MORFOLOGIA I W AŒCIWOŒCI GLEB PRZYKRYTYCH EKRANOSOLI TORUNIA I KLU U-NAPOKI

Transkrypt

1 48 ROCZNIKI P. GLEBOZNAWCZE Charzyñski, R. TOM Bednarek, LXII NR J. 2 B³aszkiewicz WARSZAWA 2011: PRZEMYS AW CHARZYÑSKI 1, RENATA BEDNAREK 2, JOLANTA B ASZKIEWICZ 2 MORFOLOGIA I W AŒCIWOŒCI GLEB PRZYKRYTYCH EKRANOSOLI TORUNIA I KLU U-NAPOKI MORPHOLOGY AND PROPERTIES OF EKRANIC TECHNOSOLS IN TORUÑ AND CLUJ-NAPOCA 1 Zak³ad Geografii Krajobrazu UMK w Toruniu 2 Zak³ad Gleboznawstwa UMK w Toruniu Abstract: There are only a few publications dealing with Ekranic Technosols. The aim of this study was investigating the morphology and selected chemical and physical properties of sealed soils of Toruñ, Poland and Cluj-Napoca, Romania. Seven sites were selected; 2 were located in Cluj-Napoca and 5 in Toruñ. Most of the soils were characterized by alkaline reaction, high CaCO 3 content, low OC and N content. Some profiles contain layers with a high content of phosphorus, which is related to the previous land use. Greinert s [2003] proposal of the classification of urban soils should be supemented by a subunit comprising carbonate ekranosols. S³owa kluczowe: technosol, ekranosol, gleby miejskie, Toruñ, Klu -Napoka Key words: ekranic technosols, urban soils, Toruñ, Cluj-Napoca WSTÊP I CEL PRACY Przykrywanie gleb jest zjawiskiem dotycz¹cym wszystkich obszarów zurbanizowanych Polski i œwiata, a tak e choæ w mniejszej skali, terenów komunikacyjnych w obszarach wiejskich. Wzrost wskaÿnika urbanizacji z 25% w roku 1950 do przesz³o 50% w chwili obecnej [Kollender-Szych i in. 2008] œwiadczy o tym, e area³ gleb miejskich, w tym w szczególnoœci ekranosoli, powiêksza siê w szybkim tempie. Przykrywanie, obok erozji, spadku zawartoœci materii organicznej, zanieczyszczeñ lokalnych i rozproszonych, zagêszczania, zmniejszenia ró norodnoœci biologicznej, zasolenia i powodzi, jest jednym z najwa niejszych problemów dotycz¹cych degradacji gleb. Istotê tego problemu podkreœla Strategia Tematyczna w Dziedzinie Ochrony Gleby ( ), która mówi, e W celu doprowadzenia do bardziej racjonalnego u ytkowania gleby, pañstwa cz³onkowskie bêd¹ zobowi¹zane do podjêcia stosownych œrodków zmierzaj¹cych do ograniczenia uszczelniania gleby poprzez rekultywacjê terenów poprzemys³owych oraz do ³agodzenia jego skutków poprzez stosowanie technik budowlanych pozwalaj¹cych na utrzymanie jak najwiêkszej iloœci funkcji gleby [Strategia Tema-

2 Morfologia i w³aœciwoœci gleb przykrytych ekranosoli Torunia i Klu u-napoki 49 tyczna 2006]. Problem przykrywania gleb zosta³ zatem dostrze ony na najwy szym szczeblu decyzyjnym Unii Europejskiej. Analizuj¹c funkcjonowanie ekosystemów miejskich powinno siê braæ pod uwag¹ rozleg³e przykrywanie powierzchni terenu, które powoduje degradacjê gleb. Przyk³adem mo e byæ Moskwa, w przypadku której zdjêcia lotnicze ujawni³y, e gleby przykryte w centrum miasta zajmuj¹ 90-95%, w dzielnicach przemys³owych 80%, a w dzielnicach mieszkalnych 60% powierzchni ca³kowitej terenu [Stroganova i in. 1998]. W polskiej literaturze gleboznawczej brak jest opracowañ poœwiêconych glebom przykrytym ekranosolom. Jedynie w monografii Greinerta [2003] dotycz¹cej gleb obszaru zurbanizowanego Zielonej Góry mo na znaleÿæ informacje na temat ekranosoli. Z tego wzglêdu podjêto badania, których celem by³o okreœlenie specyfiki morfologii i w³aœciwoœci gleb przykrytych ekranosoli [wg WRB 2006: Ekranic Technosols], znajduj¹cych siê w dwóch miastach w Toruniu i Klu u-napoce (Rumunia). MATERIA I METODY Badania terenowe przeprowadzono wiosn¹ 2009 roku. Pobrano materia³ z siedmiu profili glebowych. Dwa by³y usytuowane w Klu u-napoce, Rumunia (stanowiska 1 i 2), natomiast piêæ odkrywek glebowych znajdowa³o siê w Toruniu (stanowiska 3-7). W pobranym materiale wykonano nastêpuj¹ce oznaczenia, zgodnie z metodyk¹ przyjêt¹ we wspó³czesnym gleboznawstwie: uziarnienie metod¹ sitow¹ oraz metod¹ areometryczn¹ Bouyoucosa w modyfikacji Casagrande a i Prószyñskiego (frakcje i grupy granulometryczne okreœlono zgodnie z klasyfikacj¹ PTG 2008), ph metod¹ potencjometryczn¹ w H 2 O i w roztworze KCl o stê eniu 1 mol dm -3, zawartoœæ CaCO 3 metod¹ Scheiblera, zawartoœæ wêgla organicznego metod¹ Tiurina, zawartoœæ azotu ogó³em metod¹ Kjeldahla, zawartoœæ fosforu rozpuszczalnego w 1% kwasie cytrynowym metod¹ ekstrakcji (P cytr. ), sk³ad frakcyjny próchnicy metod¹ Kononowej i Bielczikowej, przewodnoœæ elektryczn¹ (EC) oraz zawartoœæ chlorków w wodzie metod¹ miareczkowania argometrycznego. Barwê gleby okreœlono wg Munsella [2000]. WYNIKI I DYSKUSJA Dwa stanowiska usytuowane w Klu u-napoce znajdowa³y siê w centralnej czêœci miasta, na ulicy Tipografiei przy budynku nr 15 i obok domu nr 10. Warstwê ekranuj¹c¹ w obydwu przypadkach stanowi³ asfalt o gruboœci 5 cm. Stanowisko 3 znajdowa³o siê w Toruniu na ulicy Szerokiej, wy³¹czonej z ruchu ko³owego i pe³ni¹cej rolê deptaka. Gleba by³a zasklepiona p³ytami z piaskowca. Kolejne cztery stanowiska (4-7) usytuowane by³y pomiêdzy ulicami Ga³czyñskiego i Szos¹ Che³miñsk¹. Teren ten wczeœniej pe³ni³ rolê parkingu. W przypadku profili 4 i 5 warstwê ekranuj¹c¹ stanowi³y betonowe p³yty o gruboœci 14 cm, a w profilach 6 i 7 równie betonowe p³yty, ale o mniejszej gruboœci 5,5 cm. Wszystkie badane gleby zbudowane s¹ z warstw antropogenicznych, wydatowanych przez archeologów na koniec XIX i pocz¹tek XX wieku. Nie stwierdzono obecnoœci naturalnych poziomów genetycznych. W uziarnieniu ekranosoli pochodz¹cych z Torunia dominuj¹ piaski luÿne i s³abogliniaste, jedynie w sporadycznych przypadkach wystêpuje materia³ o charakterze gliniastym (tab. 1). Gleby z Rumunii zbudowane s¹ z ciê szego materia³u (gliniastego), ni gleby badane w Toruniu, co koresponduje z uziarnieniem naturalnych gleb badanych obszarów.

3 50 P. Charzyñski, R. Bednarek, J. B³aszkiewicz TABELA 1. Wybrane w³aœciwoœci fizyczne i fizykochemiczne gle b TABLE 1. Selected physical and physico-chemical properties of the soil Warstwa Layer G³êbokoœæ Depth [cm] ph H 2 O ph KCl CaCO3 C l mg ml EC 1 [ - 1 ] [ µs cm - ] Corg TOC Nt TN C/- N P ytr. [ mcg g P 1 - ] Grupy granulometryczne Textural grou PTG 2008 Barwa wg Munsella Munsell colour próbka - same sucha - dry wilgotna - moist Stanowisko 1 Klu -Napoka , , YR 8/ 1 10YR 5/ ,61 22, , gl 10YR 8/ 2 10YR 7/ 3 Stanowisko 2 Klu -Napoka , ,53 0, ,5Y 7/ 2 5Y 3/ ,44 51, 9 1,22 0, gz 5Y 7/ 1 5Y 4/ , ,53 0, gz 2,5Y 6/ 2 2,5Y 3/ 4 Stanowisko 3 Toruñ ,39 11, ,44 0, ,5Y 7/ 2 2,5Y 3/ , ,39 0, ,5Y 7/ 2 2,5Y 3/ , ,84 0, YR 6/ 2 10YR 3/ , ,60 0, YR 6/ 1 10YR 3/ 4 Stanowisko 4 Toruñ œladowe 50, ,5Y 7/ 2 2,5Y 5/ 2 iloœci , ,66 0, ,5Y 5/ 2 2,5Y 3/ ,33 36, ,69 0, ,5Y 5/ 2 2,5Y 3/ 2 W , , Y 5/ 1 5Y 2/ , ,59 0, gp 10YR 5/ 1 10YR 2/ 1 Stanowisko 5 Toruñ œladowe 35 31, 7 0, ,5Y 7/ 2 2,5Y 4/ 4 iloœci ,15 53, 6 0,52 0, ,5Y 6/ 2 2,5Y 4/ , ,21 0, Y 4/ 1 5Y 1/ , ,39 0, ,5Y 5/ 2 2,5Y 3/ ,66 6, ,64 0, YR 8/ 1 10YR 7/ 1 W ,69 6, ,75 0, ,5Y 4/ 1 2,5Y 2/ 2 Stanowisko 6 Toruñ , , YR 8/ 1 10YR 6/ ,01 13, ,75 0, ,5Y 6/ 2 2,5Y 4/ ,32 0, gp 10YR 7/ 1 10YR 7/ , , gp 10YR 7/ 2 10YR 7/ 3 Stanowisko 7 Toruñ ,41 24, 5 65, 3 0, YR 7/ 2 10YR 5/ œladowe 1 3 0, ,5Y 6/ 2 2,5Y 4/ 2 iloœci , ,54 0, gpyi 2,5Y 6/ 3 2,5Y 3/ , ,57 0, gpyi 2,5Y 5/ 4 2,5Y 4/ 2 W , ,85 0, Y 5/ 1 5Y 2/ , ,22 0, gp 5Y 5/ 1 5Y 4/ , ,00 0,28 0, ,5Y 6/ 2 2,5Y 4/ 2 piasek luÿny, sand; piasek s³abogliniasty, sand; piasek gliniasty, loamy sand; gp gl glina lekka, sandy loam; gz glina zwyk³a, loam; gpyi glina pylasto-ilasta, silty clay loam. glina piaszczysta, sandy loam;

4 Morfologia i w³aœciwoœci gleb przykrytych ekranosoli Torunia i Klu u-napoki 51 Niemal wszystkie gleby, zarówno w Klu u-napoce, jak i w Toruniu charakteryzuj¹ siê odczynem zasadowym. Wartoœci ph w wodzie wynosz¹ od 7 do 5, a w KCl od 0 do 6 (tab. 1). Ekranosole wystêpuj¹ce pod betonowymi pasami startowymi na toruñskim lotnisku, badane przez Nowaka [200 praca niepublikowana], cechowa³y siê tak e wyraÿnym odczynem zasadowym, choæ samo lotnisko zosta³o usytuowane na kwaœnych glebach rdzawych w pierwszej dekadzie ubieg³ego wieku. Analizuj¹c powy sze wyniki mo na stwierdziæ, e ekranosole charakteryzuj¹ siê wysokimi wartoœciami ph. Na podwy szenie wartoœci ph wp³ywa warstwa ekranuj¹ca oraz obecnoœæ artefaktów, w postaci zaprawy murarskiej. Zasadowy odczyn badanych gleb wi¹ e siê te z obecnoœci¹ CaCO 3 w materiale glebowym (tab. 1). W poszczególnych warstwach ekranosoli zawartoœæ wêglanu wapnia jest zró nicowana i wynosi od 0,41 do 22,7%. Jedynie w górnych warstwach gleb ze stanowisk 4 i 5 oraz w warstwie na stanowisku 7 wystêpuj¹ œladowe iloœci tego zwi¹zku. Porównuj¹c uzyskane wyniki z danymi literaturowymi mo na stwierdziæ, e zawartoœæ CaCO 3 w analizowanych glebach jest znacznie wy sza ni w ekranosolach badanych przez innych autorów. Gleby w Zielonej Górze [Greinert 2003] zawieraj¹ œladowe iloœci wêglanu wapnia, a w ekranosolach Moskwy [Gerasimova i in. 2003] stwierdzono maksymalnie 3,8% CaCO 3. Równie w glebach znajduj¹cych siê pod betonowymi p³ytami toruñskiego lotniska zawartoœæ CaCO 3 nie przekracza³a 1% [Nowak 2008], zaledwie w jednej warstwie iloœæ tego zwi¹zku wynosi³a 4,5%. Odmiennoœæ analizowanych gleb pod wzglêdem zawartoœci wêglanu wapnia od opisywanych w literaturze, wi¹ e siê ze specyfik¹ materia³ów antropogenicznych buduj¹cych gleby. Nawi¹zuj¹c do klasyfikacji gleb miejskich zaproponowanej przez Greinerta [2003] badane gleby Torunia i Klu u-napoki odpowiadaj¹ opisowi typu gleb sk³adowiskowych (w rzêdzie gleb urbanoziemnych) zbudowanych z wniesionych lub naniesionych materia³ów wêglanowych. W toruñskich ekranosolach stwierdzono du e iloœci materia³u budowlanego, gruzu oraz innych artefaktów, pochodz¹cego z ró nych okresów rozwoju miasta. Potwierdzeniem antropogenicznego charakteru materia³u buduj¹cego badane ekranosole jest brak prawid³owoœci w profilowym zró nicowaniu zawartoœci wêgla organicznego i azotu. Zawartoœæ wêgla w poszczególnych warstwach waha siê od 0,06 do 4,21%, natomiast azotu od 1 do 0,278% (tab. 1). Uzyskane wyniki s¹ zbli one do danych literaturowych [Greinert 2003, Nowak 2008]. Charakterystyczn¹ cech¹ analizowanych gleb przykrytych jest te szeroki stosunek wêgla do azotu, œwiadcz¹cy o niskiej aktywnoœci biologicznej gleb, wynikaj¹cej m.in. z braku dop³ywu œwie ej materii organicznej. W wybranych próbkach glebowych ekranosoli z Torunia wykonano uproszczon¹ analizê sk³adu frakcyjnego próchnicy metod¹ Kononowej i Bielczikowej. Na podstawie wyników zamieszczonych w tabeli 2 mo na stwierdziæ, e w sk³adzie frakcyjnym allochtonicznej próchnicy zakumulowanej w antropogenicznych warstwach zdecydowanie dominuje niehydrolizuj¹ca pozosta³oœæ. Jej udzia³ w stosunku do ca³kowitej zawartoœci wêgla organicznego stanowi od 50 do 81,2%. Wartoœæ stosunku kwasów huminowych do fulwowych w poszczególnych próbkach jest zró nicowana i wynosi od 0,5 do 1,7 (tab. 2). Mo na jednak zauwa yæ, e w wiêkszoœci próbek kwasy huminowe dominuj¹ nad kwasami fulwowymi lub jest ich równowa na iloœæ (w 7 próbkach na ³¹czn¹ liczbê analizowanych 9 próbek). Wydaje siê, e w ekranosolach, podobnie jak w glebach kopalnych, nastêpuje powolne diagenetyczne przeobra anie najbardziej ruchliwych frakcji próchnicy (tj. kwasów fulwowych) w kierunku kwasów huminowych i humin [Morozowa 1975, Bednarek 1991, 2002]. Badane próbki glebowe cechuj¹ siê zró nicowan¹ zawartoœci¹ fosforu rozpuszczalnego w 1% kwasie cytrynowym, od 46 do 4397 mg kg -1. To zró nicowanie mo e wi¹zaæ

5 52 P. Charzyñski, R. Bednarek, J. B³aszkiewicz TABELA 2. Sk³ad frakcyjny próchnicy w wybranych próbkach glebowyc h TABLE 2. Humus fractions in selected soil sames Warstwa Layer G³êbokoœæ Depth [cm] Corg ogó³em TOC Kwasy huminowe* Humic acids Stanowisko - Site ,84 11, ,60 16,67 Stanowisko - Site ,52 0, ,21 0,71 16, ,39 0, ,64 0,58 21, ,75 0,09 12,00 Stanowisko - Site ,54 0,18 11,68 W ,85 0,41 22,16 * w liczniku of same w mianowniku fraction to TOC Kwasy fulwowe* Fulvic acids 0,09 10,72 16,67 0,07 13,47 0,71 16,86 0,32 23,02 0,31 11,74 0,17 22,67 0, ,29 15,68 siê z ró nym sposobem u ytkowania gleb i charakterem materia³u naniesionego. Zwiêkszenie naturalnej zawartoœci fosforu w glebie mo e mieæ ró ne przyczyny antropogeniczne. Najwiêksze iloœci antropogenicznego fosforu pochodz¹ z deponowania odpadów, takich jak koœci, popió³, resztki po ywienia itd. [Brzeziñski i in. 1983]. O antropogenicznym charakterze analizowanych gleb œwiadcz¹ równie wyniki przewodnoœci elektrycznej (EC) i zawartoœci chlorków w badanych glebach (tab. 1). W profilowym zró nicowaniu wartoœci EC brak jakichkolwiek prawid³owoœci. W wyró - nionych warstwach ekranosoli wartoœci przewodnoœci elektrycznej s¹ generalnie niskie i wahaj¹ siê w przedziale od 6 do 412 ms cm -1, co ma zwi¹zek ze znikom¹ zawartoœci¹ chlorków. Powierzchniowe warstwy badanych gleb (z wyj¹tkiem stanowiska 2 w Klu u- Napoce) charakteryzuj¹ siê najwiêksz¹ zawartoœci¹ chlorków. Warto te podkreœliæ, e stosunkowo du e iloœci chlorków w ca³ym profilu na stanowisku 4 w Toruniu wi¹ ¹ siê z jego lokalizacj¹. Stanowisko to by³o usytuowane na wysokoœci bramy wjazdowej na parking, gdzie najprawdopodobniej sypano sól w celu odœnie enia tego wjazdu. Ckh Ckf 1,1 0, ,1 0,40 66,66 1,3 0, ,0 2,79 66,28 0,8 0, ,9 1,75 66,29 0,5 0,49 65,33 1,7 1,25 81,17 1,4 1,15 62,16 Niehydrolizuj¹ca pozosta³oœæ Non-hydrolyzable residue % C danej frakcji w stosunku do masy próbki, in the numerator ratio of C% in fraction to total weight % C danej frakcji w stosunku do ogólnej zawartoœci Corg in the denominator ratio of C% in

6 Morfologia i w³aœciwoœci gleb przykrytych ekranosoli Torunia i Klu u-napoki 53 WNIOSKI Na podstawie badañ ekranosoli przeprowadzonych na terenie Torunia i Klu u-napoki mo na przedstawiæ nastêpuj¹ce wnioski: 1. Badane gleby pod wzglêdem zawartoœci wêglanu wapnia oraz wysokich wartoœci ph przypominaj¹ wêglanowe gleby sk³adowiskowe. Wed³ug koncepcji klasyfikacji gleb miejskich, jako integralnej czêœci Systematyki gleb Polski [Greinert 2003], badane gleby nale ¹ do dzia³u gleb antropogenicznych, rzêdu gleb urbanoziemnych, typu gleb przykrytych (ekranosoli). Ze wzglêdu na wysok¹ zawartoœæ CaCO 3, nale a³oby wyró niæ podtyp gleb przykrytych wêglanowych (ekranosoli wêglanowych). 2. We wszystkich badanych ekranosolach wystêpuje du e profilowe zró nicowanie zawartoœci Corg i Nt, które jest charakterystyczne dla gleb miejskich silnie przekszta³conych antropogenicznie. Charakterystyczne s¹ równie wysokie wartoœci stosunku C/N, które wskazuj¹ na nisk¹ aktywnoœæ biologiczn¹ gleby, co koresponduje ze sk³adem frakcyjnym próchnicy cechuj¹cym siê du ym udzia³em niehydrolizuj¹cej pozosta³oœci oraz przewag¹ kwasów huminowych nad kwasami fulwowymi. 3. Znaczne i zró nicowane zawartoœci fosforu na stanowiskach mog¹ byæ spowodowane zró nicowan¹ dzia³alnoœci¹ cz³owieka w obrêbie badanego obszaru. W ekranosolach tych wystêpuj¹ liczne artefakty, miêdzy innymi koœci, które s¹ jednym ze Ÿróde³ tego pierwiastka. LITERATURA BEDNAREK R. 1991: Wiek, geneza i stanowisko systematyczne gleb rdzawych w œwietle badañ paleopedologicznych w okolicach Osia (Bory Tucholskie). Rozprawy. UMK, Toruñ. BEDNAREK R. 2002: Diagenetic Changes in Sandy Buried Soils. [W:] Paleopedology problems in Poland. Manikowska B., Konecka-Betley K., Bednarek R. (red.) ódzkie Towarzystwo Naukowe, ódÿ: BRZEZIÑSKI W., DULINICZ M., KOBYLIÑSKI Z. 1983: Zawartoœæ fosforu w glebie jako wskaÿnik dawnej dzia³alnoœci ludzkiej. Kwartalnik Historii Kultury Materialnej, r. 31, 1983: GERASIMOVA M. I., STROGONOVA M. N., MO AROWA M. W., PROKOFIEVA T. W. 2003: Antropogennyje poczwy (Genezis, geografia, rekultywacija), Moskwa. GREINERT A. 2003: Studia nad glebami obszaru zurbanizowanego Zielonej Góry, Oficyna Wydawnicza Uniwersytetu Zielonogórskiego, Zielona Góra. IUSS Working Group WRB, 2006: World Reference Base for Soil Resources World Soil Resources Report #103. FAO, Rome. KOLLENDER-SZYCH A., NIED WIECKI E., MALINOWSKI R. 2008: Gleby miejskie, Wyd. AR Szczecin. MOROZOWA T. A. 1975: Osobiennosti diagnostyki gienezisa iskopajemych poczw. [W:] Problemy regionalnoj i obszcziej paleogeografii liossow i peryglacjalnych ob³astiej. Nauka, Moskwa. MUNSELL SOIL COLOR CHARTS 2000: GretagMacbeth, New Windsor. NOWAK A. 2008: Porównawcze badania ekranosoli i gleb nie przykrytych betonem i asfaltem, praca magisterska wykonana w Zak³adzie Gleboznawstwa UMK pod kierunkiem prof. dr hab. R. Bednarek. POLSKIE TOWARZYSTWO GLEBOZNAWCZE 2008: Klasyfikacja uziarnienia gleb PTG STRATEGIA TEMATYCZNA W DZIEDZINIE OCHRONY GLEBY 2006: Komunikat Komisji do Rady, Parlamentu Europejskiego, Europejskiego Komitetu Ekonomiczno-Spo³ecznego oraz Komitetu Regionów, Bruksela. STROGANOVA M., MYAGKOVA A., PROKOFIEVA T., SKVORTSOVA I. 1998: Soils of Moscow and Urban Environment, Moscow. Dr Przemys³aw Charzyñski Zak³ad Geografii Krajobrazu Wydzia³ Biologii i Nauk o Ziemi,Uniwersytet Miko³aja Kopernika ul. Gagarina Toruñ, tel pecha@umk.