Sławomir Klatka, Krzysztof Boroń, Marek Ryczek*

Transkrypt

1 Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych nr 49, 2011 r. Sławomir Klatka*, Krzysztof Boroń*, Marek Ryczek* WPŁYW DEGRADACJI HYDROLOGICZNEJ GLEB NA TERENACH POEKSPLOATACYJNYCH GÓRNICTWA WĘGLA KAMIENNEGO NA TREŚĆ MAP GLEBOWO-ROLNICZYCH INFLUENCE OF SOIL HYDROLOGICAL DEGRADATION ON STONE COAL MINE EXPLOITATION AREAS ON SOIL MAPS CONTENT Słowa kluczowe: mapy glebowo-rolnicze, klasyfikacja bonitacyjna gleb, degradacja hydrologiczna gleb. Key words: soils map, soil quality classes, hydrologic degradation of soils. Processes taking place within orogen and on ground surface, caused by underground stone coal exploitation lead directly to ground settlement, hydrologic degradation and change of soil quality. Soil quality classification carried out in previous years and soil maps worked out on this basis do not reflect real state. This is caused by soil degradation. The attempt to evaluate the influence of hydrologic degradation of stone coal exploitation on soil map content in Żarki was undertaken in the work. Obtained results allow to state that hydrologic degradation of soils leads to change of soil quality classes and soil agricultural usefulness complexes. The proposed method for evaluation of soils on coal mine exploitation areas can be used for real classification. 1. Wprowadzenie Podstawową formą degradacji terenu spowodowaną podziemną eksploatacją węgla kamiennego są osiadania powierzchni. Prowadzą one do zmiany odległości pomiędzy powierzchnią terenu i zwierciadłem wody gruntowej (zawodnienia wodogruntowe) i w efekcie do zmian typów gospodarki wodnej gleb. Podniesienie zwierciadła wody gruntowej na polach uprawnych może powodować wzrost produkcji rolnej, częściej jednak w takim wy- * Dr inż. Sławomir Klatka, Krzysztof Boroń, Marek Ryczek Katedra Rekultywacji Gleb i Ochrony Torfowisk, Uniwersytet Rolniczy w Krakowie; al. Mickiewicza 24/28, Kraków; rmklatka@cyf-kr.edu.pl 559

2 Sławomir Klatka, Krzysztof Boroń, Marek Ryczek padku występuje degradacja gleb [Boroń i Klatka 1997, 1999, Strzyszcz 1995]. Konsekwencją zaburzenia układu stosunków wodnych w glebach jest modyfikacja budowy gleb, cech morfologicznych i właściwości, a tym samym pierwotnej bonitacji i wartości użytkowej. Ocena jakości i przydatności rolniczej gleb na terenach działalności eksploatacyjnej górnictwa węgla kamiennego musi więc uwzględniać właściwości gleb nabyte w wyniku procesów glebotwórczych oraz zmodyfikowane w wyniku degradacji hydrologicznej [Klatka i in. 2004b]. Przeprowadzona w Polsce w latach 70-tych ubiegłego stulecia powszechna klasyfikacja bonitacyjna gleb [Strzemski i in. 1973] oraz wykreślone na jej podstawie mapy glebowo- -rolnicze na terenach pogórniczych niejednokrotnie nie odzwierciedlają stanu aktualnego. Ze względu na wyznaczanie wymiaru podatku gruntowego, wyceny wartości oraz waloryzację czy rekultywację aktualizacja treści tych map jest zagadnieniem bardzo ważnym. Celem pracy była próba oceny wpływu degradacji hydrologicznej gleb na obszarze eksploatacyjnym Kopalni Węgla Kamiennego Janina w Libiążu na treść mapy glebowo-rolniczej w miejscowości Żarki. 2. Metodyka badań Badania prowadzono na powierzchni 9,77 ha, położonej w rejonie ulic Kadetów i Pstrowskiego w miejscowości Żarki. Obszar ten podlega silnej antropopresji górniczej, wywieranej przez Kopalnię Węgla Kamiennego Janina w Libiążu. Na przestrzeni lat wystąpiły tutaj znaczne osiadania powierzchni, co w konsekwencji doprowadziło do zmiany warunków wodno-gruntowych, zawodnienia gleb i powstania bezodpływowej niecki. Aktualnie gleby w sąsiedztwie zalewiska podlegają znacznej degradacji hydrologicznej i stopniowemu obniżaniu jakości i przydatności rolniczej. Ocenę wpływu oddziaływania Kopalni na aktualny układu stosunków wodnych gleb badanego terenu przeprowadzono opierając się na klasyfikacji wprowadzonej przez Skawinę i Trafas [1972]. W klasyfikacji tej wyróżnia się trzy podstawowe typy gospodarki wodnej: 1) gospodarkę gruntowo-wodną (GW), 2) gospodarkę opadowo-gruntowo-wodną (OGW), 3) gospodarkę opadowo-retencyjną (OR), a także ich odmiany. Jako kryterium wydzielenia typów gospodarki wodnej gleb przyjmuje się położenie zwierciadła wody gruntowej w stosunku do strefy korzenienia się roślin, z uwzględnieniem sezonowych wahań oraz podsiąku kapilarnego. Pełną ocenę oddziaływania KWK Janina na aktualny układu stosunków wodnych gleb badanego terenu zamieszczono w pracy Klatki i in. [2004a]. W tej pracy przedstawiono wyniki badań terenowych i laboratoryjnych, wyznaczone aktualne typy gospodarki wodnej gleb badanego terenu oraz wykreślone mapy gospodarki wodnej gleb. 560

3 Wpływ degradacji hydrologicznej gleb na terenach poeksploatacyjnych górnictwa... Aktualny stopień degradacji hydrologicznej badanych gleb wyznaczono opierając się na następującej formułe zaproponowanej przez Trafas [Eckes i Żuławski 1985] dla gleb zawadnianych: (1). gdzie: U procentowe zmniejenie zdolności produkcyjnej gleby [%], A współczynnik uzależniony od zakresu zmiany gospodarki wodnej gleby, B wskaźnik uzależniony od warunków klimatycznych, C wskaźnik uzależniony od wielkości powierzchni uszkodzonej, D wskaźnik uzależniony od stopnia trudności realizacji melioracji odwadniających. Wykonane obliczenia pozwoliły na wykreślenie mapy uszkodzeń hydrologicznych (rys. 1). Rys. 1. Mapa uszkodzeń hydrologicznych badanych gleb Fig. 1. Map of hydrologic damages of investigated soils Ocenę zmian w bonitacji i przydatności rolniczej gleb przeprowadzono metodą analizy porównawczej i na podstawie tabeli klas gruntów [1963]. Polegała ona na nałożeniu na siebie wcześniej zdygitalizowanych map sytuacyjno-wysokościowych, map gospodarki wodnej gleb, mapy uszkodzeń hydrologicznych gleb oraz mapy glebowo-rolniczej (rys. 2). Wyniki zamieszczono w tabeli 1. Wszystkie prace kartograficzne wykonano przy wykorzystaniu nowoczesnych technik komputerowych oraz specjalistycznego oprogramowania. 561

4 Sławomir Klatka, Krzysztof Boroń, Marek Ryczek Tabela 1. Pierwotna i aktualna klasyfikacja bonitacyjna badanych gleb Table 1. Primary and actual soil quality classification of investigated soils Uszkodzenie hydrologiczne gleb, % Powierzchnia uszkodzeń, ha , , , ,87 Nr konturu Kompleks przydatności rolniczej Klasa bonitacyjna RIVa PsIV ŁIV PsIV ŁIV Aktualna klasa bonitacyjna I PsV PsV PsV Ps VI Ps VI , PsIV nieużytek 3. Wyniki badań Na podstawie mapy glebowo-rolniczej (rys. 2) stwierdzono, że przed wystąpieniem degradacji na badanym obszarze występowały gleby zaliczane do IVa, IVb i V klasy bonitacyjnej gruntów ornych oraz do IV klasy bonitacyjnej gruntów pod trwałymi użytkami zielonymi. Według Systematyki Gleb Polski [1989] gleby te należą do działu IV gleb hydrogenicznych, rządu IVB gleby pobagienne. W składzie granulometrycznym badanych gleb występuje piasek luźny, piasek gliniasty mocny oraz piasek słabogliniasty [Klatka i in. 2004a]. Jest to materiał tworzący poziomy o bardzo dużej przepuszczalności i o małej retencji wodnej, podatny na występowanie zawodnień wodogruntowych. Rys 2. Fragment mapy glebowo-rolniczej badanego teren Fig. 2. Fragment of soil map of investigated area 562

5 Wpływ degradacji hydrologicznej gleb na terenach poeksploatacyjnych górnictwa... Wyznaczone uszkodzenia hydrologiczne gleb, wykreślona na ich podstawie mapa oraz analiza badań wcześniejszych [Klatka i in. 2004a] pozwoliły na weryfikację treści mapy glebowo-rolniczej w rozpatrywanych konturach. Hydrologiczne uszkodzenia gleb w przedziale do 20% wystąpiły na powierzchni 2,65 ha i spowodowały pogorszenie warunków wegetacji, zwłaszcza w latach ze zwiększoną liczbą opadów atmosferycznych. Uszkodzenia te objęły głównie grunty orne i doprowadziły do degradacji w obrębie tej samej klasy bonitacyjnej. Wystąpiła również tendencja do zmian użytkowania, a tym samym zmiana na kompleks zbożowo-pastewny słaby. Uszkodzenia w procentach objęły powierzchnię 2,31 ha. Ich konsekwencją było zmniejszenie bonitacji o jedną klasę oraz zmiany kompleksów przydatności rolniczej z suchych odmian kompleksów zbożowo-pastewnych na kompleksy wilgotniejsze. Wyrazem uszkodzeń hydrologicznych gleb dotyczących 40 60% powierzchni badanej (0,97 ha) była degradacja i opanowanie użytków zielonych (kontur 184, 185) przez roślinność mało wartościową (turzyce, chwasty) oraz ograniczenie użytkowania pastwiskowego na rzecz łąkowego. Wystąpiło również stopniowe przekształcenie łąkowych siedlisk grądowych i łęgowych na bagienne. Aktualnie w części konturu nr 186, 187 i 188 mamy do czynienia z obniżeniem klasy bonitacyjnej użytków rolnych z IVa i IVb do klasy V, natomiast klas bonitacyjnych użytków zielonych (kontur 184, 185) obniżenie z klasy IV do V. W przyszłości na tym obszarze w razie braku zabiegów melioracyjnych możliwe będzie obniżenie klasy bonitacyjnej gleb nawet do klasy VI. Uszkodzenia hydrologiczne w procentach ujawniły się na powierzchni 0,87 ha. Na tym terenie nastąpiła intensywna ekspansja roślinności hydrofilnej, która wypiera wartościowe trawy szczególnie w konturze 185 łąka klasy IV. W wyniku niekorzystnych warunków gruntowo-wodnych wystąpiła degradacja użytków zielonych do klasy VI. Uszkodzenia w ponad 80 procentach powstały na części konturu 184, o powierzchni 2,97 ha. Stanowią one największą obszarowo grupę uszkodzeń hydrologicznych i doprowadziły do całkowitej degradacji gleb i powstania nieużytku. W latach kolejnych stopniowe powiększanie się obszaru powstałego zalewiska będzie powodować na tym terenie całkowitą eliminację gleb z rolniczego użytkowania. Analiza uzyskanych wyników wskazuje, że uszkodzenia hydrologiczne gleb spowodowały pogorszenie warunków wegetacji roślin, zmiany podstawowej przydatności uprawowej gleb oraz w niektórych wypadkach zmianę klasy bonitacyjnej i kierunku użytkowania. Zbliżone wyniki uzyskano również w odniesieniu do terenu eksploatacyjnego KWK Szczygłowice w Knurowie [Klatka i in 2004b] 4. Wnioski 1. Badany teren podlega wpływom podziemnej eksploatacji węgla kamiennego prowadzonej przez KWK Janina w Libiążu. Na przestrzeni lat geomechaniczne przekształcenia 563

6 Sławomir Klatka, Krzysztof Boroń, Marek Ryczek powierzchni (osiadania) doprowadziły do powstania bezodpływowej niecki i globalnego podniesienia zwierciadła wody gruntowej oraz zawodnienia wodno-gruntowego gleb. 2. Degradacja hydrologiczna gleb spowodowana zmianą położenia zwierciadła wody gruntowej w stosunku do powierzchni terenu i strefy korzenienia się roślin spowodowała obniżenie jakości i przydatności rolniczej gleb. Bezpośrednim efektem tych zjawisk jest pogorszenie warunków wegetacji roślin, zmiany podstawowej przydatności uprawowej gleb, tendencje do zmiany w kierunku słabszych kompleksów przydatności rolniczej, a na niektórych użytkach zmiana klas bonitacyjnych gleb i kierunków użytkowania. 3. Na terenach pogórniczych aktualna klasyfikacja bonitacyjna może odbiegać od przeprowadzonej w latach wcześniejszych. Wynika to głównie ze zmian właściwości gleb oraz stosunków wodnych spowodowanych nasilającymi się w czasie i zmiennymi czynnikami antropopresyjnymi. Na obszarach takich należy zatem stosować metody oceny jakości i przydatności rolniczej gleb uwzględniające np. zmianę stosunków wodnych gleb czy też zmianę rzeźby terenu. Zastosowanie tych metod ma istotne znaczenie w opracowaniu realnej klasyfikacji bonitacyjnej gleb i jest nieodzownym źródłem informacji o warunkach glebowo-rolniczych w procesie rekultywacji. PIŚMIENNICTWO BOROŃ K. KLATKA S Use of the soil productivity index for evaluation of soils converted as result of coal mining. W: 2 nd International Green Symposium on Geotechnics and the Environment. September Kraków, Poland. Edited by R.W. Sarsby. Balkema. London: BOROŃ K., KLATKA S Evaluation of farmland degradation induced by coal mine activity. 10 th International Soli Conference, May 23 28, 1999, Purdue University, USA: ECKES T., ŻUŁAWSKI CZ Sozologia dla geodetów. Skrypt AGH nr 988: KLATKA S., BOROŃ K., BĘBENEK A Wpływ Kopalni Węgla Kamiennego Janina w Libiążu na gospodarkę wodną gleb obszaru eksploatacyjnego. Materiały Sesji Naukowej "Zastosowanie Odpadów Przemysłowych i Goesyntetyków w Budownictwie Ziemnym" AR Kraków: KLATKA S., BOROŃ K., LIPKA K., MALEC M Wpływ górnictwa węgla kamiennego na zmiany treści map glebowo-rolniczych obszarów eksploatacyjnych. Zeszyty Naukowe Uniwersytet Zielonogórski nr 131, Inżynieria Środowiska 12: Komentarz do tabeli gruntów w zakresie bonitacji gleb gruntów ornych Ministerstwo Rolnictwa. Warszawa. SKAWINA T., TAFAS M Zawodnienie gleb na terenach osiadań górniczych. Materiały XIX Ogólnopolskiego Zjazdu Naukowego PTG, Ochrona Środowiska Glebowego, IUNG Puławy:

7 Wpływ degradacji hydrologicznej gleb na terenach poeksploatacyjnych górnictwa... STRZYSZCZ Z Przekształcenia geomechaniczne, hydrologiczne i chemiczne pokrywy glebowej w województwie katowickim. Zesz. Probl. Postępów Nauk Rolniczych 418. STRZEMSKI M., SIUTA J., WITEK T Przydatność rolnicza gleb Polski. Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne, Warszawa. 565