WYBRANE ASPEKTY BADAŃ GLEB ZASOLONYCH W POLSCE

Transkrypt

1 Stowarzyszenie Oświatowców Polskich Piotr Hulisz WYBRANE ASPEKTY BADAŃ GLEB ZASOLONYCH W POLSCE Toruń 2007

2 Redaktor mgr Antoni Stark Redakcja techniczna Zdzisław Nyca Recenzja dr hab. Jacek Długosz prof. dr hab. Jerzy Pracz Projekt okładki Marcin Świtoniak Fotografie na okładce Piotr Hulisz Copyright by Piotr Hulisz, Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu, 2007 ISBN Wydanie I Wydawca Stowarzyszenie Oświatowców Polskich Oddział w Toruniu Toruń, ul. PCK 9/11, tel./fax (056) , (056) sop@sop.torun.pl 2

3 Pragnę złożyć szczególne podziękowania Pani dr hab. Urszuli Pokojskiej, prof. UMK za przekazaną wiedzę oraz wszechstronną pomoc podczas przygotowania rozprawy doktorskiej, Pani Prof. dr hab. Renacie Bednarek za cenne rady i życzliwość, Pani dr Agnieszce Piernik (UMK) za przybliżenie zagadnień z zakresu ekologii solnisk śródlądowych, Panu dr Arkadiuszowi Krawcowi (UMK) oraz dr Irenie Plucie (GIG Katowice) za konsultacje z zakresu hydrogeologii. Dziękuję także Panu dr Przemysławowi Charzyńskiemu za istotne uwagi dotyczące międzynarodowych klasyfikacji gleb. 3

4 4

5 Spis treści 1. Wstęp Charakterystyka źródeł zasolenia gleb Źródła naturalne Źródła antropogeniczne Rozmieszczenie gleb zasolonych oraz ich areał Stosowanie różnych wskaźników zasolenia gleb i relacje między nimi Przewodność elektryczna ekstraktów glebowych oraz stężenie soli Procentowa zawartość wymiennego sodu Odczyn gleb Pozycja systematyczna gleb zasolonych Podsumowanie Literatura

6 1. WSTĘP Gleby zasolone powstają pod wpływem oddziaływania różnych soli, łatwiej rozpuszczalnych w zimnej wodzie niż gips. Zalicza się do nich gleby słone (sołonczaki), sodowe (sołońce) i słono-sodowe. Rozmieszczenie tych gleb na świecie związane jest przede wszystkim z różnymi wariantami klimatu aridowego i semiaridowego. Powstają one w wyniku akumulacji soli in situ (produkty wietrzenia minerałów), ewaporacji płytko zalegających, silnie zmineralizowanych wód gruntowych, transgresji wód morskich, transportu soli przez wiatr z obszarów nadmorskich i pustyń oraz wskutek stosowania technik irygacyjnych nieadekwatnych do warunków naturalnych [Bohn i in. 1985]. Gleby dotknięte tym procesem nie nadają się przeważnie do celów rolniczych. Stanowi to szczególnie ważny problem dla krajów z deficytem obszarów przydatnych do uprawy roślin jadalnych. Gleby zasolone występujące w Polsce mają odmienny charakter. Zajmują one stosunkowo niewielką powierzchnię i różnią się wyraźnie cechami morfologicznymi oraz chemicznymi od typowych sołonczaków oraz sołońców stref aridowych i semiaridowych. Ich występowanie jest uwarunkowane stałym zasilaniem przez wody gruntowe o wysokim stopniu mineralizacji. Pochodzenie tych wód może być naturalne (oddziaływanie płytko zalegających struktur solnych lub wody morskiej) i antropogeniczne (oddziaływanie przemysłu sodowego, górnictwa i in.). Glebom tym towarzyszą rzadkie stanowiska halofitów śródlądowych i nadmorskich [Wilkoń-Michalska 1963, Piotrowska 1974]. Są to głównie łąkowe gleby organiczne i mineralnoorganiczne, jednakże w niektórych regionach problem zasolenia dotyczy także mineralnych gleb uprawnych, nierzadko o dużej wartości użytkowej. Gleby zasolone opisywano w polskiej literaturze gleboznawczej już od lat 50. ubiegłego wieku. Istnieje dość duża liczba publikacji na ten temat i dlatego zagadnienie to uznawane jest często za względnie dobrze rozpoznane. Nie powstała jednak dotychczas praca, która przedstawiałaby problem zasolenia gleb w ujęciu ogólnym, szacująca. Termin gleby zasolone nie jest powszechnie stosowany w polskiej literaturze gleboznawczej. Został on przyjęty przez autora jako najbliższy odpowiednik angielskiego terminu salt-affected soils. 6

7 skalę i jakość tego zjawiska w Polsce. Wynika to z wielu powodów. W badaniu tych gleb pojawia się wciąż bardzo wiele trudności spowodowanych głównie brakiem jednolitej metodyki prac terenowych i laboratoryjnych. Specyfika tych gleb wymaga nieco odmiennego podejścia badawczego, niż prezentowane dotąd przez wielu autorów. Chodzi przede wszystkim o dostosowanie metod analitycznych do standardów obowiązujących obecnie w gleboznawstwie światowym [Richards 1954, Soil Survey Laboratory Staff 1996, van Reeuvijk 2002]. Niezbędna jest także modyfikacja kryteriów taksonomicznych zawartych w Systematyce Gleb Polski [1989] tak, aby odpowiadały one warunkom występującym w naszym kraju. Istnienie tych i innych nierozwiązanych dotąd problemów skłoniło autora do podjęcia wielowątkowych badań nad glebami zasolonymi występującymi w Polsce, których efektem była rozprawa doktorska [Hulisz 2005], pt. Wieloaspektowe badania gleb zasolonych w Polsce pod kątem weryfikacji ich pozycji systematycznej, napisana pod kierunkiem dr hab. Urszuli Pokojskiej, prof. UMK. Część badań była finansowana z grantu KBN nr 3 P04G W niniejszej pracy przedstawiono wybrane aspekty związane z występowaniem i badaniem gleb zasolonych w Polsce. Wykorzystano przy tym dostępne dane literaturowe oraz wyniki własne. Szczególną uwagę poświęcono źródłom zasolenia, rozmieszczeniu tych gleb na obszarze naszego kraju, a także problemom metodycznym. Nie podjęto natomiast tematyki właściwości gleb zasolonych, co będzie przedmiotem odrębnej publikacji. 7

8 2. Charakterystyka źródeł zasolenia gleb Do naturalnych źródeł zasolenia gleb w Polsce można zaliczyć wody morskie i wody mineralne różnego pochodzenia, natomiast do źródeł antropogenicznych: odpady przemysłowe stałe, solanki i ścieki przemysłowe, wody kopalniane, sole stosowane do zimowego utrzymania dróg, pyły przemysłowe oraz nawozy mineralne. Przedstawiony podział należy jednak przyjąć jako pewne uproszczenie, gdyż w rzeczywistości w wielu przypadkach nie jest możliwe oddzielenie wpływu człowieka od uwarunkowań naturalnych. Nie wiadomo na przykład jak potraktować oddziaływanie zasolonych wód naturalnego pochodzenia, które wydostały się na powierzchnię w wyniku wierceń geologicznych [Dowgiałło 1965, Kowalczewska 1984]. Z drugiej strony zasolenie antropogeniczne obejmuje zarówno stanowiska skażone odpadami przemysłowymi (produkty uboczne chemicznego przetwarzania surowców), jak i czystymi substratami solnymi (naturalne kopaliny), które przeniknęły do gleby w wyniku np. awarii rurociągów. Dodatkowe utrudnienia dla ścisłych rozróżnień mogą stanowić także: zbliżony skład chemiczny wód ze źródeł naturalnych i antropogenicznych (np. zasolenie głównie solanką NaCl) oraz nakładające się na siebie oddziaływania dwóch naturalnych źródeł wody morskiej i wód kontaktujących się z cechsztyńskimi formacjami solonośnymi [Sadurski 1985, Krawiec i in. 2000]. Ponadto należy zwrócić uwagę, że oddziaływanie niektórych źródeł zasolenia pochodzenia antropogenicznego może mieć zbliżony charakter, niezależnie od tego z jaką gałęzią przemysłu są one związane. Przykładowo awarie rurociągów mogą dotyczyć zarówno przemysłu chemicznego, jak i górniczego (solnego, węgla kamiennego) czy funkcjonowania uzdrowisk. Obserwowany jest także podobny sposób przedostawania się solanki, wód kopalnianych lub zasolonych ścieków do gleby, a sam proces zasolenia związany jest głównie z oddziaływaniem NaCl. Oprócz tego szczególnie istotny wydaje się czas oddziaływania danego źródła zasolenia. W przypadku wielu rodzajów wpływów antropogenicznych (awarii rurociągów przemysłowych, oddziaływania soli stosowanych do odśnieżania ulic i innych) zasolenie gleb ma charakter krótkotrwały. W takiej sytuacji dyskusyjne wydaje się 8

9 traktowanie takich gleb w podobny sposób jak bardziej trwale przekształconych przez proces zasolenia Źródła naturalne Wody morskie Morze Bałtyckie jest największym na świecie morzem słonawym. Właściwości wody morskiej Bałtyku wynikają z jego położenia oraz ograniczonego kontaktu z oceanem. Przeciętne zasolenie wód tego akwenu wynosi: 7 8. W strefie przybrzeżnej zasolenie Bałtyku modyfikowane jest przez bezpośrednią penetrację słodkich wód rzecznych. W Zatoce Gdańskiej wynosi ono 5,75, a w Zalewie Szczecińskim 6,25 [Cyberska 1984]. Pływy na Morzu Bałtyckim są niewielkie, półdobowe, zmniejszające się w kierunku wschodnim. W Kattegacie fale pływowe osiągają wysokość od cm, a w polskiej strefie brzegowej tylko 1 3 cm. Linię brzegową polskiego Bałtyku tworzą głównie wybrzeża typu akumulacyjnego, w większości oddzielone od morza wałami wydmowymi oraz lokalnie występujące wybrzeża klifowe. Oddziaływanie wód Bałtyku na wody podziemne w polskiej strefie brzegowej związane jest z procesem ingresji 2. Następuje wzrost ich ogólnej mineralizacji, spowodowany przechodzeniem do wód podziemnych głównie jonów Na +, Mg 2+ i Cl, typowych dla środowiska morskiego. Proces ten ma charakter zróżnicowany i zależy on od lokalnych warunków geologicznych, hydrogeologicznych oraz geomorfologicznych. Ze względu na niedużą różnicę gęstości wód morskich i podziemnych oraz małą dynamikę samych wód Morza Bałtyckiego skala tego procesu jest stosunkowo niewielka [Dowgiałło 1965, Krawiec i in. 2000]. Według Pietrucienia [1983] największemu zasoleniu ulegają wody podziemne zawarte w międzymorenowych poziomach wodonośnych, kontaktujących się z wodami morskimi oraz płytkie wody gruntowe w obszarach płaskich i niskich wybrzeży typu akumulacyjnego. W jednej ze swoich wcześniejszych prac autor ten podjął próbę wyznaczenia zasięgu oddziaływania morza na płytkie wody grun- 2. Wnikanie, wlewanie, wdzieranie się wód o wysokiej mineralizacji pochodzących z morza lub z głębszych poziomów wodonośnych do wód podziemnych słodkich (niezmineralizowanych); o ingresji wód mówi się także w przypadku wód zanieczyszczonych [Bocheńska i in. 2002]. 9

10 towe w rejonie Zatoki Gdańskiej (rys. 1). Oddziaływanie bezpośrednie zachodzi w najbliższej strefie brzegowej i charakteryzuje się całkowitym uzależnieniem dynamiki wód gruntowych od zachodzących zmian poziomu morza. Na odcinkach akumulacyjnych naszego wybrzeża ogranicza się w zasadzie do wałów mierzejowych. Oddziaływanie pośrednie występuje na Żuławach Wiślanych, gdzie ustrój wód gruntowych został zmodyfikowany przez działalność człowieka. Infiltracja wód morskich na tym obszarze jest efektem zabiegów melioracyjnych, a szczególnie odwadniania polderów. Pogląd ten potwierdzają także badania Sadurskiego [1985], który stwierdził, że w wyniku eksploatacji kredowych wód podziemnych w rejonie Gdańska wytworzył się regionalny lej depresyjny do rzędnej 10 m p.p.m. W związku z tym granica słonych (morskich) i słodkich (podziemnych) wód, biegnąca pierwotnie w Zatoce Gdańskiej, przemieszcza się w warstwach wodonośnych w stronę lądu w wyniku odwrócenia kierunku przepływu wód podziemnych. N Rys. 1. Strefy oddziaływania wód morskich na płytkie wody gruntowe [Pietrucień 1969] Wspomniane wcześniej specyficzne właściwości wód Bałtyku (głównie brak wyraźnych pływów) oraz stosunkowo niewielka liczba 10

11 odcinków płaskich bez wałów wydmowych na wybrzeżu powodują, że poza nielicznymi miejscami [Witek 1965] nie ma w Polsce warunków do powstawania takich gleb jak marsze. Udokumentowane jest natomiast występowanie innych gleb zasolonych, głównie na obszarze torfowisk nadmorskich. Zasilanie tych obszarów wodami morskimi odbywa się w czasie wysokich stanów wód oraz sztormów (wdzieranie do koryt rzecznych i zalewanie terenów przybrzeżnych, przelewanie się przez niskie wały wydmowe i mierzejowe). Specyficzną cechą tych gleb jest zasiarczenie, mające swoje pierwotne źródło w jonach SO 4 2, które są czwartym pod względem ilościowych składnikiem wody morskiej. Zasolone wody gruntowe oraz powierzchniowe przyczyniają się bowiem do wytrącania w bagiennych osadach nadmorskich dużych ilości siarczków żelaza. W wyniku ich rozkładu w warunkach tlenowych dochodzi do silnego zakwaszenia gleb [Pracz 1989]. Uproszczony schemat przemian chemiczno-biologicznych z udziałem związków siarki w strefie nadmorskiej ilustruje rysunek 2. Rys. 2. Proces akumulacji siarczków (stan saturacji) oraz powstawania siarczanów (stan aeracji) w glebach stref nadmorskich [według McBride 1994, zmienione] W strefie nadbałtyckiej, obserwowane jest także nakładanie się oddziaływań różnych źródeł zasolenia. Przykładowo w pobliżu Zalewu Kamieńskiego, stwierdzono jednoczesne oddziaływanie słonawych 11

12 wód Zalewu oraz wód mineralnych powiązanych ze strukturami solnymi [Chlubek 1975]. Wody mineralne różnego pochodzenia Charakterystyki drugiego z naturalnych źródeł zasolenia dokonano głównie na podstawie prac z zakresu hydrogeologii [Kolago 1957, Dowgiałło 1965, Pazdro 1983] oraz tektoniki salinarnej [Dadlez, Jaroszewski 1994]. Wody mineralne 3 są to najczęściej wody głębinowe, które mogą kontaktować się bezpośrednio z wodami glebowo-gruntowymi poprzez naturalne samoczynne wypływy (źródła, wycieki solne) lub przez wykonane otwory wiertnicze. Głównym czynnikiem powodującym te zjawiska jest ascenzja 4. Poniżej scharakteryzowano wody mineralne występujące jedynie w tych regionach Polski, w których stwierdzono dotychczas obecność gleb zasolonych oraz stanowisk roślinności halofilnej. Na obszarze Niżu Polskiego dominują wody podziemne typu chlorkowo-sodowego, występujące na różnych głębokościach (od kilku do kilkuset metrów) we wszystkich jednostkach geologiczno-strukturalnych utworów mezozoicznych. W miejscach występowania wysadów solnych i struktur antyklinalnych silnie dyslokowanych oraz w strefach uskokowych, parte ciśnieniem hydrostatycznym lub petrostatycznym, wznoszą się one ku górze i wnikają w wyżej leżące utwory trzeciorzędowe i czwartorzędowe. Na tym obszarze znajduje się niewielka liczba naturalnych źródeł. Niewątpliwie przyczyniła się do tego słabo urozmaicona rzeźba oraz duża miąższość pokrywy czwartorzędowej. Położenie słonych źródeł jest związane z przebiegiem struktur solnych (przede wszystkim wysadów) w obrębie antyklinorium kujawsko pomorskiego (rys. 3). W pasie Pobrzeży Południowobałtyckich źródła te zlokalizowane są w Kamieniu Pomorskim, Koło- 3. Wody o stopniu mineralizacji przekraczającym 1 g dm 3 : słabo zmineralizowane (1 3 g dm 3 ), średnio zmineralizowane (słonawe, 3 10 g dm 3 ), silnie zmineralizowane (słone, g dm 3 ) oraz solanki (mineralizacja powyżej 35 g dm 3 ). 4. Wznoszący (wstępujący) ruch wody podziemnej, często z dużej głębokości, w środowisku skalnym pod wpływem różnicy ciśnień hydrostatycznych; zazwyczaj poprzez strefy dyslokacyjne [Bocheńska i in. 2002]. 12

13 brzegu, Mrzeżynie, Rzędzicach, Trzebiatowie, na obszarze Pojezierza Zachodniopomorskiego w Białogardzie i Pyrzycach, na Pojezierzu Gnieźnieńskim w Pińsku i Słonawach, Równinie Inowrocławskiej w Słońsku, na Pojezierzu Kujawskim w Zgłowiączce, a na Nizinie Środkowo-mazowieckiej w Łęczycy, Pełczyskach, Solcy i Wilczkowicach. Ponadto znane są źródła nieco oddalone na zachód od głównego ciągu struktur solnych (m. in. Oborniki, okolice Pyzdr). N Rys. 3. Mapa tektoniki solnej w Polsce [Dadlez, Jaroszewski 1994] Lokalizację źródeł mineralnych w zapadlisku przedkarpackim (Wyżyna Małopolska i Podkarpacie) oraz w Karpatach fliszowych przedstawia rysunek 4. Zapadlisko przedkarpackie wypełnione jest osadami morskiego miocenu. Podłoże miocenu stanowią warstwy mezozoiczne i paleozoiczne. Z wód morza mioceńskiego wytrąciły się pokłady soli kamiennej, anhydrytów i gipsów, zredukowanych miejscami do wolnej siarki. Z tego względu na wspomnianym obszarze występuje duże zróżnicowanie składu wód mineralnych, które znajdują się przede wszystkim w strefach dyslokacyjnych. W północnej strefie zapadliska (Niecka Nidziańska) występują wody chlorkowosiarczkowe oraz chlorkowo-siarczanowe. Na tym obszarze istnieje aż 36 miejscowości, gdzie w ciągu ostatnich 200 lat były znane lub nadal 13

14 występują naturalne źródła wód mineralnych [Łajczak 1999]. Są to m.in. Busko, Baranów, Czarkowy, Gadawa, Kików, Owczary, Piasek Mały, Solec, Skotniki, Zagórzany. W wielu z tych miejsc wykonano w przeszłości także wiercenia geologiczne i nastąpiły samowypływy wód na powierzchnię. N Rys. 4. Rozmieszczenie źródeł mineralnych na Podkarpaciu i w Karpatach fliszowych [Jodłowski 1971] W południowej strefie zapadliska wzdłuż brzegu Karpat występują solanki. Niektóre z nich pochodzą z ługowania pokładów soli kamiennej. Wody chlorkowo-sodowe wypływają w niektórych źródłach w okolicach Bochni i Wieliczki. Wody mineralne w Karpatach fliszowych pojawiają się w licznych punktach na powierzchni w postaci źródeł. Większość wód to solanki występujące w porowatych lub szczelinowatych piaskowcach niemal we wszystkich poziomach stratygraficznych fliszu. Znane są m. in. źródła w Beskidzie Żywieckim, Kotlinie Rabczańskiej, Beskidzie Niskim oraz w Górach Sanocko-Turczańskich. O ich słonym charakterze świadczą takie nazwy miejscowości jak Sól, Stara Sól, Solonka, Surowica, Tyrawa Solna, a nawet nazwa pasma wzniesień na wschód od Sanoka Góry Słonne. 14

15 2.2. Źródła antropogeniczne Odpady przemysłowe stałe Do zasolenia gleb może przyczyniać się niewłaściwe składowanie tzw. szlamów wapiennych w osadnikach (przemysł sodowy) oraz skały płonnej na hałdach (górnictwo soli kamiennej, węgla kamiennego). Należy na wstępie podkreślić, że z oddziaływaniem pierwszego z wymienionych źródeł zasolenia oraz opisywanych później awarii rurociągów solankowych wiąże się powstawanie gleb o ekstremalnie wysokim stopniu zasolenia, nie spotykanym w ogóle w przypadku gleb objętych analogicznym procesem w warunkach naturalnych w Polsce. Problem oddziaływania odpadów przemysłu sodowego dotyczy obecnie wyłącznie regionu Kujaw. Jest on związany z działalnością produkcyjną Inowrocławskich Zakładów Chemicznych SODA MĄTWY S.A. (IZCH) oraz Janikowskich Zakładów Sodowych Janikosoda S.A. (JZS). W przeszłości istniała jeszcze jedna fabryka sody w Krakowie (Borek Fałęcki). W procesie produkcyjnym wykorzystuje się amoniakalną metodę Solvaya, z którą wiąże się powstawanie dużej ilości odpadów uciążliwych dla środowiska. Według Kosia i Miakoty [1988] w przeciętnym składzie chemicznym tych odpadów dominuje CaCO 3 (40%), a do ważniejszych składników należą Ca(OH) 2 (18%), CaCl 2 (13%) oraz NaCl (7%). Składowano je od dziesięcioleci w tzw. osadnikach, bez odpowiednich zabezpieczeń, co spowodowało przenikanie soli do płytko zalegających wód gruntowych, a tym samym zasolenie bardzo żyznych gleb na terenach przyległych [Cieśla i in. 1981; Czerwiński i in. 1984]. Dodatkową przyczyną zasolenia gleb związaną z oddziaływaniem tego źródła zasolenia jest rozpylanie przez wiatr wysuszonych odpadów z powierzchni osadników oraz emisja pyłu wapiennego w czasie produkcji [Rytelewski i in. 1993]. Oddziaływanie odpadów przemysłu sodowego można uznać za proces względnie trwały. Ilość odpadów składowanych w osadnikach jest tak wielka, że nawet przy całkowitym zahamowaniu ich gromadzenia zanieczyszczenia będą rozprzestrzeniać się jeszcze przez wiele lat [Hulisz 2003]. Istotnymi źródłami zasolenia są także hałdy odpadów powstałych w wyniku wydobywania soli kamiennej oraz węgla kamiennego. Pod wpływem opadów może następować wymycie jonów Cl ze 15

16 skały płonnej do gleby i wód gruntowych. Według badań Szczepańskiej i Twardowskiej [1999] stężenia chlorków w wodach gruntowych w otoczeniu składowisk odpadów górniczych w ROW mogą przekraczać nawet 3,5 g.dm 3. Składowiska takie stanowią także źródło pyłów solnych. Solanki i ścieki przemysłowe Solanki oraz zasolone ścieki przemysłowe są zwykle transportowane za pomocą rurociągów. Solanka należy do jednych z ważniejszych substratów stosowanych w przemyśle chemicznym, stąd też wpływ tego źródła zasolenia na właściwości gleb jest najlepiej udokumentowany na Kujawach. Sól kamienna jest eksploatowana obecnie metodą otworową w Górze k. Inowrocławia oraz w Przyjmie k. Mogilna. Tak uzyskana solanka o przeciętnym stężeniu NaCl równym 310 g.dm 3 transportowana jest za pomocą rurociągów z okolicznych kopalń do IZCH i JZS. Dodatkowo z jej zasobów korzystają także zakłady branży chemicznej w Bydgoszczy (Zachem S.A.) oraz we Włocławku (Anwil S.A.). Łączna długość rurociągów solankowych w tym regionie wynosi 140 km [Rytelewski i in. 1993]. Ze względu na błędy technologiczne popełnione przy budowie sieci rurociągów (m.in. zastosowanie materiałów podatnych na korozję elektrolityczną) charakteryzują się one bardzo dużą awaryjnością. Przykładowo, na 10-kilometrowym odcinku rurociągu Góra Mątwy prowadzącego solankę do IZCH w latach miało miejsce aż 50 awarii [Hulisz i in. 2001]. Bezpośrednimi skutkami pękania takich rur są niekontrolowane wycieki solanki, co pociąga za sobą zniszczenie upraw, skażenie gleb i wód gruntowych. Istotnym elementem systemu rurociągów na Kujawach jest także kolektor ściekowy o długości 40 km, odprowadzający ekstremalnie zasolone (EC = 131 ds.m 1 ) oraz silnie alkaliczne (ph = 11,7) ścieki z JZS i IZCH do Wisły. Przy ujściu tego rurociągu w miejscowości Dybowo k. Torunia widoczne jest jego oddziaływanie na chemizm wód rzecznych oraz na okoliczne gleby [Hulisz i in. 2004]. Poza tym wycieki zasolonych ścieków odnotowano także w rejonie uzdrowisk, np. w Busku Zdroju [Święcicki i in. 1970] oraz Ciechocinku [Kucharski, Twarogowski 1995]. 16

17 Generalnie oddziaływanie tego źródła zasolenia można uznać na krótkotrwałe. Badania Rytelewskiego i in. [1992] prowadzone na Kujawach wykazały, że przy zastosowaniu odpowiednich metod rekultywacji wyraźne odsolenie gleb skażonych solanką może nastąpić już po kilku latach. Poza tym można się spodziewać znacznego ograniczenia lub też nawet stopniowego zanikania tego zjawiska, np. w rejonie Inowrocławia, ze względu na modernizację systemu rurociągów. Wody kopalniane Naturalne wody kopalniane 5 często kontaktują się z niewielkiej miąższości warstwami solnymi, które towarzyszą złożom węgla kamiennego, miedzi itp. Stąd też charakteryzują się czasem bardzo wysokim stopniem mineralizacji. Zasolone wody kopalniane są często retencjonowane w specjalnych zbiornikach, zanim zostaną odprowadzone do rzek. Zbiorniki takie występują przede wszystkim na obszarze Górnośląskiego Okręgu Przemysłowego, Rybnickiego Okręgu Węglowego oraz Legnicko-Głogowskiego Okręgu Miedziowego. Problem zasolenia gleb wynika tutaj bezpośrednio ze słabej szczelności zbiorników retencyjnych. Silnie zmineralizowane wody infiltrują bowiem do płytko zalegających wód gruntowych. Na Górnym Śląsku prowadzone były badania gleboznawcze w rejonie oddziaływania zbiorników Olza [Marcinek i in. 1972] oraz Bojszowy [Pluta, Hulisz 2006]. Znany jest także niekorzystny wpływ zbiornika odpadów poflotacyjnych Żelazny Most w Rudnej k. Głogowa (Kombinat Górniczo-Hutniczy Miedzi Polska Miedź S.A.). Gromadzone tam zasolone wody kopalniane charakteryzuje wysoki stopień zasolenia (EC = 18 ds.m 1, stopień mineralizacji powyżej 5 g.dm 3 ), a wśród jonów dominują Na +, Cl i Ca 2+. Proces zasolenia gleb w otoczeniu tego zbiornika ma charakter dwukierunkowy. Oprócz oddolnego oddziaływania wód gruntowych, mają także miejsce wylewy zasolonych wód, wydostających się przez wychodnie warstw wodonośnych [Kaszubkiewicz i in a i b]. Na terenie Gór- 5. Wody wypompowywane z kopalń (pochodzące z odwadniania zakładów górniczych). Składają się na nie naturalne wody dopływające do kopalń i wody przemysłowe (technologiczne) doprowadzane do kopalń, wykorzystywane w pracach górniczych [Bocheńska i in. 2002]. 17

18 nego Śląska istnieje znacznie większy od kujawskiego system rurociągów, który odprowadza zasolone wody kopalniane do Wisły i Odry oraz do mniejszych rzek tego regionu. Zawartość soli rozpuszczonych w tych wodach waha się od 0,6 do 120 g.dm 3 [Kokot-Fedelińska 2002]. W Legnicko-Głogowskim Okręgu Miedziowym rurociągami prowadzone są zasolone wody kopalniane o zawartości około 15% soli (150 g.kg 1 ), głównie NaCl. Znane są skutki ich awarii [Greinert A., Greinert H. 2003]. Oddziaływanie tego źródła zasolenia, pomijając awarię rurociągów, a skupiając uwagę na zbiornikach retencyjnych, ma charakter względnie trwały, analogicznie do oddziaływania odpadów przemysłowych. Sole stosowane do odśnieżania ulic Do zimowego utrzymania dróg stosowane są tzw. środki do zwalczania śliskości pośniegowej. Są to najczęściej mieszaniny NaCl, CaCl 2 lub MgCl 2 z piaskiem. Sole te przenoszone są w postaci aerozolu z wiatrem czy w wyniku ruchu samochodowego na pobocza dróg i okoliczne gleby. Efekt ich oddziaływania jest szczególnie widoczny w dużych aglomeracjach miejskich [Dobrzański i in. 1971; Filipek, Badora 1992]. W miejscach najsilniej zasolonych występuje częściowe lub całkowite zamieranie roślinności. Sole te są jednak stosunkowo szybko wymywane do głębszych poziomów glebowych. Wpływ tego źródła jest więc na ogół krótkotrwały i ogranicza się do niewielkiego pasa zieleni wzdłuż arterii komunikacyjnych. Pyły przemysłowe Emisje przemysłowe przyczyniają się generalnie do stosunkowo niewielkiego wzrostu zawartości soli łatwo rozpuszczalnych w glebach [Brogowski i in. 1975]. Pyły pochodzące z przemysłu cementowego, energetycznego i górniczego mogą zawierać znaczne ilości tlenków: CaO, MgO, K 2 O i Na 2 O, stąd powodują wzrost ph, a niekiedy nawet silną alkalizację gleb [Skawina 1958, Prusinkiewicz, Pokojska 1989; Świercz 2003]. Wtórne reakcje w glebie z udziałem wymienionych wyżej związków mogą niekiedy wpływać na jej zasolenie. 18

19 Nawozy mineralne Mierzalny wzrost zawartości soli łatwo rozpuszczalnych w glebach może być także efektem zbyt intensywnego nawożenia mineralnego. W procesie migracji rozpuszczanych przez wody opadowe soli nawozowych w głąb gleby przenikają pewne ilości chlorków, azotanów, siarczanów i fosforanów. W naszych warunkach klimatycznych nie stanowią one jednak bezpośredniej przyczyny zasolenia gleb, a jedynie wywołują podwyższony stopień mineralizacji wód glebowo-gruntowych [Bartoszewicz 1994]. 3. Rozmieszczenie gleb zasolonych oraz ich areał Na podstawie studiów literaturowych oraz badań własnych sporządzono zestawienie dotychczas zbadanych stanowisk gleb zasolonych w Polsce, uwzględniające podział na źródła zasolenia (tab. 1). Przeprowadzona inwentaryzacja posłużyła także do opracowania mapy rozmieszczenia tych gleb (rys. 5). Badania gleb objętych naturalnym procesem zasolenia były prowadzone dotychczas na dwóch obszarach: nadmorskim (pas Pobrzeży Południowobałtyckich) i środkowopolskim (Pojezierze Wielkopolskie, Nizina Środkowomazowiecka i Południowowielkopolska). Problem antropogenicznego zasolenia gleb dotyczy zaś przede wszystkim dużych ośrodków przemysłowych, które rozwinęły się na bazie naturalnych kopalin, takich jak węgiel kamienny, sól kamienna czy rudy miedzi. Nie są to jednak z pewnością wszystkie stanowiska gleb zasolonych w Polsce. Na ich występowanie w innych regionach naszego kraju wskazują bowiem także rezultaty badań zawarte w publikacjach z zakresu hydrogeologii oraz botaniki. Korzystając z tych danych, uzupełniono obraz rozmieszczenia gleb zasolonych w Polsce o miejsca ich potencjalnego występowania, które skupiają się głównie w środkowej części kraju oraz w części południowej w regionach: podkarpackim i karpackim (rys. 5). Nie prowadzono tam dotychczas badań pod kątem zasolenia gleb lub też są one bardzo słabo pod tym względem rozpoznane. Źródłem informacji o glebach zasolonych są często prace na temat roślinności słonolubnej, w których zamieszczone dane dotyczą prawie wyłącznie poziomów powierzchniowych. Z tego względu nie jest możliwa jednoznaczna ocena stopnia zasolenia gleb. W przypadku innych miejsc, o których można przeczytać 19

20 Tabela 1. Stanowiska gleb zasolonych w Polsce opisywane w literaturze gleboznawczej Źródła zasolenia Miejsce badań Autorzy, rok publikacji wody morskie oraz wody mineralne Zasolenie pochodzenia naturalnego Żuławy Wiślane (Nowakowo); Pobrzeże Kaszubskie (Rewa, Brzezino, Puck, Władysławowo, Jastrzębia Góra); Wybrzeże Słowińskie (Jeziorzany, Dąbki, Łazy, Kołobrzeg, Dźwirzyno, Korzystno, Roby, Mrzeżyno); okolice Zalewu Kamieńskiego (Międzywodzie, Żółcino, Strzeżewo, Dusin); okolice Zalewu Szczecińskiego (Wolin, Wicko, Przytor, Karsibór i Kopice); okolice J. Resko; rejon Mrzeżyna, Zatoka Pucka; wody mineralne okolice Inowrocławia (Słońsk); odpady przemysłowe stałe okolice Szubina (Słonawy, Pińsko); okolice Łęczycy (rejon Wilczkowice Dolne Błonie, rejon Pełczyska Solca Wielka); okolice Inowrocławia (przemysł sodowy): Inowrocław Mątwy; rejon Tupadły Piotrkowice; Janikowo; rurociągi solankowe (okolice Inowrocławia): solanki i ścieki przemysłowe Zasolenie pochodzenia antropogenicznego Cieślin, Dziarnowo, Gnojno, Góra, Mimowola, Sławęcinek i in.; Batkowo; Dulsk, Sikorowo; rurociągi ściekowe: Busko Zdrój; Dybowo k. Torunia; Pracz 1989 Pracz 2001 Kwasowski 1999; Pracz, Kwasowski 2001a,b,c Pracz, Kwasowski 2005 Piątek 1986; Rolczyk 1992 Czerwiński 1996 Cieśla i in. 1981; Pokojska i in. 1998; Hulisz 2003 Niklewska i in Wihaiyib 1991; Czerwiński i in Rytelewski i in Gonet, Hermann 1995 Hulisz i in Święcicki i in Hulisz i in

21 cd. Tabeli 1. wody kopalniane zbiorniki wód kopalnianych: GOP i ROW: okolice Rybnika; Bojszowy k. Tychów; LGOM: Rudna k. Głogowa; rurociągi z wodami kopalnianymi (LGOM): okolice Głogowa; sole stosowane do zimowego utrzymania dróg Warszawa; Kraków; okolice Lublina; pyły przemysłowe GOP (przemysł górniczy); Wieliczka (przemysł solny); Warszawa (przemysł energetyczny); Nowiny (przemysł cementowy); Marcinek i in Olszta i in. 1998; Pluta, Hulisz, 2006 Kaszubkiewicz i in. 2003a,b Kaszubkiewicz, Chodak 1999; Greinert A., Greinert H. 2003; Dobrzański i in Skiba, Komornicki 1972 Filipek, Badora 1992 Skawina 1958 Brogowski i in Kwasowski 1996 Świercz

22 Tabela 2. Szacunkowa powierzchnia gleb zasolonych w Polsce [Hulisz 2007] Stanowiska ha źródło Inowrocław-Mątwy, Zgłowiączka, Pyzdry, Busko-Zdrój, Bojszowy 344 Hulisz 2005 Janikowo 151 Czerwiński i in Pińsko, Słonawy 400 Rolczyk 1992 Ciechocinek 1,88 Wilkoń-Michalska 1970 siedliska z halofitami sieć Natura ,8 baza danych tej sieci w pracach hydrogeologicznych (źródła mineralne, samowypływy wód w miejscu dawnych odwiertów geologicznych), występowanie gleb zasolonych można uznać za bardzo prawdopodobne. Analizując wszystkie punkty naniesione na mapę Polski, łatwo zauważyć, że miejsca potencjalnego występowania gleb zasolonych stanowią prawie tyle samo obiektów, co miejsca już zbadane. Fakt ten niewątpliwie wskazuje na konieczność podjęcia badań gleboznawczych na tych obszarach celem lepszego rozpoznania problemu zasolenia gleb na terenie całego kraju. N Rys. 5. Rozmieszczenie gleb zasolonych w Polsce 22

23 Szacunkowy areał gleb zasolonych wynosi ok ha (tab. 2). Ulega on jednak ciągłym zmianom, spowodowanym m.in. zanikaniem źródeł mineralnych, opadami atmosferycznymi, melioracjami, zmianami użytkowania, likwidacją zakładów przemysłowych, itp. 4. Stosowanie różnych wskaźników zasolenia gleb i relacje między nimi 4.1. Przewodność elektryczna ekstraktów glebowych oraz stężenie soli Podstawową miarą zasolenia gleb jest przewodność elektryczna ekstraktów wodno-glebowych (EC z ang. electrical conductivity). Określa ona zdolność roztworu do przewodzenia prądu elektrycznego, tym większą, im większe jest stężenie soli. Odnosi się tym samym do stężeń poszczególnych jonów: Na +, K +, Ca 2+, Mg 2+, Cl, HCO 3, SO 4 2, NO 3 i inne. Standardowo przewodność elektryczna mierzona jest w ekstrakcie nasyconym (z pasty nasyconej) i oznaczana symbolem EC e [Richards 1954]. Wykorzystywany tutaj stosunek woda:gleba jest najniższym odtwarzalnym stosunkiem, przy którym przesącz może być stosunkowo łatwo oddzielony od gleby za pomocą nieskomplikowanego sprzętu laboratoryjnego, takiego jak pompy ciśnieniowe czy próżniowe. Wilgotność pasty nasyconej (SP z ang. saturation percentage) zależy od uziarnienia oraz zawartości materii organicznej (rys. 6). Nawiązuje ona do warunków wodno-glebowych, z którymi rośliny spotykają się realnie przy maksymalnym nasyceniu gleby wodą. Z tych właśnie względów, opisując odporność roślin uprawnych na zasolenie, jako miarę przyjmuje się przewodność elektryczną ekstraktu nasyconego (tab. 2). Relacje pomiędzy niektórymi właściwościami wodnymi gleby a SP można wyrazić za pomocą następujących wzorów: SP [%] 2.PPW SP [%] 4.WTW gdzie: PPW zawartość wody odpowiadająca polowej pojemności wodnej [%], 23

24 WTW zawartość wody odpowiadająca wilgotności trwałego więdnięcia [%]. Przewodność elektryczna ekstraktu nasyconego może być zastosowana do oszacowania różnych innych właściwości: procentowego stężenia soli w ekstrakcie i w glebie (rys. 6), sumy kationów lub anionów w jednostkach molowych (mmol c.dm 3 ) czy też potencjału osmotycznego [Soil Survey Laboratory Staff 1996]. Zawartość soli w ekstrakcie nasyconym wyrażoną w procentach można obliczyć za pomocą następujących wzorów [Richards 1954]: stężenie soli w ekstrakcie [%] = 0,064.EC e stężenie soli w glebie [%] = 0,064.EC e.sp/100 Współczynnik 0,064 jest wartością średnią przyjętą dla wszystkich soli, niezależnie od składu chemicznego danego roztworu. Stąd też na podstawie tych równań uzyskuje się wyniki orientacyjne, których dokładność wystarcza jednak zupełnie np. do celów taksonomicznych [Jackson 1958, Soil Survey Laboratory Staff 1996]. W pracach wymagających większej dokładności stężenie soli oblicza się na podstawie sumowania wyników analiz poszczególnych jonów lub oznaczania suchej pozostałości ekstraktu. Ostatnia z wymienionych metod w przypadku występowania znaczącej ilości wodorowęglanów, daje zwykle zaniżone wartości, ponieważ podczas odparowywania próbki i suszenia osadu jony HCO 3 ulegają częściowemu rozkładowi i przechodzą w węglany. Tabela 2. Skala zasolenia gleb a wzrost roślin [Jackson 1958, zmienione] Skala zasolenia gleb EC e ds m 1 Wpływ na rośliny uprawne niezasolone 0 2 Przeważnie brak widocznego wpływu soli. słabo zasolone 2 4 Plony upraw silnie wrażliwych mogą być ograniczone. umiarkowanie zasolone 4 8 silnie zasolone 8 16 bardzo silnie zasolone > 16 Plony wielu upraw są ograniczone. Rośliny przystosowane: lucerna, bawełna, buraki cukrowe oraz zboża. Tylko tolerancyjne uprawy dają odpowiednie plony. Pojawiają się płaty gleb bez roślinności z powodu uszkodzeń podczas kiełkowania. Tylko niektóre bardzo tolerancyjne uprawy dają odpowiednie plony. Rosną wyłącznie trawy, rośliny zielne, krzewy i drzewa odporne na silne zasolenie. 24

25 Rys. 6. Zależność pomiędzy % soli rozpuszczalnych w glebie a przewodnością elektryczną ekstraktu nasyconego (EC e ) dla utworów o różnym uziarnieniu [Richards 1954, zmienione] Inne ekstrakty o stałym stosunku suchej masy gleby do masy wody i na ogół większym rozcieńczeniu (1:1, 1:2, 1:5 i 1:10) są łatwiejsze do wykonania niż pasta nasycona, ale za to w mniejszym stopniu odzwierciedlają wspomniane wcześniej zależności glebowo-wodne. Poza tym zwiększa się prawdopodobieństwo powstania różnych błędów wynikających z peptyzacji koloidów, hydrolizy soli, wymiany kationów oraz rozkładu minerałów [Rhoades i in. 1999]. W licznych polskich publikacjach na temat gleb zasolonych zamieszczono wyniki oznaczeń EC i stężeń poszczególnych jonów w bardziej rozcieńczonych ekstraktach glebowo-wodnych: 1:2, 1:5 lub 1:10. Standardowo przy zastosowaniu naważki g próbki gleby, zależnie od jej uziarnienia, uzyskuje się stosunkowo niewielkie objętości ekstraktu nasyconego. Jest to zwykle od ¹ 4 do ¹ 3 porcji dodanej wody (do kilkudziesięciu ml). Taka ilość wystarcza zupełnie do oznaczenia pełnego składu jonowego, jeśli dysponuje się odpowiednio wyposażonym laboratorium. Przykładowo według Soil Survey Laboratory Staff [1996] kationy oznaczane są za pomocą spektrofotometrii absorpcji atomowej (AAS), natomiast aniony metodą chromatografii jonowej, z wyjątkiem węglanów oznaczanych przez automa- 25

26 tyczne miareczkowanie. W Polsce chromatografia jonowa jest bardzo rzadko stosowana, a w powszechnym użyciu w przypadku anionów są metody miareczkowe (analiza anionów HCO 3 i Cl ), wagowe lub nefelometryczne (analiza SO 4 2 ). Wymagają one na ogół zastosowania większej objętości roztworów. Z tego względu najczęściej dokonuje się oznaczeń EC w ekstrakcie nasyconym, a składu jonowego w ekstrakcie 1:5 lub 1:10. Można przypuszczać, że część badaczy odstąpiła od wykonania analizy ekstraktu nasyconego ze względu na konieczność zgromadzenia specjalnego sprzętu laboratoryjnego oraz innych problemów wynikających z braku doświadczenia w przygotowaniu pasty nasyconej i wydzieleniu z niej fazy ciekłej. Jeżeli sporządzono pastę nasyconą i oznaczono jej wilgotność (SP), to istnieje możliwość przeliczenia stężeń jonów z ekstraktu nasyconego na inne ekstrakty [Jackson 1958] Procentowa zawartość wymiennego sodu Wskaźnik ESP (z ang. exchangeable sodium percentage) oznacza procentowy udział wymiennego sodu w glebie w stosunku do całkowitej pojemności wymiany kationów (PWK) 6. Można go obliczyć na podstawie wyników analizy wymiennego sodu i PWK, wyrażonych w tych samych jednostkach, tj. w mmol c lub cmol c na kg gleby 7 : Na ESP [%] = + PWK 100 Duża zawartość sodu w kompleksie sorpcyjnym powoduje peptyzację koloidów glebowych, co przyczynia się do zniszczenia struktury agregatowej. Efekt ten jest najbardziej spektakularny w glebach ciężkich (ilastych) stref suchych i półsuchych. Gleby, które charakteryzują się ESP większym od 6% traktowane są jako narażone na niekorzystne warunki fizyczne [McBride 1994], a wartość ESP 15% stanowi jedno z kryteriów wyróżniania poziomów natric i gleb sodowych [Richards 1954, Soil Survey Staff 1999, IUSS Working Group WRB 2006]. Standardowo skład kationów wymiennych o charakterze zasadowym oraz PWK oznaczane są za pomocą metody z zastosowaniem 6. PWK odpowiada ang. CEC cation exchange capacity 7. Symbol c od ang. charge ładunek. Jednostka mmol c odpowiada powszechnie używanemu dawniej meq lub mval (milirównoważnikowi). 26

27 1-molowego roztworu octanu amonu o ph 7,0 [van Reeuvijk 2002]. W Polsce jest ona również powszechnie stosowana. W przypadku gleb zasolonych metoda ta wymaga uprzedniego wymycia soli łatwo rozpuszczalnych alkoholem etylowym. Nie daje ona zadowalających rezultatów dla gleb węglanowych, pomimo zalecanego podwyższenia ph octanu amonu do wartości 8,2. W wielu pracach polskich autorów wartości PWK są określane wyłącznie na podstawie sumowania oznaczeń poszczególnych kationów wymiennych, a nie bezpośredniej analizy pojemności wymiany kationów. Uzyskana drogą sumowania wartość PWK w glebach węglanowych często znacznie przewyższa rzeczywiste wartości PWK, głównie z powodu zawyżenia udziału wapnia, pochodzącego z częściowego rozpuszczania CaCO 3 przez octan amonu. Tym samym wskaźnik ESP jest również obciążony pewnym błędem. Oprócz opisanych już problemów, w glebach o dużym udziale wymiennego sodu, wykonanie poprawnej analizy zarówno Na + jak i PWK jest utrudnione (lub często uniemożliwione) przez peptyzację koloidów. W takich sytuacjach można ją zastąpić analizą wodnego ekstraktu gleby, a ESP obliczyć na podstawie wskaźnika SAR według uproszczonego wzoru [Richards 1954]: 1,475.SAR 1,26 ESP [%] = 0,01475.SAR+0,9874, gdzie: SAR odnosi się do ekstraktu nasyconego. Jeśli ESP jest liczony z SAR oznaczonego w innym ekstrakcie (np. 1:5), to zwykle uzyskuje się wyniki zaniżone [van Reeuvijk 2002] Wskaźnik adsorpcji sodu Wskaźnik adsorpcji sodu (SAR z ang. sodium adsorption ratio) pierwotnie stosowany był dla oszacowania względnej zawartości sodu w wodach irygacyjnych, których oddziaływanie może przyczyniać się do powstawania gleb sodowych (w wyniku adsorpcji wymiennej kationów). Charakteryzuje on więc tzw. ryzyko sodowe (ang. sodium hazard). SAR oznacza stosunek sodu do pierwiastka kwadratowego z sumy wapnia i magnezu. Wzór przedstawia się następująco: SAR = Na (Ca 2+ +Mg 2+ ) 27

28 Stężenia jonów wyrażone są w mmol c.dm 3, czyli przeliczane są na jednostkę ich ładunku. W literaturze przedmiotu spotyka się także inną postać wzoru: 28 SAR = Na + (Ca 2+ +Mg 2+ ) W takim przypadku oznacza to, że stężenia jonów są wyrażone w mmol.dm 3, podobnie jak w równaniach reakcji wymiany jonowej. We wzorze znajduje się suma Ca 2+ i Mg 2+, gdyż dawniej w analizach wód jony te oznaczano łącznie. Ponadto w ten sposób uwzględniono fakt, że te dwa powszechnie występujące kationy dwuwartościowe zachowują się podobnie podczas wymiany jonowej i łącznie odgrywają istotną rolę w osłabianiu negatywnego oddziaływania jonów Na + na koloidy glebowe [Abrol i in. 1988]. Wskaźnik adsorpcji sodu może być obliczany dla różnych ekstraktów glebowych, ale tylko w przypadku ekstraktu nasyconego SAR e wykorzystywany jest do celów diagnostycznych. Stosowany jest on zamiennie ze wskaźnikiem ESP w celu odróżnienia gleb słonych od sodowych. Jako graniczną wartość SAR przyjęto 13, co odpowiada wartości ESP równej 15% [Richards 1954, IUSS Working Group WRB 2006, Soil Survey Staff 1999]. Zależności pomiędzy stężeniami jonów Na +, Ca 2+ i Mg 2+ Rys. 7. Zależność pomiędzy stężeniami jonów Na + i Ca 2+ +Mg 2+ oznaczonych w ekstrakcie nasyconym a wskaźnikami SAR i ESP [nomogram według Richardsa 1954, zmieniony]

29 w ekstrakcie nasyconym oraz wskaźnikami SAR i ESP przedstawiono na rysunku 7. Najistotniejszym problemem związanym ze stosowaniem wskaźnika SAR w pracach na temat gleb zasolonych Polski wydaje się jego nieprawidłowa interpretacja. Jeśli był on obliczany dla ekstraktów 1:2, 1:5 i 1:10, to nie powinien być w sposób bezkrytyczny wykorzystywany do ustalania pozycji systematycznej badanych gleb. Należy zaznaczyć, że wartości SAR zależą od użytego stosunku gleba:woda oraz właściwości gleb wyrażonych przez SP. Dla najczęściej stosowanych w Polsce ekstraktów 1:5 i 1:10 są one na ogół znacznie niższe od SAR e. Wynika to z samej formuły matematycznej definiującej SAR, która nie jest prostym stosunkiem stężeń jonów. Ponadto należy brać pod uwagę możliwość zmian składu chemicznego roztworu przy zastosowaniu większych rozcieńczeń [Reitemeier 1946]. Na podstawie wskaźnika SAR odnoszącego się do ekstraktów innych niż ekstrakt nasycony nie można też automatycznie dokonywać szacowań ESP Odczyn gleb Odczyn jest jednym z ważniejszych wskaźników typu zasolenia. Standardowo pomiaru ph dokonuje się w ekstrakcie nasyconym. Odczyn ma znaczenie diagnostyczne, gdyż pozwala jednoznacznie odróżnić gleby słone od sodowych. Za wartość graniczną przyjęto ph = 8,5 [Richards 1954]. Dość powszechnie zasolenie wiązane jest z zasadowym odczynem gleb. Tymczasem wraz ze zmianą rodzaju oddziałujących soli zmienia się wartość ph. W glebach zawierających sole obojętne odczyn będzie zbliżony do obojętnego. Natomiast akumulacji soli słabego kwasu i mocnej zasady, głównie węglanów sodu i potasu, towarzyszy ich zasadowa hydroliza. W takich sytuacjach gleba ulega alkalizacji (ph wzrasta nawet do 10 11). Reakcję hydrolizy Na 2 CO 3 przedstawia następujące równanie: 2Na + 2 +CO 3 +2H 2 O 2Na + +2OH +H 2 CO 3 Do podobnej reakcji może dochodzić także w kompleksie sorpcyjnym gleb silnie wysyconym jonami Na + [Abrol i in. 1988]: koloidy N N a + a++h 2 O koloidyh Na + ++Na + +OH W polskich warunkach najczęstszym powodem powstawania odczynu silnie zasadowego są wtórne reakcje dominującej soli NaCl 29

30 w środowisku glebowym. Po wyparciu z koloidów glebowych innych kationów przez sód i wymyciu przynajmniej części nie adsorbowanych przez koloidy anionów Cl, w roztworze glebowym tworzą się Na 2 CO 3 i NaHCO 3 (sole hydrolizujące zasadowo). Towarzyszą temu następujące reakcje wymiany: koloidy C M a 2+ 2 g ++4Na + +4Cl koloidy2 2N N a + a++ca 2+ +Mg 2+ +4Cl koloidy N N a + a++h 2 O+CO 2 H + H++2Na + 2 +CO 3 koloidy N Na a + ++2H 2 O+2CO 2 koloidy H + H++2Na + +2HCO 3 Do gleb zasolonych należą także niektóre gleby siarczkowe oraz kwaśne gleby siarczanowe. W wyniku chemiczno-mikrobiologicznego utleniania wytrąceń siarczkowych, na przykład wskutek obniżenia poziomu wód gruntowych, melioracji, itp., w glebach dochodzi do uwolnienia określonej ilości jonów wodorowych. Reakcja zachodzi w następujący sposób: 4FeS 2 +15O 2 +14H 2 O 4Fe(OH) 3 +8SO H + Jony te mogą być neutralizowane przez zawarte w glebie węglany lub kationy wymienne o charakterze zasadowym. Jeśli jednak zdolności buforowe gleby są zbyt małe (szczególnie przy dużej koncentracji siarczków), może dochodzić do jej silnego zakwaszenia. Wartość progowa ph 3,5 jest jednym z najważniejszym kryteriów wyróżniania kwaśnych gleb siarczanowych [Bloomfield, Coulter 1973]. Rys. 8. Wpływ stosunku gleba : woda i stopnia zasolenia na ph gleby [Dregne 1976] 30

31 Niezależnie od istotnego wpływu typu zasolenia na odczyn gleb, nie bez znaczenia jest też sposób pomiaru ph w laboratorium. Wpływ stosunku gleba:woda oraz stopnia zasolenia zilustrowano na wykresie przedstawionym przez Dregne a [1976], skonstruowanym na podstawie wyników szczegółowych badań gleb stref suchych (rys. 8). Przy niskim stosunku gleba:woda, reprezentowanym przez ekstrakt nasycony, wartości ph wzrastały od 7,1 w glebach silnie zasolonych przez sole obojętne do 8,0 w glebach niezasolonych. Rozcieńczenie (ekstrakt 1:5) spowodowało przesunięcie tego zakresu od 7,8 do 8,7. Różnica pomiędzy wartościami ph w ekstrakcie nasyconym i ekstrakcie 1:5 była większa w glebach sodowych niż niesodowych i zależała od zawartości sodu wymiennego w kompleksie sorpcyjnym gleby. W polskich publikacjach poświęconych glebom zasolonym niezmiernie rzadko można spotkać wyniki oznaczeń ph w ekstrakcie nasyconym. Zdarza się, że nie są one zamieszczane nawet wtedy, kiedy uzyskano ekstrakt nasycony i zmierzono jego przewodność elektryczną. Nie jest to do końca zrozumiałe, ponieważ do pełnej klasyfikacji gleb zasolonych, zarówno według Systematyki Gleb Polski [1989], jak i innych systematyk międzynarodowych, ten wskaźnik jest niezbędny. 5. Pozycja systematyczna gleb zasolonych W Systematyce Gleb Polski PTG [1989] na poziomie typów definiowane są sołonczaki, sołońce, gleby sołonczakowate oraz gleby antropogeniczne słone. Kryteria dla gleb słonych i sodowych zostały głównie zapożyczone z Soil Taxonomy [Soil Survey Staff 1975]. Nie są one dostosowane do warunków występujących w naszym kraju, a ich opisy i definicje zawierają wiele nieścisłości. Największym błędem wydaje się wyróżnianie sołońców, których występowania na obszarze naszego kraju dotychczas nie udokumentowano. W związku z powyższym trudno jest znaleźć gleby spełniające w pełni kryteria zawarte w naszej systematyce, co znalazło potwierdzenie w badaniach m. in. Wihaiyiba [1991], Czerwińskiego [1996], Kwasowskiego [1999], Pokojskiej i in. [1998], Hulisza [2005] oraz Charzyńskiego [2006]. Dyskusję tych problemów przeprowadzono w odrębnej publikacji [Hulisz 2007]. Zawiera ona dwa warianty własnych propozycji systematyki, oparte na wnikliwej analizie wszystkich 31

32 danych zgromadzonych na temat gleb zasolonych w Polsce. Pierwszy z nich oparty jest na kryteriach ekologiczno-ilościowych, bliższych tradycji polskiego gleboznawstwa. W typie gleb zasolonych (naturalnych) wyróżniane są dwa podtypy: gleby słone (poziom diagnostyczny salic) i słono-sodowe (poziom sali-sodic). Pozycja systematyczna gleb antropogenicznie zasolonych jest określana osobno. Drugi wariant wyraźnie nawiązuje do osiągnięć międzynarodowej klasyfikacji WRB [IUSS Working Group WRB 2006]. Cechy zasolenia gleb opisywane są na niższym poziomie klasyfikacji (podtypów) za pomocą kwalifikatorów salic i sali-sodic. Mogą być one stosowane dla dowolnych jednostek glebowych. 6. Podsumowanie Gleby zasolone występujące w Polsce zasługują na szczególną uwagę przede wszystkim ze względu na swoją specyfikę, wartość naukową i dydaktyczną. Kształtowane pod wpływem czynników naturalnych, tworzą wraz z innymi komponentami krajobrazu takie siedliska, które zostały uznane za szczególnie cenne w skali Europy i włączone do ekologicznej sieci NATURA 2000 [Piernik i in. 2005]. W ich obrębie występuje grupa rzadkich i chronionych halofilnych gatunków roślin. Są również miejscem gniazdowania i lęgu wielu gatunków ptaków. W krajobrazie przyrodniczym występowanie siedlisk słonych zwiększa jego różnorodność biologiczną i heterogeniczność. Wyniki badań gleb antropogenicznie zasolonych, oprócz aspektu czysto technicznego (rekultywacja), poparte odpowiednimi analizami botanicznymi, można także wykorzystać do rekonstrukcji siedlisk na dawnych stanowiskach naturalnych. Autor wyraża nadzieję, że niniejsza publikacja przybliży zainteresowanym różnorodne problemy związane z zasoleniem gleb w Polsce oraz zachęci różnych specjalistów do podjęcia nowych badań, szczególnie w południowej części naszego kraju. 32

33 Kontakt: dr Piotr Hulisz Zakład Gleboznawstwa, Instytut Geografii Uniwersytet Mikołaja Kopernika, ul. Gagarina 9, Toruń

34 Literatura 1. Abrol I.P., Yadav J.S.P., Massoud F.I.; Salt-affected soils and their management. FAO Soils Bulletin 39, Rome. 2. Bartoszewicz A.; Skład chemiczny wód powierzchniowych zlewni intensywnie użytkowanych rolniczo w warunkach glebowoklimatycznych Równiny Kościańskiej. Roczniki AR. Rozprawy naukowe, 250. Poznań. 3. Baza danych sieci Natura 2000 ( natura2000/index.php). 4. Bloomfield C., Coulter J. K.; Genesis and management of acid sulfate soils. Adv. in Agronomy 25: Bocheńska T., Dowgiałło J., Kleczkowski A. S., Krajewski S., Maciaszczyk A., Maciaszczyk T., Małecka D., Rogoż M., Różkowski A., Szczepański A., Witczak S.; Słownik hydrogeologiczny. PIG, Warszawa. 6. Bohn H.L., MacNeal B.L., O Connor G.A.; Salt-affected soils. [w:] Soil chemistry, second edition, A Willey Interscience Publication, New York. 7. Brogowski Z., Czerwiński Z., Tuszyński M.; Wpływ emisji NaCl na gleby i roślinność okolic żupy solnej w Wieliczce. Roczn. Gleb : Charzyński P., Testing WRB on Polish soils. Association of Polish Adult Educators, Toruń Branch, Toruń. 9. Chlubek N.; Hydrochemia a dynamika wód Zalewu Szczecińskiego. Prace Nauk. Politechn. Szcz. 35: Cieśla W., Dąbkowska-Naskręt H., Siuda W.; Stan zasolenia gleb w okolicy Inowrocławskich Zakładów Chemicznych w Mątwach. Roczn. Gleb : Cyberska B.; Wody przybrzeżne Bałtyku. [w:] B. Augustowski (red.) Pobrzeże Pomorskie. Ossolineum, Gdańsk: Czerwiński Z.; Zasolenie wód i gleb na Kujawach. Roczn. Gleb /4: Czerwiński Z., Pracz J., Piątek A.; Wpływ odpadów z Janikowskich Zakładów Sodowych na tereny rolnicze. Roczn. Gleb. 35, 3/4: