnim profilu 1. PODSUMOWANIE O trzym ane w yniki analityczne pozwalają stw ierdzić, że w w yniku długotrw ałego oddziaływ ania na glebę siarki i produktów jej przem ian zachodzą w glebie ilościowe i jakościow e zm iany, k tóre m ożna uchw y cić w ścisłym doświadczeniu modelowym, elim inując wpływ innych czynników glebotw órczych [3]. B ezpośrednią przyczyną u jaw n iający ch się zm ian w łaściw ości fizykochem icznych i chem icznych gleb są zja w isk a pierw otne, tj. zanieczyszczenie siarką elem entarną i procesy przem ian, w w yniku których pow stają kw asy m ineralne, a te w większym stężeniu powodują silne zakw aszenie gleb. Ten ostatni proces w yw ołuje cały łańcuch zjaw isk wtórnych, stanow iących drugą przyczynę zm ian właściwości fizykochemiczr.ych i chem icznych gleby. Istotą zjaw isk w tórnych jest rozkład m inerałów glinokrzem ianow ych i pojaw ienie się w glebie dużych ilości glinu i żela'za [3]. U w olnione w skutek tego procesu glin i żelazo w kw aśnym środow isku podlegają hydrolizie [5, 7] i zakw aszają w tórnie środowisko. Wzrc<st kwasowości połączony z przem yw aniem powoduje usunięcie kationów zalsadowych z kom pleksu sorpcyjnego gleby; jednocześnie stw ierdza się obniżenie w skaźnika V /o. Pojaw ienie się glinu ruchomego w znacznym stężeniu do pew nego stopnia zwiększa sztucznie pojemność sorpcyjną gleby. Glin bowiem jest wolny, a pozoruje w ym ienny. F a k t ten p otw ierdzają w yniki bad ań nad oddziaływ aniem k w asu solnego na glebę, któ ry urucham iając duże ilości glinu wpływał na wzrost pojem ności sorpcyjnej obliczonej z sum ow ania kationów wym iennych S i kwasowości w ym iennej (A l^'+ H j.) składających się na wartość T [15]. LITERATURA [1 ] Dokumentacja geologiczna złoża siarki rodzimej Grzybów Gacki. Kat. B., część hydrologiczna (maszynopis). [2] Drożdż-Hara M., Komornicki T.: Niektóre właściwości chemiczne gleb zanieczyszczonych przez siarkę w rejonie kopalni. XIX Ogólnopolski Zjazd Naukowy PTG, Ochrona Środowiska Glebowego, Puławy 1972, [3] Drożdż-Hara M.: Studia nad wpływem zanieczyszczenia siarką na przemiany gleb uprawnych w sąsiedztwie kopalni siarki. Część I. Niektóre w łaś

15 Zniekształcenie chemiczne gleb okolic kopalni siarki Grzybów 149 ciwości chemiczne gleby skażonej siarką doświadczenie modelowe. Rocz. glebozn. 28, 1977, 1. [4] Grzebieniewska Z.: Zagrożenie zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego przy eksploatacji polskich złóż siarki. I Krajowe sympozjum na temat: Ochrona powierzchni przed szkodami górniczymi, Katowice [5] Kac-Kacas M.: Badania nad potencjalną kwasowością gleby. Pam. puł. 1967, 24, [6] L e k a n S., Pięta J.: Degradacja użytków rolnych w rejonie kopalni siarki Grzybów. X IX Ogólnopolski Zjazd Naukowy PTG, Ochrona Środowiska Glebowego, Puławy 1972, [7] Moskal S.: Glin ruchomy w glebach kwaśnych i metody jego oznaczania. Rocz. glebozn. 3, 1954, [8] N e l 1 e r J. R.: Extractable sulphate sulphur in soils of Florida in relation to amount of clay in the profile. Soil. Sei. Soc. Amer. Proc. 23, 1959, 346. [9] Pond ei H.: Niektóre właściwości chemiczne i fizyczne gleb piaskowych woj. kieleckiego. Rocz. nauk roi. 18-A-3, 1958, [10] Reimann B., Michajluk L., Borowicz A.: Szkodliwy wpływ niektórych form siarki na glebę terenów przyfabrycznych przy Poznańskich Zakładach Przemysłu Chemicznego w Poznaniu-Zegrzu. Rocz. glebozn. 18, 1968, 2, [11] Roczniki Klimatyczne PIHM Warszawa. [12] Sękiewicz J., Zawadzki J.: Wpływ eksploatacji otworowej na zmiany chemizmu wód w rejonie złoża siarki. Maszynopis. [13] S i u t a J.: Wpływ emisji przemysłowych na chemiczne i biologiczne w łaściwości środowiska. IUNG, Puławy 1972, [14] S i u ta J.: Ochrona środowiska i rekultywacja użytków rolnych. Sprawozdanie z badań. Cz. II. Grzybów. IUNG, Puławy 1972, [15] S i u ta J., M o t o w i с к a-t e r e 1 а к Т.: Rozpuszczalność niektórych mineralnych składników gleb pod wpływem działania roztworów NC1, C2H40 2, C6H80 7 i C12H22Ou. Pam. puł. Prace IUNG, 1966, 22, [16] S i u t a J., L e k a n S.: Rekultywacja gleb zdewastowanych w procesie otworowej eksploatacji siarki. XIX Ogólnopolski Zjazd Naukowy PTG, Ochrona Środowiska Glebowego, Puławy 1972, [17] Skawina T.: Charakterystyka zmian glebowych wywołanych przez zanieczyszczenia powietrza w Górnośląskim Okręgu Przemysłowym. Zesz. nauk. AGH, Zesz. sp. 12, 1967, [18] Skawina T., Trafas M., Gołda T.: Koncepcje rekultywacji terenów pogórniczych kopalni siarki Jeziórko. XIX Ogólnopolski Zjazd Naukowy PTG, Ochrona Środowiska Glebowego, Puławy 1972, [19] Systematyka Gleb Polski. Rocz. glebozn. 15, 1974, 1. М. Д Р О Ж Д Ж -Г А Р А ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ВЛИЯНИЮ ЗАГРЯЗНЕНИЯ СЕРОЙ НА ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ОБРАБАТЫВАЕМЫХ ПОЧВ В ОКРЕСТНОСТЯХ СЕРНОГО РУДНИКА Ч А С ТЬ 2-Я. И ЗМ ЕН Е Н И Я Х И М И Ч Е С К И Х И Ф И ЗИ К О -Х И М И Ч Е С К И Х СВОЙСТВ О Е Р А Е А Т Ы Е А Е М Ы Х ПОЧВ ЗА ГРЯ ЗЕ Н Н Ы Х СЕРОЙ Инст\итут почво-ведения, агрохимии и микробиологии, Сельскохозяйственная академия в Кракове Резюме Вокруг серного рудника в Гжыбове находятся поч-вы с механическим составом супесей, залегающие на глине, поверхностно отлееные, слабо-кислые к кислые, образованные из плейстоценовых пород.

16 150 M. Drożdż-Hara С ростом загрязнения серой поверхности почвы повышалось общее содержание серы с 0,2-0,7% на 1,5% (табл. 4). Одновременно повысилось количество сульфатов с нормальной величины 3-20 мг S 0 4 на 10 0 г почвы до 1213 мг на 100 г в экстремальных случаях (табл. 4). С течением времени при все повыщающемся загрязнении повысилась кислотность почвы; в пунктах сильного загрязнения отмечано падение значений ph в пахотном слое даж е ниже 3,0. Длительное загрязнение серой способствовало продвижению кислотности в глубину профиля. Обнаружена высокая обменная и гидролитическая кислотность в профилях найболее загрязненных серой; в (начальном периоде высшие значения отмечались в поверхностном горизонте, но с течением времени это охватывало и более глубокие горизонты. Большие количества обменного алюминия были обнаружены в профилях подверженных найболее интенсивному и длительному загряззнеию серой. Участие алюминия в обменной кислотности было самое высокое в профиле наиболее сильно загрязненном серой. В контрольных профилях обменная кислотность и количество обменного алюминия находились в пределах обычно отмечаемых на песчаных почвах. Вследствие загрязнения почв серой сильно понижалось содержание щ е лочных катионов, сперва в поверхностных горизонтах а затем и в целом профиле. М. DROZDZ-H ARA STUDIES ON THE EFFECT OF POLLUTION BY SULPHUR ON THE TRANSFORMATION OF ARABLE SOILS IN THE NEIGHBOURHOOD OF A SULPHUR MINE PART II. CHEMICAL DEFORM ATION OF ARABLE SOILS POLLUTED BY SULPHUR NEAR SU LPH U R MINE GRZYBÓW Institute of Soil Science, Agricultural Chemistry and Microbiology, Agricultural University at Cracov Summary In the neighbourhood of the suphur mine in Grzybów there are loamy sand soils on underlying loam, pseudogleyed, weakly acid or acid, formed on Pleistocenian rocks. As the pollution of the soil surface by suphur incfreases, the amount of total suphur increases from % up to 1.5% (Table 4). At the same time, the amount of sulphates increases, from the normal content 3-20 mg S 0 4 per 100 g of soi lup to 1213 mg per 100 g of soil in extreme cases (Table 4). With the passing of time and with increasing pollution, acidification also increases; in strongly polluted soils, in the arable layer, ph may decrease even below 3.0. Long-term influence of soil pollution by sulphur causes translocation <A the acidity down the profile. Exchange acidity and hydrolytic acidity are high in the most polluted profiles; to begin with, the highest values occur in the arable horizon Ap and, in time, comprise the deeper horizons. Exchangeable aluminium was found in large amounts in the profiles where the pollution by sulphur was the strongest and of longest duration; alluminium has the largest part in exchange acidity of the most sulphur-polluted profile. In control profiles the exchange acidity and the amounts of exchangeable aluminium are within lim its normally found in sand soils. As an effect of soil pollution by sulphur the content of basic cations strongly decreases, at first in the upper horizons, and then in the whole profile. Dr Maria Droźdź-Hara Instytut Gleboznawstwa, Chemii Rolnej i Mikrobiologii AR Kraków, al. M ickiewicza 21