Autor: dr inż. Zofia Tyszkiewicz

WYBRANE ZAGADNIENIA

z zakresu przedmiotu „Gleboznawstwo i rekultywacja”

1. GLEBA I JEJ POWSTAWANIE. MORFOLOGIA PROFILU GLEBOWEGO

1.1 Wstęp

Gleboznawstwo (pedologia) - jest nauką o powstawaniu, rozwoju, budowie, właściwościach i funkcjach gleb, a także o ich przestrzennym rozmieszczeniu. Zajmuje się także sposobami użytkowania gleb i związanymi z tym zagrożeniami, oraz metodami zapobiegania i usuwania skutków tych zagrożeń. Gleboznawstwo jest nauką interdyscyplinarną, powiązaną ściśle z innymi naukami: geologią, mineralogią, petrografią, geomorfologią, geochemią, archeologią oraz naukami przyrodniczymi, jak leśnictwo, rolnictwo, ekologia, mikrobiologia i innymi.

Gleba to integralny składnik wszystkich ekosystemów lądowych i niektórych płytkowodnych kształtowany (i stale przekształcany w sposób naturalny i/albo sztuczny) w powierzchniowych warstwach zwietrzelin przez zmienne w czasie i przestrzeni geograficznej układu czynników glebotwórczych. Gleba jest środowiskiem życia podziemnych organów roślin oraz różnorodnej mikroflory i fauny, którym stwarza określone warunki oparcia (zakotwiczenia), odżywiania oraz warunki wodne, tlenowe, termiczne. Do nie odłącznych funkcji gleby należy oprócz udziału w produkowaniu biomasy, także jej uczestnictwo w mineralizacji i humifikacji materii organicznej, magazynowaniu próchnicy, przepływie energii oraz retencji i obiegu składników mineralnych, azotu i wody, a także udział w procesach samoregulacyjnych zapewniających ekosystemom względną trwałość i mniejszą lub większą odporność na działanie zewnętrznych czynników destrukcyjnych. W procesie swego naturalnego rozwoju gleba ulega charakterystycznemu pionowemu zróżnicowaniu tworząc tzw. profil glebowy tj. system poziomów genetycznych, których liczba, morfologia, chemiczne, fizyczne i biologiczne właściwości są odbiciem minionych i współczesnych wpływów zmiennego w czasie i przestrzeni środowiska glebotwórczego i należą do kryteriów rozpoznawczych wykorzystywanych w naukowej systematyce gleb. Ze względu na zespół swych fizycznych, chemicznych i biologicznych właściwości, duża część pokrywy glebowej Ziemi jest wykorzystywana jako podłoże do produkcji roślin.

Gleba, czyli pedosfera - jest naturalnym tworem wierzchniej warstwy skorupy ziemskiej, powstałej ze zwietrzeliny skalnej w wyniku oddziaływania na nią, zmieniających się w czasie, zespołów organizmów żywych i czynników klimatycznych, w określonych warunkach rzeźby terenu. Gleba jest złożonym, ożywionym, dynamicznym tworem przyrody, w którym zachodzą ciągle procesy rozkładu i syntezy związków mineralnych i organicznych oraz ich przemieszczanie. Gleba jest układem trójfazowym - składa się z fazy stałej, ciekłej i gazowej.

Gleba stanowi powierzchniową warstwę skorupy ziemskiej, objętą procesami glebotwórczymi. Jako zasadniczy element litosfery jest jednym z najważniejszych komponentów ekosystemów lądowych i wodnych. Gleby należą do niepomnażalnych zasobów kuli ziemskiej i spełniają szereg funkcji. Przede wszystkim są siedliskiem wzrostu i rozwoju roślin i zwierząt oraz transformacji składników mineralnych i organicznych. W swej budowie mają zapisane cechy dawnych (plejstoceńskich) i dzisiejszych (holoceńskich) procesów litologiczno - pedologicznych. Gleby dzięki swoim cechom są odbiciem historii krajobrazu, którego są istotną częścią.

Wszechstronna znajomość gleb niezbędna jest w planowaniu właściwego ich wykorzystania dla potrzeb człowieka, przy założeniu zrównoważonego rozwoju. Jest ona również potrzebna dla racjonalnego użytkowania przestrzeni produkcyjnej, rejonizacji roślin uprawnych, opracowania planów gospodarczych, układania płodozmianów i ustalania sposobów uprawy roli. Dlatego dokładne poznanie „życia gleby”, zrozumienie biologicznych, fizycznych i chemicznych procesów zachodzących w środowisku glebowym jest konieczne do właściwego jej użytkowania, jest ona bowiem żywicielem roślin, a pośrednio zwierząt i ludzi. Najważniejsze funkcje gleby można ująć w kilku punktach: jest ona istotnym ogniwem łączącym środowisko abiotyczne ze światem organicznym i bierze udział w obiegu i przepływie materii w układzie: atmosfera - żywe organizmy - gleba; jest środowiskiem, w którym zachodzą intensywne reakcje chemiczne i biochemiczne; jest środowiskiem warunkującym istnienie i funkcjonowanie drobnoustrojów, grzybów, roślinności i świata zwierząt; odgrywa ważną funkcję w kształtowaniu bilansu wodnego Ziemi; pełni funkcje sanitarną; jest wytworem krajobrazu i jednocześnie jego zwierciadłem; jest kulturowym dziedzictwem o wysokiej wartości dla poznania historii ludzkości.

1.2. Powstawanie gleb

Procesy formowania się gleby rozpoczynają się od wietrzenia fizycznego i chemicznego skał i w konsekwencji ich rozpadu na drobne cząstki z ogromnie rozwiniętą powierzchnią. Zjawiskom tym towarzyszy uwalnianie składników pokarmowych zawartych w wietrzejących skałach. W tym początkowym stadium rozwoju gleby występuje niedobór takich składników pokarmowych jak węgiel i azot. Dlatego też pierwszymi organizmami żywymi zasiedlającymi powierzchnię skał są niewiele wymagające sinice, które mają zarówno zdolność do fotosyntezy, jak i do wiązania wolnego azotu. Na dalszym etapie, obok nich, pojawiają się porosty, które są symbiontami sinic i grzybów, ewentualnie grzybów i glonów, a także glony zielone. W ten sposób tworzy się dogodne środowisko bytowania dla innych, bardziej wymagających organizmów, np. bakterii, czy też grzybów. Jak z tego wynika mikroorganizmy są bezpośrednio odpowiedzialne za biologiczną erozję skał, połączoną z równoczesną produkcją masy organicznej, w tym związków próchnicznych, a w konsekwencji zapoczątkowują kształtowanie się gleb. Należą tym samym do pionierów zasiedlających skałę macierzystą. Na dalszym etapie rozwoje następuje zasiedlenie podłoża przez rośliny wyższe, dalsze procesy glebotwórcze prowadzą do gromadzenia się specyficznej substancji organicznej.

Gleba jest więc wypadkową złożonych procesów zachodzących na styku litosfery z biosferą, atmosferą i hydrosferą. Istotną rolę w tych procesach odgrywa obieg materii - biologiczny i geologiczny, wzajemnie się uzupełniające.

1.3. Czynniki glebotwórcze

Skała macierzysta - jest substratem gleby i stanowi główną część jej masy. Skład chemiczny i mineralny skały macierzystej wpływa na jej podatność na wietrzenie, a tym samym na tempo rozwoju powstającej gleby. Natomiast skład granulometryczny i mineralogiczne może w różny sposób oddziaływać na przebieg procesu glebotwórczego.

Klimat - zalicza się do jednego z najważniejszych czynników glebotwórczych. Określa on w znacznym stopniu charakter wietrzenia oraz wpływa na kierunki procesów glebotwórczych. Klimat wyznacza reżim cieplny i wodny, od których zależy intensywność wszystkich reakcji i procesów w glebie, a także rozkład i tworzenie związków mineralnych i organicznych. Do najistotniejszych składników klimatu, oddziałujących na rozwój gleby, należą opady atmosferyczne, wilgotność powietrza, temperatura powietrza, promieniowanie słoneczne.

Wpływ klimatu na ukształtowanie i ewolucję gleb znajduje odzwierciedlenie w budowie ich profilów. Im klimat jest cieplejszy i wilgotniejszy, tym intensywniej przebiegają procesy glebotwórcze i tym łatwiej i szybciej gleby ulegają przemianom. Klimat suchy nie stwarza warunków sprzyjających wietrzeniu chemicznemu. Z powodu małej zasobności w wodę wietrzenie obejmuje przede wszystkim łatwo ulegające rozkładowi minerały zawierające sód. Dlatego w glebach obszarów suchych stwierdzono większe zawartości jonów sodu.

Organizmy żywe - są bardzo istotnym czynnikiem glebotwórczym. Aktywność flory i fauny jest ściśle związane zarówno z klimatem, jak i ze skałą macierzystą. Dzięki organizmom żywym zachodzi wietrzenie biologiczne skał macierzystych i rozpoczyna się proces powstawania gleby. Odgrywają również istotne znaczenie w różnorodnych procesach zachodzących w już wykształconych profilach glebowych. Główną ich rolą jest tworzenie urodzajności gleby. Szczególne znaczenie mają mikroorganizmy. Rozkładają one substancję organiczną doprowadzając do jej mineralizacji. Mogą one powodować zbiałczanie, czyli przetwarzanie azotu pochodzącego z rozkładu szczątków organicznych w białko. Przeprowadzają i kontrolują takie procesy jak humifikacja, nitryfikacja, denitryfikacja, przemiany związków azotu, fosforu, siarki, żelaza i innych pierwiastków. Uczestniczą w wiązaniu azotu atmosferycznego. Wpływają na tworzenie się agregatów strukturalnych

Istotna rola w powstawaniu i kształtowaniu się gleb przypada także roślinom. Roślinność chroni glebę przed bezpośrednim działaniem deszczu i gradu, nie dopuszczając do niszczenia agregatów glebowych, erozji wodnej oraz wietrznej. Rośliny głęboko korzeniące się przemieszczają składniki pokarmowe, wydzielając przy tym kwasy organiczne wpływają na procesy biologiczne, biochemiczne i fizykochemiczne. Wzbogacają glebę w próchnicę i składniki pokarmowe.

Pewną rolę odgrywają również zwierzęta glebowe. Uczestniczą one w mieszaniu materiału glebowego, w wzbogaceniu gleby w substancję organiczną, w obiegu składników pokarmowych, mineralizacji substancji organicznej, stabilizacji struktury glebowej, a także w jej powstawaniu. Dżdżownice żywią się substancją organiczną i mineralną, którą przetwarzają w przewodzie pokarmowym, a odchody swe zostawiają w postaci koprolitów, stanowiących kompleksy organiczno - mineralne.

Woda - ma podstawowe znaczenie w powstawaniu gleb hydrogenicznych. Wpływa na tworzenie się gleb bagiennych i zabagnianych. W tych ostatnich dominującym procesem glebotwórczym jest proces glejowy. Wynika to stąd, że okresowe lub trwałe nadmierne uwilgotnienie sprzyja procesom redukcyjnym (w okresach suchych zachodzą procesy utlenienia).

Woda w istotny sposób wpływa także na kształtowanie się profilów glebowych gleb mineralnych. W klimacie, w jakim znajduje się Polska, występuje zstępujący ruch wody. Ruch wody przyśpiesza procesy wypłukiwania i przemieszczania w głąb gleby drobnych cząstek organicznych i mineralnych oraz roztworów glebowych.

Działalność człowieka - człowiek na proces kształtowania się gleb wpływa zarówno bezpośrednio, jak i pośrednio. W miarę rozwoju społeczeństwa ludzkiego, z czym związane jest użytkowanie gleby, nasila się ingerencja człowieka.

Zmiany zachodzące w glebie wywołane czynnikiem antropogenicznym mogą być różnego rodzaju. Niekiedy osłabia on, a czasem wzmacnia naturalne procesy glebotwórcze. W skrajnych przypadkach może powodować niekorzystne zmiany w glebie.

Działalność człowieka prowadzi do zmian reżimu wodnego i cieplnego, chemizmu środowiska glebowego. Wpływa to na świat glebowych organizmów żywych, na warunki rozkładu materii organicznej i tworzenie się próchnicy. Człowiek doprowadził do powstania poziomu orno - próchnicznego. Nawożenie organiczne i mineralne wpływa na właściwości gleb i znajduje odbicie w obiegu biologicznym materii.

Należy kierować się zasadą, że wiedza człowieka powinna służyć ulepszaniu właściwości gleb, podwyższaniu ich urodzajności. Działalność gospodarcza, poza rolniczą, wiąże się jednak z naruszeniem równowagi w przyrodzie, z destabilizacją ekosystemu rolniczego. W takich przypadkach działalność człowieka powinna polegać, i często polega, na zagospodarowywaniu nieużytków i rekultywacji terenów zniszczonych przez przemysł, a więc na zalesieniu i zadrzewieniu, regulowaniu stosunków wodnych (odwadnianiu i nawadnianiu).

Osobne zagadnienie stanowi glebotwórcza działalność człowieka w dosłownym znaczeniu, której rezultatem są tzw. gleby antropogeniczne. W miarę intensyfikacji gospodarki rolniczej będzie się zwiększał areał tych gleb. Rolnik czy ogrodnik będzie formował profile glebowe o układach optymalnych dla produkcji. Na terenach przemysłowych, szczególnie w rejonach kopalń, hut i wielkich elektrowni powstają duże obszary nieużytków i hałd wymagających rekultywacji. Gleby antropogeniczne można też spotkać na obszarach objętych zabiegami przeciwerozyjnymi, na terenach rekultywowanych po eksploatacji torfu oraz na terenach aglomeracji miejskich.

Rzeźba terenu - czyli relief, a także położenie w stosunku do poziomu morza, stwarza określone warunki przebiegu procesu glebotwórczego. Wpływ każdego z czynników glebotwórczych może być modyfikowany przez te warunki. Na przykład wraz ze wzrostem wysokości nad poziom morza obniża się temperatura powietrza, natomiast nasila się wietrzenie chemiczne, ługowanie i wymywanie. Zmienia się okrywa roślinna.

Rzeźba terenu wpływa na intensywność oddziaływania czynników glebotwórczych. Przyczynia się do tworzenia klimatu lokalnego, który w pewnych okolicznościach może silniej oddziaływać na rozwój gleby niż klimat ogólny. Na przykład, na północnej półkuli zarówno temperatura powietrza i gleby, jak też intensywność naświetlania i parowania na stokach o wystawie północnej są zazwyczaj niższe niż na stokach o wystawie południowej. Również mniejsza jest na stokach północnych amplituda wahań temperatury gleby. W następstwie tego, gleby na stokach o wystawie północnej są mocniej i głębiej przesycone wodą niż na stokach o wystawie południowej. Jednocześnie intensywność wietrzenia jest tu mniejsza, ponieważ procesy chemiczne, fizyczne i biologiczne przebiegają wolniej niż na stokach południowych.

Rzeźba terenu i związane z nią procesy erozyjne w wysokim stopniu wpływają na kształtowanie się profilów glebowych. W urzeźbionym terenie wyżynnym lub nizinnym najmniej narażone na erozję są płaskie wierzchowiny, gdzie występują gleby o dobrze wykształconych profilach. Na stokach, zwłaszcza spadzistych lub stromych, mamy do czynienia z glebami o profilu słabo wykształconym lub niewykształconym, ubogimi w substancję organiczną. W obniżeniach terenu, u podnóża stoku, gromadzi się materiał glebowy i formują się gleby o ciągle narastającym poziomie próchnicznym.

Ponadto w obniżeniach terenowych często występują warunki związane z wysokim poziomem wód gruntowych, co może być przyczyną przebiegu procesów bagiennych, czy też glejowych.

Czas, wiek gleby - czas jest warunkiem powstawania gleb. Przebieg wszystkich zjawisk na kuli ziemskiej, a więc również proces tworzenia się gleb, zależy od czasu ich trwania. Stąd też budowa i cechy gleby zależą również od wieku, tj. okresu, w ciągu którego skały macierzyste, wytworzone z nich gleby podlegały działaniu czynników glebotwórczych. Gleby podobnie jak żywe organizmy, przechodzą swe stadia rozwojowe i ulegają ciągłym powolnym zmianom. Następuje w nich najpierw tworzenie się oraz zróżnicowanie poziomów, co prowadzi do powstania tzw. typu glebowego. Typ ulega powolnej, dalszej ewolucji.

1.4. Procesy glebotwórcze

Całokształt zjawisk fizycznych, chemicznych, biochemicznych i biologicznych zachodzących w powierzchniowych warstwach skorupy ziemskiej pod wpływem kontaktu z biosferą, atmosferą i hydrosferą, w wyniku których powstają gleby nazywa się procesem glebotwórczym. Do tych zjawisk należą między innymi: rozkład i synteza substratu mineralnego i resztek organicznych, przemieszczanie mineralnych i organicznych składników z udziałem żywych organizmów, a także w postaci gazów, roztworów i zawiesin transportowanych przez ciekłą fazę gleby. Zalicza się również do nich wymianę materii i przepływ energii między organizmami żywymi a substratem mineralnym gleby.

Istota procesu glebotwórczego polega na stopniowym, w trakcie jego trwania, przetwarzaniu i przystosowaniu pierwotnie martwego substratu mineralnego do stanu urodzajności. Wtedy można mówić o powstaniu gleby, zdolnej spełniać wymagania pokarmowe roślin. Proces glebotwórczy nie kończy się na powstaniu gleby, lecz trwa ciągle, przyczyniając się do jej rozwoju, a kierunek tego rozwoju jest różny w różnych miejscach na Ziemi.

Proces brunatnienia - polega na stopniowym rozpadzie pierwotnych krzemianów i glinokrzemianów, a następnie uwalnianiu z nich związków żelaza i glinu w postaci rozpuszczalnych wodorotlenków i kompleksów z kwasami próchnicznymi. Związki te osadzają się na powierzchni ziaren gleby, nadając im brunatną barwę. W efekcie brunatnienia tworzą się trwałe kompleksy próchniczno - ilasto - żelaziste, dlatego też nie zachodzi przemieszczanie się w profilu glebowym związków żelaza i glinu. Proces ten prowadzi do powstawania poziomu brunatnienia (Bbr) charakterystycznego dla gleb typu brunatnego (gleby brunatne właściwe i gleby brunatne kwaśne).

Proces przemywania (płowienia, lessiważu) - polega na przemieszczaniu w głąb profilu glebowego wymytych z wyżej leżących poziomów cząstek koloidalnych będących w stanie rozproszenia, bez ich uprzedniego rozkładu. Przemywanie odbywa się przy słabo kwaśnym odczynie gleby. Proces ten prowadzi do powstawania w profilu glebowym poziomu płowego (Eet), a poniżej jego poziomu iluwialnego ilastego (Bt), które to poziomy pozwalają zaliczać glebę do typu gleb płowych.

Proces bielicowania - przebiega przy kwaśnym odczynie gleb, głównie w utworach piaszczystych, ubogich w składniki pokarmowe, przede wszystkim w borach iglastych klimatu wilgotnego, umiarkowanego i chłodnego. Proces ten polega na rozkładzie glinokrzemianów i koloidów glebowych, na wymywaniu w głąb profilu glebowego składników. W pierwszej kolejności wymywaniu ulegają składniki o charakterze zasadowym, następnie zostają uruchomione kwasy próchnicowe oraz związki żelaza i glinu, przy równoczesnej częściowej redukcji związków żelaza. Żelazo i glin tworzą łatwo rozpuszczalne kompleksy z kwasami fulwowymi. Proces wymywania składników pochodzących z rozkładu koloidów glebowych i glinokrzemianów prowadzi do powstania poziomu eluwialnego, o jasnym zabarwieniu, często prawie całkowitym wybieleniu (Ees; stąd polska nazwa procesu i typu gleb). Formujący się poniżej poziom iluwialny wzbogaca się w te związki i przyjmuje barwę rdzawą, brunatnordzawą, czasami czarną, często twardą, orsztynową. Proces ten prowadzi do powstania gleb bielicowych i bielic.

Proces glejowy - polega na redukcji, w warunkach nadmiernej wilgotności (wynikających z utrudnionego dostępu powietrza), różnych mineralnych związków: głównie żelaza i manganu. Związki żelaza trójwartościowego, mające zabarwienie brunatnordzawe lub żółtordzawe, przechodzą przy udziale mikroorganizmów beztlenowych, w obecności substancji organicznej, w związki żelaza dwuwartościowego. Związki żelaza na plus drugim stopniu utlenienia nadają glebie barwę stalowoszarą z odcieniem zielonym lub niebieskim. Mają one formę ruchliwą, dzięki czemu przemieszczają się w profilu glebowym. Na różnych głębokościach tego profilu, przy zmianie warunków na tlenowe, związki żelaza i manganu mogą wytrącać się pod postacią konkrecji żelazisto - manganowych.

Oglejenie pod wpływem procesu postępującego od dołu, w wyniku oddziaływania wysokich poziomów wód gruntowych, nazywa się oglejeniem oddolnym. Powstające w efekcie jego gleby zaliczane są od podtypu gleb gruntowo - glejowych. Natomiast oglejenie wywołane wodami opadowymi nosi nazwę odgórnego i powoduje tworzenie się gleb zaliczanych do podtypu gleb opadowo - glejowych.

Proces bagienny - polega na gromadzeniu się i humifikacji szczątków roślinnych w warunkach nadmiernego uwilgotnienia, a tym samym w warunkach beztlenowych. W zależności od intensywności i długotrwałości warunków beztlenowych mogą powstawać utwory całkowicie zhumifikowane, które nazywa się mułami, lub utwory częściowo zhumifikowane, nazywane torfami. Gleby powstające pod wpływem procesu bagiennego zalicza się do mułowo - bagiennych bądź torfowo - bagiennych.

Proces murszenia - zachodzi w odwodnionych warstwach gleb organicznych (torfowych, mułowych, gytiowych), a więc w warunkach tlenowych. Intensywność procesu zależy od rodzaju utworu organicznego i jego stopnia zhumifikowania oraz od głębokości odwodnienia. Proces ten polega na fizycznych, fizykochemicznych i biochemicznych przemianach zachodzących w substancji organicznej, a w szczególności w jej koloidalnej części. Odwodniona masa torfu, mułu lub gytii kurczy się, pękając dzieli się na agregaty o dużych rozmiarach, które w dalszej fazie procesu murszenia dzielą się na drobniejsze agregaty przybierając niekiedy formę ziaren. Im bardziej zhumifikowana jest masa organiczna, tym twardsze i bardziej trwałe powstają ziarna murszu.

W wyniku procesu murszenia w profilu gleb organicznych kształtuje się wyraźny strukturalny poziom murszowy i w zależności od stopnia zaawansowania tego procesu wyróżnić można słabo, średnio lub silnie zmurszałe gleby.

Proces darniowy - proces ten rozwija się pod wpływem gęstej roślinności trawiastej na różnych utworach glebowych. Związany jest on z akumulacją substancji organicznej, co powoduje powstawanie w górnej części profilu glebowego ciemnego poziomu próchnicznego o znacznej miąższości.

Pod wpływem tego procesu powstają m.in. czarne ziemie, które tworzą się w wyniku akumulacji substancji organicznej w warunkach dużej wilgotności. Powstają one z mineralnych utworów glebowych zasobnych w węglan wapnia i części ilaste. Większość czarnych ziem występuje na utworach mineralnych o uziarnieniu glin, utworów pyłowych i iłów. Spotyka się również czarne ziemie wytworzone z piasków gliniastych. Powstają one w obniżeniach terenowych o płytkim zwierciadle eutroficznych wód gruntowych w warunkach zabagniania gruntowo - glejowego.

Proces czarnoziemny - proces przebiegający przede wszystkim na osadach lessowych pod wpływem bujnej roślinności stepowej. Powstaje czarny poziom próchniczny o znacznej miąższości wykazujący strukturę gruzełkowatą, wyróżniający się żyznością.

Istota procesu glebotwórczego w czarnoziemach polega na dominacji intensywnych procesów biologicznych nad wietrzeniem fazy mineralnej oraz przemieszczaniem produktów wietrzenia. Efektem tego jest znaczny dopływ substancji organicznej do substratu glebowego. Warunki humifikacji sprzyjają intensywnym przemianom świeżej lub słabo rozłożonej substancji organicznej w związki próchniczne, o przewadze kwasów huminowych nad kwasami fulwowymi. W glebach tych tworzą się połączenia organiczno - mineralne z minerałami ilastymi. Znaczny udział fauny glebowej w procesach glebotwórczych jest jednym z czynników kształtowania się glebowych poziomów próchnicznych.

Proces czarnoziemny jest odmianą procesu darniowego.

Efektem długotrwałych procesów glebotwórczych w określonych warunkach klimatycznych i na określonych utworach macierzystych, pod wpływem określonej szaty roślinnej, jest wykształcenie się trwałych cech w profilach glebowych, pozwalających na zaliczenie danej gleby do określonego typu, według umownej systematyki gleb.

Proces glebotwórczy nie kończy się na powstaniu gleby, lecz trwa ciągle, przyczyniając się do jej rozwoju, a kierunek tego rozwoju jest różny w różnych miejscach na Ziemi.

MORFOLOGIA GLEB

1.5. Morfologia gleb

Morfologią gleb nazywa się zespół cech dostrzegalnych gołym okiem lub pod mikroskopem na przekrojach glebowych. Terminem tym oznaczamy również dział gleboznawstwa zajmujący się opisem zewnętrznych cech profilu glebowego. Do cech morfologicznych zalicza się budowę profilu, miąższość, barwę, strukturę, układ, i konkrecje.

Zapoznanie się z morfologią stanowi zasadniczą część gleboznawczych badań terenowych. Na jej podstawie określić można wiele fizycznych, chemicznych, biologicznych właściwości gleb, ich stanowisko w systematyce, a także wartość lasotwórczą, czy też rolniczą.

1.6. Profil glebowy i poziomy genetyczne (glebowe)

Profilem glebowym nazywa się pionowy przekrój przez wszystkie poziomy glebowe (genetyczne) od powierzchni gleby do skały macierzystej. Natomiast poziom glebowy (genetyczny) jest to mineralna, mineralno-organiczna lub organiczna część profilu glebowego, w miarę równoległa do powierzchni gleby, odróżniająca się od poziomów sąsiednich stosunkowo jednorodną barwą, strukturą, konsystencją, uziarnieniem, składem chemicznym, ilością i jakością materii organicznej i innymi właściwościami.

Rozróżnia się poziomy główne, przejściowe, mieszane, podpoziomy oraz cechy towarzyszące.

1.6.1. Poziomy główne

Poziom główny wyróżnia się go na podstawie dominujących form i intensywności przeobrażeń utworu macierzystego przez procesy glebotwórcze. Przeobrażenia te powodują zróżnicowanie się wyglądu, właściwości fizycznych i chemicznych w porównaniu ze skałą macierzystą. Poziomy genetyczne zaznacza się dużymi literami alfabetu łacińskiego.

O - poziom organiczny próchnic nadkładowych i gleb organicznych

Zawiera on ponad 20% słabo, lub zupełnie nie przeobrażonej materii organicznej. W glebach mineralnych i mineralno - organicznych poziom ten tworzy się na powierzchni utworu mineralnego, zwykle przy pełnym dostępie powietrza. W skład jego wchodzą opadłe liście i inne części pochodzenia roślinnego i zwierzęcego. Stanowią one niejednolitą gąbczastą masę w różnym stopniu zhumifikowaną, zależnie od wilgotności. W warunkach leśnych, nie sprzyjających procesowi humifikacji, przy silnie kwaśnym odczynie i zbytnim uwilgotnieniu tworzy się próchnica nadkładowa (ektopróchnica). Miąższość jej jest tym większa, im bardziej są niekorzystne warunki humifikacji.

A - poziom próchniczny

Występuje w wierzchniej części profilu glebowego, bezpośrednio przy powierzchni lub poniżej poziomu O. Zawiera on mniej niż 20% silnie zhumifikowanej materii organicznej. Zwykle zawartość substancji organicznej waha się od ułamków procenta do 10%, a w większości gleb wykorzystywanych pod uprawy rolnicze od 1 do 2%. Na ogół miąższość poziomu prócznicznego waha się od kilku do kilkunastu centymetrów, w glebach użytkowanych rolniczo 25cm. Odznacza się ciemnym zabarwieniem (czarnym poprzez różne odcienie szarego). Barwa uzależniona jest od zawartości próchnicy, im jej więcej tym ciemniejsze zabarwienie poziomu A.

E - poziom wymycia (eluwialny)

Jeśli występuje w profilu glebowym to leży bezpośrednio pod poziomem O i A. Obejmuje strefę wymywania, powstającą na skutek działania zakwaszonych roztworów glebowych przesiąkających w głąb profilu. Najbardziej charakterystyczne poziomy eluwialne występują w glebach bielicowych. Poziomu E ma zdecydowanie jaśniejsze zabarwienie niż poziomy sąsiednie. Zabarwienie jego jest popielate (jasnoszare), a nawet białe Barwa ta pochodzi od krzemionki, która powstaje w wyniku chemicznego wietrzenia glinokrzemianów lub od ziaren kwarcu pozbawionych żelazistych lub próchnicznych otoczek koloidalnych.

B - poziom wzbogacenia (iluwialny)

Powstaje na skutek osadzania różnych składników wmywanych z wyższych części profilu glebowego. Występuje on pod poziomem E, a jeśli tego poziomu nie ma, bezpośrednio pod poziomem A. W poziomie wzbogacenia osadzają się głównie związki żelaza i glinu, a także sole wapnia, fosforu oraz minerały ilaste i koloidy organiczne. Dzięki tym zjawiskom barwa tego poziomu jest brunatna, ewentualnie rdzawoszara.

G - poziom glejowy

Powstaje jedynie w warstwach mineralnych. Obecność jego wywołana jest silną lub całkowitą redukcją w warunkach beztlenowych. Niedobór tlenu spowodowany jest nadmiernym uwilgotnieniem. Redukcji ulegają głównie związki żelaza i manganu. Żelazo z plus trzeciego stopnia utlenienia ulega redukcji na plus drugi stopień utlenienia. Poziom glejowy charakteryzuje się jasnoszarym zabarwieniem z odcieniem zielonym lub niebieskim. Ta charakterystyczna barwa związana jest z obecnością zredukowanych związków żelaza i manganu.

C - poziom skały macierzystej

Występuje w niższych częściach profilu glebowego. Jest to poziom mineralny, nie zmieniony procesami glebotwórczymi. Ze skały macierzystej powstają wyżej leżące poziomy genetyczne.

P - poziom bagienny

Część profilu gleb organicznych objęta bagiennym procesem glebotwórczym.

M - poziom murszenia

Część profilu glebowego pobagiennych gleb organicznych objęta procesem murszenia.

W początkowym stadium murszenia wykształca się poziom M1, nie przekraczający zwykle miąższości 20cm. Zawarta jest w nim główna część masy korzeniowej darni. Występująca w nim substancja organiczna wykazuje tendencje do zgruźlenia. W profilach gleb organicznych o zaawansowanym procesie murszenia pod poziomem M1 wykształca się poziom M2, którego miąższość może wahać się w granicach 10 - 20cm. Poziom M2 charakteryzuje się strukturą ziarnistą, agregaty są luźno ułożone a ich średnicy wynosi 1 - 2mm. W profilach gleb o jeszcze silniej zaawansowanym procesie murszenia może wykształcić się dodatkowo poziom M3. Tworzące go agregaty mają stosunkowo duże wymiary.

D - podłoże mineralne

Utwór mineralny, nie lity, występujący w podłożu gleb organicznych.

R - podłoże skalne

Jest to lita lub spękana skała zwięzła (magmowa, osadowa lun przeobrażona) występująca w podłożu.

1.6.2. Poziom mieszany

Poziomem mieszanym nazywa się część profilu glebowego, w którym morfologiczne zmiany między sąsiednimi poziomami głównymi obejmują pas szerszy niż 5cm. Morfologiczne cechy przyległych poziomów glebowych są wyraźne. Oznacza się go dużymi literami, charakteryzującymi poziom główny, oddzielonymi ukośna kreską, np. A/E.

1.6.3. Poziom przejściowy

Poziomem przejściowym określa się część profilu glebowego, w którym jednocześnie są widoczne morfologiczne cechy sąsiednich poziomów głównych. Oznacza się go dużymi literami charakteryzującymi pozom główny. Jako pierwszą stosuje się literę poziomu, którego morfologicznych cech jest więcej.

1.6.4. Podpoziomy

Termin ten, podpoziom, wprowadza się gdy istnieje potrzeba dokładniejszej charakterystyki i podziału poziomów głównych. Można je oznaczać liczbami arabskimi w ciągłej sekwencji. Częściej oznaczamy je małymi literami alfabetu łacińskiego o określonym znaczeniu, które stawiamy po literach oznaczających poziom główny, np.: Ap, Bbr, Cca, Ees, Eet, Bfe, Cgg, Eg, Bt, Ot, Otnitu, Ol

1.7. Nieciągłości i warstwy glebowe

O nieciągłościach litologicznych mówimy wówczas, gdy w profilu glebowym lub w utworze macierzystym, występują materiały różnego pochodzenia geologicznego o wyraźnych granicach nieciągłości litologicznych, np.: poziomy A i E wytworzone są z piasku, a poziomy B i C z gliny. W takim przypadku każdą warstwę oznacza się cyfrą rzymską, stawianą przed symbolem poziomu głównego. Górna warstwa, której odpowiada rzymska jedynka nie jest numerowana, natomiast każda następna otrzymuje kolejny numer II, III itd.

np.: Ap - E - IIB - IICca -IIIG.

Warstwą glebową nazywa się część profilu glebowego różniąca się zasadniczo od pozostałych części profilu. Jest to materiał charakteryzujący się cechami i właściwościami związanymi z litogenezą. Jeśli w obrębie profilu glebowego występuje jedna warstwa glebowa to taką glebę nazywa się glebą całkowitą. Jeśli natomiast w obrębie profilu glebowego występuje więcej niż jedna warstwa glebowa, to gleba nosi nazwę gleby niecałkowitej.

1.8. Barwa gleby

Barwa jest ważną cechą morfologiczną, pomocną w rozróżnieniu miąższości poszczególnych poziomów genetycznych. Zabarwienie poziomów glebowych jest dość ściśle związane ze składem oraz fizycznymi i chemicznymi właściwościami utworów glebowych. Zabarwienie gleby pozwala już na pierwszy rzut oka stwierdzić obecność lub brak pewnych związków w różnych częściach profilu glebowego, informuje też o przebiegu różnych procesów glebowych. Na podstawie barwy doświadczony gleboznawca, bez żmudnych pomiarów może ocenić typ stosunków powietrzno - wodnych, warunki areacji, aktywność biologiczną i wiele innych ważnych ekologicznie cech.

Barwy, jakimi odznaczają się gleby i ich elementy, wywodzą się z trzech podstawowych: białej, czarnej i czerwonej. Barwę nadają określone związki chemiczne i organiczne występujące w glebie.

Podstawowymi czynnikami nadającymi barwę glebie są: próchnica, związki żelaza, ziarna kwarcu, ziarna i konkrecje kalcytu oraz krzemionka.

Próchnica nadaje glebie barwę czarną, szarą ewentualnie brunatną. Im więcej próchnicy w danej części profilu glebowego, tym ciemniejsze zabarwienie. Ziarna kwarcu, ziarna i okruchy kalcytu, krzemionka wpływają na występowanie barwy białej. Związki żelaza (magnetyt, hematyt, getyt, limonit) nadają barwę czerwoną, pomarańczową, brunatną, zielonkawą, niebieską. Barwa zależy od stopnia utlenienia na którym występuje żelazo. Żelazo na +3 stopniu utlenienia nadaję barwy o odcieniach ciepłych (czerwona, pomarańczowa, żółta). Żelazo na +2 stopniu utlenienia nadaje barwy o odcieniach zimnych (zielonkawa, niebieska, odcienie stalowoszare), świadczą one o niedotlenieniu gleby związanym z nadmiernym uwilgotnieniem.

W celu wyeliminowania błędów w ocenie barwy, stosuje się tabele wzorcowe, które przy opisywaniu gleb porównuje się, dobierając każdorazowo do danej próbki bezpośrednio w terenie odpowiedni wzorzec.

Najczęściej stosuje się tabele Munsella. Barwy w tych tabelach ujęte są w trójwymiarowym układzie współrzędnych. Każda barwa określana jest tam trzema elementami odcieniem, czystością i nasyceniem.

2. WPŁYW SKŁADU MECHANICZNEGO GLEBY

NA JEJ WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE

2.1. Wprowadzenie

Gleba jest dynamicznym układem trójfazowym, złożonym z fazy stałej, ciekłej i gazowej. Fazę stałą stanowią cząstki mineralne, organiczne i organiczno - mineralne w różnym stopniu rozdrobnione. Składnikami organicznymi gleb są przede wszystkim próchnica, resztki roślinne i zwierzęce znajdujące się w różnym stopniu rozkładu oraz organizmy żyjące w glebie. Składniki mineralne i organiczne mają zdolność do tworzenia kompleksowych połączeń mineralno - organicznych o dużym stopniu dyspersji. Faza ciekła gleby składa się z wodnych roztworów rzeczywistych i koloidalnych o bardzo zmiennym składzie ilościowym i jakościowym. Stanowi ona tzw. roztwór glebowy, który jest ważnym źródłem składników pokarmowych roślin. Faza gazowa reprezentowana jest przez powietrze glebowe.

2.2. Skład granulometryczny gleby

Skład granulometryczny (mechaniczny) gleby jest to procentowa zawartość poszczególnych frakcji mechanicznych (granulometrycznych) w stałej fazie gleby. Charakteryzuje on stan rozdrobnienia mineralnej części fazy stałej gleby. Frakcją mechaniczną nazywa się umownie przyjęty zbiór ziaren glebowych (objętych wspólną nazwą), mieszczących się w określonym przedziale wielkości średnic, wyrażonych w milimetrach.

2.3. Utwory glebowe

Występujące w przyrodzie utwory glebowe są mieszaniną różnych frakcji granulometrycznych. Frakcje te występują w różnych stosunkach ilościowych, tworząc albo utwory monofrakcyjne, w których przeważa jedna frakcja, albo polifrakcyjne (różnoziarniste), w których procentowa zawartość różnych frakcji jest podobna. Na podstawie procentowego udziału frakcji określa się grupę granulometryczną gleby.

Poszczególne grupy mechaniczne utworów glebowych charakteryzują się odmiennymi właściwościami fizycznymi, chemicznymi i technologicznymi, związanymi przede wszystkim z cechami frakcji dominującej oraz ilością i jakością koloidów glebowych.

Utwory glebowe o przewadze frakcji piasku posiadają cechy zdeterminowane jego obecnością. Odznaczają się lekkością w uprawie mechanicznej, dużą zawartością powietrza, wysoką przepuszczalnością powietrzno-wodną, niewielkim podsiąkiem kapilarnym, brakiem zdolności magazynowania substancji pokarmowych, szybkim tempem rozkładu substancji organicznej. Tworzą się z nich gleby zbyt suche, mało żyzne, ale szybko nagrzewające się i biologicznie czynne. Ich jakość poprawia się w miarę zwiększania ilości części spławialnych. Tak więc najsłabsze są gleby wytworzone z piasków luźnych, a znacznie lepsze wytworzone z piasków gliniastych. Wraz ze wzrostem w glebie frakcji pyłu i części spławialnych poprawia się znacznie jej zdolność magazynowania wody i substancji pokarmowych Utwory glebowe różnoziarniste - gliniaste, szczególnie gliny średnie charakteryzują się korzystnym układem stosunków wodno-powietrznych, są również dość zasobne w składniki pokarmowe. Gliny ciężkie i utwory ilaste mają dużą zawartość części spławialnych i koloidalnych, co pogarsza ich właściwości fizyczne (w porównaniu z glinami średnimi). Gleby te wprawdzie wykazują dużą zasobność w składniki pokarmowe i odznaczają się wysoka pojemnością wodną, nie zabezpieczają jednak roślinom dostatecznej ilości powietrza, a znaczna część wody występuje w formie nieprzyswajalnej dla roślin. Przepuszczalność powietrzna i wodna tych gleb jest zbyt niska, często więc przy nadmiarze wody dochodzi do niedotlenienia korzeni roślin oraz powstawania niekorzystnych warunków dla życia pożytecznych mikroorganizmów glebowych. W wielu przypadkach najkorzystniejszą formą użytkowania tych gleb (zwanych “ciężkimi”) są trwałe użytki zielone.

Utwory pyłowe charakteryzują się, z punktu przydatności do uprawy, korzystnymi cechami. Zapewniają roślinom dobre stosunki powietrzne i wodne. Są jednak bardzo podatne na erozję wodną.

2.4. Właściwości fizyczne podstawowe gleby

Właściwości fizyczne gleb dzielą się na właściwości fizyczne podstawowe i fizyczne funkcjonalne.

Właściwości fizyczne podstawowe (pierwotne) związane są z jakością substratu glebowego. Zalicza się do nich: gęstość właściwą, gęstość objętościową, porowatość, zwięzłość, pulchność, plastyczność, lepkość, pęcznienie, kurczliwość, strukturę, barwę.

Natomiast właściwości fizyczne funkcjonalne (wtórne) uzależnione są od pierwotnych, są też wynikiem funkcjonowania gleby jako środowiska bytowania świata organicznego. Decydują o klimacie glebowym, a zalicza się do nich: właściwości wodne, powietrzne i stosunki cieplne gleby.

Właściwości fizyczne w znacznym stopniu wpływają na przebieg i tempo różnych procesów fizykochemicznych i biologicznych w glebie, a także na warunki bioekologiczne siedliska i zaopatrywanie roślin w wodę i powietrze.

2.4.1. Gęstość

Każdy utwór glebowy, w zależności od składu granulometrycznego, struktury i działania czynników zewnętrznych, tworzy układ o różnym stopniu zagęszczenia. Miarą tego zagęszczenia jest gęstość gleby, której wielkość jest bezpośrednio związana z gęstością fazy stałej oraz objętością wolnych przestworów glebowych.

Ze względu na to, że gleba jest układem trójfazowym, wyróżnia się gęstość właściwą i gęstość objętościową.

2.4.1.1. Gęstość właściwa

Gęstość właściwa jest to stosunek masy stałej fazy gleby do objętości zajmowanej przez tę fazę. Innymi słowy jest to ciężar 1 cm³ tworzywa mineralnego i organicznego.

Gęstość właściwa charakteryzuje jedną - stałą fazę gleby, dlatego też jest dla danej gleby wartością niezmienną. Zależy ona od składu mineralogicznego gleby oraz od zawartości substancji organicznej. Większość gleb mineralnych charakteryzuje się gęstością właściwą od 2,50 do 2,80 g/cm³, wynika to stąd że część mineralna stałej fazy gleby zbudowana jest głównie z minerałów takich jak: kwarc, ortoklaz, plagioklaz, których gęstość nie odbiega od podanych wyżej wartości. Niewielkie wahania gęstości są spowodowane tym, że gleby mogą zawierać również pewne ilości minerałów ciężkich, takich jak: magnetyt, epidot, hornblenda, obserwuje się wówczas wzrost gęstości fazy stałe nawet powyżej 2,9 g/cm³

Należy podkreślić, że stopień rozdrobnienia mineralnej części gleby nie ma żadnego wpływu gęstość fazy stałej. Wpływ taki wywiera substancja organiczna, która jest lżejsza od mineralnych części gleby. Dlatego też im więcej substancji organicznej, tym mniejsza wartość gęstości właściwej. Wierzchnie poziomy gleb mineralnych, zasobnych w substancję organiczną mogą wykazywać gęstość właściwą na poziomie około 2,40 g/cm³ lub nawet mniejszą.

Gęstość właściwa gleb torfowych, zbudowanych w przeważającej części z masy organicznej, jest uzależniona od stopnia zamulenia i najczęściej wynosi 1,5 - 1,8 g/cm³.

2.4.1.2. Gęstość objętościowa

Gęstość objętościowa jest to stosunek masy próbki gleby, pobranej z zachowaniem struktury, do całkowitej jej objętości.

Gęstość objętościową można oznaczać w glebie zaraz po jej pobraniu, czyli z wodą aktualnie się w niej znajdującą. Nosi ona wtedy nazwę gęstości objętościowej chwilowej. Można ją też oznaczać w glebie wysuszonej w temperaturze 105^oC, a więc pozbawionej wody. Jest to gęstość objętościowa rzeczywista.

Ponieważ gęstość objętościowa charakteryzuje glebę jako układ trójfazowy (faza stała, ciekła i gazowa), ewentualnie dwufazowy (faza stała i gazowa), jest dla danej gleby wartością zmienną. Jest bardzo labilna, dlatego też wahania jej są znaczne, nawet sezonowo. Gęstość objętościowa chwilowa jest jeszcze bardziej zmienna niż gęstość objętościowa rzeczywista. Wynika to stąd, że istotny wpływ na jej wartość wywiera stopień uwilgotnienia gleby.

Gęstość objętościowa zwiększa się w miarę w miarę zagęszczania fazy stałej i zmniejszania objętości porów. W związku z tym luźne i porowate gleby wykazują małą gęstość objętościowa, a gleby bardziej zbite - większą.

Gęstość objętościowa określa stosunki powietrzne gleby. Im jest ona niższa, tym gleba jest bardziej przewiewna, co jest uzależnione od ilości przestworów wypełnionych powietrzem. Na ilość i wielkość przestworów wpływa głównie budowa agregatowa i układ gleby, a także zawartość w glebie części organicznych, korzeni, kanałów pokorzeniowych wypełnionych luźną masą glebową oraz stopień spulchnienia gleby przez organizmy żywe.

Gęstość objętościowa jest wyrazicielem stopnia spulchnienia gleby. Dlatego wzrasta ona najczęściej wraz z głębokością, osiągając najwyższe wartości w skale macierzystej, a także w poziomach glejowych. Zjawisko to jest wynikiem mniejszej zawartości substancji organicznej, mniejszego zgruźlenia, słabszej penetracji korzeni, większej zwięzłości wywołanej uciskiem warstw wyżej leżących oraz ograniczeniem wpływu czynników atmosferycznych. Zazwyczaj pulchne i strukturalne poziomy próchniczne wykazują znacznie niższą gęstość objętościową niż zbite i pozbawione próchnicy poziomy niżej leżące.

Podsumowując można stwierdzić, że gęstość objętościowa zależy od porowatości utworu glebowego i od zawartości substancji organicznej. Im większa porowatość i im więcej substancji organicznej, tym gęstość objętościowa niższa.

3.4.2. Porowatość gleby

Porowatość ogólna gleby (n) jest sumą wszystkich wolnych przestworów, wypełnionych wodą lub powietrzem, w jednostce objętości gleby. Miarą porowatości jest stosunek objętości przestworów do całkowitej objętości gleby, jest on wyrażony w procentach.

Wielkość porowatości ogólnej uzależniona jest od składu granulometrycznego gleby, struktury, budowy agregatowej, stopnia obtoczenia ziaren, rodzaju minerałów ilastych, zawartości próchnicy i jej jakości, działalności mezofauny, obecności korzeni roślin a także od zabiegów agrotechnicznych, rodzaju użytkowania gleby, ilości i intensywności opadów atmosferycznych i zmian temperatury.

Porowatość warunkuje stosunki wodno-powietrzne gleb. Charakteryzuje się ją zazwyczaj nie tylko ilością, ale i jakością porów. Wg Richarda, w glebie wyróżnia się następujące rodzaje porów (podział porów glebowych ze względu na ich średnicę):

• mikropory - o średnicy mniejszej od 0,2 mikrometra.

Są one wypełnione wodą, która nie może być z nich usunięta ani na skutek działania siły ciężkości, ani siły ssącej korzeni. Zawierają wodę niedostępną dla roślin.

• mezopory, zwane też porami kapilarnymi - o średnicy mieszącej się w przedziale od 0,2 do 8,5 mikrometra.

Wypełnione są, w zależności od wilgotności gleby, wodą dostępną dla roślin lub powietrzem.

• makropory - o średnicy większej od 8,5 mikroporów.

Zasadniczo są wypełnione powietrzem, wyjątkowo np. po obfitych deszczach wodą .

W makroporach powietrze i woda poruszają się swobodnie, w przeciwieństwie do mezo- i mikroporów, w których ruch powietrza jest utrudniony, a ruch wody polega na jej powolnym przemieszczaniu się pod wpływem sił kapilarnych. Właściwości wodno-powietrzne gleby zależą więc w dużym stopniu od udziału poszczególnych rodzajów porów w glebie. Gleby gruboziarniste (np. piaszczyste), o przewadze makroporów, charakteryzują się wprawdzie dużą przewiewnością i przepuszczalnością, lecz są suche, ponieważ nie mogą utrzymać dostatecznych ilości wody. Natomiast gleby drobnoziarniste (np. ilaste), o przewadze mikroporów, zatrzymują stosunkowo dużą ilość wody, lecz charakteryzują się małą przepuszczalnością i przewiewnością, a dodatkowo woda nie jest dla roślin przyswajalna. Najbardziej korzystne warunki wodno - powietrzne panują w glebach o przewadze mezoporów i umiarkowanym udziale mikro- i makroporów (gliny średnie).

Porowatość dyferencjalna określa objętość poszczególnych grup porów glebowych. Wyraża się ją w % w stosunku do całkowitej objętości gleby. O charakterze stosunków wodno-powietrznych w glebie informuje właśnie porowatość dyferencjalna, a nie porowatość ogólna. Utwory glebowe o optymalnej porowatości ogólnej, często nie zabezpieczają roślinom optymalnych ilości wody lub powietrza.

2.4.3. Zwięzłość gleby

Jest to cecha, która wskazuje na stopień związania poszczególnych cząstek glebowych ze sobą, dzięki czemu gleba stawia większy lub mniejszy opór siłom zewnętrznym np. korzeniom roślin. Zwięzłość gleby zależy od jej składu granulometrycznego, struktury, ilości i jakości koloidów glebowych, wilgotności a także od zawartości próchnicy i węglanu wapnia.

Gleby drobnoziarniste, o znacznej zawartości koloidów są znacznie bardziej zwięzłe od gleb gruboziarnistych i ubogich w koloidy glebowe. Szczególnie dużą zwięzłością charakteryzują się gleby polifrakcyjne. Wpływ próchnicy i węglanu wapnia na zwięzłość gleby, jest uzależniona od jej składu granulometrycznego. W glebach lekkich (piaszczystych) zarówno próchnica jak i węglan wapnia zwiększają zwięzłość. W glebach ciężkich (ilaste, gliny ciężkie) obniżają.

2.4.4. Pulchność gleby

Pulchność jest odwrotnością zwięzłości. Zależy ona od składu granulometrycznego gleby, jej porowatości a także od zawartości próchnicy i innych koloidów glebowych. Pulchność gleby zwiększa się pod wpływem tzw. próchnicy słodkiej tzn. wysycanej kationami wapnia i magnezu. Zmniejsza się natomiast pod wpływem tzw. próchnicy słonej tzn. wysycanej kationami sodu. Negatywnie na pulchność gleby wpływają niektóre procesy glebowe, jak np. procesy przemywania i wymywania.

W sposób ogólny można stwierdzić, że gleby ilaste, pyłowe i gliniaste (wytworzone z glin ciężkich i średnich) są znacznie mniej pulchne niż gleby wytworzone z innych skał macierzystych.

2.4.5. Plastyczność gleby

Plastyczność jest to właściwość gleby polegająca na jej zdolności do przybierania różnych kształtów i form pod wpływem działania siły zewnętrznej i utrzymywaniu tych form po ustaniu działania siły. Plastyczność ujawnia się jedynie przy pewnym stopniu uwilgotnienia gleby. Uzależniona jest przede wszystkim od składu granulometrycznego gleby, w szczególności od zawartości iłu koloidalnego. Im większa zawartość iłu koloidalnego w glebie tym większa plastyczność. Stąd też gleby ilaste są zdecydowanie bardziej plastyczne od gleb gliniastych, a te od piaszczystych.

2.4.6. Lepkość gleby

Lepkość gleby jest to zdolnością jej do przylegania do stykających się z nią ciał. Występowanie lepkości jest związane z siłami elektrostatycznymi i molekularnymi działającymi pomiędzy różnymi fazami gleby. Ujawnia się ona jedynie w stanie pewnego uwilgotnienia. Gleby powietrznie suche nie wykazują lepkości. Zwiększa się ona w miarę wzrostu uwilgotnienia, ale tylko do pełnego wysycenia kapilar wodą. Ponadto lepkość uzależniona jest od składu granulometrycznego, struktury, zawartości próchnicy w glebie i kwasowości gleby. Wpływ składu granulometrycznego na lepkość polega na tym, że jej stopień zwiększa się wraz ze wzrostem procentowej zawartości frakcji części spławialnych, jednak tylko do pewnej granicy. Granicę tę stanowi zawartość około 60% części spławialnych. Wzrost w glebie frakcji części spławialnych, powyżej wskazanej wartości, nie wpływa już na wzrost jej lepkości. Próchnica wpływa na spadek lepkości, ponieważ umożliwia powstawanie agregatów strukturalnych. Zmniejszeniu lepkości sprzyja także zmniejszenie kwasowości gleby oraz, co się z tym wiąże, wysycenie kompleksu sorpcyjnego gleby kationami wapnia.

Przyjętą miarą lepkości gleby jest siła potrzebna do oderwania metalowego krążka lub płytki od wygładzonej powierzchni gleby

Nadmiar lepkości w znacznym stopniu utrudnia proces uprawy, ogranicza czas i sposób wykonywania zabiegów agrotechnicznych, prowadzi do szybkiego wzrostu oporów uciągu i pogarszania jakości uprawy.

2.4.7. Pęcznienie gleby

Pęcznienie polega na zwiększaniu się objętości gleby pod wpływem pochłaniania wody. Zjawisko to powstaje na skutek otaczania się poszczególnych cząstek koloidalnych gleby (frakcji iłu koloidalnego) powłokami wodnymi. Pęcznienie zależy od składu granulometrycznego gleby, głównie od procentowej zawartości w niej frakcji iłu koloidalnego. Im frakcji tych jest więcej, tym gleba wykazuje większe zdolności do pęcznienia. Dlatego też utwory ilaste silnie pęcznieją, a utwory piaszczyste, szczególnie piaski luźne nie wykazują tej cechy.

Pęcznienie zależy również od struktury gleby i od zawartości substancji organicznej. Gleby strukturalne pęcznieją w mniejszym stopniu niż gleby bezstrukturalne, a najsłabiej pęcznieją gleby o budowie rozdzielnocząstkowej

Najwyższy stopień pęcznienia wykazują natomiast gleby organiczne (torfy). Pęcznienie uzależnione jest również od ilości i jakości kationów wymiennych. Koloidy wysycane kationami sodu (Na) wpływają na wzrost pęcznienia, a koloidy wysycane kationami wapnia (Ca) na jego obniżenie.

2.4.8. Kurczliwość

Jest to zjawisko odwrotne do pęcznienia, czyli jest to zdolność gleby do zmniejszania swej objętości na skutek odwodnienia. Uzależniona jest od uwilgotnienia utworu glebowego, składu granulometrycznego gleby i zawartości substancji organicznej. Najwyższą zdolność do kurczenia się wykazują gleby torfowe i gytiowe, a spośród gleb mineralnych wytworzone z utworów ilastych.

3. Kompleks sorpcyjny gleby; rodzaje sorpcji

3.1. Koloidy glebowe

Do koloidów glebowych zalicza się układy cząstek o średnicy mniejszej od 1 - 2 μm. Cząstki o takiej średnicy odgrywają doniosłą rolę w procesach glebowych, a ich obecność może decydować o żyzności gleby. Koloidy stanowią najbardziej czynną część gleby, co wynika z ich ogromnej powierzchni zewnętrznej i wewnętrznej, a także ze związanymi z tym właściwościami sorpcyjnymi. Do najważniejszych koloidów glebowych należą wtórne minerały ilaste (koloidy mineralne) i próchnica (koloidy organiczne).

3.2. Kompleks sorpcyjny gleby

Gleba odznacza się zdolnością pochłaniani i zatrzymywania na zewnętrznej i wewnętrznej powierzchni swych cząstek różnych składników, a w tym jonów, molekuł, mikroorganizmów, wody, gazów i cząstek. Zdolność tę nazywa się sorpcją, a zjawiska z nią związane - zjawiskami sorpcyjnymi. O zjawiskach sorpcyjnych decyduje kompleks sorpcyjny gleby, czyli koloidalna część stałej fazy gleby, wraz z zasorbowanymi wymiennie jonami.

Kompleks sorpcyjny gleby składa się z: koloidów mineralnych, do których należą minerały ilaste tworzone przez krzemiany i glinokrzemiany z grupy montmorylonitu, illitu, kaolinitu; silnie rozdrobnione minerały pierwotne; krystaliczne, uwodnione tlenki żelaza i glinu; wodorotlenki żelaza i glinu; minerały bezpostaciowe np. alofan. Kompleks sorpcyjny, oprócz koloidów mineralnych, budują również koloidy organiczne. Jest to przede wszystkim próchnica. W jego skład wchodzą również kompleksy mineralno - organiczne, tj. kompleksowe połączenia mineralno - próchniczne.

Dzięki właściwościom sorpcyjnym, gleba ma zdolność do magazynowania i dostarczania roślinom składników pokarmowych, składniki pokarmowe nie są wymywane, istnieje możliwość regulacji odczynu (kwasowości czynnej). Właściwości sorpcyjne wpływają również na kwasowość potencjalną, dzięki nim istnieją właściwości buforowe gleby. Właściwości sorpcyjne przyczyniają się również do neutralizacji szkodliwych dla organizmów żywych substancji, które dostają się do gleby.

Właściwości sorpcyjne gleby zależą od wielu czynników, m.in. od jej składu mechanicznego, a w szczególności od zawartości iłu koloidalnego, od ilości i jakości koloidów mineralnych, od ilości i jakości próchnicy glebowej a także od odczynu. Ogólnie można stwierdzić, że gleby ciężkie, zasobne w próchnicę mają zdecydowanie silniej rozbudowany kompleks sorpcyjny, niż gleby piaszczyste ubogie w substancję organiczną.

3.3.Rodzaje sorpcji

• sorpcja wymienna kationów i anionów

• sorpcja chemiczna

• sorpcja biologiczna

• sorpcja fizyczna

• sorpcja mechaniczna

3.3.1.Sorpcja wymienna

Sorpcja wymienna z punktu widzenia odżywiania roślin należy do najważniejszych rodzajów sorpcji. Głównym jej zadaniem i celem jest zatrzymywanie w glebie składników pokarmowych dla roślin.

Sorpcja wymienna jest zjawiskiem zachodzącym pomiędzy kompleksem sorpcyjnym gleby (faza stała) a roztworem glebowym (faza ciekła). Polega ona na zachowaniu stanu równowagi pomiędzy układem fazy stałej a płynnej. Na zjawisku sorpcji wymiennej opiera się szereg ważnych procesów glebowych, jak zakwaszenie, podwyższenie pH, właściwości buforowe gleby. Mechanizm sorpcji wymiennej wykorzystywany jest przez rolnictwo przy nawożeniu, w celu dostarczenia roślinom składników pokarmowych.

Sorpcja wymienna jest uzależniona od takich czynników jak: budowa sorbenta, odczyn gleby, rodzaj kationów i ich stężenie w roztworze, stężenie roztworu i temperatura.

Rodzaj sorbenta, wielkość jego powierzchni sorpcyjnej i wielkość ładunku decyduje o energii wiązania i ilości wiązanych jonów.

Pojemność sorpcyjna - jest to całkowita ilość jonów wymiennych jaką jest w stanie zasorbować 100 g gleby. Ponieważ w kompleksie sorpcyjnym dominuje ładunek ujemny i sorpcji wymiennej ulegają przede wszystkim kationy, przyjęło się mówić o kationowej pojemności sorpcyjnej.

3.3.2.Sorpcja chemiczna

Do zjawisk noszących nazwę sorpcji chemicznej zalicza się reakcje wytrącania nierozpuszczalnych soli z roztworów glebowych. Sorpcja ta prowadzi więc do unieruchomienia związków rozpuszczalnych i przez to do zabezpieczania tych związków przed wymywaniem z gleby. Takim reakcjom uwsteczniania podlegają przede wszystkim aniony kwasu fosforowego (PO₄^3-), rozpuszczalne formy węglanów, siarczanów i inne. Reakcje wytrącania z roztworów nierozpuszczalnych soli mogą zachodzić zarówno przy odczynie silnie kwaśnym, jak i obojętnym lub słabo zasadowym.

3.3.3.Sorpcja biologiczna

Sorpcją biologiczną nazywamy zespół różnych zjawisk, które w rezultacie prowadzą do nagromadzenia różnych związków mineralnych wbudowanych w materię organiczną. Sorbentami są żywe organizmy, zarówno rośliny wyższe, jak i drobnoustroje glebowe, które pobierają i zatrzymują jony w swych organizmach na okres życia. Po obumarciu organizmy te ulegają rozkładowi przez destruentów, uwalniając uprzednio pobrane składniki, które stają się przyswajalne przez rośliny. Innymi słowy związki gromadzone, w czasie życia w ciałach organizmów żywych, są stopniowo uruchamiane dzięki procesom mineralizacji prowadzonym przez drobnoustroje.

Sorpcji biologicznej podlegają wszelkie składniki mineralne, zarówno mikro- jak i makroelementy. Należy podkreślić, że sorpcja biologiczna jest jedyną formą sorpcji, dzięki której azot jest gromadzony w glebie i chroniony przed wypłukiwaniem.

Jedną z licznych form sorpcji biologicznej jest zjawisko zbiałczania, czyli pobierania azotu przez drobnoustroje i przetwarzanie go w białko. Innym przykładem tej sorpcji jest wiązanie wolnego azotu atmosferycznego przez bakterie brodawkowe żyjące w symbiozie z roślinami.

3.3.4.Sorpcja fizyczna

Sorpcja fizyczna wiąże się ze zjawiskiem zagęszczania na powierzchni silnie zdyspergowanych ciał molekuł innych ciał, znajdujących się w ośrodku płynnym lub gazowym otaczającym dane ciało. W odróżnieniu od sorpcji wymiennej, podczas której zatrzymywane są jony, sorpcja fizyczna powoduje zatrzymanie przez glebę całych molekuł, np. pary wodnej, dwutlenku węgla, tlenu, amoniaku oraz niektórych bakterii. Z tym rodzajem sorpcji wiąże się powstawanie wody higroskopowej w glebie, zagęszczanie się roztworów wokół fazy stałej oraz koagulacja koloidów.

Ponieważ sorpcja fizyczna jest zjawiskiem powierzchniowym, zatem o jej wielkości będzie decydować wielkość powierzchni właściwej gleb, co z kolei jest uzależnione od stopnia jej rozdrobnienia. Dominującą rolę w tej sorpcji będą spełniały koloidy glebowe, szczególnie z grupy minerałów ilastych (glinokrzemianowe).

3.3.5.Sorpcja mechaniczna

Sorpcja mechaniczna polega na zatrzymaniu w drobnych porach glebowych cząstek organicznych i mineralnych, których średnica jest większa od średnicy przestworów glebowych. Procesy sorpcji mechanicznej mogą być wywołane przez zjawiska koagulacji zawiesin glebowych.

Dzięki sorpcji mechanicznej przesączająca się przez glebę woda jest oczyszczana z drobnych zawiesin jak np. bakterie i dostaje się do warstw głębiej położonych w stanie zdatnym do picia.

Wielkość sorpcji mechanicznej zależy od składu mechanicznego, budowy i miąższości gleb. Im gleba ma więcej frakcji drobniejszych, tym silniej sorbuje mechanicznie.

4. KWASOWOŚĆ I WŁAŚCIWOŚCI BUFOROWE GLEB

4.1. Kwasowość gleb

Kwasowość gleb dzieli się na czynną i potencjalną. Podział ten wynika stąd, że kwasowość gleby zależy od jonów wodoru obecnych w roztworze glebowym (ciekła faza gleby), ale także od jonów wodoru i glinu zasorbowanych w kompleksie sorpcyjnym (stała faza gleby).

Odczynem gleby, czyli kwasowością czynną, nazywa się stężenie jonów wodorowych w roztworze glebowym. Do określenia odczynu gleb używa się symbolu pH. Kwasowość czynna stanowi niewielki ułamek kwasowości potencjalnej. Kwasowość potencjalna wywołana jest obecnością jonów wodoru i glinu zasorbowanych wymiennie w kompleksie sorpcyjnym gleby.

4.1.1. Znaczenie odczynu gleby

Odczyn gleby wywiera wpływ na rozwój mikroorganizmów glebowych. Odczyn wpływa również na zdolności sorpcyjne gleby, bowiem pojemność sorpcyjna jest tym niższa im większe jest stężenie jonów wodorowych, czyli im niższe jest pH. Wywiera on także wpływ na dostępność dla roślin szeregu makro- i mikroelementów. Odczyn gleby wywiera istotny wpływ na przebieg i intensywność wielu procesów zachodzących w środowisku glebowym. Kwasowość czynna wywiera także wpływ na proces humifikacji, czyli powstawania próchnicy i na jej gromadzenie się na powierzchni gleby. Również procesy brunatnienia, ługowania, bielicowania, procesy glejowe są uzależnione od stężenia jonów wodorowych w roztworze glebowym. Procesy wymywania (ługowania) nasilają się przy niskich odczynach gleby, stad też bielicowanie zachodzi w warunkach odczynu silnie kwaśnego. Pod wpływem roztworów o odczynie kwaśnym ulegają rozpadowi nie tylko minerały pierwotne, ale także rozpuszczają się związki żelaza, glinu, manganu i inne. W efekcie czego przemieszczają się one w głąb profilu glebowego, a w wyższych partiach tegoż profilu powstaje jasno popielaty poziom wymycia (E). Kationy żelaza na plus drugim stopniu utlenienia (Fe⁺²) występujące w kwaśnych odczynach gleby nadając częściom profilu glebowego, w których występują, barwę stalowoszarą z odcieniem zielonym lub niebieskim. Intensywność tego zabarwienia jest również uzależniona od odczynu.

Optymalne pH dla większości roślin uprawnych mieści się w przedziale 6,0 - 7,0.

4.1.2. Czynniki obniżające pH gleb

Do czynników decydujących o kwaśnym odczynie gleb należą: brak składników zasadowych w skale macierzystej, przewaga opadów nad parowaniem, odprowadzanie składników zasadowych wraz z plonami a także dostarczanie do gleb składników zakwaszających.

Gleby wytworzone ze skał magmowych lub ze skał osadowych piaszczystych, ubogich w składniki zasadowe (Ca, Mg, K, Na), charakteryzują się oczywiście odczynem kwaśnym. Jednak nawet gleby wytworzone ze skał „zasadowych” tzn. zasobnych w składniki zasadowe, w warunkach klimatu umiarkowanego wilgotnego, ulegają zakwaszeniu. Jest to spowodowane przesiąkaniem, razem z wodą opadową, roztworów o odczynie kwaśnym. Roztwory te powodują rozpuszczenie i wymycie związków o charakterze zasadowym. W konsekwencji tego zjawiska również kompleks sorpcyjny zostaje stopniowo wysycany jonami wodoru i glinu, czyli wzrasta kwasowość potencjalna.

Zakwaszenie gleb odbywa się także na skutek odprowadzaniem z siedliska składników zasadowych wraz z plonami roślin, przy niedostatecznym nawożeniu. Chociaż trzeba przyznać, że niektóre nawozy np. potasowe, większość azotowych przyczyniają się do obniżenia odczynu gleb.

Dużą rolę w procesie zakwaszenia gleb odgrywa kwas węglowy, który powstaje w czasie różnych reakcji mikrobiologicznych a także pochodzi z powietrza atmosferycznego. Kwas ten wpływa na rozpuszczanie węglanów i wymywanie kationów wapnia i magnezu z kompleksu sorpcyjnego. W ten sposób kompleks sorpcyjny nasyca się jonami wodoru kosztem kationów zasadowych (proces bielicowania).

Na zakwaszenie się gleb wpływają także inne kwasy mineralne, jak: azotowy, siarkowy, fosforowy, a także kwasy organiczne. Bardzo aktywne działanie wykazują fulwokwasy i kwasy huminowe, oraz kwasy wytwarzające się w wyniku różnych procesów glebowych. Stąd też różne typy gleb wykazują, nawet powierzchni na małej, różne pH. Należy pamiętać, że na zjawisko to w istotny sposób wpływają właściwości skał macierzystych.

4.1.3. Charakterystyka gleb o odczynie kwaśnym

Gleby o odczynie kwaśnym są pozbawione węglanów. W ich kompleksie sorpcyjnym występują głównie jony wodoru i glinu. Próchnica tych gleb charakteryzuje się przewagą fulwokwasów, a ich stosunki powietrzne są z reguły wadliwe. Struktura gruzełkowa gleb o wysokim stężeniu jonów wodorowych w roztworze glebowym jest niestabilna, co jest spowodowane brakiem lepiszcza a także destrukcyjnym działaniem próchnicy kwaśnej. W roztworach gleb kwaśnych znajdują się toksyczne dla roślin ilości glinu, żelaza i manganu. Większość składników pokarmowych staje się niedostępna dla roślin. Poważnemu ograniczeniu ulega również aktywność biologiczna bakterii i promieniowców, co wpływa na zahamowanie wielu korzystnych przemian związków azotowych, takich jak nitryfikacja, czy też wiązanie azotu atmosferycznego.

W miarę zmiany odczynu na obojętny (gleby intensywnie wapnowane) te niekorzystne właściwości gleb kwaśnych ulegają poprawie. Mogą niestety wystąpić inne, niż omówione wyżej, niekorzystne zjawiska, takie jak obniżenie rozpuszczalności związków żelaza, manganu, miedzi, cynku czy fosforu, który łącząc się z kationami wapnia lub też węglanem wapnia tworzy nierozpuszczalne apatyty. Należy przyznać, że w glebach o odczynie kwaśnym fosfor również nie może być przyswajalny przez rośliny. Powodem jest tworzenie się nierozpuszczalnych związków żelaza i glinu, np. wavelitu, strengitu, czy też waryscytu.

4.2. Właściwości buforowe gleb

Zdolność gleby do przeciwstawiania się zmianom odczynu nosi nazwę właściwości buforowych lub zdolności regulujących gleby.

Zjawisko buforowości wiąże się ściśle ze zjawiskiem utrzymania stanu równowagi pomiędzy jonami wodorowymi i glinowymi zawartymi w kompleksie sorpcyjnym gleby (kwasowość potencjalna), a jonami wodoru w roztworze glebowym (kwasowość czynna). Polega to na tym, że jeżeli w wyniku jakiejkolwiek reakcji biochemicznej zwiększy się w roztworze glebowym ilość jonów H⁺, nastąpi natychmiast zasorbowanie nadmiaru tych jonów przez koloidy glebowe, przy czym odczyn roztworu nie ulegnie zmianie, aż do chwili nasycenia kompleksu tymi jonami. Dodanie z kolei wapna, lub innego czynnika podnoszącego pH, do gleby spowoduje reakcje odwrotne, tj. z kompleksu sorpcyjnego będą uwalniane jony H⁺ i Al ³⁺a ich miejsce będzie zajmowane przez kationy Ca²⁺. Zjawisko będzie przebiegało do momentu zobojętnienia kwasowości potencjalnej. Jak z tego wynika jony wodorowe oddziałują jak bufor w stosunku do zmiany odczynu.

4.2.1. Czynniki wpływające na właściwości buforowe gleb

Właściwości buforowe gleb są uwarunkowane wielkością ich pojemności sorpcyjnej, która bezpośrednio uzależniona jest od ilości i jakości koloidów glebowych, a pośrednio od składu mechanicznego gleby i zawartości próchnicy. Zależą również od ilości zasorbowanych w kompleksie sorpcyjnym kationów o charakterze zasadowym, od składu roztworu glebowego, od zawartości węglanu wapnia w glebie. Właściwości buforowe zależą również od obecności w glebie tzw. układów zbuforowanych. Wg Urlicha w glebie można wyróżnić pięć takich układów: bufor węglanowy, krzemianowy, glinowy, bufor wymiany jonowe i żelazowy. Każdy z nich stabilizuje odczyn gleby w odpowiednich przedziałach pH.

5. SUBSTANCJA ORGANICZNA GLEB

5.1. Substancja organiczna gleby i jej źródła

Substancję organiczną gleby można zdefiniować, jako sumę obumarłych składników organicznych występujących w glebie, od świeżych, nie rozłożonych resztek roślinnych i zwierzęcych do bezpostaciowych produktów rozkładu i resynetzy. Składają się więc na nią szczątki organiczne i próchnica (humus).

Próchnica jest złożoną i dość trwałą mieszaniną brunatnych, amorficznych substancji koloidalnych. Powstaje ona w wyniku daleko posuniętej modyfikacji pierwotnych tkanek roślinnych i zwierzęcych przez organizmy glebowe. Próchnica jest więc mieszaniną różnych koloidów organicznych, które powstały w wyniku rozkładu złożonych substancji organicznych (resztek roślinnych i zwierzęcych) i różnych reakcji syntezy w wyniku działalności mezofauny i mikroorganizmów.

Najważniejszym źródłem substancji organicznej, która dostaje się do gleby lub gromadzi się na jej powierzchni, są obumarłe części roślin wyższych, a dopiero w drugiej kolejności obumarłe ciała mikroorganizmów i zwierząt. Z roślin zielnych najwięcej masy organicznej dostarczają korzenie, mniej części nadziemne. W lasach główna masa resztek roślinnych gromadzi się na powierzchni gleb w postaci ściółki, natomiast na obszarach bezleśnych znaczną część tych resztek stanowią obumarłe korzenie. W glebach uprawnych istotnym źródłem substancji organicznej są nawozy organiczne i resztki pozbiorowe.

5.2. Procesy prowadzące do zmian ilościowych i jakościowych substancji organicznej

Substancja organiczna w glebie stanowi układ dynamiczny, ulegający ciągłym przemianom. Charakter i nasilenie tych przemian zależą od szaty roślinnej, działalności mikroorganizmów i zwierząt glebowych, warunków hydrotermicznych oraz fizycznych i chemicznych właściwości gleby. W procesach prowadzących do zmian zarówno ilościowych, jak i jakościowych wyróżnia się zasadniczo dwa kierunki: mineralizację i humifikację.

5.2.1. Rozkład i mineralizacja związków organicznych

Procesy prowadzące do rozkładu złożonej substancji organicznej do prostych związków mineralnych noszą nazwę mineralizacji. W efekcie tego procesu powstają takie związki jak CO₂, H₂O, NH₃ oraz jony SO₄^2-, HPO₄^2-, NO₃^- itp.

W zależności od warunków powietrzno - wodnych, w których przebiega proces mineralizacji, wyróżnia się butwienie (mineralizacja przebiegająca w warunkach tlenowych) i gnicie (mineralizacja przebiegająca w warunkach beztlenowych).

W czasie butwienia rozkład substancji organicznej przebiega przy dostępie tlenu, dając produkty pełnego utlenienia, tj. CO₂ i H₂O. Oprócz dwutlenku węgla i wody w efekcie butwienia mogą powstawać H₂O₂, SO₄^2-, PO₄^3-, NO₃^-. Butwienie ma najczęściej miejsce w warunkach odczynu zbliżonego do obojętnego i w wyższych temperaturach, jest reakcja egzotermiczną w czasie której wyzwalają się znaczne ilości ciepła.

Procesy gnicia przebiegają w warunkach beztlenowych, najczęściej przy nadmiernej wilgotności przy odczynie kwaśnym i w niskiej temperaturze. Końcowymi produktami gnicia są, oprócz CO₂ i H₂O, także metan (CH₄), siarkowodór (H₂S), skatol (CS₂) itp.

Głównym produktem mineralizacji, czyli spalania substancji organicznej, jest CO₂. Większość tego gazu ulatnia się do atmosfery, może też być częściowo asymilowany przez rośliny. Pewne ilości dwutlenku węgla (w postaci H₂CO₃, CaCO₃, MgCO₃, K₂CO₃, Na₂CO₃ i innych) pozostają w środowisku glebowym.

W czasie rozkładu substancji organicznej nie wszystkie jej części składowe rozkładają

5.2.2. Powstawanie i znaczenie próchnicy

Próchnica powstaje w wyniku procesu zwanego humifikacją. Obejmuje on szereg skomplikowanych procesów rozkładu, przebudowy i syntezy związków organicznych. W zarysie można stwierdzić, że składa się on z dwu faz. W pierwszej fazie procesu, skomplikowane związki organiczne (obumarłe ciała roślin i zwierząt) ulegają rozkładowi na związki prostsze, które w drugiej fazie humifikacji ulegają resyntezie do nowo jakościowych związków organicznych - próchnicy. Trzeba przyznać, że dokładny przebieg humifikacji nie został jeszcze poznany.

5.2.2.1. Znaczenie próchnicy

Próchnica wpływa na barwę gleby, nadając jej ciemne zabarwienie. Im więcej próchnicy tym intensywność zabarwienia większa (od barwy jasnoszarej, poprzez ciemnoszarą do czarnej). Próchnica ma znaczenie w tworzeniu się gleb i kształtowaniu się ich właściwości fizycznych, chemicznych, biologicznych i biochemicznych. Wpływa na powstawanie struktury agregatowej, korzystnie kształtuje porowatość, zwiększa pojemność wodną gleb, jednocześnie reguluje procesy redox. W glebach lekkich próchnica zwiększa zwięzłość, a w glebach ciężkich obniża ją. Wywiera również wpływ na pulchność, zwiększając ją w glebach ciężkich, a obniżając w lekkich. Istotnie wpływa na właściwości sorpcyjne gleby, budując kompleks sorpcyjny. Próchnica posiada od 2 do 30 razy większą pojemność sorpcyjną w porównaniu z koloidami mineralnymi. Wynosi ona od 150 do ok. 300 me/100g gleby (cmol(+)/kg). Dlatego też, w glebach mineralnych, próchnica decyduje od 30 do 90% o całkowitej pojemności sorpcyjnej poziomu A. Bierze również udział w procesach wymiany jonowej, jej obecność ułatwia sorpcję wymienną. Posiada silne właściwości buforowe dzięki czemu ułatwia glebom przeciwdziałanie nagłym zmianom odczynu. Ogromna jest rola próchnicy w procesach odżywiania roślin. Dostarcza im szeregu pierwiastków, w tym biogennych, tj. azotu, fosforu, siarki. Przyczynia się do uruchamiania różnych składników w glebie, w tym składników pokarmowych. Wynika to stad, że kwasy humusowe wpływają na rozpuszczanie różnych minerałów i tym samym uwalniają z nich szereg składników. Próchnica dostarcza roślinom także substancji biologicznie czynnych, w tym wzrostowych. Uczestniczy w biologicznym obiegu pierwiastków. Dostarcza węgla i energii drobnoustrojom. Działa ochronnie na wiele substancji biologicznie czynnych, wiąże pestycydy może hamować rozwój niektórych patogenów roślinnych.

Do czynników wpływających na przebieg humifikacji i skład próchnicy należą: ilość i jakość resztek roślinnych i zwierzęcych, skład ilościowy i jakościowy mikroorganizmów glebowych, właściwości wodne gleb oraz skład granulometryczny i chemiczny środowiska glebowego.

6. GLEBA JAKO ŚRODOWISKO BIOLOGICZNE

Do organizmów glebowych, czyli edafonu należą zarówno mikroorganizmy (wirusy, bakterie, promieniowce, grzyby, glony, pierwotniaki), mezofauna (nicienie, wazonkowce, dżdżownice, stawonogi, jak i makroorganizmy (rośliny wyższe i makrofauna - krety, susły, chomiki, świstaki).

6.1. Znaczenie edafonu

Należą one do organizmów pionierskich zasiedlających i przeobrażających nagie podłoże skalne; przyczyniają się do rozkładu nierozpuszczalnych w wodzie minerałów, dzięki czemu uwalniane są z nich związki mineralne; biorą udział w rozkładzie tkanek roślinnych i zwierzęcych (rozkład materii organicznej); przyczyniają się do humifikacji; uczestniczą w mineralizacji próchnicy; uczestniczą w syntezie wielu związków biologicznie czynnych, takich jak witaminy, antybiotyki, substancje wzrostowe i inne; przyczyniają się do zamiany związków mineralnych w formy przyswajalne dla roślin; uruchamiają fosfor, potas, wapń, magnez i inne składniki; biorą udział w utlenianiu siarki, żelaza; zwiększają żyzność gleb; biorą udział w szeregu procesów glebowych (amonifikacja, nitryfikacji, denitryfikacja); tworzą mikoryzy; uczestniczą w sorpcji biologicznej; mikroorganizmy pobierają składniki pokarmowe z podłoża i wbudowują je w swoje ciała. Po śmierci tych organizmów składniki mineralne (składniki pokarmowe dla roślin) wracają do gleby. Sorpcja biologiczna przeciwdziała sorpcji chemicznej, np. fosforu, a tym samym umożliwia roślinom, po mineralizacji białka mikroorganizmów, wykorzystanie tych składników. Ponadto wiążą wolny azot z powietrza; są niezbędnym czynnikiem ciągłości przemiany materii w przyrodzie; decydują one o aktywności biologicznej i produktywności ekosystemów polowych, leśnych i trawiastych; wpływają na poprawę struktury glebowej.

7. zasobność i Żyzność gleby

Zasobność gleby to sumaryczna zawartość w glebie przyswajalnych dla roślin składników pokarmowych. Zaczyna się ona kształtować już w pierwotnych stadiach procesu glebotwórczego, kiedy np. martwa skała masywna przeobraża się w mniej lub bardziej rozluźnioną zwietrzelinę. W kształtowaniu się zasobności gleb mają udział procesy wietrzenia oraz procesy tworzenia się i gromadzenia próchnicy.

Do ważniejszych czynników, które wpływają na zasobność gleb zalicza się: skład granulometryczny, skład mineralny, zawartość substancji organicznej w różnym stopniu rozkładu (zwłaszcza ilość i jakość związków próchnicznych), odczyn, potencjał oksydoredukcyjny, właściwości sorpcyjne, a wśród nich pojemność sorpcyjna, stopień nasycenia gleb kationami metali i skład jonowy kompleksu sorpcyjnego. Zasobność gleb kształtuje się również pod wpływem zespołów organizmów glebowych. Można mówić o zasobności naturalnej i agrotechnicznej. Zasobność naturalna to zapas składników pokarmowych o różnym stopniu rozpuszczalności - a co za tym idzie przyswajalności dla roślin - powstający w procesach naturalnych bez ingerencji człowieka. natomiast zasobność agrotechniczna (antropogeniczna) obejmująca jednocześnie zasobność naturalną oraz nadaną w wyniku działalności człowieka. Zasobność agrotechniczna jest podstawową cechą każdej gleby uprawnej, użytkowanej rolniczo.

Z zasobnością w ścisłym związku pozostaje żyzność gleby, czyli jej zdolność do zaspakajania potrzeb życiowych roślin. Rozwijając to zagadnienie można powiedzieć, że jest to współudział gleby we wzroście, rozwoju i plonowaniu roślin, przejawiający się w zdolności gleby do przekazywania roślinom wyższym składników pokarmowych, wody, powietrza i ciepła oraz do wymiany gazowej. Żyzność naturalna cechuje gleby, na które nie oddziałuje człowiek, a więc jest kształtowana przez naturalne czynniki przyrodnicze i dotyczy tylko gleb dziewiczych. Jest ściśle związana z typami, gatunkami i rodzajami gleb oraz ich modyfikacjami rozwojowymi, łączącymi się z krajobrazem lub naturalnymi zespołami roślinnymi. Z kolei żyzność agrotechniczna to stan żyzności ukształtowany pod wpływem zabiegów agrotechnicznych; jest charakterystyczna dla gleb uprawnych. Do zabiegów działających pozytywnie zalicza się regulacje stosunków wodnych, wapnowanie, nawożenie oraz prawidłowo wykonane zabiegi agrotechniczne i stosowanie właściwego zmianowania roślin. Negatywne efekty mogą wywołać: wylesienie terenów zagospodarowanych, przesuszenie gleb, niewłaściwa agrotechnika oraz źle skonstruowane płodozmiany. A żyzność gleb nabyta to żyzność ukształtowana na skutek działania człowieka. Odnosi się głównie do rekultywacji bezglebowych utworów powstałych w wyniku działalności geotechnicznej i oddanych do leśnego lub rolniczego użytkowania. Przykładem gleb o takiej żyzności są np. tereny rekultywowane w obrębie obszarów wydobycia węgla brunatnego. Z substratu macierzystego, o bardzo niskiej zasobności i żyzności, wydobytego nieraz z głębokich warstw na powierzchnię, tworzy się nową glebę, a za pomocą rozmaitych zabiegów agrotechnicznych i agrochemicznych dąży się do osiągnięcia wyższej żyzności.

Natomiast urodzajność oznacza stan gleby będący wynikiem pracy rolnika, określający jej zasobność w składniki pokarmowe i zdolność zaspakajania potrzeb roślin dzięki dobrym właściwościom fizycznym, chemicznym i biologicznym. Oznacza zdolność gleby do wytwarzania plonów. Wyraża się ją plonem z podstawowej jednostki przestrzeni produkcyjnej. Miarą urodzajności jest plon, czyli masa tej części rośliny, która ma bezpośrednie znaczenie użytkowe.

Urodzajność ma charakter zmienny. W tym samym miejscu, czasie lub okresie wegetacyjnym plony mogą być różne na skutek różnego wpływu człowieka obejmującego zabiegi uprawowe i nawozowe, zmianowanie, dobór roślin, zwalczanie chwastów i szkodników itp. Na ogół wyróżnia się dwa rodzaje urodzajności gleby lub siedliska: urodzajność potencjalną i urodzajność aktualną.

Urodzajność potencjalna gleby wyraża możliwość maksymalnego plonowania wartościowych roślin uprawnych w określonych warunkach ekologicznych przy zastosowaniu optymalnych zabiegów odpowiadających współczesnym osiągnięciom nauk rolniczych. Krótko mówiąc urodzajność potencjalna dotyczy plonów roślin uzyskiwanych przy stosowaniu optymalnych zabiegów uprawowych. Zdolność plonowania oraz urodzajność potencjalna to zasadnicza cecha, która powinna być brana pod uwagę przy bonitacji gleb w miarę potęgującej się antropogenizacji przestrzeni geograficznej. Niestety nie zawsze jest możliwe dostatecznie obiektywnie wartościowanie gleby pod kątem potencjalnych plonów, które powinny być ostatecznym miernikiem urodzajności gleby.

Urodzajność aktualna gleby oznacza plonowanie w określonych warunkach siedliska i w danym czasie przy zastosowaniu niezbędnych zabiegów agrotechnicznych. Może być ona również zależna od wpływu człowieka, nawet przy takiej samej żyzności gleby. Dążeniem każdego rolnika powinna być troska o osiągniecie optymalnej kultury rolnej, aby uzyskać plony z jednostki glebowej przestrzeni produkcyjnej zbliżone do pełnych możliwości (urodzajność potencjalna).

8. CHEMICZNE WŁAŚCIWOŚCI GLEBY

8.1. Pierwiastki chemiczne wchodzące w skład gleb

Chemicznymi właściwościami gleby określa się skład chemiczny gleby, formy i związki występujących w niej pierwiastków oraz ich przemiany. Skład chemiczny gleby decyduje w wielu przypadkach o jej właściwościach. W różnych glebach kształtuje się on odmiennie jako wypadkowa bardzo wielu czynników. Jest on przede wszystkim uzależniony od właściwości chemicznych minerałów glebowych, składu mechanicznego, zawartości próchnicy, składu chemicznego roztworu glebowego, reakcji mikroorganizmów, reakcji wymiennych zachodzących między kompleksem sorpcyjnym a roztworem glebowym. Zależy on również od klimatu glebowego, roślinności i fauny glebowej. Natomiast od składu chemicznego gleby, a zwłaszcza od zasobności w składniki pokarmowe roślin, w dużej mierze zależy żyzność gleby.

O zaspokojeniu potrzeb pokarmowych roślin decyduje zarówno zawartość poszczególnych pierwiastków w glebie, jak również forma ich występowania. Składniki pokarmowe (makro- i mikroelementy) występują w glebie pod różnymi postaciami. Do najważniejszych zalicza się: substancję organiczną, minerały, związki chemiczne, jony zasorbowane w kompleksie sorpcyjnym i obecne w roztworze glebowym.

Dla roślin znaczenie ma nie tyle całkowita zawartość danego pierwiastka w glebie, ile ta jego część, która może być przez nie pobrana. Postać pierwiastka, którą roślina może pobrać określana jest jako forma przyswajalna i z reguły stanowi niewielki procent całkowitej (ogólnej) zawartości pierwiastków w glebie.

Dostępność pierwiastków dla roślin, czyli obecność form przyswajalnych, zależy od wielu czynników. Obok właściwości danego pierwiastka oraz cech gatunkowych i fazy wzrostu roślin zależy ona od odczynu gleby, wzajemnego stosunku pierwiastków w glebie oraz od dynamiki fizycznych właściwości gleb w okresie wegetacji roślin.

8.2. Azot

Podstawowym źródłem azotu w glebie jest powracająca do niej po obumarciu roślin substancja organiczna (oczywiście jest to inna substancja w przypadku ekosystemów naturalnych i agroekosystemów). Innym ważnym źródłem azotu są opady atmosferyczne, powietrze, nawozy mineralne i organiczne oraz skała macierzysta.

Azot w środowisku glebowym występuje w formach mineralnych i organicznych. Do organicznych połączeń azotu w środowisku glebowym należą: próchnica i nierozłożone resztki roślinne i zwierzęce. Według Thompsona forma organiczna azotu stanowi aż 99% jego ogólnej zawartości. Stąd też o zawartości azotu w glebach decyduje ilość substancji organicznej.

Azot zawarty w substancji organicznej nie jest dostępny dla roślin wyższych, dopóki mikroorganizmy nie uwolnioną go podczas mineralizacji. Przyjmuje się, że w ciągu roku ok. 1 - 4% azotu z formy organicznej przechodzi w formy dostępne dla roślin.

Do mineralnych form azotu zaliczamy formę azotanową (NO₃^-) i amonową (NH₄⁺). Przyswajalne dla roślin są tylko mineralne połączenia azotu. Przy czym należy zaznaczyć, że łatwo przyswajalny azot mineralny wynosi zazwyczaj od 1 do 2% azotu ogólnego.

Źródłem azotu nieorganicznego jest m.in. opad atmosferyczny. Jednak tę postać azotu może wykorzystywać niewiele roślin. Należą do nich np. rośliny motylkowe żyjące w symbiozie z bakteriami brodawkowymi.

Związki azotowe w glebach ulegają ciągłym przemianom. Mineralne formy azotu przechodzą w organiczne i odwrotnie, związki organiczne ulegają mineralizacji. Wyróżnia się w tych przemianach cztery zasadnicze procesy: amonifikację, nitryfikację, denitryfikację, oraz zbiałczanie.

Amonifikacja jest to rozkład białka, zawartego w związkach organicznych pochodzenia roślinnego i zwierzęcego do amoniaku. Proces ten jest wieloetapowy, białko ulega rozkładowi przechodząc w polipeptydy, potem w aminokwasy aż wreszcie, podobnie jak dostający się bezpośrednio do gleby mocznik w amoniak. Powstają przyswajalne jony NH₄⁺.

Nitryfikacja polega na zamianie amoniaku do azotanów poprzez azotyny. Innymi słowy jest to utlenianie amoniaku poprzez kwas azotawy do kwasu azotowego. Powstają przyswajalne jony NO₃^-.

Denitryfikacją nazywa się przemiany azotanów poprzez azotyny do azotu cząsteczkowego, który ulatnia się do atmosfery. W środowisku glebowym może także przebiegać proces denitryfikacji częściowej. Polega on na zamianie azotanów w amoniak, który zostaje włączony w przemiany związków azotowych.

Zbiałczanie polega na przemianach różnych form azotu w białko.

Procesy amonifikacji i nitryfikacji są korzystne, ponieważ nieprzyswajalne dla roślin związki azotowe przekształcają się w łatwo dostępne (NH₄⁺, NO₃^-). Jednak związki łatwo dostępne, jeżeli nie zostaną zasorbowane przez kompleks sorpcyjny gleby lub pobrane przez rośliny, to łatwo ulegają wymyciu przez wody deszczowe. Natomiast proces denitryfikacji jest niepożądany, gdyż powoduje straty azotu wskutek jego ulatniania. W wyniku denitryfikacji może ulotnić się do atmosfery od 10 do 15% azotu dostarczanego do gleby w postaci nawozów mineralnych. Duże straty azotu występują głównie na glebach zasadowych, nadmiernie uwilgotnionych.

8.3 Fosfor

Źródła fosforu glebowego to nawozy mineralne i organiczne, resztki pożniwne, rodzime związki fosforowe, zarówno organiczne, jak i nieorganiczne zawarte w glebie. Fosfor występuje w glebie zarówno pod postacią związków nieorganicznych, jak i organicznych. Większość nieorganicznych związków fosforu występuje w postaci związków zawierających wapń lub związków zawierających żelazo i glin. Proste związki fosforu z wapniem, jak fosforany jedno- i dwuwapniowy są łatwo rozpuszczalne, dzięki temu fosfor w nich zawarty jest dostępne dla roślin. Przyswajalnymi postaciami fosforu są jony H₂PO₄^- i HPO₄^2-. Jednak, za wyjątkiem świeżo nawożonych gleb, związki te występują w środowisku glebowym w niezmiernie małych ilościach. Wynika to stąd, że łatwo przekształcają się w związki trudno rozpuszczalne. Skład znajdujących się w glebie fosforanów żelaza i glinu nie jest dokładnie znany. Są to prawdopodobnie zasadowe fosforany takie jak: wavelit, strengit, waryscyt i inne. Związki te w glebach kwaśnych są bardzo trwałe i niezmiernie trudno rozpuszczalne. Organiczne związki fosforu, pomimo że stanowią w niektórych przypadkach więcej niż połowę ogólnej zawartości fosforu, są mało poznane. Powodem jest bardzo skomplikowana budowa połączeń organicznych. Do podstawowych organicznych związków fosforu należą fityna i jej pochodne, kwasy nukleinowe i fosfoipidy. Ich źródłem są przede wszystkim resztki roślinne. Fosfor związków organicznych, w odróżnieniu od mineralnych związków fosforu, jest stale uwalniany do gleby w wyniku rozkładu substancji organicznej. Rośliny pobierają go po zmineralizowaniu związków organicznych.

8.3.1. Czynniki wpływające na przyswajalność fosforu przez rośliny

Jednym z czynników wpływające na przyswajalność nieorganicznych związków fosforu jest pH. Przyswajalność fosforu zależy, w dużej mierze, od rodzaju jonów, w formie których występuje ten składnik. Natomiast rodzaj jonów zależy od pH roztworu, w którym się one znajdują. W roztworach silnie kwaśnych obecne są tylko jony H₂PO₄^-. W miarę wzrostu pH roztworu pojawiają się najpierw jony HPO₄^2-, a następnie jony PO₄^3-. W silnie kwaśnych glebach mineralnych znajdują się pewne ilości rozpuszczalnych związków żelaza, glinu i manganu. Reagują one natychmiast z jonami H₂PO₄^-,czyniąc fosfor nierozpuszczlnym, a więc niedostępnym dla roślin. W większości gleb silnie kwaśnych stężenie jonów żelaza i glinu przewyższa znacznie stężenie jonów H₂PO₄^-. W efekcie czego reakcja przebiega w kierunku tworzenia się nierozpuszczalnych fosforanów. Należy podkreślić, że jony H₂PO₄^- reagują nie tylko z jonami Fe i Al ale i z uwodnionymi tlenkami tych pierwiastków, takimi jak: limonit i getyt. W rzeczywistości ilość wiązanego fosforu przez te minerały, w glebach kwaśnych, przypuszczalnie przewyższa ilość fosforu wiązanego przez kationy Fe, Al, Mn. Tak więc odczyn kwaśny, który warunkuje obecność łatwo przyswajalnych jonów H₂PO₄^-, stwarza jednocześnie, w glebach mineralnych, warunki sprzyjające wiązaniu lub wytrącaniu tych jonów. W odczynie umiarkowanie kwaśnym istnieje też możliwość wiązania jonów fosforowych przez minerały ilaste, takie jak kaolinit, montmorylonit, illit. Jakkolwiek są pewne wątpliwości co do sposobu wiązania fosforu przez te minerały. Jednak efekt jest taki sam, jak w przypadku, prostych związków Al, Fe, Mn. Jony fosforu przechodzą w związki trudno rozpuszczalne, a tym samym niedostępne dla roślin. W glebach o odczynie zasadowym wytrącanie fosforanów powodowane jest głównie przez związki wapnia. Gleby takie są zasobne w wymienny wapń, a także często w CaCO₃ . Przyswajalne fosforany reagują zarówno z kationami wapnia, jak i z węglanem wapnia. Powstający, w efekcie reakcji, Ca₃(PO₄)₂ może przekształcić się w związek jeszcze trudniej rozpuszczalny. W sprzyjających warunkach mogą z niego powstawać hydroksyapatyt a nawet fluoroapatyt. Jak z tego wynika przyswajalność fosforanów na alkalicznych, suchych glebach stanowi również poważny problem co na glebach kwaśnych. Podsumowując stwierdza się, że najniższa rozpuszczalność zasadowych fosforanów Fe i Al obserwuje się przy pH 3-4. Przy wyższych wartościach pH część fosforu jest uwalniana, czyli że zdolność wiązania tego pierwiastka jest nieco mniejsza. Jednak nawet przy pH 6,5 jeszcze duża ilość fosforu jest chemicznie związana z Fe i Al. Wytrącanie fosforanów wapnia zachodzi już przy pH 6. Gdy wartość pH osiągnie 6.5 powstają trudno rozpuszczalne sole wapnia, ograniczające poważnie przyswajalność fosforu. Przy pH 7 tworzą się tak trudno rozpuszczalne związki jak apatyty. Maksimum przyswajalności fosforu osiągane jest przy pH gleby 6 - 7. Jednak należy podkreślić, że i w tych granicach pH przyswajalność fosforu jest niska, a dodane rozpuszczalne fosforany szybko ulegają uwstecznieniu.

Na przyswajalność fosforu nieorganicznego, oprócz pH, wpływ mają także mikroorganizmy i zawartość substancji organicznej. Szybki rozkład substancji organicznej i związany z tym burzliwy rozwój mikroorganizmów powoduje chwilowe wiązanie fosforu w ich organizmach. Ponadto takie produkty rozkładu jak kwasy organiczne i związki humusowe tworzą połączenia kompleksowe z Fe i Al. Związanie Fe i Al w znacznym stopniu przechodzenie fosforu w nierozpuszczalne związki nieorganiczne. Na przyswajalność fosforu glebowego mogą również wywierać wpływ niektóre jony występujące w glebie. Okazuje się, że obecność jonów NH₄⁺ i Mg²⁺ zwiększa pobieranie fosforu przez rośliny, natomiast jonów NO₃^- zmniejsza je.

8.4. Wapń

Pierwiastek też może występować w wielu formach. Są to np. różne minerały: hornblenda, kalcyt, apatyt, dolomit i inne zawierające wapń. Minerały są jednocześnie źródłem wapnia w środowisku glebowym. Inną formą wapnia, powszechnie występującą w glebach, jest węglan wapnia - CaCO₃. Występuje on też w kompleksie sorpcyjnym jako kation wymienny, oraz w formie soli rozpuszczalnych lub nierozpuszczalnych w roztworze glebowym. Pewne ilości wapnia występują pod postacią substancji organicznej. Rośliny obierają wapń pod postacią dwuwartościowych kationów (Ca²⁺).

Wapń w profilu glebowym rozmieszczony jest nierównomiernie - ulega przemieszczaniu w niższe partie profilu. Wynika to stad, że w glebach naszej strefy klimatycznej CaCO₃, reaguje z H₂CO₃, dając rozpuszczalny w wodzie dwuwęglan Ca(HCO₃)₂. Związek ten ulega wymywaniu do głębszych poziomów glebowych, toteż większość naszych gleb jest bardzo zubożona w ten składnik. Największe jego ilości występują w skale macierzystej np. pod postacią konkrecji. Może też nastąpić wtórne nagromadzenie się związków wapnia (jego soli) w poziomie B.

Znaczenie wapnia w glebie polega na jego wpływie na kwasowość czynną. Wapń podnosi pH (obniża kwasowość). Ponadto ma znaczenie strukturotwórcze, powodując koagulację koloidów glebowych, sprzyja tworzeniu się struktury gruzełkowatej. Gleby ciężkie po wapnowaniu stają się bardziej pulchne i przewiewne, a w glebach lekkich wpływa na zgruźlenie, szczególnie przy obecności próchnicy. Wpływa również na szereg właściwości fizycznych gleby, poprawiając jej stosunki powietrzno - wodne. Wapń zwiększa przyswajalność molibdenu, a obniża przyswajalność żelaza, glinu, boru i manganu. Korzystnie wpływa na organizmy glebowe, a pośrednio wpływa też na wiązanie azotu atmosferycznego, poprzez korzystny wpływ na bakterie korzeniowe. Stymuluje proces humifikacji.

8.5. Magnez

Magnez występuje w glebach w formie minerałów takich jak: serpentyn, hornblenda, augit, olwin, minerały ilaste, dolomit. Ponadto jako dwuwartościowy kation wymienny (Mg²⁺) w kompleksie sorpcyjnym i w roztworze glebowym. Postać ta jest również pobierana przez rośliny. Może również występować pod postacią związków organicznych, staje się dostępny po ich mineralizacji.

Magnez, podobnie jak wapń, w profilu glebowym rozmieszczony jest nierównomiernie. Wynika to stąd, że jest łatwo wymywany, dlatego jest go więcej w niższych częściach profilu.

9. DEGRADACJA GLEB

Ogólna charakterystyka zagrożeń

Degradacja wywołana przez erozję wodną i wietrzną

9.1 Degradacja gleb

Przez pojęcie degradacji gleb rozumie się modyfikację jej fizycznych, chemicznych i biologicznych właściwości, pogarszające biologiczną aktywność środowiska, ze szczególnym uwzględnieniem produkcji środków żywności, warunków ekologiczno - sanitarnych populacji ludzkich i estetycznych walorów krajobrazu. Natomiast całkowita utrata wartości użytkowych gleb określana jest mianem dewastacji. Analizując procesy degradacji gleb należy uwzględnić jej względny i rzeczywisty charakter. Degradacja względna polega na przeobrażaniu się dotychczasowego układu stopniowo lub skokowo w układ nowy, o aktywności biologicznej nie mniejszej od poprzedniego. Spadek aktywności środowiska może nastąpić tylko w okresie przejściowym. Przykładem może być zmiana odczynu z silnie kwaśnego na obojętny lub zasadowy, będąca dla drzewostanów iglastych degradacją, zaś dla upraw polowych - działaniem korzystnym. Degradacja rzeczywista (bezwzględna) polega na trwałym obniżeniu lub zniszczeniu aktywności biologicznej gleb, co wpływa na pogorszenie produkcyjnych i ekologicznych ich walorów, obniżenie wartości pokarmowej i technologicznej plonów oraz pogorszenie higienicznego stanu środowiska.

W strefach intensywnego oddziaływania przemysłu przetwórczo - wydobywczego degradacja może objawiać się najczęściej w czterech formach.

1. Geotechniczna degradacja gleb powodująca zewnętrzne zmiany na powierzchni, czyli zniekształcenie rzeźby terenu. Występuje ona na terenie całego kraju, ale w największej koncentracji na terenach górniczych, budowlanych i na terenach miejskich. Zmiany te mogą dotyczyć zniekształceń w rzeźbie terenu w wyniku działalności górnictwa odkrywkowego i podziemnego, budownictwa wodnego, drogowego, kolejnictwa, mogą być spowodowane zakładaniem instalacji podziemnych. Formy degradacji geotechnicznej stanowią w sumie znaczny odsetek ogólnego areału gruntów w kraju. Powierzchniowe zmiany geotechniczne przyjmują często formy fizycznej degradacji gleb.

2. Fizyczna degradacja gleb polegająca na zagęszczeniu masy glebowej, pogorszeniu się struktury gleby, nadmiernym odwodnieniu gruntów wywołanym lejem depresyjnym, wadliwej melioracji, zawodnieniu (itp. na skutek osiadania gruntów na terenach górniczych), ciśnieniu zwałowisk nadpoziomowych, osuwisk, oddziaływaniu zbiorników wodnych, a przede wszystkim działaniu erozyjnym wodnym i wietrznym.

3. Biologiczna degradacja gleb - na ogół mająca charakter pośredni - wywołuje szkody poprzez zmiany szaty roślinnej. Niszczenie bowiem w jakikolwiek sposób szaty roślinnej przyczynia się do pogorszenia warunków glebowych, szczególnie jeśli gleby charakteryzują się dużą podatnością na degradację. Formą biologicznej degradacji gleb jest tzw. zmęczenie gleb, w wyniku czego następuje zatrzymanie procesów glebowych (amonifikacji, nitryfikacji, rozkładu substancji organicznej), czasem koncentracja toksycznych związków wytworzonych przez grzyby, czy bakterie.

4. Chemiczna degradacja gleb przejawia się zakwaszeniem lub nadmierną alkalizacją, naruszeniem równowagi jonowej (składników pokarmowych roślin), wysoką koncentracja soli w roztworach glebowych (zasolenie), toksyczną koncentracją metali ciężkich, a także siarki i fluoru oraz związków biologicznie czynnych (węglowodorów, środków ochrony roślin itp.). Ponadto może dojść do degradacji spowodowanej zanieczyszczeniem gleb w skutek nadmiernego stosowania gnojowicy, ścieków komunalnych, odpadów przemysłowych itp. W formie chemicznej degradacji gleb nasila się proces zakwaszenia gleb przez związki siarki (zwłaszcza w formie SO₂) w rejonach przemysłowych i częściowo uprzemysłowionych. Naruszenie równowagi jonowej w glebie następuje zarówno pod wpływem zanieczyszczeń przemysłowych związanych z urbanizacją i wzdłuż szlaków komunikacyjnych.

Do najczęściej spotykanych form degradacji gleby zalicza się: wyjałowienie gleby ze składników pokarmowych i naruszenie równowagi jonowej, zakwaszenie lub alkalizację środowiska, zanieczyszczenie składnikami o charakterze toksycznym, zasolenie, ubytek próchnicy i pogorszenie jej jakości, zniekształcenie stosunków wodnych (przesuszenie, zawodnienie), procesy erozyjne (erozja wodna i wietrzna), mechaniczna destrukcja struktury gleby, zniekształcenie rzeźby terenu, techniczno - przestrzenne rozdrobnienie powierzchni biologicznie czynnej, zanieczyszczenie mechaniczne, zanieczyszczenie chemiczne, zanieczyszczenie (skażenie) biologiczne.

9.2. Zanieczyszczenie gleb

Zanieczyszczenie (substancja zanieczyszczająca) jest to każda substancja chemiczna obca dla środowiska lub występująca w nim w ilościach większych niż wartości stężeń naturalnych (tła), negatywnie oddziałująca na organizmy żywe.

Zanieczyszczenie gleby można scharakteryzować na podstawie różnych kryteriów np. źródła zanieczyszczeń. Do celów rekultywacyjnych charakteryzuje się zanieczyszczenia stosując jako kryterium chemiczny charakter związku lub grupy związków stanowiących to zanieczyszczenie (budowa), pozwalający zaliczyć je do danej grupy, oraz związane z tym pewne, ściśle określone właściwości, takie jak rozpuszczalność w wodzie i innych rozpuszczalnikach, lotność oraz podatność na degradację i biodegradację. Charakteryzując zanieczyszczenia glebowe, wprowadza się zawsze wstępny ich podział na dwie grupy: zanieczyszczenia nieorganiczne i zanieczyszczenia organiczne.

Poza tymi dwoma grupami zanieczyszczeń glebowych, można również wyodrębnić zanieczyszczenia kompleksowe.

Zanieczyszczenia nieorganiczne - do tej grupy zanieczyszczeń zaliczane są metale ciężkie, radionuklidy, substancje powodujące zasolenie gleby, jej nadmierne zakwaszenie lub alkalizację oraz toksyczne aniony. W obrębie tej grupy dokonuje się dalszego podziału na metale i niemetale, a także na aniony i kationy. Istotną cechą zanieczyszczeń metalicznych jest to, że poza nielicznymi wyjątkami w roztworze glebowym, występują w formie kationów. Nieorganiczne zanieczyszczenia niemetaliczne zaś to głównie aniony. Fakt ten do pewnego stopnia decyduje o metodzie rekultywacji.

Zanieczyszczenia organiczne - to grupa dużo bardziej zróżnicowana pod względem charakteru chemicznego niż zanieczyszczenia nieorganiczne, co wynika z szerokiego zakresu terminu „związki organiczne”. Podstawowym wyróżnikiem tej grupy związków jest to, że ich cząsteczki są zbudowane przede wszystkim z połączonych ze sobą atomów węgla i wodoru (węglowodory). O ich różnorodności decydują możliwe sposoby połączenia atomów węgla, tworzących szkielet cząsteczki, a także przestrzenna struktura cząsteczek. Właśnie budowa cząsteczek jest podstawą podziału zanieczyszczeń organicznych na kilka grup.

Zanieczyszczenia kompleksowe - to zanieczyszczenia gleby związkami zaliczanymi do różnych grup, a więc takimi, które charakteryzują się odmiennymi właściwościami fizykochemicznymi. Zanieczyszczenia kompleksowe są często obserwowane na terenach przemysłowych, a także sąsiadujących z niezabezpieczonymi lub niewłaściwie zabezpieczonymi składowiskami odpadów.

Rozpoznanie zanieczyszczenia nie powinno być ograniczone jedynie do ustalenia jego rodzaju, ale powinno też uwzględniać stężenia substancji zanieczyszczających w glebie przeznaczonej do rekultywacji.

9.3. Erozja gleb

Erozja jest jednym z zasadniczych procesów oddziałujących na rzeźbę skorupy ziemskiej. Wchodzą w jej skład zjawiska kruszenia skał, odspajania i odrywania cząstek, transport materiału i jego akumulacja. Na zjawiska odspajania i odrywania cząstek od skał wpływają procesy wietrzenia, a w ich transporcie biorą udział woda, wiatr, siła ciężkości (ruchy masowe) i w niektórych obszarach - lodowce. W rezultacie erozji w miejscach wynoszenia materiału następuje obniżanie się terenu (denudacja), a w miejscach jego akumulacji podwyższenie.

Erozja jest procesem geologicznym, który obok wietrzenia i ruchów masowych, niszczy i wyrównuje powierzchnię Ziemi. Procesy erozyjne można usystematyzować na podstawie czynnika decydującego o tym zjawisku oraz charakterystycznych objawów dla określonego typu erozji. Głównymi czynnikami wywołującymi erozję są woda (erozja wodna) oraz ruchy powietrza (erozja wietrzna). W warunkach klimatycznych Polski zasadniczą rolę odgrywa erozja wodna. Erozja wietrzna nie jest zjawiskiem istotnie wpływającym na erozję gleb. Może jednak pojawiać się w okresie zimy lub na przedwiośniu przy silnych wiatrach i wysuszonej powierzchni gleby oraz braku pokrywy roślinnej. Procesy erozji eolicznej występują w dużym nasileniu na obszarach naturalnych pozbawionych szaty roślinnej (np. wydmy) lub antropogenicznych (np. zwałowiska).

Jak z tego wynika bezpośrednią przyczyną procesów erozyjnych (zarówno erozji wodnej, jak i wietrznej) było zniszczenie w przeszłości naturalnej szaty roślinnej przez nadmierne wylesienie, wypas i wprowadzenie na te obszary upraw rolnych.

Erozja gleb przebiega zarówno na obszarach naturalnych, jak i podlegających działaniu górnictwa i przemysłu, stanowiąc jedną z najważniejszych form degradacji fizycznej. Jest to więc proces niszczenia pokrywy glebowej, który ulega przyśpieszeniu przez działalność człowieka.

Warunkami, które decydują o pojawieniu się oraz nasileniu procesów erozyjnych są: ukształtowanie terenu, budowa geologiczna terenu (czyli skład granulometryczny utworów powierzchniowych), pokrycie terenu a w tym - rodzaj upraw roślinnych (uprawa roślin okopowych zwiększa erozję, uprawa roślin zbożowych, traw i roślin motylkowych zmniejsza ją), ilość spadłej na powierzchnię gleby wody (szczególnie wielkość części niezretencjonowanej), całokształt urządzeń oraz system gospodarki rolnej na terenach uprawianych (wielkość pól i położenie ich w rzeźbie terenu, sposób użytkowania pola, kierunek orki względem spadku terenu, częstość spulchniania gleby, rodzaju upraw roślinnych).

1. Rodzaje erozji wodnej

Erozja wodna powierzchniowa zachodzi wówczas, gdy woda spływająca po zboczu unosi ze sobą drobne cząstki glebowe i rozpuszczone sole mineralne bez tworzenia wyraźnych wcięć w powierzchnię gleby. Zachodzi już przy spadkach 3%. Jej efektem jest wyraźne zmniejszenie zawartości części próchnicznych i ilastych w glebie oraz wymywanie składników pokarmowych. Obniża ona żyzność gleby z roku na rok. Ma ona również udział w rozprzestrzenianiu się zanieczyszczeń w glebach użytkowanych w pobliżu składowisk odpadów, a także stanowi poważne zagrożenie czystości wód powierzchniowych, powodując ich eutrofizację.

Spływ powierzchniowy wywołujący erozję powierzchniową pojawia się przy braku pełnej retencji wodnej. Ma to miejsce gdy opadła na powierzchnię gleby woda nie zdoła wsiąknąć i zostać przefiltrowana w głąb profilu. Pierwszy przypadek zachodzi, jeśli gleba w czasie opadu lub roztopów wiosennych ma zbyt mało porów aeracyjnych (makropodów) lub ilość tych porów ulega zmniejszeniu w trakcie opadu. Mniej zagrożone erozją są gleby o lżejszym składzie granulometrycznym lub, niezależnie od niego, charakteryzują się strukturą agregatową.

Erozja liniowa (wąwozowa) jest to wymywanie cząstek mineralnych z luźnych skał podłoża przez szybko spływającą wodę, połączone z ich wynoszeniem i prowadzące do powstania wąwozów. Proces erozji liniowej zachodzi podczas intensywnych opadów lub w czasie topnienia lodu lub śniegu.

Ten typ erozji polega na tym, że w wyniku bardziej intensywnego spływu wody spowodowanego silniejszym opadem lub większym spadkiem terenu tworzą się chwilowe strumyki i strumienie, które formują z początku żłobiny, potem wąwozy różnej wielkości. Cały materiał glebowy z żłobiny, czy wąwozu jest wyniesiony przez wodę, a jego segregacja następuje u podnóża zbocza.

Erozja rzeczna to proces niszczenia powierzchni Ziemi przez wodę rzeczną. Polega on na pogłębianiu (erozja denna), przesuwaniu (erozja boczna) i wydłużaniu (erozja wsteczna) koryta rzecznego. Erozja rzeczna uzależniona jest od ilości i prędkości wody, odporności skał podłoża, spadku terenu oraz ilości i rodzaju transportowanego przez rzekę materiału.

9.4. Przyrodnicze skutki erozji

Największe straty erozja wywołuje na polach uprawnych. Przejawiają się one w postaci obniżenia plonów na zboczach, wywołanych niedostatkiem wody dostępnej roślinom i składników pokarmowych, zmniejszeniem się miąższości poziomu próchnicznego gleb i obniżeniem jej zawartości. Intensywniejsze procesy erozyjne mogą zniszczyć cały poziom A w krótkim czasie. Prowadzi to do degradacji gleb, a więc obniżenia ich żyzności. Jednak w wyjątkowych sytuacjach, na niektórych glebach lessowych, erozja może poprawić urodzajność gleb. Zdarza się to jedynie w sytuacji, kiedy właściwości niezmienionej skały macierzystej i jej zasobność w składniki pokarmowe są lepsze niż zmytego poziomu próchnicznego.

Oprócz strat ponoszonych przez rolnictwo erozja wodna ma duży wpływ na zanieczyszczenie wód powierzchniowych a w szczególności na ich eutrofizację. Należy również zauważyć, że zarówno erozja wodna, jak i wietrzna odgrywają istotną rolę w rozprzestrzenianiu się zanieczyszczeń stałych, płynnych i gazowych. Wśród zanieczyszczeń spływających do rzek znajdują się znaczne ilości pochodzące z rozkopanych przez ciężki sprzęt powierzchni miast, podatnych w tym stanie na erozję.

10. PRZEKSZTAŁCENIA

GEOMECHANICZNE, CHEMICZNE I BIOLOGICZNE GLEB

10.1. Przekształcenia geomechaniczne gleb

Przekształcenia geomechaniczne gleb są spowodowane robotami górniczymi, geologicznymi, budowlanymi, tworzeniem składowisk, wysypisk, stawów osadowych i zbiorników retencyjnych. W wyniku przekształceń geomechanicznych następuje całkowita likwidacja gleby lub mechaniczne jej uszkodzenie. Gleby stają się trudne do uprawy, mniej żyzne, a często w ogóle nieprzydatne do uprawy roślin, czyli stają się nieużytkami.

10.2. Przekształcenia hydrologiczne

Przekształcenia hydrologiczne obejmują zmiany stosunków wodnych. Obejmują one: przesuszenie, jak i zawodnienie terenu. Do najczęściej spotykanych przekształceń należy przesuszenie terenu. Występuje ono na terenach zabudowanych większości miast. Większy spływ powierzchniowy, wywołany uszczelnieniem znacznych powierzchni oraz gorsze zdolności retencyjne wody przez geomechaniczne zniekształcenia gleby powodują, że na obszarach zurbanizowanych poziom wody gruntowej obniża się, a zapasy wody dostępnej dla roślin się zmniejszają. W wyniku tego, zieleń miejska przeważnie cierpi na niedobór wody. Jeszcze bardziej radykalnie i na dużą skalę gleba jest osuszana przez głębokie wykopy w budownictwie, czy też kopalnie odkrywkowe. Warstwy wodonośne, przecięte wykopami, ulegają odwodnieniu, co powoduje spadek poziomu wód gruntowych nawet na znacznych obszarach. O ile obniżenie poziomu wody w glebach wytworzonych z piasków nie musi wywołać zmian we wzroście roślin to na glebach hydrogenicznych (torfowych i murszowych) może wywołać katastrofę ekologiczną.

10.3. Chemiczna degradacja gleby

Chemiczna degradacja gleb polega na wprowadzeniu do gleby różnych związków chemicznych pochodzenia zewnętrznego, które wpływają na ograniczenie bądź też całkowite zniszczenie jej aktywności biologicznej. Degradacja chemiczna na ogół nie powoduje zmian w morfologii gleb, natomiast wywołuje istotne przeobrażenia ich chemizmu. Bardzo niebezpieczne jest to, że przekształcenia chemiczne gleby mogą być przez dłuższy czas nie zauważone. Dopiero rośliny swoim słaby wzrostem, specyficznymi objawami łączonymi zazwyczaj z nadmiarem lub niedoborem określonych pierwiastków (chloroza, nekroza w skrajnych przypadkach obumieranie) sygnalizują o daleko posuniętej degradacji środowiska glebowego. Stąd też ta forma degradacji oceniana jest jako jedna z najgroźniejszych.

Wśród chemicznych przekształceń gleb można wyodrębnić: wyjałowienie ze składników pokarmowych; naruszenie równowagi pomiędzy składnikami; zakwaszenie; zanieczyszczenie gleb substancjami szkodliwymi dla roślin; zanieczyszczenie gleby substancjami szkodliwymi dla wartości pokarmowych roślin (szkodliwymi dla zwierząt i człowieka); zasolenie; alkalizację; intoksykację metaboliczną; obniżenie zawartości próchnicy.

10.3.1. Obniżenie zawartości przyswajalnych dla roślin składników pokarmowych (wyjałowienie gleby)

Z każdym plonem zabieramy znaczne ilości składników pokarmowych, zwłaszcza makroelementów. W wyniku tego zasobność gleby w te składniki spada. Drugim czynnikiem obniżającym ilość przyswajalnych dla roślin składników jest wymywanie ich przez wodę. Zjawisko to jest potęgowane procesem bielicowania. W glebach gruboziarnistych, przepuszczalnych oraz o silniej urzeźbionej powierzchni wymywanie składników jest silniejsze. Z tego powodu przy braku odpowiedniego nawożenia gleby lekkie o małej zasobności mogą ulec szybkiemu wyjałowieniu.

10.3.2. Naruszenie równowagi pomiędzy składnikami pokarmowymi

Gospodarka rolna na większości naszych gleb jest typu towarowego. Oznacza to, że część składników pokarmowych pobranych z plonami wywozi się poza gospodarstwo. Ubywającą ilość składników rolnik stara się uzupełnić nawożeniem, przede wszystkim mineralnym. Niestety asortyment wprowadzanych wraz z nawozami mineralnymi składników nie jest duży, przeważnie jest to nawożenie NPK, niesłusznie nazywane pełnym.

10.3.3. Zakwaszenie gleb

Oprócz bezpośredniego, szkodliwego oddziaływania na rośliny, niskie pH gleby obniża przyswajalność związków fosforowych i magnezu. Ponadto powoduje nadmierną rozpuszczalność metali ciężkich oraz glinu. Metale ciężkie w glebach o odczynie kwaśnym stają się zdecydowanie lepiej rozpuszczalne i przechodzą w formy dla roślin przyswajalne.

Gleby o wysokim wysyceniu kompleksu sorpcyjnego jonami wodoru, a także z dużą zawartością ruchomego glinu uważa się za zdegradowane.

10.3.4. Zanieczyszczenie gleby substancjami szkodliwymi dla roślin

Przy zakładach przemysłowych, składowiskach odpadów, magistralach transportowych, przedsiębiorstwach górniczych dochodzi często do zanieczyszczenia gleby substancjami działającymi toksycznie na rośliny. Wybitnie fitotoksyczne są też herbicydy przewidziane do stosowania doglebowego. Toksyczne działanie substancji może wynikać z ich charakteru, lub też z nadmiernej koncentracji składników, które mogą być nawet w niższych stężeniach niezbędne dla roślin. Na ogół w glebach ciężkich (gliniastych, ilastych), zasobniejszych w składniki organiczne i CaCO₃, toksyczne działanie substancji na rośliny jest znacznie słabsze niż na glebach lekkich, o niskiej pojemności sorpcyjnej.

10.3.5. Szkodliwe oddziaływanie zanieczyszczeń gleby na wartość pokarmową roślin

Niektóre składniki zanieczyszczające glebę mogą nie szkodzić wzrostowi i rozwojowi roślin, ale pobrane mogą szkodliwie wpływać na ich konsumentów; zwierzęta i ludzi. Dotyczy to zwłaszcza metali ciężkich (Hg, Cd, Pb, As, Zn, Cu), fluoru, niektórych wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych. Podobnie niekorzystne właściwości mogą nadawać roślinom pobrane w nadmiarze azot i potas, oraz nierozłożone pestycydy.

10.3.6. Zasolenie gleb

Zjawisko zasolenia jest wywoływane przez rozpuszczalne w wodzie sole, przede wszystkim chlorki, siarczany, węglan sodu, rzadziej potasu (związki sodu są najsłabiej sorbowane przez glebę). Zasolenie gleby występuje wówczas, gdy w roztworze glebowym występuje nadmierna koncentracja soli, utrudniająca pobieranie wody przez korzenie roślin. Stężenie soli zależy od ilości wody w glebie, w związku z tym zasolenie jest zjawiskiem zmiennym w czasie, w Polsce najczęściej przejściowym. Z tego powodu efekty zasolenia i suszy glebowej mogą się wzmacniać. Najczęściej typowe objawy wpływu nadmiaru soli w roztworze glebowym występują w czerwcu - lipcu i są wywołane stosowaniem w zimie na jezdni NaCl w celu zlikwidowania gołoledzi. Podobne efekty mogą wywołać ścieki przesiąkające do gleby z kanalizacji bytowo-gospodarczej, słone wody kopalniane, czy też odcieki ze składowisk popiołu itp. Należy jednak zaznaczyć, że właściwości naszego klimatu nie pozwalają na utrzymanie się przez dłuższy czas rozpuszczalnych soli w glebie i są one z niej wymywane.

10.3.7. Alkalizacja gleb

W warunkach naturalnych do gleb alkalicznych zalicza się rędziny wapienne oraz niektóre gleby powstające w warunkach klimatu gorącego i suchego. Alkalizacja gleb jako przejaw ich degradacji w Polsce jest problemem lokalnym, dotyczy niektórych aglomeracji miejsko-przemysłowych, gdzie pyły niesione przez wiatr lub zmywy z cementowni, hut metali nieżelaznych, składowisk odpadów elektrownianych (popiołów i żużli) w niektórych przypadkach mogą spowodować alkalizację gleb. Na glebach alkalicznych rośliny gorzej rosną, a w skrajnych przypadkach usychają. Pobieranie fosforu i mikroelementów jest obniżone.

10.2.8. Metaboliczna intoksykacja gleby

Pojawia się ona wówczas, gdy wskutek zmiany warunków w glebie (uwilgotnienia, utlenienia, redukcji, pH) związki dotychczas nieszkodliwe dla roślin zamieniają się w związki dla nich toksyczne. Do tego typu sytuacji często dochodzi pod wpływem warunków redukcyjnych, wywołanych przez dłuższe stagnowanie wody, przedawkowanie gnojowicy, czy też ścieków. Również silniejsze zakwaszenie gleby uruchamia glin w ilościach toksycznych dla roślin.

10.3.9. Spadek zawartości próchnicy

Intensywna uprawa mechaniczna, zmiana technologii nawożenia z organicznego na mineralne powoduje coraz większe ubytki próchnicy w glebach. Nieprawidłowo wykonana melioracja, polegająca głównie na odwodnieniu, jest również przyczyną obniżenia się zawartości próchnicy w glebach mineralnych i szybkiej mineralizacji nadmiernie odwodnionych torfów. Procesy te zmniejszają urodzajność gleb na dużych obszarach.

10.4. Zmęczenie gleb

Zmęczenie gleb stanowi biologiczną formę degradacji. Jest to zachwianie równowagi biologicznej gleby obniżające jej żyzność i prowadzące do gwałtownego zmniejszenia plonów, pomimo stosowania właściwej agrotechniki. Jego przyczyną jest okresowe załamanie równowagi biologicznej w środowisku glebowym spowodowane czynnikami natury biologicznej, chemicznej lub fizycznej w określonych warunkach ekologicznych ekosystemów polowych i trawiastych. Zmęczenie gleby wywołane jest wadliwą uprawą (monokultura), stosowaniem nawozów mineralnych, pestycydów oraz opadem pyłów i gazów przemysłowych. Najczęściej zjawisko zmęczenia gleb występuje przy uprawie roślin motylkowych, przy monokulturach chmielu, lnu, tytoniu, znane jest w uprawie warzyw, w sadach i na użytkach zielonych. Jednocześnie należy zauważyć, że największe obszary „zmęczonych” gleb spotyka się w leśnictwie. Są one związane przede wszystkim z glebami, na których występuje trzecie, a niekiedy zaledwie drugie, pokolenie upraw sosnowych.

Zmęczenie gleb związane jest najprawdopodobniej z nagromadzeniem się w nich specyficznych związków zwanych fitotoksynami, wskutek uprawiania przez wiele lat tej samej rośliny. W zależności od uprawianych roślin zjawiska takie określa się jako „wytytoniowania” bądź „wykoniczynienia” gleb.

11. Zanieczyszczenie gleb terenów zurbanizowanych

Gleby miejskie znajdują się pod wpływem całego kompleksu czynników działających destrukcyjnie. Są to: ścieki, zmywy, odpady, pyły, gazy, metale ciężkie, szkodliwe substancje powstające w wyniku korozji przewodów, maszyn, rurociągów i innych urządzeń infrastruktury miejskiej, składniki farb i lakierów, gruz budowlany.

Profil gleb miejskich ma często układ zaburzony. Spowodowane jest to pracami budowlanymi. Duża cześć powierzchni gleb jest zabetonowana, lub zaasfaltowana, a więc nieprzepuszczalna dla wody. Woda opadowa odprowadzana jest przez kanalizację poza miasto. Gleba gromadzi coraz mniej wody, poziom wody gruntowej systematycznie się obniża.

W celu odnowienia zieleni na terenach miejskich na wyrównany spychaczem obszar nawozi się 10 - 20 cm torfu, który szybko się mineralizuje i degraduje. Przestaje przyjmować wodę a po kilku latach na miejscu 20 cm warstwa torfu pozostaje 2 - 3 cm rozpylonej masy organicznej. Oczywiście nie nadającej się do wzrostu i rozwoju roślin.

12. Odporność gleb na degradację

Odpornością na degradację nazywamy zdolność gleby do „samoobrony” przed ujemnymi skutkami działania czynników niszczących zasobność, żyzność i urodzajność środowiska glebowego. O odporności gleb na degradację i obniżenie żyzności decyduje nie tylko jakość warstwy powierzchniowej, lecz także głębszych warstw gleby. Odporność na degradację zależy od wielu czynników związanych zarówno z morfologią profilu glebowego, jak i jego właściwościami fizycznymi, fizykochemicznymi i chemicznymi. Gleby zwięźlejsze, o cięższym składzie granulometrycznym i zasobniejsze w próchnicę są bardziej odporne niż gleby lekkie, ubogie w składniki mineralne i organiczne. Nie znaczy to, że na glebach zasobniejszych można tolerować działanie czynników powodujących degradację. W glebach odporniejszych na degradację pod wpływem zanieczyszczeń przemysłowych ujemne skutki zniszczenia żyzności ujawniają się po dłuższym czasie i najczęściej są trudniejsze do usunięcia.

13. MONITORING GLEB

Celem określenia zmian zachodzących w środowisku pod wpływem różnych presji jest systematyczne prowadzenie pomiarów poszczególnych właściwości i analizy uzyskanych wyników. Zagadnieniami tymi zajmuje się państwowy monitoring środowiska. Jest to system pomiarów, ocen i prognoz stanu środowiska, realizowany przez jednostki organów administracji państwowej i rządowej, organów gmin, szkoły wyższe i podmioty gospodarcze.

W ramach monitoringu środowiska znajduje się monitoring ziemi, którego celem jest poprawa skuteczności działań w zakresie ochrony powierzchniowej warstwy ziemi wraz z glebą, jej naturalnym ukształtowaniem i podstawowymi strukturami ekologiczno-użytkowymi. Przedmiotem badań powierzchni ziemi jest m.in. pokrywa glebowa, w tym chemizm gleb. A pod pojęciem monitoringu gleb rozumiemy system ciągłych lub okresowych i powtarzalnych pomiarów oraz obserwacji wybranych cech i właściwości gleb. Jest on stosowany do oceny stanu i kierunku przemian środowiska przyrodniczego, służy do opracowania prognoz oraz wczesnego informowania o możliwych przeobrażeniach środowiska pod wpływem szeroko rozumianej działalności człowieka.

14. REKULTYWACJA

OGÓLE ZASADY REKULTYWACJI GLEB W OPARCIU O OBOWIĄZUJACE PRAWO

Rekultywacja to rekonstrukcja (odtwarzanie) gleby zniszczonej mechanicznie, detoksykacja i biologiczne uaktywnienie obszarów zdegradowanych chemicznie oraz regulacja stosunków wodnych na gruntach zawodnionych i przesuszonych.

Według Ustawy z dnia 3 lutego 1995 roku o ochronie gruntów rolnych i leśnych (art. 4 pkt 18 i 19) rekultywacja gruntów rolnych polega na nadaniu lub przywróceniu gruntom zdegradowanym albo zdewastowanym wartości użytkowych lub przyrodniczych poprzez właściwe ukształtowanie rzeźby terenu, poprawę właściwości fizycznych i chemicznych, uregulowanie stosunków wodnych, odtworzenie gleb, umocnienie skarp oraz odbudowanie lub budowę niezbędnych dróg, natomiast zagospodarowanie gruntów to rolnicze, leśne lub inne użytkowanie gruntów zrekultywowanych. Istotą rekultywacji, zgodnie z art. 103 Ustawy z dnia 27 kwietnia 2001 roku - Prawo ochrony środowiska, jest przywrócenie powierzchni ziemi do stanu poprzedniego w związku z niekorzystnym przekształceniem naturalnego ukształtowania terenu, a także przywrócenie do stanu wymaganego standardami jakości.

14.1. Ogólne zasady rekultywacji gleb

W ustawie z dnia 27 kwietnia 2001 roku - Prawo ochrony środowiska w dziale IV zatytułowanym „ochrona powierzchni ziemi” stanowi się, że ochrona powierzchni ziemi polega m.in. na utrzymaniu wartości wskaźników jakości gleby i stanu powierzchni ziemi powyżej lub co najmniej na poziomie wymaganych w tym zakresie standardów oraz na doprowadzeniu jakości gleby oraz ziemi co najmniej do wymaganych standardów, jeżeli standardy te nie są dotrzymywane.

Standardy jakości gleby określono w Rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 9 września 2002 roku w sprawie standardów jakości gleby oraz standardów jakości ziemi. W rozporządzeniu tym określono dopuszczalne wartości stężeń w glebie lub ziemi metali, zanieczyszczeń organicznych, węglowodorów i ich pochodnych, środków ochrony roślin oraz innych zanieczyszczeń. Wartości określono dla trzech rodzajów gruntów oraz na trzech głębokościach poniżej powierzchni terenu, czyli dla każdego zanieczyszczenia określono dziewięć wartości kryterialnych stężeń.

Rozporządzenie w sprawie standardów jakości gleby oraz standardów jakości ziemi umożliwia identyfikację zanieczyszczonej gleby - przez porównanie rzeczywistego stężenia substancji w glebie ze stężeniami dopuszczalnymi określonymi w załączniku tego rozporządzenia.

Schemat postępowania mającego na celu określenie zakresu rekultywacji gleby przedstawia się następująco:

1. Definicja / opis zanieczyszczonego terenu

2. Zebranie informacji o terenie w zakresie jego użytkowania, hydrologii oraz ukształtowania terenu

3. Ustalenie źródeł zanieczyszczeń oraz ich unieszkodliwienie

4. Ustalenie listy substancji wymienionych w rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 9 kwietnia 2002 roku w sprawie standardów jakości gleby oraz standardów jakości ziemi (Dz U nr 165, poz. 1359)

5. Przeprowadzenie wstępnych pomiarów ustalających faktyczne występowanie substancji wymienionych na liście

6. Określenie rzeczywistych stężeń faktycznie występujących substancji wymienionych na liście

7. Określenie obecnego lub przyszłego sposobu użytkowania terenu w celu jego klasyfikacji do jednej z grup wymienionych w rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 9 kwietnia 2002 roku

8. Określenie substancji i stężeń, których wartości przekraczają dopuszczalne wymienione w rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 9 kwietnia 2002 roku

9. Ustalenie zakresu rekultywacji.

Ustawa o ochronie gruntów rolnych i leśnych ustanawia nakaz, by w działalności przemysłowej rekultywacja i zagospodarowanie gruntów były planowane, projektowane i realizowane na wszystkich jej etapach. Art. 20 ustawy wskazuje także maksymalny czas prac rekultywacyjnych, które prowadzący działalność przemysłową ma obowiązek zrealizować. Rekultywację gruntów prowadzi się w miarę, jak grunty te staja się zbędne do prowadzenia działalności przemysłowej, oraz kończy się terminem do 5 lat od jej zaprzestania.

W świetle przepisów Ustawy o ochronie gruntów rolnych i leśnych osoba powodująca utratę albo ograniczenie wartości użytkowych gruntów rolnych i leśnych jest zobowiązana do ich rekultywacji na własny koszt (art. 20 ust.1).

14.2. Rekultywacja techniczna i biologiczna

Rekultywacja techniczna (podstawowa) obejmuje ukształtowanie rzeźby terenu, uregulowanie stosunków wodnych, odtwarzanie gleby metodami technicznymi, tj. pokrywanie gruntów zdegradowanych lub zdewastowanych chemicznie warstwą gleby, budowanie dróg dojazdowych, umacnianie skarp itp.

Rekultywacja biologiczna polega na stosowaniu zabiegów mających na celu wytworzenie na powierzchni nieużytku warstwy gleby. W tym celu wykonuje się uprawę mechaniczną, nawożenie, dobór i uprawę roślin próchnicotwórczych (motylkowe, trawy).

Rekultywacja rzadko przywraca wyjściowy stan gleby i sposób jej użytkowania. Dostosowuje jednak rzeźbę terenu i stosunki wodne do aktualnych i planowanych funkcji ekologicznych i gospodarczych danego terenu. Obowiązek rekultywacji, zgodnie z Ustawą o ochronie gruntów rolnych i leśnych z 1995 roku, spoczywa na osobie fizycznej lub prawnej, która spowodowała utratę lub ograniczenie wartości użytkowej gleby.

Podstawowymi celami działań rekultywacyjnych jest ograniczenie istniejącego lub potencjalnego zagrożenia środowiska; zmniejszenie zagrożenia z poziomu nieakceptowanego do poziomu tzw. „wartości bezpiecznych”. Rekultywacja może dotyczyć źródła zanieczyszczenia, zanieczyszczonej gleby, zanieczyszczonych wód podziemnych, zanieczyszczonego powietrza glebowego.

W zadaniach rekultywacyjnych terenów zdegradowanych wyróżnia się trzy fazy rekultywacji.

Faza I rekultywacji - przygotowawcza (dokumentacyjna) - obejmuje:

- wstępną charakterystykę terenu przewidzianego do rekultywacji,

- dokładną charakterystykę terenu i zanieczyszczenia,

- analizę możliwych do zastosowania na danym terenie metod rekultywacji,

- wybór najodpowiedniejszej metody.

Faza II rekultywacji - techniczna (podstawowa) - obejmuje:

- odpowiednie ukształtowanie rzeźby terenu przez wypełnienie występujących wyrobisk nadkładem z gruntów najkorzystniejszych dla przyszłego zagospodarowania,

- wyrównanie powierzchni zwałów i spągów wyrobisk oraz nadanie zboczom nachyleń zapewniających stateczność, tworząc odpowiednie tarasy (stopnie) przy wysokościach większych niż h = 10 m; nachylenie zboczy i skarp zależy od wielu czynników, m.in. od składu granulometrycznego utworów, spoistości gruntów, wilgotności oraz przyszłego przeznaczenia terenu,

- właściwe ukształtowanie warunków wodnych umożliwiających należytą gospodarkę wodami powierzchniowymi zarówno na terenie przekształconym, jak i w jego otoczeniu,

- całkowite lub częściowe odtworzenie gleb metodami technicznymi, tzn. przy zastosowaniu specjalnych zwałowych gruntów i nadkładów, gdy zachodzi konieczność izolacji utworów toksycznych lub gruntów jałowych,

- neutralizacja gruntów toksycznych i użyźnianie jałowych,

- budowa dróg dojazdowych, mostów, przepustów itp., niezbędnych do właściwego użytkowania terenu.

Faza III rekultywacji - biologiczna (szczegółowa) - obejmuje:

- zabezpieczenie stateczności zboczy obudową biologiczną,

- regulacje lokalnych stosunków wodnych przez budowę niezbędnych urządzeń melioracyjnych i ochronę wód przed zanieczyszczeniem,

- przeciwerozyjną obudowę roślinnością pionierską zboczy i wierzchowin zwałów oraz skarp i spągu wyrobisk oraz magazynowanie wody w dołach poeksploatacyjnych przeznaczonych na zbiorniki wodne.

W dalszej kolejności następuje rekultywacja połączona z zagospodarowaniem biologicznym, które ma na celu przywrócenie gospodarczej użyteczności terenom poeksploatacyjnym. W zależności od założenia sposobu użytkowania terenu zrekultywowanego, wyróżniamy następujące kierunki rekultywacji: rolną, leśną, specjalną (parki, tereny rekreacyjne, sportowe i inne) i wodną.

Zanim jednak zostanie podjęta decyzja o kierunku i sposobie rekultywacji pokrywy glebowej na danym terenie trzeba ustalić:

- przyczynę degradacji gleby,

- rodzaj czynnika degradującego (środek chemiczny, zmiany fizyczne, wodne, biologiczne i inne),

- stopień degradacji,

- zasięg degradacji w ujęciu powierzchniowym i objętościowym.

W celu usunięcia i/lub unieszkodliwienia zanieczyszczeń lub zmiany właściwości stosuje się wiele różnych metod. Są one rozmaicie klasyfikowane, jednak najbardziej ogólny jest ich podział na:

- metody inżynierskie, do których zalicza się metody tradycyjne, takie jak usunięcie i składowanie zanieczyszczonej gleby na odpowiednio przygotowanym składowisku odpadów oraz izolację systemu barier poziomych i pionowych,

- metody procesowe, do których zalicz się metody fizyczne, chemiczne i biologiczne.

Zasadniczo wyróżnia się następujące grupy metod rekultywacji:

- usunięcie i składowanie zanieczyszczonej gleby na specjalnym składowisku;

- izolację systemem barier półprzepuszczalnych i nieprzepuszczalnych;

- metody fizyczne (wymywanie i sortowane oraz ekstrakcję);

- metody termiczne (desorpcję termiczną, pirolizę, zeszklenie);

- metody chemiczne (utlenianie i redukcję, dehalgenację, ekstrakcję, hydrolizę oraz stabilizację pH);

- metody biologiczne.

15. Rekultywacja terenów zdegradowanych erozją

15.1. Zabiegi przeciwerozyjne

Uwzględniając wielką różnorodność różnych typów gleb występujących w Polsce oraz ich miejsce w krajobrazie, szczególnie na terenach oddziaływania rzeźby terenu, zabiegi przeciwerozyjne można sprowadzić do następujących czynności:

- pola orne zakładać na zboczach o spadkach do 12-15% ;

- tarasowanie stromych stoków i umacnianie skarpy darnią, krzewami a nawet murami oporowymi; zabezpieczenia tego typu mogą dotyczyć również ochrony przed erozją różnych składowisk, zwałów i odpadów;

- zbocza o zbyt stromych spadkach, osuwiska itp. należy zadarniać (15-35% spadku), lub zalesiać (>35%);

- otaczanie pól na stokach rowami opasującymi wzgórze; w rowach tych zbierają się spływy wód i żyzne odpady unoszone wraz z wodą;

- nadmiar wody powierzchniowej lub gruntowej trzeba odprowadzać systemem wzmocnionej sieci melioracyjnej;

- przegradzanie ukształtowanych już jarów i wąwozów różnymi zaporami z użyciem bali drewnianych lub kamieni w celu zahamowania spływającej wody;

- sadzenie krzewów w formie żywopłotów i wiatrochronnych pasów drzew na granicach pól, wzdłuż cieków wodnych, przy drogach i na uskokach terenu;

- pokrywanie ziemi (narażonej na erozję) ściółką ze słomy lub obornika lub też masą zieloną roślin o silnie rozwiniętym systemie korzeniowym, np. lucerny, roślin trawiastych oraz roślin drzewiastych i krzewiastych;

- stosowanie racjonalnej orki z wycinaniem bruzd zgodnie z nierównościami terenu w poprzek stoku, a nie wzdłuż;

- o ile pole zaorane na zimę pozostaje nie obsiane, nie należy go w żadnym przypadku bronować;

- odpowiedni dobór gatunków roślin do uprawy, zapobieganie niszczeniu struktury gleby, unikanie monokultur i stosowanie właściwego płodozmianu z roślinnością trawiasto-motylkową;

- przez uprawę mechaniczną i nawożenie poprawiać zdolności retencyjne gleby w stosunku do wody i składników pokarmowych. Podwyższać zawartość próchnicy;

- zabudowywanie techniczne potoków i rzek górskich;

- zalesianie wydm i piasków ruchomych. Na wydmach nadmorskich konieczne jest w początkowym etapie wprowadzenie roślinności wydmowej, odpornej na przesypywanie i mechaniczną działalność unoszonego z wiatrem piasku.

15.2. Przeciwdziałanie erozji wietrznej na glebach torfowych

Negatywnemu działaniu erozji wietrznej częściowo można przeciwdziałać przez zastosowanie następujących środków zapobiegawczych: zakładanie pasów ochronnych z drzew i krzewów; ustawianie płotków ochronnych; stosowanie pasów ochronnych z roślin zbożowych; stosowanie materiału roślinnego do pokrycia gleby torfowej; wykonywanie odpowiednich zabiegów agrotechnicznych i melioracyjnych.

16. FIZYCZNE METODY REKULTYWACJI GLEB

Do grupy fizycznych metod rekultywacji gleby są zaliczane wszystkie te metody, które nie zmieniają fizykochemicznych właściwości zanieczyszczeń nagromadzonych w oczyszczanej glebie (wyjątek stanowią metody termiczne, na przykład piroliza, metody powodujące pełny rozkład zanieczyszczeń organicznych do związków prostszych). Kategoria ta jest najbardziej zróżnicowana, jeśli chodzi o charakter technik. Zalicza się tu zarówno stosunkowo proste metody inżynieryjne, takie jak wydobycie i składowanie zanieczyszczonej gleby, jak i skomplikowane metody procesowe, np. elektromigrację lub usuwanie zanieczyszczeń z oczyszczanej gleby drogą wspomaganej termicznej ekstrakcji. Do tej grupy metod zalicza się także techniki izolacji, w których wykorzystuje się bariery półprzepuszczalne i nieprzepuszczalne, choć w chwili obecnej rozwój w tej dziedzinie pozwala zaliczyć te techniki także do metod chemicznych (stawia je więc niejako na pograniczu metod fizycznych i chemicznych).

Do zalet metod fizycznych należy zaliczyć możliwość usuwania lub unieszkodliwiania szerokiego spektrum zanieczyszczeń oraz to, że większość z nich od dawna jest stosowana na szeroką skalę.

Podstawowymi ograniczeniami w stosowaniu metod fizycznych są: generowanie niekiedy znacznych ilości odpadów, które wymagają dalszego zagospodarowania, oraz dość duże koszty operacyjne.

Fizyczne metody rekultywacji gleb dzieli się ze względu na miejsce ich stosowania na:

1. metody ex situ - wymagające przemieszczania zanieczyszczonej gleby w miejsce przeznaczone do jej oczyszczania:

- spalanie

- desorpcja termiczna

- próżniowe usuwanie zanieczyszczeń z gleby

- rozdzielanie mechaniczne

- wydobycie i gromadzenie

2. metody in situ - które stosuje się na miejscu, bez usuwania gleby z zanieczyszczonego obszaru:

- próżniowe usuwanie zanieczyszczeń z gleby

- próżniowe usuwanie zanieczyszczeń wspomagane podgrzewaniem

- elektrooczyszczanie

- system ścianek szczelnych

- izolacja powierzchniowa (przykrycie z góry).

3. metody BAG

16.1. metody ex situ

16.1.1. Spalanie

Spalanie jest procesem fizykochemicznym, polegającym na termicznym rozkładzie niebezpiecznych związków w wysokiej temperaturze (850-1200^oC). Jest to metoda skuteczna w przypadku różnorodnych związków organicznych, nie eliminuje natomiast metali ciężkich. Metod ta jest stosowana ex situ.

Przebieg procesu: proces spalania polega na umieszczeniu zanieczyszczonej gleby w komorze spalania, gdzie w odpowiedniej temperaturze następuje rozkład termiczny szkodliwych związków. Produkty spalania przechodzą przez strefę płomienia, w której ślady niedopalonych substancji, łącząc się z tlenem tworzą parę wodną i dwutlenek węgla. Gazy wytwarzane w piecu są kierowane do bloku oczyszczania spalin, gdzie ze strumienia spalin przed ich odprowadzeniem do atmosfery są usuwane metale, kwasy i cząsteczki popiołu. Odpady zawierające te substancje mają właściwości odpadów niebezpiecznych i w związku z tym powinny być składowane w odpowiedni sposób. Oczyszczona gleba, zawierająca pozostałości po spaleniu zanieczyszczeń, jest kierowana na składowisko odpadów lub wykorzystywana na miejscu.

16.1.2. Desorpcja termiczna

Desorpcja termiczna jest procesem fizykochemicznym polegającym na termicznym odparowaniu związków w podwyższonej temperaturze (100-550^oC). Metoda to jest skuteczna do usuwania różnorodnych związków organicznych, muszą one jednak zostać oddzielone i unieszkodliwione w oddzielnym procesie. Metoda jest stosowana ex situ.

Przebieg procesu: proces desorpcji termicznej polega na umieszczeniu zanieczyszczonej gleby w komorze suszarni/pieca prażalniczego, gdzie w odpowiedniej temperaturze następuje desorpcja i odparowanie szkodliwych związków. Gazy i pył przechodzą przez strefę płomienia komory spalania i dopalania, w której substancje, łącząc się z tlenem, ulegają rozkładowi. Gazy wytworzone w piecu są kierowane do bloku oczyszczania spalin. Węzeł usuwania zanieczyszczeń składa się ze schładzania oraz filtrów workowych. Oczyszczona gleba może być ponownie przeznaczona do wykorzystania.

16.1.3. Próżniowe usuwanie zanieczyszczeń

Próżniowe usuwanie zanieczyszczeń z gleby jest procesem fizykochemicznym, polegającym na odparowaniu do próżni niebezpiecznych związków i usuwaniu ich w strumieniu powietrza. Metodą tą skutecznie są usuwane różnorodne związki organiczne, muszą one jednak zostać oddzielone i unieszkodliwione w oddzielnym procesie. Metoda jest stosowana ex situ.

Przebieg procesu: proces usuwania próżniowego zanieczyszczeń polega na umieszczeniu zanieczyszczonej gleby w szczelnej komorze, do której w wyniku podłączonej próżni następuje desorpcja i odparowanie szkodliwych związków. Gazy i pyły przechodzą przez węzeł technologiczny oddzielenia substancji oraz następnie do bloku oczyszczania spalin, gdzie zanieczyszczenia są usuwane ze strumienia spalin. Węzeł usuwania zanieczyszczeń składa się z węzła adsorpcji w fazie ciekłej oraz katalitycznego utleniania. Oczyszczona gleba jest kierowana do wykorzystania.

16.1.4. Rozdzielenie mechaniczne

Rozdzielenie mechaniczne zanieczyszczonej części gleby od części wolnej od zanieczyszczeń jest procesem fizykochemicznym, polegającym na selektywnym oddzieleniu elementów zawierających zanieczyszczenia. Prowadzi to do zmniejszenia objętości zanieczyszczonej gleby. Najczęściej stosowanymi technikami rozdzielenia elementów zawierających zanieczyszczenia są: rozdzielenie grawitacyjne lub w cyklonach, analiza sitowa lub separacja magnetyczna. Oddzielone zanieczyszczone frakcje muszą zostać oczyszczone lub zneutralizowane w oddzielnym procesie. Metoda jest stosowana ex situ.

Przebieg procesu: proces mechanicznego oddzielenia zanieczyszczonej gleby polega na selektywnym oddzieleniu poszczególnych jej frakcji rożnymi metodami o charakterze mechanicznym. Do tego celu stosuje się różne techniki, w tym najczęściej rozdzielenie grawitacyjne, polegające na wykorzystaniu różnic w gęstości poszczególnych frakcji, rozdzielenie na cyklonach, polegające na wykorzystaniu siły Coriolisa, analizę sitową, polegającą na wykorzystaniu różnic w wielkości elementów składowych poszczególnych frakcji oraz rozdzielenie magnetyczne polegające na wykorzystaniu zjawiska indukcji magnetycznej. Frakcje zanieczyszczone są kierowane do dalszej obróbki. Oczyszczona gleba, jeżeli spełnia ustalone warunki, jest kierowana po procesie do wykorzystania.

16.1.5. Wydobycie i gromadzenie

Jest to metoda polegająca na wydobyciu zanieczyszczonej gleby przy użyciu odpowiedniego sprzętu (koparek, spychaczy) i gromadzeniu jej w odpowiednim miejscu, w celu oczyszczenia za pomocą różnych technologii. Metoda jest stosowana ex situ.

Przebieg procesu: przed usunięciem gleby ustala się rodzaj i wielkość zanieczyszczenia. Wydobytą glebę gromadzi się w miejscu zadaszonym, aby ochronić ją przed działaniem wiatru i wód deszczowych. Wydobycie uznaje się za zakończone, jeżeli wyniki badania pozostałej części gleby wykażą, że nie stanowi ona zagrożenia dla zdrowia ludzi i dla środowiska. Po wydobyciu zanieczyszczona gleba może być:

- poddana procesowi oczyszczania metodą biodegradacji,

- może być oczyszczona metodami chemicznymi, takimi jak - dehalogenacja lub mycie gleby,

- może być poddawana procesowi witryfikacji.

Oczyszczoną glebę wykorzystuje się do wypełnienia wyrobisk lub tworzenia warstw pokryciowych.

16.2. metody in situ

16.2.1. Próżniowe usuwanie zanieczyszczeń z gleby

Próżniowe usuwanie zanieczyszczeń z gleby jest procesem fizykochemicznym, polegającym na odparowaniu do próżni niebezpiecznych związków i usuwaniu ich w strumieniu powietrza. Metoda ta jest skuteczna w odniesieniu do różnorodnych związków organicznych, muszą one jednak zostać oddzielone i unieszkodliwione w oddzielnym procesie. Metoda jest stosowana in situ.

Przebieg procesu: proces usuwania próżniowego zanieczyszczeń polega na wykorzystaniu studni wydobywczych w celu zastosowania próżni oraz na wykorzystaniu gradientu ciśnienia w strefie nienasyconej. Pary zanieczyszczeń są zbierane i przetwarzane w oddzielnym węźle technologicznym. Proces przebiega efektywnie jedynie przy usuwaniu związków lotnych. Podpowierzchniowa przenikalność substancji zanieczyszczających ma także duży wpływ na czas niezbędny do przeprowadzenia oczyszczania. Zastosowanie tej metody w strefie nasyconej jest możliwe pod warunkiem wcześniejszego stosownego obniżenia poziomu wód gruntowych.

16.2.2. Odparowanie do próżni wspomagane termicznie

Wspomagane technicznie odparowanie zanieczyszczeń do próżni to metoda rekultywacji podobna do usuwania próżniowego zanieczyszczeń, ale jej efektywność zwiększono przez ogrzewanie oczyszczonej gleby. Źródłem ciepła może być wprowadzone do gleby gorące powietrze, para wodna lub ogrzewanie mikrofalowe. Osiąga się w ten sposób odparowanie organicznych zanieczyszczeń i wspomaganie procesu desorpcji. Różne techniki ogrzewania pozwalają na osiągnięcie różnych temperatur podłoża. Należy rozważyć możliwe interakcje zanieczyszczeń z wprowadzonymi do gruntu mediami. Metoda jest skuteczna do rekultywacji gleb zanieczyszczonych różnorodnymi związkami organicznymi, takimi jak niektóre pestycydy, lotne związki organiczne lub składniki paliw, muszą one jednak zostać oddzielone i unieszkodliwione w oddzielnym procesie. Metoda jest stosowana in situ.

Przebieg procesu: proces usuwania próżniowego zanieczyszczeń wspomagany podgrzewaniem polega na wykorzystaniu studni wydobywczych w celu zastosowania próżni, na wykorzystaniu gradientu ciśnienia w strefie nienasyconej oraz wykorzystaniu źródła ciepła. Zanieczyszczenia w stanie gazowym są zbierane i przetwarzane w oddzielnym węźle technologicznym. Zastosowanie tej metody w strefie nasyconej jest możliwe pod warunkiem wcześniejszego odpowiedniego obniżenia poziomu wód gruntowych.

16.2.3. Elektrooczyszczanie

Metoda elektrooczyszczania polega na wykorzystaniu zjawiska migracji zanieczyszczeń w polu elektrycznym wytworzonym w oczyszczanej glebie. Migrujące cząsteczki muszą mieć trwały ładunek elektryczny lub być polarne. Z tego powodu metoda ta jest stosowana do usuwania takich zanieczyszczeń, jak metale ciężkie oraz związki o charakterze polarnym. Metoda jest stosowana in situ.

Przebieg procesu: elektrody wprowadza się do gruntu w taki sposób, aby obszar zanieczyszczony znajdował się pomiędzy nimi. W celu uruchomienia procesu podłącza się prąd elektryczny. Zanieczyszczenia pod wpływem pola elektromagnetycznego migrują przez glebę w strefie katody lub anody, gdzie są następnie usuwane za pomocą wielu możliwych mechanizmów, takich jak: strącanie, adhezja do powierzchni elektrod, usuwanie oraz przetwarzanie zanieczyszczeń na stanowisku poza terenem oczyszczania. Obszar występowania niektórych rodzajów zanieczyszczeń może być jednocześnie płukany roztworem zawierającym środki zmniejszające ich adsorpcję i tym samym zwiększające wydajność oczyszczania.

16.2.4. System ścianek szczelnych

Różne substancje tworzą, pod powierzchnią gruntu, bariery zapobiegające rozprzestrzenianiu się niebezpiecznych związków z miejsca występowania zanieczyszczenia. Dzięki różnego rodzaju substancjom następuje przekształcenie zanieczyszczeń w nieszkodliwe formy mogące występować w naturalnym środowisku. Istnieją bariery uniemożliwiające dotarcie zanieczyszczenia do zwierciadła wód podziemnych - umieszczona pod powierzchnią szczelna izolacja pozioma lub pionowa.

Rodzaje barier:

- półprzepuszczalna, przepuszczalna bariera reaktywna - pasywna ściana umiejscowiona prostopadle do kierunku migracji zanieczyszczonych wód gruntowych, pozwalająca na swobodny przepływ wody przy jednoczesnym zatrzymaniu rozpuszczonych w niej zanieczyszczeń; zatrzymane zanieczyszczenia ulegają następnie rozkładowi (związki organiczne) lub są unieszkodliwione w inny sposób, np. na drodze immobilizacji (metale ciężkie),

- nieprzepuszczalna bariera pionowa - pionowa bariera umieszczona pod powierzchnią gruntu, zbudowana z substancji nieprzepuszczalnej dla wody, mająca zatrzymać wody gruntowe lub zmienić kierunek ich przepływu,

- nieprzepuszczalna bariera pozioma - podpowierzchniowa pozioma bariera uniemożliwiająca migrację zanieczyszczeń w głąb profilu glebowego, usytuowana powyżej zwierciadła wód podziemnych.

Typy barier:

- bariery oparte na procesie redoks - obniżające mobilność jonów metali w drodze ich redukcji, redukujące metale ciężkie, czy też Cr (VI)

- bariery wytrącające - tworzone przez związki wapnia np. CaCO₃, CaPO₄ wytrącające Cr(III), Pb

- bariery biologiczne - umożliwiające degradację, rozkład zanieczyszczeń za pomocą mikroorganizmów (przekształcanie zanieczyszczeń organicznych na biomasę lub wykorzystanie tych zanieczyszczeń do celów energetycznych)

- bariery sorpcyjne - zawierające ziarnisty węgiel aktywny, węgiel kostny, fosforan i inne.

16.2.5. Izolacja powierzchniowa

Izolacja powierzchniowa jest metodą fizyczna polegającą na przykryciu zanieczyszczonej gleby i uniemożliwieniu migracji zanieczyszczeń do środowiska. Migracja może być spowodowana przenikaniem wód deszczowych lub powierzchniowych w głąb profilu glebowego lub działaniem wiatrów powodujących rozwiewanie zanieczyszczonych cząstek gleby. Pokrywa może składać się z kombinacji różnych materiałów, takich jak włókna syntetyczne, gliny ciężkie, czy też beton. Zadaniem bariery jest zabezpieczenie zanieczyszczonych mas glebowych z kontaktem z wodą opadowa i tym samym uniemożliwienie migracji zanieczyszczeń w odciekach. Metoda jest stosowana in situ.

Przykrycie z góry jest wymagane, jeżeli:

- zanieczyszczona gleba zostaje na miejscu,

- podziemne zanieczyszczenie jest tak rozległe, że niemożliwe jest wydobycie i usunięcie zanieczyszczonego gruntu,

- właściwości zanieczyszczeń nie wskazują na możliwość uwalniania i migracji,

- usuniecie zanieczyszczonej gleby stałoby się większym zagrożeniem dla ludzkiego zdrowia i środowiska niż pozostawienie na miejscu.

Budowa pokrywy:

Pokrywa składa się z czterech warstw:

- warstwy ochronnej, na której rośnie roślinność zapobiegająca erozji zanieczyszczonej powierzchni,

- warstwy drenażowej,

- warstwy nieprzepuszczalnej,

- warstwy stanowiącej podłoże.

Warstwa ochronna zapobiega erozji zanieczyszczonego terenu i tym samym uwalnianiu zanieczyszczeń do powietrza. Grubość warstwy ochronnej powinna odpowiadać zasięgowi strefy korzeniowej roślin. Preferowane jest stosowanie jako warstwy ochronnej zadarnienia trawą, która jest łatwa w utrzymaniu i nie jest rośliną głęboko korzeniącą się.

Warstwa drenażowa odprowadza wodę deszczową przesiąkającą przez warstwę ochronną.

Warstwa nieprzepuszczalna stanowi barierę dla przenikających przez powierzchnię wód z opadów atmosferycznych.

Podłoże składa się z wyselekcjonowanego materiału mineralnego, o odpowiedniej granulacji i odpowiednich właściwościach mechanicznych, rozłożonego równomiernie na zanieczyszczonej powierzchni.

Aby pokrycie zanieczyszczonej gleby było skuteczne, musi spełniać następujące warunki:

- zapobiegać pionowej migracji wody przez zanieczyszczoną glebę,

- zapewniać sprawny odpływ wód deszczowych, zabezpieczając tym samym wody gruntowe i powierzchniowe,

- powinno być łatwe do utrzymania i konserwacji,

- powinno być wytrzymale na uszkodzenia wywołane osiadaniem i zagęszczeniem gruntu oraz innymi niekorzystnymi zjawiskami.

16.3. Usuwanie zanieczyszczeń metodą BAG

Metoda BAG jest metodą fizykochemiczną opartą na właściwościach sorpcyjnych i jonowymiennych specyficznych glinokrzemianów - zeolitów. Metoda ta jest skuteczna do oczyszczania gleb z metali ciężkich (w tym radioaktywnych) oraz wybranych związków organicznych lub do ich unieruchamiania. Metoda jest stosowana in situ i ex situ.

Przebieg procesu: usuwanie zanieczyszczeń metodą BAG polega na umieszczeniu w warstwie gleby zeolitów naturalnych bądź syntetycznych, w postaci brykietów BAG (najczęściej o średnicy 5 - 6 cm). Są to minerały absolutnie nieszkodliwe dla środowiska biologicznego, ponieważ występują w glebach w warunkach naturalnych, aczkolwiek w bardzo niewielkich ilościach. Cechują się one wysoką pojemnością sorpcyjną. Metale ciężkie znajdujące się w roztworze glebowym są sorbowane przez te minerały bądź ulegają procesowi wymiany jonowej, co dodatkowo wzbogaca roztwór glebowy m.in. w wapń i potas.

Ze względu na selektywne działanie zeolitów względem metali ciężkich opracowano różne typy brykietów BAG. Brykiety po wysyceniu metalami ciężkimi usuwa się z gleby i poddaje procesowi regeneracji, która polega na wymyciu zaabsorbowanych metali odpowiednim roztworem, a następnie na ich strąceniu w postaci soli.

Zregenerowane brykiety mogą być wielokrotnie stosowane w tym samym celu, co obniża koszt oczyszczania gleb w dłuższym okresie.

17. CHEMICZNE METODY REKULTYWACJI GLEB

Chemiczne metody rekultywacji gleb maja na celu degradację zanieczyszczeń nagromadzonych w glebie bądź taką zmianę ich właściwości fizykochemicznych, aby uczynić je mniej niebezpiecznymi dla środowiska. Wykorzystuje się w tym celu następujące procesy: utlenianie i redukcję, ekstrakcję, hydrolizę, wytrącenie w formach trudno rozpuszczalnych związków i stabilizację pH. Do chemicznych metod rekultywacji gleb zalicza się:

- odmywanie gleb,

- przemywanie gleb,

- ekstrakcję rozpuszczalnikową,

- immobilizację zanieczyszczeń ex situ,

- immobilizację zanieczyszczeń in situ,

-dehalogenację,

- chemiczne i fotochemiczne utlenianie/redukcja.

Do głównych zalet chemicznych metod rekultywacji należą:

- szerokie zastosowanie zarówno jeśli chodzi o typ zanieczyszczenia, jak i o rodzaj oczyszczanej gleby,

- wysoka efektywność procesów,

- niektóre z technik wykorzystywanych w tej grupy wykazują wysoką specyficzność w stosunku do określonych grup zanieczyszczeń.

Natomiast ograniczenia stosowania metod chemicznych to:

- wysoki koszt,

- generowanie dużych ilości odpadów, w tym niebezpiecznych,

- trudności w kontrolowaniu procesu, zwłaszcza in situ.

17.1. Odmywanie gleb

Metoda jest stosowana ex situ i pozwala na usuniecie z zanieczyszczonej gleby przede wszystkim zanieczyszczeń nieorganicznych, takich jak metale ciężkie, radionuklidy, toksyczne aniony i inne. Może być również wykorzystywana do usuwania pewnych zanieczyszczeń organicznych. Używane jest tu szerokie spektrum roztworów ługujących, poczynając od wody, a kończąc na roztworach mocnych kwasów.

Przebieg procesu: proces prowadzony jest w specjalnych instalacjach, wymaga zatem wydobycia oczyszczanej gleby z miejsca jej występowania.

Rozróżnia się dwa sposoby odmywania gleb:

- odseparowanie drobnych cząstek z zabsorbowanymi zanieczyszczeniami w strumieniu rozpuszczalnika - wody lub roztworów soli wapnia lub magnezu;

- ługowanie zanieczyszczeń.

Podczas ługownia zanieczyszczenia są desorbowane z kompleksu sorpcyjnego przez czynnik ługujący i wraz z roztworem usuwane z układu. W zależności od założonej efektywności, mierzonej stopniem oczyszczenia gleby, stosowane są mocne ekstrahenty - kwasy mineralne, lub łagodne ekstrahenty - związki chelatujące.

17.2. Przemywanie gleb

Przemywanie gleby jest metodą oczyszczania podobną do odmywania gleby, identyczna jest też grupa zanieczyszczeń, do których ta metoda znajduje zastosowanie. Metoda jest stosowana in situ.

Przebieg procesu: proces przemywania różni się od odmywania gleby przede wszystkim takimi cechami jak:

- w metodzie tej nie ma konieczności przemieszczania oczyszczanej gleby,

- stosowane są łagodniejsze ekstrahenty (przede wszystkim organiczne związki kompleksujące), co zmniejsza inwazyjność techniki, ale jednocześnie ogranicza jej efektywność i możliwość stosowania do oczyszczania bardzo silnie zanieczyszczonych gleb,

- konieczna jest izolacja oczyszczanego terenu i założenia efektywnego systemu zbierania odcieków,

- konieczny jest też monitoring terenów sąsiadujących z terenem oczyszczanym.

17.3. Ekstrakcja rozpuszczalnikowa

Metoda jest podobna do metody odmywania gleby. Metoda jest stosowana do usuwania z gleby zanieczyszczeń organicznych (np. ropopochodnych). W związku z tym stosowane są inne rozpuszczalniki niż w metodzie odmywania. Są to silne niepolarne rozpuszczalniki organiczne, desorbujące zanieczyszczenia organiczne zabsorbowane przez kompleks sorpcyjny gleby, rozpuszczające je i usuwające w strumieniu odcieku z układu.

Przebieg procesu: etapem wstępnym jest przeniesienie zanieczyszczonej gleby do odpowiedniej instalacji. Następnie używa się rozpuszczalników pochłaniających zanieczyszczenia. Metoda jest stosowana ex situ. Ciecz poprocesowa - rozpuszczalnik organiczny wraz z rozpuszczonymi w nim zanieczyszczeniami - po oddzieleniu od oczyszczanej gleby może być poddana procesowi recyklingu w celu odzyskania rozpuszczalnika wykorzystywanego dalej w procesie lub neutralizacji i składowaniu jako odpad. Oczyszczona gleba, po osuszeniu, może być z powrotem umieszczona w miejscu jej pobrania.

17.4. Immobilizacja zanieczyszczeń ex situ

Immobilizacja zanieczyszczeń jest metodą neutralizacji niektórych zanieczyszczeń organicznych i nieorganicznych obecnych w glebie. Metoda jest stosowana ex situ.

Przebieg procesu: w celu neutralizacji zanieczyszczeń dodaje się do gleby substancje wiążące, takie jak cement, powodujące trwałe zablokowanie zanieczyszczeń. Metoda znajduje zastosowanie wszędzie tam, gdzie ze względu na bardzo dużą toksyczność zanieczyszczeń nie można pozostawić zanieczyszczonej gleby w miejscu jej pierwotnego występowania (np. do rekultywacji gleb silnie skażonych radioaktywnie), a jej składowanie w formie niezabezpieczonej na składowisku odpadów związane jest z bardzo dużym ryzykiem.

17.5. Immobilizacja zanieczyszczeń in situ

Jest to metoda polegająca na immobilizacji (unieruchomieniu) zanieczyszczeń w obciążonej nimi glebie. Stosowana jest przede wszystkim do unieruchomienia zanieczyszczeń nieorganicznych, takich jak metale ciężkie, rzadziej zaś zanieczyszczeń organicznych. Znajduje ona zastosowanie na terenach średnio i słabo zanieczyszczonych, przede wszystkim metalami ciężkimi i innymi zanieczyszczeniami nieorganicznymi. Metoda jest stosowana in situ.

Przebieg procesu. Proces polega na wprowadzeniu do gleby różnych substancji, które trwale wiążą zanieczyszczenia (cement, żywice poliepoksydowe, zeolity) lub na drodze reakcji chemicznych tworzą trudno rozpuszczalne połączenia (minerały węglanowe i fosforanowe) bądź też modyfikują właściwości zanieczyszczonej gleby w taki sposób, że zanieczyszczenia występują w formach mało mobilnych (np. zmiana odczynu gleby przez wapnowanie). Metoda przeważnie jest stosowana doraźnie, wszędzie tam, gdzie chodzi o szybkie zabezpieczenie zanieczyszczonego terenu, jak również terenów sąsiednich przed jego negatywnym oddziaływaniem. Często jest stosowana w połączeniu z fitostabilizacją jako technika wspomagająca.

17.6. Dehalogenacja

Metoda ta umożliwia degradację związków halogenoorganicznych (chloro-, bromo- oraz jodoorganicznych), oraz innych trudno ulegających degradacji takich jak: pestycydy, chloroorganiczne i bromoorganiczne związki gaszące. Oparta jest na katalicznej dehalogenacji (odłączeniu od cząsteczki atomów chloru, bromu i jodu) związków halogenorganicznych w specjalnej instalacji. Metoda jest stosowana ex situ.

Przebieg procesu: stosowane są dwie metody dehalogenacji:

- glikolanowa, w której czynnikiem dehalogenujacym jest glikol polietylenowy lub jego odpowiednia sól,

- katalizowana przez jony metali alkalicznych, przy czym reakcja przebiega z wykorzystaniem związków wapniowców, najczęściej wapnia lub magnezu.

Związki organiczne pozbawione atomów halogenowców są następnie usuwane z oczyszczanej gleby w roztworze przemywającym lub też zostają odparowane. Dehalogenacja wymaga specjalnej instalacji i przemieszczenia oczyszczanej gleby z miejsca jej występowania.

17.7. Chemiczne i fotochemiczne utlenianie/redukcja

Metoda ta pozwala na całkowitą mineralizację, drogą chemiczną, nagromadzonych w glebie zanieczyszczeń organicznych lub efektywne przekształcenie zanieczyszczeń, w tym także nieorganicznych, w formie nietoksycznej, mniej toksyczne i/lub chemicznie inertne. Metoda może być stosowana zarówno in situ, jak i ex situ.

Przebieg procesu: stosowana jest do usuwania wielu zanieczyszczeń, zarówno organicznych (związki ropopochodne, rozpuszczalniki organiczne, pozostałości środków ochrony roślin), jak i nieorganicznych (jony metali ciężkich). Stosowanymi tu odczynnikami są - ozon, nadtlenek wodoru, chlorany, tlenki chloru i inne czynniki utleniające lub redukujące. W przypadku procesu fotochemicznego czynnikiem dodatkowym jest także promieniowanie ultrafioletowe.

18. BIOLOGICZNE METODY REKULTYWACJI GLEB

Rozróżnia się dwie grupy metod biologicznych:

1. metody bioremediacyjne - oparte na aktywności mikroorganizmów - powszechnie stosowane do oczyszczania gleb zanieczyszczonych związkami organicznymi, choć coraz częściej są podejmowane prace nad wykorzystaniem mikroorganizmów do detoksykacji i oczyszczania gleb zanieczyszczonych substancjami nieorganicznymi, np. metalami ciężkimi.

2. metody fitoremediacyjne - w których wykorzystuje się rośliny wyższe do degradacji i usuwania z gleb różnego rodzaju zanieczyszczeń, zarówno organicznych, jak i nieorganicznych; spośród tych metod stosuje się najczęściej:

- fitostabilizację,

- fitoekstrakcję/fitodegradację.

Zaletą metod biologicznych jest ich szeroki zakres stosowania i wysoka efektywność, jednak w ograniczonym zakresie stężeń zanieczyszczeń (nie mogą one przekraczać poziomu tolerancji wykorzystywanych organizmów). Metody te są także tanie i proste, jeśli chodzi o zapoczątkowanie i prowadzenie procesu.

Do ograniczeń, jakie należy wymienić, zalicza się zależność efektywności procesu od biodostępności i zawartości usuwanych zanieczyszczeń w oczyszczanej glebie, niekiedy długi czas potrzebny do uzyskania oczekiwanego efektu i w niektórych wypadkach powstawanie silnie toksycznych odpadów. Mimo to techniki z tej grupy uznawane są za najbardziej przyjazne środowisku i intensywnie rozwijane.

18.1. Przegląd i charakterystyka metod bioremediacji

18.1.1. Kompostowanie

Kompostowanie jest metodą bioremediacji stosowaną ex situ. Polega ona na wydobyciu zanieczyszczonej gleby i zmagazynowaniu jej w formie pryzmy kompostowej lub rozmieszczeniu jej na większej powierzchni cienką warstwą w celu przyspieszenia degradacji zanieczyszczeń.

Przebieg procesu: metoda pozwala na usunięcie z gleby, w wyniku degradacji, niektórych grup zanieczyszczeń organicznych, takich jak związki ropopochodne, inne niehalogenowe i niektóre halogenowe związki organiczne, oraz niektórych pestycydów. Proces prowadzony jest przez mikroorganizmy tlenowe, które mineralizują związki organiczne do związków prostych (CO₂, H₂O i inne) lub przekształcają je w formy nieszkodliwe dla środowiska.

18.1.2. Reaktory/filtry biologiczne

Metoda polega na oczyszczaniu gleby za pomocą reaktorów/filtrów biologicznych, których działanie jest oparte na biologicznej aktywności mikroorganizmów. Oczyszczanie gleby odbywa się w specjalnych instalacjach. Metoda jest stosowana ex situ.

Przebieg procesu: Gleba jest wstępnie mieszana z wodą i w formie zawiesiny przenoszona do komory reakcyjnej, gdzie w wyniku działania wyselekcjonowanych grup mikroorganizmów, wolnych lub unieruchomionych, następuje proces usuwania zanieczyszczeń w wyniku ich sorpcji i/lub przekształcenia. Przekształcenie związków organicznych może polegać na częściowej lub pełnej ich degradacji, związków nieorganicznych zaś - na wytrąceniu ich w formach nierozpuszczalnych (redukcja lub skompleksowanie w formie trudno rozpuszczalnych soli). Oczyszczona gleba po osuszeniu może jako w pełni funkcjonalna być zdeponowana na miejscu pierwotnego występowania.

Zastosowanie reaktorów/filtrów biologicznych pozwala na efektywne usuwanie zarówno zanieczyszczeń nieorganicznych, jak i organicznych.

18.1.3. Bioremediacja

Bioremediacja jest metoda stosowana in situ, opartą na fizjologicznej aktywności mikroorganizmów, wykorzystujących związki organiczne jako substraty w procesach energetycznych lub przekształcających je w substancje niezbędne do prawidłowego funkcjonowania.

Bioremediacja jest przede wszystkim stosowana do oczyszczania gleb zanieczyszczonych związkami organicznymi, głównie ropopochodnymi. Choć podejmowane są prace nad jej wykorzystaniem także do neutralizacji in situ obecnych w glebie zanieczyszczeń nieorganicznych (np. metali ciężkich).

Szczególnym rodzajem bioremediacji jest tzw. bioremediacja w rizosferze, określana także mianem rizodegradacji lub bioremediacji wspomaganej. Istotną rolę w procesach oczyszczania gleby odgrywają w tym wypadku rośliny wyższe, spełniające na danym terenie dwie funkcje:

- wspomagają mikroorganizmy - ustalono doświadczalnie, że rizosfera, czyli sfera bezpośrednio sąsiadująca z korzeniami roślin, jest najgęściej zasiedlana przez mikroorganizmy, mające tu optymalne warunki życia, dzięki temu efektywność procesu w tej sferze jest największa;

- zapobiegają erozji oraz migracji z oczyszczanego terenu zanieczyszczeń i niektórych niebezpiecznych produktów ich degradacji.

Możliwe jest także prowadzenie procesu biodegradacji zanieczyszczeń z zastosowaniem wyspecjalizowanych szczepów egzogennych, które nie występują na oczyszczanym terenie. Rozwiązanie to stosowane jest dla niektórych trudno degradujących się zanieczyszczeń organicznych, których zdolność biodegradacji jest związana z wykształceniem specjalnych szlaków metabolicznych. Ograniczeniem w stosowaniu takiego rozwiązania jest konkurencja ze strony endogennych - na danym ternie - populacji mikroorganizmów oraz określone wymagania środowiskowe wprowadzanego szczepu. Z wymienionych powodów rozwiązanie to stosowane jest bardzo rzadko.

Przebieg procesu bioremediacji w fazie stałej: w procesie oczyszczania wykorzystywane są mikroorganizmy zarówno endogenne, jak i rodzime, tj. występujące na danym terenie i zaadaptowane do miejscowych warunków. Podejmowane są wówczas działania inżynierskie, odpowiednie nawożenie, zwiększenie wilgotności gleby, zwiększenie jej natlenienia oraz dodawanie do gleby substancji zwiększających bioprzyswajalność zanieczyszczeń. Działania te prowadzą do poprawy efektywności procesu bioremediacji.

18.2. Przegląd i charakterystyka metod fitoremediacji

18.2.1. Fitostabilizacja

Fitostabilizacja jest procesem, w którym do rekultywacji gleby, wykorzystano zdolność do zatrzymania zanieczyszczeń przez korzenie specjalnie wyselekcjonowanych roślin. Proces ten zachodzi w drodze adsorpcji na powierzchni korzeni, absorpcji do wnętrza korzeni i wytrącania w strefie korzeniowej. Inny mechanizm tego sposobu fitoremediacji polega na mechanicznej stabilizacji powierzchni ziemi przez system korzeniowy roślin, zapobiegający erozji wietrznej i wodnej oraz rozmywaniu gleby, wyługowaniu zanieczyszczeń i przemieszczaniu do głębszych części profilu glebowego.

W procesie fiotostabilizacji gęsty system korzeniowy roślin chroni glebę przed erozją, a ponadto ogranicza migrację wody, natomiast odpowiednio duża biomasa części nadziemnej roślin zapobiega nadmiernej penetracji opadów deszczowych. Rozbudowany system korzeniowy może dostarczać dodatkowych aktywnych powierzchni, na których zachodzi sorpcja lub wytrącanie metali. Niektóre z gatunków uczestniczą również w inaktywacji zanieczyszczeń przez stworzenie warunków do powstawania trudno rozpuszczalnych form z ich udziałem i to zarówno wewnątrz tkanek roślin, jak i na powierzchni korzeni.

Proces chemofitostabilizacji polega na uprzednim potraktowaniu zanieczyszczonej gleby odpowiednimi związkami chemicznymi, które powodują stabilizację zanieczyszczeń i kolejnym obsianiu terenu roślinami stabilizującymi.

Przebieg procesu: fitostabilizacja polega na wprowadzeniu do zanieczyszczonej gleby środków, które wiążą substancje zanieczyszczające w formy nierozpuszczalne, niedostępne dla roślin, niestwarzające zagrożenia dla człowieka, zwierząt i wód gruntowych. Na tak przygotowanej glebie prowadzi się uprawę odpowiednich gatunków roślin. W razie konieczności modyfikowania procesu należy monitorować strefę korzeniową, wydzieliny korzeniowe, zanieczyszczenia i dodatki glebowe, w celu kontrolowania rozpuszczalności metali i ich wymywania.

Prowadzenie fitostabilizacji nie jest procesowo i technicznie skomplikowane. Wystarczy tu stosowanie podstawowej wiedzy rolniczej, w tym gleboznawczej, a także doświadczenie w stosowaniu różnych odpadów przemysłowych i komunalnych, aby doprowadzić do uzyskania pokrywy roślinnej na glebie, do której uprzednio wprowadzono odpowiednie dodatki. Uproszczona wersja fitostabilizacji może być nawet prowadzona nieprofesjonalnie, przez właścicieli ogródków przydomowych lub innych terenów zielonych w razie stwierdzenia nieznacznie podwyższonych w stosunku do wartości dopuszczalnych stężeń metali ciężkich w glebie. Taki sposób postępowania z zanieczyszczoną glebą zmniejsza narażenie użytkowników terenu na szkodliwe oddziaływanie tych zanieczyszczeń.

18.2.1.1. Charakterystyka dodatków glebowych:

Najczęściej stosowane dodatki doglebowe do stabilizacji różnych metali:

- związki fosforowe - które przede wszystkim stabilizują Pb tworząc nierozpuszczalne fosforany

- uwodnione tlenki żelaza - stabilizują As, Cd, Cu, Ni, Pb, Zn. Proces polega na sorpcji zanieczyszczeń na powierzchni tlenków, współstrącenia lub tworzenia związków żelaza z metalami

- substancja organiczna - stabilizuje As, Cd, Cu, Pb poprzez sorpcje zanieczyszczeń, wymianę jonową lub wbudowanie w materiał organiczny

- minerały ilaste - stabilizują As, Cd, Cu, Mn, Ni, Pb, Zn poprzez sorpcję zanieczyszczeń oraz wymianę jonową.

Dodatki glebowe używane w procesie fitostabilizacji powinny działać w krótkim czasie, zapobiegać przemieszczaniu zanieczyszczeń w głąb profilu glebowego i pobieraniu ich przez rośliny - przez ograniczenie bioprzyswajalności tych zanieczyszczeń. Używany środek powinien być niedrogi, łatwy w stosowaniu, bezpieczny w użyciu i nietoksyczny dla roślin, nie powinien także powodować ubocznych skutków środowiskowych. Po jednorazowym wprowadzeniu do gleby, środek powinien działać, jak najdłużej, najlepiej w sposób trwały.

Niektóre ze środków spełniają dodatkowo pozytywne działanie, dostarczając roślinom substancji odżywczych lub zatrzymując wilgoć w glebie. Najchętniej są używane w tym celu różne odpady. Mechanizmy działania są tu nieraz nieznane, niemniej jednak metoda ta daje wiele pozytywnych efektów.

18.2.1.2. Gatunki roślin przydatne do stabilizacji niektórych metali:

- topole - tolerują stężenie arsenu w glebie do 1250 mg/kg, a kadmu do 160 mg/kg, przy czym nie zaobserwowano znaczącej akumulacji kadmu w liściach,

- gorczyca sarepska - posiada zdolna do stabilizacji chromu powodując jego redukcję z Cr⁶⁺ do Cr³⁺,

- niektóre gatunki traw - mogą być stosowane do stabilizacji odpadowi komunalnych zanieczyszczonych miedzią, jak również różnych odpadów przemysłowych zawierających ołów, jak również fitostabilizacji odpadów komunalnych zawierających cynk w stężeniu do kilkuset mg/kg.

18.2.1.3. Cechy roślin stosowanych do fitostabilizacji:

- niewielka akumulacja zanieczyszczeń w części nadziemnej; zanieczyszczenia powinny być zatrzymywanie przede wszystkim w systemie korzeniowym, aby uniknąć wprowadzania niepożądanych substancji do łańcucha pokarmowego,

- tolerancja na warunki lokalne (pH, zasolenie i wilgotność),

- szybki wzrost, silny system korzeniowy oraz intensywna transpiracja,

- małe wymagania agrotechniczne; wskazane jest stosowanie roślin wieloletnich, które wykazują zdolność do samorozsiewania.

18.2.1.4. Głębokość korzenienia roślin:

Strefa korzeniowa jest obszarem, w którym następuje bezpośrednie zatrzymanie zanieczyszczeń i ich wytrącanie. W zależności od wymaganej głębokości rekultywacji gleby, są stosowane odpowiednie gatunki roślin, np. topola może być stosowana do rekultywacji gruntów do głębokości od 1,5 do 3 m.

18.2.1.5. Warunki glebowe:

Fitostabilizacja znajduje zastosowanie do rekultywacji gleb, które charakteryzuje zwarta struktura i duża zawartość substancji organicznej. Może być stosowana po innych, bardziej agresywnych metodach. Wspomagające dodatki glebowe są dobierane w taki sposób, aby uzyskać maksymalny wzrost roślin i jednocześnie zmniejszyć mobilność zanieczyszczeń.

18.2.2. Fitoekstrakcja

Fitoekstrakcja jest metodą rekultywacji, w której wykorzystano zdolność roślin do pobierania przez systemy korzeniowe zanieczyszczeń z gleby, przemieszczania ich do części nadziemnej rośliny, skąd mogą być usunięte wraz z plonem. Zastosowanie tej metody pozwala na koncentrację zanieczyszczeń w masie roślinnej, co zmniejsza koszt dalszego ich unieczynnienia. Rozróżnia się fitoekstrakcję:

- ciągłą - z użyciem hiperakumulatorów, tj. roślin o wyjątkowych zdolnościach do kumulowania metali w pędach (do kilku procent w suchej masie),

- indukowaną - gdzie stosuje się doglebowo związki indukujące u roślin niebędących hiperakumulatorami pobieranie metali z gleby i ich transport z korzeni do pędów.

Na przebieg fitoekstrakcji mają wpływ zmiany odczynu gleby, procesy oksydacyjno-redukcyjne oraz aktywność mikrobiologiczna. Metoda jest stosowana głównie do oczyszczania z metali gleb oraz osadów dennych i ściekowych.

Przebieg procesu: proces fitoekstrakcji polega na pobieraniu metali ciężkich znajdujących się w glebie przez system korzeniowy roślin. Szybkość pobierania zależy od formy, w jakiej metal występuje w glebie. Rozpuszczalne w wodzie metale są pobierane w pierwszej kolejności. Spośród nich najłatwiej pobierane przez rośliny są wolne jony, a następnie metale związane w kompleksie sorpcyjnym. Zmiana warunków środowiskowych, np. potencjału redox, zwiększa biodostępność. Warunki glebowe mogą więc wpływać na zwiększenie ilości form metali łatwo dostępnych dla roślin, a zatem na większe ich pobieranie.

Do najczęściej stosowanych gatunków roślin w fitoekstrakcji należą gorczyca sarepska i topola. Natomiast przykładem hiperakumulatorów są tobołki polne.

Pożądane cechy roślin wykorzystywanych do fitoekstrakcji:

- produkcja dużej ilości biomasy,

- zdolność do kumulacji wysokich stężeń metali na jednostkę masy w częściach nadziemnych,

- odporność na podwyższone stężenia metali w glebie,

- przystosowanie do lokalnych warunków klimatycznych.

19. POKRYWY ROŚLINNE

Pokrywy roślinne są to długotrwałe (wieloletnie), samoutrzymujące się systemy roślin uprawnych na podłożach stwarzających zagrożenie dla środowiska. Pokrywa roślinna może redukować to zagrożenie do akceptowalnego poziomu, a przy tym wymaga minimalnej konserwacji. Pokrywy roślinne mogą być stosowane w celu rekultywacji zanieczyszczonych powierzchni gleby, osadów ściekowych oraz niektórych składowisk odpadów. Pokrywy roślinne nie nadają się do stosowania na składowiskach komunalnych odpadów stałych, które generują gaz w dużych lub niekontrolowanych ilościach. Gaz wysypiskowy może być toksyczny dla roślin. Pokrywy roślinne nie zatrzymują gazów emitowanych ze składowisk odpadów. Rozróżnia się dwa typy pokryw roślinnych: pokrywę ewapotranspiracyjną i pokrywę fitoremediacyjną.

Pokrywa ewapotranspiracyjna - tworzą ją rośliny powstające na warstwie gleby lub innym podłożu o odpowiedniej miąższości. Stosuje się ją w celu zwiększenia stopnia parowania i procesów transpiracyjnych roślin oraz w celu zmniejszenia infiltracji wody. Pokrywa taka jest formą roślinnej kontroli procesów wodnych. Pokrywa ewapotranspiracyjna, stanowiąca jednolitą warstwę o odpowiedniej miąższości, pozwala utrzymać infiltrującą wodę do momentu aż zostanie ona usunięta w wyniku mechanizmów parowania i transpiracji. Mechanizmy te obejmują także pobieranie wody z gleby przez rośliny i jej magazynowanie.

Pokrywa fitoremediacyjna - to pokrywa złożona z gleby i roślin, stworzona w celu zmniejszenia infiltracji wody i wspomagania procesu degradacji zanieczyszczeń oraz ich izolacji w celu ochrony ludzi lub przyrody. Mechanizmy fitoremediacyjne uwzględniają pobieranie wody przez rośliny, mikrobiologię strefy korzeniowej i metabolizm roślin.

Podstawowe cele stosowania pokryw roślinnych to:

- ograniczenie tworzenia się odcieków przez utrzymanie cieczy poza zanieczyszczonym terenem lub na jego terenie,

- wykrycie, zebranie i usuniecie wytworzonych odcieków.

20. REKULTYWACJA GLEB ZDEGRADOWANYCH CHEMICZNIE

Rekultywacja gleb zdegradowanych wskutek działania różnorodnych presji chemicznych stanowi trudniejszy i bardziej złożony problem niż ma to miejsce przy ich zniszczeniu mechanicznym. Wynika to ze zmian chemicznych zachodzących w środowisku glebowym mających niejednokrotnie charakter trwały, obniżających ich aktywność biologiczną. Ponadto istotne znaczenie posiada rodzaj zanieczyszczeń oraz sposób ich oddziaływania: systematyczne czy jednorazowe, a także naturalna odporność gleb na działającą presję.

20.1. REKULTYWACJA GLEB ZANIECZYSZCZONYCH METALAMI CIĘŻKIMI

Trudność rekultywacji gleby zanieczyszczonej metalami ciężkimi wynika z faktu, że są one trwale wiązane przez kompleks sorpcyjny gleby, a ich oddziaływanie na życie biologiczne gleby oraz ilość i jakość pozyskiwanej biomasy przedłuża się w czasie, przy jednorazowym nawet zanieczyszczeniu lub też systematycznie narasta w warunkach presji ciągłej. Podstawową zasadą rekultywacji gleb zanieczyszczonych metalami ciężkimi jest rozcieńczenie ich stężeń (detoksykacja) w glebie. Można to osiągnąć poprzez zwiększenie aktywności biologicznej gleby oraz intensywną uprawę odpowiednich gatunków roślin. Błędem jest natomiast niestosowanie na glebie zanieczyszczonej żadnych upraw. Wówczas taka gleba z czasem (uzależnionym od intensywności działania presji) staje się kompletnym nieużytkiem, a zachodzące w niej zmiany chemiczne stanowią zagrożenie dla wód podziemnych i cieków wodnych.

W przypadku jednorazowego zanieczyszczenia gleby metalami ciężkimi do poziomu stężeń podwyższonych, skutecznym sposobem rekultywacji jest jej zwapnowanie do odczynu zasadowego, ewentualnie w miarę potrzeby użyźnienie i uprawa roślin z jednoczesną analizą właściwości chemicznych biomasy. W przypadku dużego zanieczyszczenia gleb metalami ciężkimi, a szczególnie w przypadku długotrwałej ich imisji, należy dążyć do systematycznego rozcieńczenia ich koncentracji w podłożu. Na małych powierzchniach funkcję tę mogą spełniać sorbenty mineralne (naturalne i syntetyczne), które sorbują metale ciężkie obniżając tym samym ich zawartość w roślinach. Sorbenty w formie brykietów można po okresie wegetacji usunąć z gleby, następnie regenerować i stosować powtórnie. Szczególnie przydatna jako sorbent naturalny jest ilasta skała płona górnicza. Posiada ona zdolność względnie trwałego wiązania metali ciężkich, ograniczając ich przemieszczanie do łańcucha pokarmowego. Skuteczność tego ograniczania wzrasta w kojarzeniu różnych metod detoksykacji, np. skały płonej z wapnowaniem. Dodatkową korzyścią przy stosowaniu skały płonej jest wzbogacenie gleby w substancję ilastą oraz składniki mineralne.

Skutecznym sposobem rekultywacji gleb zanieczyszczonych metalami ciężkimi na większych obszarach jest fitomelioracja. Wraz z plonem uprawianych roślin zabierane są z gleby niejednokrotnie znaczne ilości składników niepożądanych. Problemem (możliwym do rozwiązania) jest wówczas utylizacja uzyskanego plonu roślin. Przy nieco podwyższonym poziomie substancji zanieczyszczających można stosować je jako dodatek do mieszanek paszowych. Gdy zawartość ta jest wyższa, właściwym sposobem jest sporządzenie z nich kompostów roślinnych, do których w miarę potrzeby, celem rozcieńczenia stężeń zanieczyszczeń, można stosować inne substancje np. trociny, słomę, torf itp., co dodatkowo może optymalizować skład uzyskiwanego kompostu.

Niezmiernie istotny jest dobór odpowiednich gatunków roślin, uwzględniający poziom imisji, wrażliwość ich na zanieczyszczenia a także kierunek i możliwość utylizacji pozyskiwanej biomasy. Wiadomo bowiem, że w różnych roślinach, a nawet w ich organach gromadzą się zróżnicowane ilości pierwiastków, w tym również metali ciężkich. Stąd np. w strefach intensywnego wpływu zanieczyszczeń poza strefę ochronną można uprawiać zboża, ale z przeznaczeniem na ziarno; w strefach dalszych, o mniejszym oddziaływaniu zanieczyszczeń - rośliny okopowe, czy pastewne.

Do przeprowadzenia detoksykacji gleb (utworów bezglebowych) zanieczyszczonych można stosować większość gatunków roślin. Mogą to być rośliny upraw polowych i ogrodowych, trwałych użytków zielonych (trawy), terenów ruderalnych.

20.2. REKULTYWACJA GLEB ZANIECZYSZCZONYCH

ZWIĄZKAMI ROPOPOCHODNYMI

Gleby, które wskutek zanieczyszczenia związkami ropopochodnymi utraciły częściowo lub całkowicie zdolności produkcyjne winny być zrekultywowane. Procesy te są dość trudne i czasochłonne. Istnieją dwie grupy metod usuwania związków ropopochodnych:

- opierających się na zasadach fizycznych lub fizykochemicznych

- metody bioremediacyjne.

Metody fizyczne znajdujące zastosowanie do usuwania związków ropopochodnych z gleby wiążą się z koniecznością przetransportowania zanieczyszczonej gleby do instalacji, gdzie przeprowadzana jest detoksykacja. Do najprostszych należy metoda termiczna, polegająca na podgrzaniu gleby do temperatury 1100^oC, wskutek czego następuje odparowanie i spalenie związków organicznych. Metoda ta jest kosztowna oraz daje produkt całkowicie sterylny. Zamiast temperatury można stosować rozpuszczalniki organiczne. Jest to jednak sposób szczególnie kosztowny i stosowany, gdy chodzi o odzyskanie substancji skażających glebę, a nie o ich usunięcie.

Można również stosować metodę kombinowaną, adsorpcyjno-flotacyjną, polegającą na sporządzeniu zawiesiny wodnej gleby z odpadowym pyłem węglowym i napowietrzeniu jej. W pierwszym etapie następuje sorpcja produktów ropopochodnych przez cząstki węgla, zaś w drugim, oddzielenie zaolejonego węgla od oczyszczonej gleby i wody metodą flotacyjną. Uzyskany zaolejony produkt może być spalony.

Wymienione metody odkażania gleb związkami ropopochodnymi należą do ex situ tzn. zanieczyszczony materiał musi być przetransportowany do specjalnej instalacji, w której odbywa się właściwy proces detoksykacji. Metody te mają zatem zastosowanie do rekultywacji małych powierzchni. Jeżeli skażenie obejmuje duży obszar, wówczas stosuje się detoksykację gleby na miejscu (in situ). Z pozytywnym efektem można stosować dodatek fosfogipsów lub metody bioremediacyjne.

Metody bioremediacyjne usuwania związków ropopochodnych z gleby polegają na wykorzystaniu zdolności określonych drobnoustrojów do ich biodegradacji, uzyskując podczas ich rozkładu energię oraz surowce potrzebne do wzrostu i rozwoju.

Sposób rekultywacji gleb zanieczyszczonych związkami ropopochodnymi metodą agrotechniczną uzależniony jest od głębokości skażenia profilu glebowego, co związane jest z gatunkiem gleby, rodzajem związków ropopochodnych, a także okresem trwania procesu degradacji. Stosunkowo niewielkie zanieczyszczenia gleb związkami ropopochodnymi, zaistniałe w nieodległym czasie i rozmieszczone w poziomie próchnicznym, można zlikwidować łatwiej niż gleby od wielu lat degradowane. Wynika to stąd, że biologicznie martwa warstwa sięga znacznych głębokości, a zatem poziom próchniczny utracił naturalna strukturę i trudno w takiej glebie uzyskać biodegradację związków ropopochodnych. W takim przypadku całą zanieczyszczoną masę gruntu usuwa się z miejsca zalegania i układa na folii w formie pryzmy grubości 100 - 150 cm. Pryzmę pokrywa się warstwą około 20-to cm grubości ziemi próchnicznej. Na tym podłożu uprawia się rośliny, najlepiej mieszankę traw pastewnych, stosując intensywne nawożenie NPK. Dzięki tym zabiegom zwiększa się aktywność biologiczna gleby, co przyczynia się do biodegradacji związków ropopochodnych. Zaletą metody jest niski koszt prowadzenia, natomiast wadą, długi czas jej trwania.

Bardziej zaawansowana technika in situ to tzw. bioekstrakcja. Polega ona na wymuszeniu cyrkulacji roztworu wodnego zawierającego drobnoustroje, tlen i substancje odżywcze. Roztwór ten jest rozdeszczowywany na powierzchni zanieczyszczonej gleby, przepływa przez nią w kierunku specjalnie wykonanych otworów drenażowych, z których jest zawracany do ponownego obiegu.

Istotnym elementem wymienionej metody jest bioreaktor służący do usuwania zanieczyszczeń z fazy ciekłej. Mają tu zastosowanie:

- bioreaktory z osadem czynnym,

- bioreaktory z wypełniaczem zawierającym unieruchomione drobnoustroje.

W pierwszym przypadku jest to aparat typu zbiornikowego z mieszadłem i drobnoustrojami przystosowanymi do rozkładu określonych zanieczyszczeń. W drugiej grupie występuje biomasa zawierająca mieszaninę wyselekcjonowanych mikroorganizmów, zdolnych do rozkładu związków ropopochodnych.

20.3. REKULTYWACJA GLEB ZAKWASZONYCH

Zabiegiem regulującym odczyn w glebach jest ich wapnowanie. Na glebach o odczynie średnio kwaśnym wystarczy stosować wapnowanie kompensujące straty wapnia. Stosuje się je w odpowiednich, wynikających z potrzeb agrotechniki odstępach czasu, w poziomie orno-próchnicznym.

Natomiast w warunkach silnego zakwaszenia gleby należy zneutralizować pH poprzez zastosowanie odpowiedniej ilości węglanu lub tlenku wapnia, wyliczonej na podstawie aktualnej i potencjalnej kwasowości hydrolitycznej gleby. Ilości wapna w takich przypadkach są znaczne, nawet do 150q/ha. Niedostateczne zwapnowanie nie przynosi oczekiwanego rezultatu. Warunkiem prawidłowej rekultywacji jest również dokładne wymieszanie nawozów wapniowych z glebą.

W warunkach silnego zakwaszenia gleb, przy oddziaływaniu presji zanieczyszczających, konieczne jest wykonanie wapnowania melioracyjnego. Polega ono na wprowadzeniu nawozu wapniowego w ilości likwidującej zakwaszenie od 0 do 50 cm warstwy gleby. Dawki wapna, podobnie jak przypadku wapnowania profilaktycznego, oblicza się na podstawie kwasowości hydrolitycznej. Wiadomo, że niższe warstwy gleby wywierają znaczący wpływ na jej poziom kwasowości w glebie do głębokości 50 cm ma istotny wpływ na poprawę ekologicznych i produkcyjnych efektów działalności rolniczej.

20.4. REKULTYWACJA GLEB ALKALICZNYCH

Nadmierną alkaliczność gleb neutralizuje się przez zastosowanie do gleby (ustalonej laboratoryjnie dawki) siarki pylastej, którą należy zastosować dwukrotnie: połowę dawki na powierzchnię gleby, drugą część dawki po przekopaniu lub przeoraniu.

20.5. REKULTYWACJA GLEB ZASOLONYCH

Duża rozpuszczalność soli sprawia, że woda opadowa przemieszczając się w głąb profilu, oczyszcza z nadmiaru soli wierzchnie jej poziomy. Tak dzieje się w przypadku presji działającej jednorazowo, bądź okresowo. W przypadku dużego zasolenia można stosować przemywanie gleby, przy jednoczesnym odprowadzeniu przesączu. Skuteczność tego zabiegu uzależniona jest od sposobu oddziaływania presji. Przy stałym (ciągłym) jej oddziaływaniu, niezbędne jest w pierwszej kolejności zlikwidowanie (ograniczenie) przyczyny.

21. REKULTYWACJA WYROBISK PO ODKRYWKOWEJ EKSPLOATACJI KOPALIN

21.1. REKULTYWACJA TERENÓW PO EKSPLOATACJI KRUSZYW NATURALNYCH

Wyrobiska suche są głównie rekultywowane na cele leśne i rekreacyjne, przy czym nie wyklucza się również zagospodarowania rolniczego. Mogą one pozostawać w uprawie rolniczej. Natomiast obszary wyrobisk podmokłych, niżej położonych, gdzie uregulowanie stosunków wodnych sprawia dużą trudność, mogą nadawać się na zbiorniki wodne.

Przyrodniczy, rolno-leśny kierunek ich zagospodarowania wymaga gruntownej przebudowy właściwości rekultywowanego gruntu, głównie w zakresie poprawy właściwości wodnych, sorpcyjnych oraz zawartości substancji organicznej i składników mineralnych. Wykorzystać do tego celu można różne substancje, w tym również odpadowe, pod warunkiem, że nie są zanieczyszczone biologicznie i chemicznie, a jakością znacznie przewyższają grunt rekultywowany. Często wykorzystuje się zasoby żyznej ziemi z nadkładu. Dobre wyniki otrzymano, stosując przy rekultywacji wyrobisk pełne nawożenie (NPK) z dodatkiem minerałów ilastych. Korzystne efekty produkcyjne mogą dać również komposty miejskie, ścieki komunalne bądź osady ściekowe. Osady, a także inne substancje użyźniające, należy wymieszać z powierzchniową warstwą gruntu do głębokości 30-35 cm przy użyciu pługofrezarki. Utrwalenie i użyźnienie zboczy można przeprowadzić przy użyciu osadów płynnych z jednoczesnym wysiewem nasion roślin. W przypadku leśnego użytkowania terenu, korzystniejsze jest wgłębnopasowe stosowanie osadu w nieco niższej dawce suchej masy.

Do użyźniania wykorzystać można również inne substancje odpadowe, jak choćby popioły ze spalania węgla, odpady przemysłu spożywczego, torf, gnojowicę. Wielkość dawki zastosowanych substancji użyźniających uzależniona jest od ich jakości oraz właściwości rekultywowanego podłoża.

W wielu przypadkach po wyrównaniu terenu i wysiewie nawozów mineralnych, uprawia się tam motylkowe rośliny pionierskie, często w mieszance z trawami. Z roślin motylkowych odpowiedni jest łubin żółty i komonica rożkowa, z traw kupkówka pospolita. Po zainicjowaniu procesów glebotwórczych roślinność zielna powinna być przeorana na głębokość 20-30 cm, a teren może stanowić siedlisko dla drzew i krzewów, już jako roślinności docelowej.

Stałymi elementami dawnych terenów poeksploatacyjnych piaskowni i żwirowni są najczęściej urwiste, nieregularne skarpy i znaczne powierzchnie zalane wodą, a wśród nich chaotycznie rozrzucone „wyspy” zwałów pochodzących z nadkładów.

Brzegi wyrobisk lub ukształtowane odpowiednio skarpy powinny być obudowane roślinnością zabezpieczającą przed erozją. W obudowie skarp zbiorników wodnych należy inaczej traktować górny, bardziej stromy pas skarpy, a inaczej niższą część położoną w strefie ewentualnych wahań poziomu wód gruntowych. Górne części skarp zaleca się obsadzać podobnymi roślinami jak skarpy wyrobisk suchych, ale z większym udziałem wierzby. Pas w sąsiedztwie zbiornika umacnia się, sadzą wierzbę wiciową, gęsto w kilku poziomych rzędach, albo wprowadzając kłączowe rośliny wodne.

21.2. REKULTYWACJA WYROBISK GLINIASTYCH I ILASTYCH

Sposób rekultywacji zależy od materiału ziemnego zalegającego w spągu, szczególnie od jego właściwości fizykochemicznych (odczyn, zawartość związków toksycznych). Z reguły tereny takie przed rekultywacją, wymagają regulacji stosunków wodnych, równania powierzchni oraz właściwego ukształtowania brzegów lub skarp. Utwory kwaśne należy zneutralizować przez stosowanie wapna.

Preferowane kierunki zagospodarowania docelowego wyrobisk suchogruntowych to głównie grunty orne i użytki zielone, zaś zawodnionych, zbiorniki wodne i tereny rekreacyjne.

Dobre efekty we wstępnej fazie rekultywacji na tych terenach - szczególnie w ramach zagospodarowania rolniczego - mogą dawać duże dawki substancji organicznej, torfu, lub nawozów organicznych (obornik, kompost). Można również wykorzystać lokalny nadkład ziemi próchnicznej lub odpady organiczne, np. osady ściekowe. Z roślin pionierskich na te tereny mogą nadawać się rośliny motylkowe oraz trawy. Ze względu na dość znaczną potencjalną żyzność utworów, po zagospodarowaniu wstępnym (przy zastosowaniu roślinności motylkowo - trawiastej) na terenach tych mogą być uprawiane rośliny paszowe, pod warunkiem jednak regulacji stosunków wodnych i stosowania tam racjonalnego nawożenia. Na bardziej uwodnionych obszarach wyrobisk można zakładać plantacje wikliny, topoli lub olszy.

Po utrwaleniu zadarnienia można na zbocze, zależnie od kierunku zagospodarowania, wprowadzić drzewa i krzewy. Taki (bądź podobny) sposób rekultywacji gwarantuje powstanie gleb dobrej jakości, odpowiedniej do uprawy roślin o wysokich wymaganiach siedliskowych.

Znaczna część terenów po eksploatacji gliny, ze względu na warunki wodne, nie będzie mogła być przeznaczona do rekultywacji rolnej lub leśnej, ale może nadawać się do wykorzystania pod zbiorniki wodne, stawy rybne itp. Efektywność gospodarcza i ekologiczna tego sposobu zagospodarowania uzależniona jest od możliwości zasilania zbiornika wodą bieżącą. W przeciwnym razie jest ona stosunkowo niska.

Wyrobiska te (głównie wgłębne) mogą być również likwidowane poprzez zasypywanie ich różnymi odpadami komunalnymi. W przypadku, gdy stosowane odpady mogą stanowić zagrożenie dla środowiska, a szczególnie wody gruntowej, wyrobisko takie winno być odpowiednio uszczelnione.

21.3. REKULTYWACJA GRUNTÓW ZDEWASTOWANYCH PODCZAS EKSPLOATACJI TORFU

Zależnie od stopnia zaawansowania wydobycia torfu eksploatowane torfowiska można podzielić na następujące grupy:

1. eksploatacja prowadzona była poprawnie, z zachowaniem regularnych układów wyrobisk, tj. wydobywano torf do określonej głębokości, uwzględniając warunki wodne, a następnie zagospodarowywano potorfia,

2. występują wyrobiska o nieregularnym układzie, obejmujące mniej niż 20% rozpatrywanej powierzchni,

3. rozmieszczenie wyrobisk jest nieregularne, wyrobiska takie zajmują 20-60% powierzchni torfowisk,

4. występuje bardzo duże rozproszenie nieregularnych wyrobisk, których zasięg przekracza 60% powierzchni.

Potorfia na torfowiskach grupy pierwszej mogą być zagospodarowane rolniczo, bez specjalnych zabiegów adaptacyjnych, konieczne jest jednak wcześniejsze uregulowanie stosunków wodnych.

Torfowiska grupy drugiej mogą być bez większych przeszkód zagospodarowane rolniczo. W przypadku partii międzywyrobiskowych jest to proste. Również rekultywacja samych wyrobisk nie nastręcza specjalnych trudności, nawet gdy nieodzowne będzie ich wypełnienie różnymi utworami glebowymi potrzebnymi do wyrównania powierzchni.

Torfowiska grupy trzeciej i czwartej, ze względu na duże zagęszczenie wyrobisk o różnych kształtach i wymiarach oraz ze względu na ich zmienny układ, nie mogą być bezpośrednio wykorzystane rolniczo. Zagospodarowanie rolnicze takich terenów bez przeprowadzenia zabiegów o charakterze rekultywacji technicznej nie jest możliwe.

Przygotowanie terenu do rekultywacji musi objąć znacznie większy obszar niż tereny samych wyrobisk, z uwzględnieniem stosunków wodnych panujących na obszarze całej mikrozlewni.

W okresie przedrekultywacyjnym do ważniejszych zadań należy przeprowadzenie badań terenowych, obejmujących m.in.:

- zdjęcie geodezyjne z uwzględnieniem pomiarów głębokości wyrobisk,

- określenie miąższości torfu, głębokości wyrobisk i terenów nie eksploatowanych,

- obserwacje poziomu wód gruntowych badanego terenu,

- ustalenie rodzaju utworów wyściełających zbiornik sedymentacyjny potorfi,

- określenie rodzaju użytków rolniczych na obszarze oddziaływania dewastującego na tereny otaczające.

Pełny cykl zabiegów rekultywacyjnych obejmuje trzy etapy.

I etap - rekultywacja projektowo-organizacyjna z uwzględnieniem części projektowej, określającej m.in.:

- możliwość oraz koszty rekultywacji i utrzymania w terenie odpowiednich stosunków wodnych,

- preferowany sposób rekultywacji i zagospodarowania,

- wpływ zamierzonych zabiegów na tereny otaczające,

- warunki sprzętowo-organizacyjne zamierzonych przedsięwzięć,

- kompleksowe ujęcie nakładów i efekty ekonomiczne.

II etap - rekultywacja realizacyjna trzema fazami rekultywacji technicznej, biologiczno-przygotowawczej i biologiczno-realizacyjnej.

III etap - zagospodarowanie terenu porekultywacyjnego.

W odniesieniu do terenów zdewastowanych, na których wyrobiska zajmują do 20% całego obszaru, rekultywacja powinna być integralną częścią projektu melioracji i zagospodarowania.

Zaplanowana w pierwszym etapie rekultywacja polega na wyrównaniu powierzchni. Można to osiągnąć przez wypełnienie wyrobisk lub likwidację grobli. Na torfowiskach o stopniu wyeksploatowania do 20% powierzchni zaleca się, w miarę możliwości wypełnienie wyrobisk materiałem obcym. Materiał ten powinien mieć gęstość objętościową zbliżoną do gęstości objętościowej torfu. W wyrobiskach można składać również faszynę, krzewy, czy też trzcinę, uzyskane przy karczowaniu krzaków na terenie zdewastowanym przed jego kompleksowym zagospodarowaniem.

Torfowiska, które były eksploatowane w granicach 20-60% powierzchni, mogą być rekultywowane przez eksploatację porządkującą. Polega ona na pozyskaniu torfu z grobli międzywyrobiskowych i terenów otaczających wyrobiska. Głębokość eksploatacji musi być tak dobrana, aby można było osiągnąć właściwy poziom wody gruntowej po obniżeniu terenu. Eksploatacja porządkująca pozwala uzyskać znaczne ilości torfu i jednocześnie przygotować teren do dalszej rekultywacji. Naczelnym zadaniem porządkowania terenu jest obniżenie obszarów zbyt wyniesionych i wyrównanie. Bilans masy torfowej oparty na szczegółowych obliczeniach umożliwia powzięcie decyzji o przemieszczaniu do wyrobisk lub zagospodarowaniu znacznych ilości torfu.

Na torfowiskach o powierzchni wyeksploatowanej powyżej 60% należy stosować jej wyrównanie przez przemieszczanie torfu z grobli i obszarów nie eksploatowanych do wyrobisk. Powierzchnię wyrobisk, jako przyszłe siedlisko wzrostu roślin, powinna stanowić wierzchnia warstwa z eksploatowanego torfowiska. Przygotowanie terenu do dalszej rekultywacji może polegać na stosowaniu eksploatacji porządkującej, co zależy od warunków lokalnych.

W niektórych okolicznościach, jeśli torfowisko jest wyeksploatowane na dużej, równej powierzchni i do znacznej głębokości ma odpowiednie podłoże, wyrobiska mogą być adaptowane jako stawy rybne.

W fazie rekultywacji technicznej równolegle z pracami ziemnymi, mającymi na celu wyrównanie terenu, należy stosować działania odwadniająco-nawadniające. Zakres i sposób jest ściśle związany z morfologią terenu, a jednocześnie z przewidywanym sposobem użytkowania. Należy przy tym zwrócić uwagę na wpływ odwadniający dołów poeksploatacyjnych (potorfi) na otaczające tereny. Istnieje bowiem niebezpieczeństwo wytworzenia lokalnych lejów depresyjnych, zwłaszcza gdy torfowisko otaczają gleby lekkie.

Do rekultywacji technicznej należy również budowa dróg dojazdowych umożliwiających dalsze użytkowanie terenu. Im bardziej intensywny jest przewidywany sposób użytkowania torfowisk, tym drogi muszą być trwalsze.

Wprowadzenie zadrzewień w postaci pasów lub kęp roślinności drzewiastej dodatnio wpływa na mikroklimat oraz przeciwdziała erozji wietrznej gleby. Przy planowaniu konieczne jest uwzględnienie nie tylko topografii rekultywowanego terenu, ale i układu okolicznych pól, przebiegu dróg i systemu melioracyjnego. Za najlepsze miejsce do wprowadzenia zadrzewień uważa się najgłębsze, trudne do wyrównania wyrobiska. Wierzba, olsza, topola i jesion nadają się na tego typu siedliska. Wskazane jest także równoczesne obsadzenie drzewami i krzewami skarp, rowów i cieków naturalnych.

Dalszą fazą rekultywacji jest rekultywacja biologiczno-przygotowawcza. Stosuje się tu zespół zabiegów, które mają na celu doprowadzenie do wytworzenia z surowego materiału, jakim jest torf, biologicznie czynnej gleby, odpowiedniej dla wzrostu i rozwoju roślin.

W celu wytworzenia luźnej, lecz nie pylącej się struktury gleby torfowej, należy na terenach rekultywowanych zastosować orkę (przewietrzenie), bronowanie broną talerzową lub inne zabiegi uprawowe przyspieszające wytwarzanie makroporów w warstwie uprawnej.

Bez względu na rodzaj przewidywanych upraw roślinnych należy stosować nawożenie mineralne, które trzeba traktować jako część składową zabiegów rekultywacji biologicznej.

Przy nieodpowiednim pH, tereny torfowe wymagają również regulacji odczynu przez stosowanie wapnia lub siarki.

Następną fazą jest rekultywacja biologiczno-realizacyjna potorfi, która polega na wprowadzeniu na nie, po orce i nawożeniu mineralnym, roślin uprawnych. Na zrekultywowanym torfowisku można stosować następujące sposoby użytkowania:

- na torfowiskach niskich: łąki i pastwiska, uprawy warzyw, konopi, lnu, mięty, wikliny przemysłowej;

- na torfowiskach przejściowych i wysokich: plantacje borówki wysokiej, żurawiny wielkoowocowej oraz uprawy leśne.

Należy podkreślić, że dotychczasowy zasięg rekultywacji zdewastowanych torfowisk, jak również i stosowane metody nie są wystarczające.

22. REKULTYWACJA WYSYPISK ODPADÓW BYTOWO-GOSPODARCZYCH

Każda 2-wu metrowa warstwa odpadów komunalnych po ich wyrównaniu jest przysypywana około 20-to cm warstwą gruntu w celu zapobieżenia roznoszeniu się poszczególnych składników śmieci przez wiatr i ptaki. Po wykorzystaniu całkowitej pojemności wysypiska następuje jego rekultywacja, polegająca na rozprowadzeniu grubszej warstwy gruntu na jego powierzchni, uprawie mechanicznej, nawożeniu i wprowadzeniu roślin. Skład chemiczny odpadów komunalnych jest korzystny dla rozwoju roślin. Główną przeszkodą w dobrym jej rozwoju są procesy rozkładu beztlenowego substancji organicznej, zachodzące dość długo na wysypisku. Z tego powodu potrzebna jest dość gruba warstwa ziemi, aby zabezpieczyć wprowadzaną roślinność przed ujemnym wpływem gazów, wydzielających się w wyniku tych procesów. Stosunkowo najlepiej znoszą częściowy brak tlenu trawy, dlatego też zadarnienie wysypiska - daje w początkowym okresie jego rekultywacji - najlepsze efekty. Następnie, w miarę zmniejszania się ilości wydzielonych produktów rozkładu beztlenowego, można wprowadzać roślinność głębiej korzeniąca się - drzewa i krzewy. Dłużej trwa rekultywacja biologiczna wysypisk o dużej miąższości, gdzie utrudniony jest dostęp tlenu do głębszych warstw materiału.

Dzięki rekultywacji wysypisk odpadów komunalnych zmniejsza się ilość odcieków z wysypiska, ponieważ roślinność wykorzystuje znaczną część wody opadowej. Zmniejsza się bardzo silnie erozja wodna i eoliczna, co chroni przed rozprzestrzenianiem się zanieczyszczeń w środowisku wodnym i w powietrzu. Poprawia się też krajobraz okolicy. Stopniowo tworzy się żyzna gleba o dużym procencie substancji organicznej. Głównym jej mankamentem jest znaczny udział części szkieletowych i szkła.

Jakość materiału glebowego, jaki powstaje w wyniku rozkładu odpadów miejskich zgromadzonych na wysypiskach, jest dość silnie zróżnicowana i zależy od charakteru miasta. Korzystniej jest, gdy odpady pochodzą z „miast-sypialni”, znacznie gorzej gdy odpady pochodzą z miast zindustrializowanych. Duże różnice w składzie notuje się także między wysypiskami dawniejszymi - gdzie w masie przerobionych odpadów prawie nie notuje się tworzyw sztucznych, a znaczny udział miał popiół z palenisk domowych - a obecnie eksploatowanymi, gdzie nierozłożone opakowania i przedmioty plastikowe stanowią istotną część masy wysypiska. Wspólną cechą materiału wysypisk miejskich jest stosunkowo wysokie stężenie metali ciężkich i znaczna niehomogeniczność materiału, ze znacznym udziałem frakcji grubszych.

Wybór kierunku rekultywacji wysypiska podyktowany jest zarówno potrzebami lokalnymi, jak i właściwościami materiału. Obecnie rzadko i niechętnie prowadzi się rekultywację wysypisk w kierunku rolnym. Podyktowane jest to trudnościami w sprzedaży produktów rolnych i ogrodniczych. Jeżeli dodatkowo istnieją wątpliwości co do ich jakości, wynikające z możliwego pobrania przez rośliny uprawne zanieczyszczeń ze zrekultywowanego gruntu, perspektywy zbytu produktów z takiego terenu są niewielkie.

Chętniej podejmuje się decyzję o leśnym zagospodarowaniu wysypisk odpadów miejskich. Z reguły nie planuje się nasadzeń produkcyjnych, nastawionych na pozyskiwanie drewna, a raczej nasadzenia ochronne. Ich głównym zadaniem jest ochrona środowiska jako całości, bądź jego elementów: gleby, wody, powietrza. Często, przy dobrym doborze gatunków drzew i krzewów oraz korzystnej lokalizacji, lasy takie mają walory krajobrazowe, predysponujące je do funkcji rekreacyjno-wypoczynkowej. Ma to szczególne znaczenie dla dużej aglomeracji miejskiej.

23. REKULTYWACJA TERENÓW ZURBANIZOWANYCH

(GLEB ZDEWASTOWANYCH W WYNIKU DZIAŁALNOŚCI BUDOWLANEJ)

W miastach i w okolicach różnych obiektów przemysłowych, ciągów komunikacyjnych itp. gleba zostaje w dużej części zniszczona mechanicznie. W celu jej odnowienia, dla umożliwienia późniejszego założenia trawników, klombów, nasadzeń krzewów i drzew, najczęściej nawozi się - na wyrównaną powierzchnię - torf. Trawy zasiane na wynawożoną, dobrze uprawianą 10-20 cm warstwę takiego podłoża rosną bardzo dobrze. Jednak po pewnym czasie, trawniki założone w ten sposób wysychają, częściowo lub całkowicie, nawet po niedługiej suszy. Przyczyną tego jest płytka warstwa gruntu - gleby, zdolna do akumulacji niedużej ilości wody dostępnej dla roślin. Oprócz tego torf, trwały w warunkach dużej wilgotności, po umieszczeniu go na powierzchni szybko ulega mineralizacji, a część materiału organicznego podlega procesom denaturacji. Polegają one na trwałych, bezpowrotnych przemianach fizyko-chemicznych, w efekcie których powstaje „koksik”, zwęglony materiał o charakterze w znacznej mierze hydrofobowym. Po kilku latach, z nawiezionego dużym kosztem torfu, pozostaje 1-2 cm warstewka czarnego, roznoszonego przez wiatr proszku węglowego.

W celu uniknięcia tego zjawiska, naniesiony na powierzchnię torf winien być jak najlepiej zmieszany z mineralnym podłożem. Bardzo często to podłoże samo może bez dodatku substancji organicznej służyć do założenia trawników, klombów i innego rodzaju zieleni. W ten sposób można oszczędzić wiele kosztów związanych z zakupem torfu i transportem jego na znaczne nieraz odległości. Bardzo ważna jest również konieczność ochrony środowiska, złoża torfu odgrywają w nim bowiem bardzo ważną rolę regulacji stosunków wodnych. Przy zakładaniu zieleni na piaskach można, zamiast powszechnie dotychczas stosowanego torfu, używać osadów ściekowych.

24. OCENA SKUTECZNOŚCI ZABIEGÓW REKULTYWACYJNYCH

Celowe jest wypracowanie metod szacujących skuteczność przeprowadzonych zabiegów rekultywacyjnych. Jedną z nich jest udział substancji organicznej w podłożu. Klasyfikację taką może stanowić również zmiana odczynu z faktycznego do oczekiwanego, a także zmiana pojemności sorpcyjnej.

Wskaźniki te charakteryzują zmiany ilościowe wymienionych właściwości, nie informując przy tym o ich stabilności, a tym samym o trwałości przeprowadzonej rekultywacji. Wyróżnione kategorie skuteczności przeprowadzonej rekultywacji zdegradowanych mechanicznie i chemicznie gruntów uwzględniają zakres i trwałość poprawy ich właściwości. Stabilizacja właściwości podłoża uzyskanego w procesie rekultywacji uzależniona jest od dalszego ich zagospodarowania.

Podstawą do opracowania projektu rekultywacji gleb obszarów zdegradowanych jest rozpoznanie przyczyn i skutków ją powodujących. Rozpoznanie takie dają wyniki badań terenowych i laboratoryjnych, przedstawione w formie opracowania kameralnego, mającego często, w zależności od rozmiaru prac, formę studialną. Na ich podstawie należy zaplanować zabiegi rekultywacyjne, a także kierunki zagospodarowania docelowego.

Prawidłowo przeprowadzony proces rekultywacji i zagospodarowania winien uwzględniać wprowadzenie na taki obiekt odpowiednich, w stosunku do warunków glebowych i rodzaju presji, gatunków roślin. Rośliny w tych warunkach spełniają bowiem funkcję poprawiającą i stabilizującą właściwości rekultywowanego gruntu, a także, w warunkach zanieczyszczeń chemicznych, funkcję detoksykatorów.

LITERATURA

Allen P. A., 2000. Procesy kształtujące powierzchnię Ziemi. PWN. Warszawa.

Baran S., 2000. Ocena stanu degradacji i rekultywacji gleb. Wyd. AR w Lublinie. Lublin.

Baran S., Turski R., 1996. Degradacja, ochrona i rekultywacja gleb. Wyd. AR w Lublinie. Lublin.

Czępińska-Kaminska D., Janowska E., Konecka-Betley K., Okołowicz M., 2004. Leksykon terminów z zakresu nauki o glebie. Oficyna Wydawnicza WSEiZ.Warszawa.

Greinert H., 1998. Ochrona gleb. Politechniki Zielonogórskiej. Zielona Góra.

Greinert H., Greinert A., 1999. Ochrona i rekultywacja środowiska glebowego. Wyd. Politechniki Zielonogórskiej. Zielona Góra.

Gworek B. (red.)., 2004. Technologie rekultywacji gleb. Monografia. IOŚ. Warszawa.

Klimaszewski M., 2002. Geomorfologia. PWN. Warszawa.

Lorenc M. W., 2007. Wykorzystać kamień. Geneza, przygotowanie, stosowanie. Wyd. Studio JASA. Wrocław.

Maciak F., 1999. Ochrona i rekultywacja środowiska. Wyd. SGGW. Warszawa.

Migoń P., 2006. Geomorfologia. PWN. Warszawa.

Mizerski W., Sylwestrzak H., 2002. Słownik geologiczny. PWN. Warszawa.

Rekultywacja i rewitalizacja terenów zdegradowanych. Praca zbiorowa., 2006. Wyd. Futura. Poznań.

Van Loon G. W., Duffy S. J., 2007. Chemia środowiska. PWN. Warszawa.

Zawadzki S. (red.)., 1999. Gleboznawstwo. PWRiL. Warszawa.

---