Ochrona gleb
Przykładowe definicje gleby:
Gleba - to twór powstały z wietrzenia litej skały (w procesie glebotwórczym), pod wpływem czynników:
fizycznych (wiatr, temperatura, opady),
chemicznych (tlen, dwutlenek węgla, woda)
oraz działalności świata roślinnego i zwierzęcego (życie biologiczne, bakterie, grzyby, porosty, rośliny wyższe i zwierzęta).
lub:
Gleba to biologicznie czynna powierzchnia ziemi, powstała z utworu geologicznego, zwanego skała, macierzystą., w wyniku wietrzenia fizycznego, chemicznego i biologicznego.
Proces glebotwórczy (erozja skał) jest dość złożony. Na jego początku powstaje zwietrzelina, czyli luźne odłamki skalne powstałe w wyniku wietrzenia skał. Glebę na tym poziomie rozwoju nazywa się inicjalną, której dalszy los zależy w dużej mierze od czynników fizycznych.
Większość gleb składa się z kilku poziomów: |
|
poziom |
Tworzony jest przez rozłożone szczątki organiczne obumarłych roślin i zwierząt. |
poziom |
Powstaje w wyniku wymywania z niego łatwo rozpuszczalnych związków organicznych do niższej warstwy. |
poziom wmywania |
Tworzy się na skutek osadzania się związków organicznych przenoszonych przez przesiąkającą wodę w wyższego poziomu. |
Wyróżniamy dwa główne typy gleb:
1) Strefowe:
Zależne od klimatu - są to tundry, bielice, brunatno, czarno-, szaro-, czerwono-, szaro-, czerwono-, żółto- i buroziemy, kasztanowe
2) Astrefowe:
Niezależne od klimatu - są to mady, rędziny, gleby bagienne i górskie
Na jednego mieszkańca Polski przypada:
0,48 ha użytków rolnych,
0,23 hałasów i zadrzewień,
0,03 ha terenów osiedlowych i
0,02 ha terenów komunikacyjnych.
Gleby na terenie Polski zdominowane są przez gleby brunatne, bielicowe i rdzawe, które występują na prawie całej powierzchni kraju.
Wśród hydrogenicznych (mokradłowych) ekosystemów, zwanych bagiennymi, przeważają gleby torfowe (organiczne).
Wszystkie pozostałe typy gleb powstały głównie ze skał osadowych polodowcowych, trzeciorzędowych i kredowych.
Gleby leśne i łąkowe zachowały w dużym stopniu naturalne cechy genetyczne. Gleby gruntów ornych oraz terenów miejskich i przemysłowych zostały w bardzo dużym stopniu zmienione wskutek dostosowania ich właściwości do potrzeb roślin uprawnych lub zostały zdeformowane działalnością techniczną.
Do czynników glebotwórczych nalezą:
1. Litosfera - powierzchniowe utwory geologiczne, głownie skala macierzysta - jej skład jest również składem gleby.
2. Biosfera - rośliny i zwierzęta glebowe (rozkład martwej materii organicznej, mieszanie treści glebowych, napowietrzanie gleby, utrzymywanie odpowiedniej struktury gleby).
3. Hydrosfera - woda glebowa, opady, cieki
4. Klimat - ma duży wpływ na przebieg wietrzenia skal i pokrywę roślinną, wilgotność
5. Rzeźba terenu - (tereny pagórkowate są bardziej podatne na erozje, niecki na nawodnienie)
6. Działalność człowieka - (budownictwo, rozwój przemysłu, melioracje, uprawy, nawożenie).
7. Czas - wpływ czynników glebotwórczych w czasie.
Proces glebotwórczy jest powolny i przebiega z szybkością 1 cm wytworzonej gleby na 100-400 lat. Z tego względu glebę uważa się za zasób w praktyce nieodnawialny i powinna ona podlegać szczególnej ochronie.
Poza funkcją produkcyjną gleba tworzy ogromnych rozmiarów naturalny zbiornik retencyjny1 zasobów wodnych. Wody opadowe gromadzone w glebie są niezbędne dla życia roślin. Dzięki żyjącym w glebie drobnoustrojom spełnia ona również ważną funkcję sanitarną i uczestniczy w niezbędnym dla ciągłości życia na Ziemi procesie rozkładu (mineralizacji) martwych resztek organicznych, wpływając w ten sposób na obieg pierwiastków w środowisku. Dzięki właściwościom sorpcyjnym gleba spełnia funkcję naturalnego filtra; pochłania m.in. związki toksyczne.
Sorpcja - proces pochłaniania cząstek, jonów z fazy płynnej i gazowej gleby, wchłaniania powierzchniowego (adsorpcja) i objętościowego (absorpcja) zachodzących równocześnie w danym układzie.
Właściwości i urodzajność (produktywność) gleby zależą od:
składu mineralnego skały macierzystej i stopnia przeobrażenia jej w procesie glebotwórczym;
zawartości i jakości materii organicznej martwej (próchnicy, resztek organizmów roślinnych i zwierzęcych), będącej źródłem składników odżywczych oraz czynnikiem strukturotwórczym;
zdolności do gromadzenia wody i oddawania jej roślinom, co zależy głównie od uziarnienia (składu mechanicznego) i struktury gleby;
wymiany powietrza pomiędzy glebą i atmosferą, zapewniającej tlenowe warunki do życia korzeni roślin
Strukturę użytkowania powierzchni w Polsce determinują funkcje rolnicze i leśne, obejmujące łącznie około 87% powierzchni kraju. Składają się na nie: grunty orne (45,5%), lasy (28,1%), użytki zielone (13,1%). Udział użytków rolnych maleje systematycznie od 1946 r. przy jednoczesnym znacznym wzroście lesistości (z 20,7 do 28,1%) oraz umiarkowanym wzroście powierzchni terenów osiedlowych i komunikacyjnych.
Definicje degradacji gleby:
Degradacja gleby to pomniejszenie lub zniszczenie (dewastacja) ekologicznej i produkcyjnej wartości gleby.
[Stopniowy spadek zawartości próchnicy, zakwaszenie, zasolenie, ubytek składników pokarmowych, zanieczyszczenia chemiczne]
Degradacja gleb - zniekształcenie jednej lub wielu jej właściwości, w tym również zanieczyszczenie, pogarszające warunki życia i plonowania roślin uprawnych, skład gatunkowy roślinności trwałej, wartość użytkową (odżywczą, technologiczną, sanitarną) płodów rolnych i leśnych, ekologiczne funkcjonowanie pokrywy glebowo-roślinnej w krajobrazie.
Czynniki degradujące można podzielić na: n a t u r a l n e - zachodzące bez czynnego udziału człowieka i antropogeniczne — powodowane przez człowieka.
Czynniki powodujące niekorzystne zmiany w glebach:
pożary, erozja, susza, trzęsienia ziemi;
przemysłowo-chemiczne zanieczyszczenia, np. metalami ciężkimi (zwłaszcza Pb, Cd), kwaśnymi i kwasotwórczymi składnikami mineralnymi i organicznymi składnikami toksycznymi obecnymi w nawozach;
chemizacja rolnictwa - chemiczna ochrona roślin, nawożenie mineralne;
odkrywkowa i podziemna eksploatacja kopalin;
techniczna zabudowa: budownictwo mieszkaniowe, przemysłowe,
szlaki komunikacyjne;
działalność bytowa człowieka;
składowanie odpadów przemysłowych i bytowo-gospodarczych.
Głównymi źródłami zanieczyszczenia gleby są zakłady przemysłowe, które emitują pyły (zawierające metale ciężkie) oraz gazy (związki siarki, azotu, węgla, chloru, fluoru). Podobnie transport, szczególnie samochodowy, zanieczyszcza glebę i rośliny ołowiem i węglowodorami (w tym rakotwórczymi). Duży udział w zanieczyszczeniu gleby ma rolnictwo, które wskutek postępującej chemizacji upraw (nawozy mineralne, środki ochrony roślin) pomniejsza często żyzność gleby oraz pogarsza jakość żywności i paszy.
Degradacja gleb powoduje również określone skutki środowiskowe, wykraczające poza samo środowisko glebowe.
Degradacja fizyczna polega na stracie określonej masy gleby w wyniku procesów erozji wodnej i wietrznej oraz na pogorszeniu właściwości powietrzno-wodnych gleby
(zaskorupianie, zbitość, rozpływanie się gleby).
Szczególnie groźna, bo nieodwracalna jest strata masy gleby, częściowo tylko wyrównywana
procesem jej tworzenia.
Strata masy gleby w ilości 1 tony z ha na rok, w wyniku procesów erozyjnych, może w przeciągu 50-100 lat doprowadzić do całkowitej jej degradacji.
Degradacja chemiczna polega na stratach składników pokarmowych roślin, nagromadzaniu się substancji szkodliwych oraz na zakwaszaniu i zasalaniu gleby.
Procesy te prowadzą do zmniejszania się żyzności gleby, czyli jej zdolności do wydawania dużych i o dobrej jakości plonów roślin. W warunkach glebowo-klimatycznych Polski szczególnie nasilony i groźny jest proces zakwaszania gleb, natomiast proces ich zasalania nie odgrywa większej roli.
Degradacja biologiczna obejmuje procesy zmniejszania się zawartości substancji organicznej (węgla organicznego) oraz niekorzystne zmiany w składzie mikroflory i mikrofauny glebowej. W składzie mikroflory i mikrofauny zaczynają przeważać mikroorganizmy szkodliwe dla roślin nad mikroorganizmami pożytecznymi (np. bakteriami wiążącymi azot z powietrza).
Wszystkie opisane procesy degradacji prowadzą do zmniejszania się żyzności gleby, to znaczy jej zdolności do wydawania dużych i o pożądanych cechach jakościowych plonów roślin. Zmniejsza się również wówczas środowiskowa rola gleby, polegająca na magazynowaniu wody i sk³adników mineralnych oraz na zapobieganiu ujemnym skutkom nagromadzania substancji szkodliwych dla roślin, zwierząt i ludzi.
Szkodliwość erozji wodnej polega na niszczeniu wierzchniej, a często i głębszych warstw gleby oraz na przemieszczaniu cząstek glebowych i składników mineralnych, zawartych w glebie, do wód powierzchniowych. Szczególne zagrożenie dla jakości wód stanowią składniki biogenne - azot i fosfor. Ochrona gleb przed erozją wodną stanowi zatem równocześnie ochronę wód.
Stopień zagrożenia gleb przez erozję wodną zależy od następujących czynników:
intensywności opadów,
rodzaju utworu glebowego,
położenia pola w rzeźbie terenu,
rodzaju okrywy roślinnej
sposobu uprawy gleby.
Stopień podatności gleb na erozję wodną |
Rodzaj utworu glebowego |
Bardzo podatne |
gleby pyłowe, szczególnie lessy |
Silnie podatne |
piaski luźne i rędziny kredowe |
Średnio podatne |
żwiry i piaski gliniaste |
Słabo podatne |
gliny lekkie i gliny średnie |
Odporne |
gliny ciężkie, iły i gleby szkieletowe |
Niekorzystne zjawiska związane z działalnością człowieka:
Degradacja gleb przez przemysł i rolnictwo spowodowała następujące zjawiska:
1: Erozja
2: Pustynnienie i stepowienie
3: Zniekształcenie gruntów
4: Zmęczenie gleb
5: Ugniatanie
6: Przenawożenie
7: Wyjałowienie
Zniekształcenie gruntów to niekorzystne zmiany budowy i właściwości powierzchni ziemi i stosunków wodnych na danym terenie. Gruntami zniekształconymi są:
zapadliska i wypiętrzenia na terenach górniczych;
wyrobiska i zwałowiska pokopalniane;
składowiska odpadów przemysłowych i komunalnych;
tereny zawodnione, zanieczyszczone mechanicznie i chemicznie;
obszary pod zabudową miejską, przemysłową i komunikacyjną;
tereny pozbawione szaty roślinnej;
osuwiska.
Chemiczne zanieczyszczenia gleb
związki siarki (SO2, SO3, H2SO4, FeS, H2S).
Ich nadmiar w glebie (np. H2SO4) działa niekorzystnie na organizmy glebowe w sposób bezpośredni i pośredni. Działanie bezpośrednie polega na zakwaszeniu środowiska bytowania organizmów i hamowaniu ich rozwoju (w szczególności mikroorganizmów). W bardzo kwaśnym środowisku rośliny Tracą zdolność przyswajania składników pokarmowych (np. N, Ca, P, K), nawet gdy występują one w dostatecznie dużych stężeniach. Działanie pośrednie zakwaszenia gleby polega na wymywaniu trudno rozpuszczalnych substancji mineralnych, z rozpadem minerałów włącznie. Oprócz naruszenia równowagi składników pokarmowych wyzwalają się substancje toksyczne;
związki sodu (NaCl, Na2SO4, Na2CO3), przyczyniającymi się do zasolenia gleby;
związki azotowe (amoniak, azotany), lokalnie fluor, chlor, sód, potas;
ropa naftowa i jej pochodne;
związki metali ciężkich, głównie ołowiu (Pb), kadmu (Cd), cynku (Zn), rtęci (Hg);
substancje radioaktywne, np. stront 90, cez 137.
Rolnicze zanieczyszczenie gleb uprawnych następuje wskutek nieumiejętnego nawożenia mineralnego i nadmiernego stosowania gnojowicy oraz w wyniku używania chemicznych środków ochrony roślin (pestycydów) czy chemicznych regulatorów wzrostu roślin (r e t a r d a nt ó w).
Oprócz przemysłu i rolnictwa istotnym źródłem zanieczyszczenia gleb jest motoryzacja. Spośród skażeń najgroźniejszy tu jest ołów (Pb), znajdujący się w spalinach emitowanych z silników benzynowych.
Stopień zanieczyszczenia osadów dennych i gleb określa indeks geoakumulacji zaproponowany przez Müllera (Müller, Furrer 1998):
Igeo = log2(Cn/1,5Bn)
gdzie:
Cn - zawartość metalu we frakcji ilastej (< 2μm)
Bn - zawartość odpowiadająca geochemicznemu tłu dla skał ilastych z danego
obszaru
Współczynnik geoakumulacji jest charakteryzowany przez siedem stopni: od 0 do 6. Najwyższy stopień odzwierciedla 100 - krotne wzbogacenie wartości tłowej danego metalu (osady bardzo silnie zanieczyszczone). Wartość 0 odpowiada osadom niezanieczyszczonym, 2 - średnio zanieczyszczonym, 4 - silnie zanieczyszczonym.
Ochrona gleb to zespół czynników prawnych, organizacyjnych i technicznych zmierzających do:
minimalizacji erozji
przeciwdziałania chemicznej degradacji gleb
przeciwdziałania zakwaszeniu, przesuszeniu i zawodnieniu gleb
ograniczania do minimum technicznych deformacji gruntów i mechanicznego zanieczyszczenia gleb
zachowania gruntu o walorach ekologiczno-produkcyjnych
Do sposobów chroniących glebę przed chemiczną degradacją ze strony przemysłu należą:
ograniczenie emisji pyłowo gazowych (w szczególności SO2 i NOX oraz metali ciężkich);
budowa osłon biologicznych (fitosanitarnych) w postaci pasów zieleni. Zwarte i wysokie osłony w znacznym stopniu redukują zanieczyszczenia chemiczne gleby i roślin;
właściwe składowanie odpadów przemysłowych (hutniczych, górniczych) i komunalnych;
wykorzystywanie gleb najsłabszych na cele budownictwa, przemysłu, komunikacji;
dostosowanie użytkowania terenów i produkcji roślinnej do panujących warunków w strefie degradującego działania zanieczyszczeń.
Sposobami chroniącymi glebę przed chemiczną degradacją ze strony rolnictwa są:
racjonalne i umiarkowane stosowanie środków ochrony roślin oraz nawozów mineralnych; dostosowanie do rodzajów upraw i gleby;
wprowadzanie i stosowanie na szerszą skalę metod ekologicznej produkcji rolnej (rolnictwo ekologiczne);
stosowanie nawozów naturalnych (kompostu, obornika, biohumusu) w nawożeniu gleby;
stosowanie biologicznych i mechanicznych metod ochrony roślin.
Biologiczne metody ochrony roślin polegają na aktywnym wykorzystaniu przez człowieka przyrody ożywionej w celu likwidacji bądź ograniczenia szkodliwych zwierząt i roślin oraz zapobieżenia gradacjom i inwazjom szkodników.
Walka biologiczna polega na:
stosowaniu feromonów. Feromony to substancje zapachowe wydzielane na zewnątrz organizmu i wywołujące określone reakcje biologiczne u innych osobników lego samego gatunku, np. przywabianie samców u owadów, ssaków;
wprowadzaniu naturalnych biologicznych wrogów szkodników na drodze introdukcji i aklimatyzacji bądź wykorzystywaniu wrogów już istniejących;
stosowaniu patogennych mikroorganizmów - bakterii, wirusów, grzybów owadobójczych;
wykorzystywaniu metod agrotechnicznych mających na celu pogarszanie warunków rozwojowych szkodliwych roślin, np. przez wprowadzenie odpornych roślin uprawnych, odpowiednie terminy orki,
stosowaniu metod genetycznych, polegających na zakłócaniu normalnego rozwoju przez używanie preparatów utrudniających metabolizm, zapłodnienie.
Rekultywacja gruntów i gleb zdewastowanych
Rekultywacja jest to zespół działań naukowych, organizacyjnych i technicznych mających na celu przywracanie wartości użytkowej terenom i gruntom już zdewastowanym. Rekultywacji najczęściej wymagają:
składowiska odpadów górniczych, energetycznych, komunalnych;
wyrobiska po odkrywkowej eksploatacji skał, gliny, piasku, żwiru, torfu, wapieni, węgla brunatnego;
nieużyteczne drogi oraz powierzchnie zabudowane techniczne;
gleby zniszczone przez erozję wodną;
grunty zawodnione;
gleby zdegradowane technicznie, będące nieużytkami rolnymi;
gleby silnie zdegradowane przez przemysłowe zanieczyszczenia chemiczne wydzielane do atmosfery.
Rekultywacja rzadko odtwarza wyjściowy stan gruntów, zapewnia jednak przywracanie funkcji ekologicznych i gospodarczych terenu. Zagospodarowanie gruntów zrekultywowanych polega na rolniczym, leśnym lub innym ich użytkowaniu oraz na wybudowaniu niezbędnych obiektów i urządzeń.
Podstawowe zabiegi rekultywacji to:
1. Zabiegi techniczne
kształtowanie terenu - zasypywanie wyrobisk, wyrównanie hałd, doprowadzenie do takiego stanu, w którym ilość wody i powietrza w glebie wystarczy aby mogły rosnąć na niej rośliny, czasem gleba jest tak zniszczona, że konieczne jest pokrycie jej warstwą gleby żyznej o takiej grubości aby mogły rosnąć na niej jakiekolwiek rośliny.
neutralizacja szkodliwych środków - doprowadzenia do stanu, w którym bardzo szkodliwe substancje nie są już groźne dla życia roślin i organizmów glebowych.
dekoncentracji (rozrzedzenia) - polega to na wymieszaniu gleby skażonej przez bardzo trujące substancje z glebą nieskażoną na dużej powierzchni.
2. Zabiegi biologiczne - polegają na uzupełnieniu zabiegów mechanicznych prostymi zabiegami rolniczymi, które przyspieszają wzbogacenie gleby w składniki pokarmowe niezbędne do życia roślinom. Zabiegi biologiczne to:
nawożenie organiczne, mineralne, nawozy zielone
zabiegi agrotechniczne
wprowadzenie roślinności pionierskiej, czyli takiej która może rosnąć w bardzo złych warunkach i powoli przygotowywać odpowiednie warunki dla roślin bardziej wymagających.
Techniki usuwania zanieczyszczeń z materiału glebowego i gruntowego poza miejscem skażenia (ex situ):
1. Ekstrakcja i separacja zanieczyszczeń w roztworach wodnych
2. Obróbka termiczna
3. Biodegradacja
Techniki usuwania zanieczyszczeń z materiału glebowego i gruntowego na miejscu wystąpienia skażenia (in situ):
1. Przemywanie gleby i wypompowywanie zanieczyszczonej wody
2. Napowietrzanie gleby (SVE - Soil Vapour Extraction)
3. Bioremediacja
Podstawy prawne ochrony gleb w Polsce:
Ustawa Prawo Ochrony Środowiska z dnia 27 kwietnia 2001 r. (Dz.U. 2001 Nr 62 poz.62 z późniejszymi zmianami)
Ustawa o odpadach z dnia 27 kwietnia 2001 r. (Dz.U. 2001 Nr 62 poz. 628 z późniejszymi zmianami)
Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 24 marca 2003 r w sprawie szczegółowych wymagań dotyczących lokalizacji, budowy, eksploatacji i zamknięcia, jakim powinny odpowiadać poszczególne typy składowisk odpadów (Dz. U. 03.61.549 z dnia 10 kwietnia 2003 r.)
Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 września w sprawie standardów jakości gleby oraz standardów jakości ziemi. (Dz.U. 02.165.1359 z dnia 4 października 2002r.)