Nr 110. Problemy rekultywacji gleb

KANCELARIA SEJMU
BIURO STUDIÓW
I EKSPERTYZ
Zespół Opinii
SpołecznoEkonomicznych
Problemy rekultywacji
gleb zdegradowanych
Styczeń 1993
Dorota Stankiewicz
Informacja
Nr 110
Rekultywacja gleb zdegradowanych jest długotrwałym procesem, wymagającym prowadzenia skoordynowanych działań w wielu kierunkach.
Istotnym czynnikiem rekultywacji gleb jest odpowiednia agrotechnika.
Dzięki prawidłowo i konsekwentnie prowadzonym zabiegom agrotechnicznym można wspomóc naturalne regeneracyjne zdolności gleby. Zabiegi te muszą obejmować kompleks upraw gleby i nawożenie z przewagą strukturotwórczego nawożenia organicznego. Staranny dobór roślin w
płodozmianach rekultywacyjnych może zapobiec postępującej erozji lub
pomóc w wychwyceniu składników pokarmowych z gleb przenawożonych
w wyniku emisji z zakładów chemicznych.
BSE
Degradacja gleb jest zjawiskiem złożonym, na które oprócz czynników naturalnych wpływa
przemysł, środki transportu i niewłaściwa agrotechnika. Przemysł powoduje spadek wartości gleby
głównie poprzez:
a/ kumulację w niej związków toksycznych, czyli: metali ciężkich, fluoru, amoniaku itp.,
- jonów glinu uwalniających się z kompleksu sorbcyjnego pod wpływem "kwaśnych deszczów" czyli kwasu siarkowego powstającego z emitowanych przez obiekty przemysłowe dwutlenku
siarki i pary wodnej,
b/ odwodnienie (leje depresyjne wokół kopalni),
c/ zniszcznie struktury gleby (na hałdach i zwałowiskach).
Degradacja spowodowana przez niewłaściwe użytkowanie rolnicze gleby polega na: a/ przyspieszeniu procesów erozji (w wyniku wadliwie wykonywanych zabiegów agrotechnicznych - np. orki
wzdłuż stoku),
b/ przesuszeniu i rozpyleniu gleb torfowych, zaniku zdolności produkcyjnych łąk itp., jako
efektu nieodpowiednio wykonanych melioracji odwadniających,
c/ niszczeniu pożytecznej flory i fauny glebowej (na skutek nieracjonalnego stosowania nawozów mineralnych, organicznych i pestycydów), co prowadzi do zaburzenia równowagi ekosystemu
rolniczego. Gleba taka staje się "martwa", pozbawiona:
* organizmów, których wydzieliny stanowiły doskonałe lepiszcze agregatów glebowych,
co nadawało glebie najkorzystniejszą strukturę gruzełkowatą,
* zwierząt ryjących, udrażniających szczeliny glebowe i wpływających w ten sposób na
przewietrzanie gleby i zapewnianie jej właściwych stosunków wodno-powietrznych.
Należy więc zdawać sobie sprawę z tego, że degradacja gleby oznacza nie tylko spadek plonów,
czy zaniżenie walorów krajobrazowych, ale zagładę żywego organizmu, a procesy rekultywacji są
niezmiernie długotrwałe i kosztowne. Nie można także rozpatrywać degradacji gleby w oderwaniu
od procesów degradacyjnych ogarniających pozostałe elementy środowiska, tj: wodę, atmosferę,
faunę i florę.
W Polsce istnieje wiele rejonów, w których degradacja gleb spowodowana przez przemysł poczyniła wielkie szkody. Jednym z najbardziej zagrożonych jest rejon województwa katowickiego. W
rejonie tym zanieczyszczenie gleb metalami ciężkimi jest tak wysokie, że na zmniejszenie stężenia
kadmu i ołowiu do wartości dopuszczalnych potrzeba czasu rozłożonego na wiele pokoleń. Zawartość ołowiu w województwie katowickim waha się bowiem w granicach od kilkudziesięciu do kilku
tysięcy mg/kg gleby (przy normie wynoszącej 50 mg ołowiu/kg dla gleby lekkiej lub 100 mg ołowiu/kg dla gleby ciężkiej), a kadmu - od kilku do kilkudziesięciu mg/ kg gleby (norma wynosi 3
mg/kg gleby). W ciągu roku z plonami i na skutek wymywania ubywa z kilograma gleby zaledwie
0,08 mg ołowiu i 0,0025 mg kadmu.
W takiej sytuacji trudno jest mówić o rekultywacji gleby. Natomiast możliwe i konieczne jest
podjęcie zdecydowanych działań ochronnych prowadzących do zmniejszenia ujemnych skutków zanieczyszczenia gleb. Działania te, dotyczące gleb uprawnych, sprowadzać się powinny głównie do:
1
2
BSE
- zmniejszenia emisji pyłowej i gazowej do wartości nie przekraczających norm,
- stosowania nawozów o jak najmniejszej zawartości metali ciężkich,
- zakazu stosowania do nawożenia gleb odpadów przemysłowych zanieczyszczonych metalami ciężkimi,
- stosowania w ogrodnictwie mieszanek nawozowych zawierających fosforan amonu (nawóz
tzw. fizjologicznie zasadowy, czyli nie powodujący ubocznego zakwaszenia gleby),
- wyeliminowania nawozów ogrodniczych produkowanych na bazie superfosfatu, zawierających
duże ilości kadmu,
- rygorystycznego utrzymywania odczynu gleb w województwie w zakresie pH 7,0-7,2 (lekko zasadowy), co przyczyni się do złagodzenia skutków zanieczyszczenia (rośliny trudniej pobierają metale
ciężkie z gleby zasadowej). Do wapnowania zaleca się używanie nawozów produkowanych z surowców
naturalnych, takich, jak: wapno palone, wapniak mielony rolniczy, kreda łąkowa lub gy-tia, wapno
węglanowe, naturalne nawozy wapniowo-magnezowe [1].
W rejonach, w których prowadzone są prace górnicze, problemem staje się rekultywacja zwałowisk i hałd. Zwałowiska, ze względu na duże ilości nagromadzonego nadkładu glebowego (np. w
rejonie kopalni węgla brunatnego w Bełchatowie) stanowią poważne zaburzenie ekosystemu. Zwałowiska takie mają bezodpływowe niecki, w których gromadzą się iły, charakteryzuje je bardzo mała
ilość substancji próchnicznych i praktyczny brak struktury gleby. Po opadach zwałowisko jest narażone
na rozmywanie przez strumienie wody (tworzą się wtedy na jego stokach potoki błotne), a po kilku
ciepłych dniach - powierzchnia gruntu zaskorupia się i pęka, tworząc twardą, popękaną skałę.
Zwałowisko o małej zawartości iłów jest natomiast w wypadku przesuszenia narażone na erozję
wietrzną. Rekultywacja zwałowisk w I kolejności musi więc przywrócić właściwą, gruzełkowatą strukturę gleby. Konieczne jest w tym celu wprowadzanie na "pustynię zwałowiska" roślin pionierskich, o
silnym systemie korzeniowym i niskich wymaganiach glebowych. W zależności od rodzaju zwałowiska
mogą to być trawy wydmowe, zioła (np. pięciornik na stokach zwałowiska w Bełchatowie wytwarzał
rozłogi kilkumetrowej długości, z licznymi korzeniami przybyszowymi, które zapobiegały osuwaniu się
powierzchniowych warstw zwałowiska) lub rośliny motylkowe o niskich wymaganiach (nostrzyk, łubin
żółty).
Na zwałowiskach górnictwa siarki (długo schnących, z dużą ilością iłów) zaleca się przez 3-4 lata
uprawę lucerny, rośliny motylkowej dobrze znoszącej duże dawki wody, poprawiającej właściwości
fizyczne gleby i podwyższającej jej aktywność mikrobiologiczną. Po lucernie polecany jest płodo-zmian
rekultywacyjny z rośliną okopową (np. burak pastewny) uprawianą na oborniku. W skład płodozmianu
wchodzi także jęczmień i życica wielokwiatowa [2]. Po wytworzeniu cienkiej warstwy gleby zwałowiska można zalesiać.
Spośród różnych drzew i krzewów dobre wyniki dały: olsza czarna i szara, robinia, osika i topola.
Rośliny te nadają się także do zalesiania hałd węglowych [3].
Na terenie leja depresyjnego Kopalni Węgla Brunatnego Bełchatów występują także największe
zmiany obszarowe i jakościowe związane z przesuszeniem gleby. Zmiany te będą się powiększać i
obejmować swoim zasięgiem coraz większe rejony województwa piotrkowskiego. W rejonie tym ma
miejsce bowiem bardzo szybkie odprowadzanie dużych ilości wód podziemnych do rzeki Widawki.
Gleby na obszarze leja depresyjnego są wyjątkowo podatne na przesuszenie, są to bowiem gleby
torfowe i mineralne gleby podmokłe. Ten typ gleb wskutek odwodnienia przekształca się w suchogruntowe nieużytki. Torfy w wyniku przesuszenia ulegają rozpyleniu. Zabiegiem mogącym w pewnym
stopniu ograniczyć tego typu degradację jest kojarzenie odwodnienia z równoległym nawadnianiem użytków rolnych [4J.
BSE
Na uwagę zasługuje także nowa metoda, zaproponowana do stosowania w Bełchatowie, na odwadnianych torfowiskach, a polegająca na aplikowaniu do tych gleb roztworów zawierających
szczepy bakterii przyspieszających murszenie torfu. Dzięki temu włóknista struktura torfu przekształca się szybciej w strukturę charakterystyczną dla gleby murszowatej, zawierającej 1-2% "próchnicy", będącej rozdrobnionym murszem torfowym. Po wymieszaniu murszu z warstwami mineralnymi leżącymi poniżej (przy pomocy orki melioracyjnej na głębokość ok. 1 metra) otrzymuje się
glebę o co prawda niewielkiej wartości, ale o większej odporności na przesuszenie.
Na uwagę zasługuje także problem rekultywacji gleb "przenawożonych" nadmierną ilością składników pokarmowych w wyniku emisji z zakładów chemicznych. Problem ten występuje np. w rejonie
Zakładów Azotowych w Puławach. Zakłady te emitują w dużych ilościach do atmosfery amoniak,
tlenki azotu, pyły saletry amonowej i mocznika, a oprócz tego związki siarki i pyły dymnicowe (zawierające m.in. sód, potas i fosfor). W wydzielanych zanieczyszczeniach duży udział mają związki azotu, a
wśród nich dominuje amoniak.
Uruchomienie produkcji mocznika w 1966 r. wyzwoliło nowy, niezwykle radykalny, chemiczny
czynnik degradacji lasu. Przyczyną główną tej degradacji jest silne przesycenie atmosfery i gleby
związkami azotu. W strefie silnego zanieczyszczenia atmosfery związkami azotu giną wszystkie gatunki drzew. Najbardziej wrażliwa na przenawożenie azotem jest sosna, w następnej kolejności ginie brzoza, a końcu - dąb, który z racji swoich fizjologicznych właściwości (większe zapotrzebowanie na azot) znosi dobrze te dawki azotu, które dla sosny są już toksyczne.
Związki azotu oddziaływują także na rośliny uprawne. Objawia się to np. ciemnozielonym zabarwieniem liści (u szpinaku), nekrozami liści, zwiększeniem masy liści w masie ogólnej, zaburzeniami w tworzeniu pędów generatywnych i niekorzystnym wydłużeniem fazy wegetatywnej (u rzepaku). Emisje z Zakładów Azotowych wpływają także na wzrost zakwaszenia gleby. Według badań Instytutu Ochrony Środowiska zakwaszenie gleb występowało we wszystkich gruntach leżących w bezpośrednim sąsiedztwie Zakładów Azotowych, najwcześniej tam, gdzie notowano najwyższą imisję
azotu, a wśród gleb tym szybciej, im mniejsza była pojemność kompleksu sorbcyjnego.
Wyginięcie roślinności leśnej odsłoniło martwą glebę na intensywne działanie czynników atmosferycznych. Nasiliły się procesy erozji. W nieckach glebowych nagromadziło się więcej próchnicy i
części spławialnych. Rolnicza i fitosanitarna rekultywacja strefy bezleśnej wymagała więc:
- wykarczowania i usunięcia pni drzew,
- wyrównania powierzchni,
- wapnowania (podstawowy zabieg chemicznej rekultywacji), popiołowania gleby lub nałożenia
na rodzimy grunt piaskowy 20 cm warstwy ziemi próchnicznej (dobre rezultaty na poletkach doświadczalnych uzyskiwano także stosując torf zamiast ziemi próchnicznej).
- zainstalowania sieci rurociągowej systemu deszczownianego (doświadczalnie stwierdzono, że
niektóre rośliny mogą znieść większe dawki azotu, jeśli uzupełni się pozostałe składniki pokarmowe i zlikwiduje niedobór wody).
- wprowadzenia odpowiednich roślin na opustoszałe siedliska.
Głównymi zadaniami roślin wprowadzanych do uprawy w strefie bezleśnej są:
- pobieranie azotu z atmosfery i gleby, czyli oczyszczanie środowiska,
- ochrona powierzchni ziemi przed erozyjnym działaniem wiatru,
- ochrona wód podziemnych przed zanieczyszczeniem związkami azotu.
Aby spełnić pierwszy i ostatni z tych wymogów, masa roślinna powinna być zbierana i wynoszona poza teren strefy dużego zanieczyszczenia atmosfery. Tylko w ten sposób zapewni się maksymalną sorbcję azotu pochodzącego z zanieczyszczeń przemysłowych i wyprowadzenie go poza
3
4
BSE
układ. Najlepiej nadają się do tego celu wapnowane, magnezowane, deszczowane i regularnie koszone mieszanki traw (z przewagą kupkówki). Nawożenie potasowe należy dawkować oddzielnie
dla każdego pokosu. Uzyskaną stąd masę roślinną zaleca się kompostować z trocinami w stosunku
1:1.
Bardzo istotnym czynnikiem rekultywacji jest również nasilenie wegetacji w strefie silnej degradacji lasu, w której żyją jeszcze drzewa i krzewy liściaste (bardziej odporne niż iglaste na duże
dawki azotu). Można to osiągnąć poprzez melioracyjne użyźnienie gleby (wapnowanie) i uzupełniające
nawożenie. Uzyskana w ten sposób szata drzew i krzewów nie da wprawdzie opłacalnej produkcji
leśnej, ale spełni zadanie ekologiczno-sanitarne.
W ramach urządzania strefy ochronnej należy wprowadzić zwarte zadrzewienia osłonowe, zmniejszające przenikanie zanieczyszczeń przemysłowych do dalej położonych kompleksów leśnych i osiedli
[5].
W przypadku degradacji gleby spowodowanej intensywnymi i nieracjonalnymi metodami produkcji rolnej zmniejszyć zagrożenie mogą odpowiednie zabiegi rolnicze służące poprawie kultury
gleby. Kulturę gleby można utrzymywać na należytym poziomie i poprawiać stosując właściwe nawożenie organiczne, wapnowanie, płodozmiany z udziałem roślin motylkowych oraz konsekwentnie
przestrzegając poprawności całokształtu zabiegów agrotechnicznych przy każdym gatunku przychodzącym w zmianowaniu.
Jednym z efektywnych sposobów poprawienia kultury gleby jest nawożenie kompostami wytwarzanymi przy współudziale dżdżownic z takich materiałów, jak: słoma z gnojowicą, odpady komunalne,
osady denne wód itp. Wprowadzenie takich kompostów na pola stymuluje procesy biochemiczne w
glebie związane z metabolizmem występujących w niej pożytecznych organizmów żywych.
Wyniki niektórych badań wydają się wskazywać na to, że rozwijające się w glebie wzbogaconej takim kompostem mikroorganizmy glebowe zdolne są m.in. do przetwarzania toksycznych związków
metali ciężkich na trudno przyswajalne przez rośliny oraz mało podlegające wymywaniu połączenia
chemiczne tych metali. Nie rozwiązane jest jednakże zagadnienie, jak długo i w jakich warunkach zawarte w takich połączeniach metale ciężkie mogą pozostawać w glebie w stanie nieaktywnym.
W każdym razie można sądzić, że omawiane właściwości kompostów wytwarzanych przy pomocy
dżdżownic mogą mieć szczególne znaczenie w rekultywacji tych gleb, które utraciły zdolności samooczyszczania w wyniku nadmiernego skażenia pestycydami i innymi niepożądanymi substancjami
obecnymi w nawozach mineralnych, a także w trafiających do gleby odpadach i opadach z emisji
przemysłowych.
W rekultywacji gleb skażonych pestycydami dużą rolę odgrywa też nawożenie organiczne. Rozkładająca się masa organiczna stymuluje rozwój wielu pożytecznych mikroorganizmów glebowych (niejednokrotnie pomocnych w walce biologicznej z patogenami roślin uprawnych) oraz stwarza naturalne warunki rozwoju dżdżownic - naturalnych meliorantów gleby.
Pola nie chronione roślinnością tracą więcej naturalnych składników gleby i wprowadzonych do
niej nawozów, niż pola chronione. Temu rodzajowi degradacji gleby można zapobiec poprzez nasycenie
zmianowań poplonami ścierniskowymi i wsiewkami w plon główny, zwiększającymi zwartość łanu i
przedłużającymi okres trwania roślinnej okrywy pola. Taki sposób postępowania jest również korzystny przy ochronie gleby zagrożonej erozją wodną i wietrzną.
Dla przeciwdziałania erozji proponowane są następujące postępowania agrotechniczne i zabiegi melioracyjne:
- wykonywanie wszelkich operacji mechanicznych związanych z uprawą i pielęgnowaniem roślin w poprzek skłonu,
- pasowe wysiewy w poprzek skłonów różnych gatunków roślin (np. kukurydza na przemian z
BSE
owsem),
- tarasowanie skłonów,
- stosowanie bezorkowych systemów agrotechnicznych,
- wprowadzanie do krajobrazu rolniczego pasów zadrzewień,
- matowanie pól.
Matowanie pól jest bardzo efektywnym zabiegiem agrotechnicznym, gdyż wielokierunkowo
hamuje procesy decydujące o erozji gleby: chroni od rozpylenia jej wierzchnią warstwę, tłumi kinetyczną energię padających kropel, zatrzymuje przenoszenie cząstek gleby i zawartych w niej składników poza granicę pola.
Powierzchniowe matowanie gleby obniża jednak jej temperaturę, co wpływa na opóźnienie siewów i wydłużenie wschodów roślin. Dla rejonów położonych na północy zaleca się więc tzw. matowanie pionowe. Polega to na wykonywaniu szczelin w poprzek stoku, które wypełnia się materiałem organicznym, takim, jak: ścierń, słoma lub trociny [6].
Poważnym, bo występującym niemal na całej powierzchni uprawnej kraju, problemem jest
zmniejszanie się zawartości próchnicy w glebie. Związany jest z tym niedobór wody w okresie wegetacji, pogarszanie się struktury gleby i większe ługowanie składników pokarmowych w głąb poza
zasięg korzeni, m.in. do wód otwartych oraz eutrofizacja tych zbiorników (przeżyźnienie).
Rekultywację takich gleb można sprowadzić do działań powodujących wzrost zawartości odpowiedniej substancji organicznej w glebie, mając jednocześnie na uwadze przywrócenie równowagi
między NPK, a wapniem, magnezem, makro- i ultraelementami, zgodnej z wymaganiami pokarmowymi roślin i człowieka. Zmniejszaniu się zawartości próchnicy w glebach można zapobiec przez
stosowanie nawozów typu Complet (organiczno-mineralnych), w których oprócz azotu, potasu, fosforu, wapnia, magnezu i mikroelementów znajduje się duża ilość substancji organicznej. Węgiel
brunatny i jego popioły mogą stanowić dobry materiał w rekultywacji takich gleb.
Substancją organiczną w nawozach typu Complet jest bowiem głównie miał węgla brunatnego, odznaczający się olbrzymią pojemnością sorbcyjną, oraz torf wysoki o bardzo dużej pojemności
wodnej. Oprócz tego w nawozach tych znajduje się popiół węgla brunatnego. To właśnie ten popiół
jest jednocześnie źródłem magnezu, siarki siarczanowej oraz wszystkich mikroelementów, a w tym
selenu, tytanu i kobaltu. Należy podkreślić, że popiół węgla brunatnego nie zawiera ołowiu i kadmu i nie jest radioaktywny.
Według badań przeprowadzonych na Politechnice Łódzkiej i w Instytucie Warzywnictwa węgiel
brunatny może być także nośnikiem azotu o przedłużonym działaniu. Dzięki tej właściwości można
produkować nawóz zawierający tzw. spowolniony azot i unikać nagromadzenia się w roślinach
szkodliwych azotanów i nitrozoamin. Umożliwia to nawożenie azotem "na zapas" bez ryzyka przeazotowania roślin.
Popiół węgla brunatnego znajduje również istotne zastosowanie w rolnictwie ze względu na
swoje właściwości odwadniające. Umożliwia on "zestalanie" i przerabianie gnojowicy, osadów ścieków miejskich i przemysłowych na nawozy stałe. Nawozy takie ze względu na swoją funkcję strukturotwórczą i pokarmową mogą z powodzeniem być wykorzystywane przy rekultywacji gleb o obniżonym
poziomie próchnicy i substancji odżywczych [7].
Jak wynika więc z powyższego opracowania odpowiednia agrotechnika może być istotnym
czynnikiem rekultywacji gleb. Właściwie prowadzona uprawa gleby może powiększać krajowe zasoby
glebowe i podnosić ich jakość poprzez wspomaganie glebowych zdolności regeneracyjnych.
5
6
BSE
Źródła:
1. E. Marchwińska, R. Kucharski: Stan i prognoza zanieczyszczenia metalami gleb uprawnych województwa katowickiego, "Ochrona Środowiska", nr 1/1990.
2. J. Kowalik: Plonowanie na zwałowiskach górnictwa siarki, "Archiwum Ochrony Środowiska"
1989.
3. H. Uggla: Gleboznawstwo rolnicze, PWN, Warszawa 1979.
4. J. Siuta: Prognoza degradacji i użytkowania ziemi w Polsce, "Ochrona Środowiska", nr 1/1990.
5. Ekologiczne skutki uprzemysłowienia Puław, Instytut Ochrony Środowiska, Warszawa 1987.
6. Wł. Songin: Intensywne rolnictwo a ochrona środowiska, "Zeszyty Problemowe Postępów
Nauk Rolniczych", 1989, z. 380.
7. O. Nowosielski, A. Bereśniewicz: Zagrożenia ekologiczne polskiego rolnictwa i sposoby przeciwdziałania, "Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych", 1989, z. 380.