Degradacją nazywa się pogorszenie właściwości chemicznych, fizycznych i biologicznych gleb oraz spadek ich aktywności biologicznej, co powoduje zmniejszenie ilości oraz jakości pozyskiwanej biomasy roślin. Całkowitą utratę wartości użytkowych gleb nazywa się dewastacją.
(Turski, Baran 1995)
Te formy występują z różnym nasileniem w poszczególnych krajach i regionach, zależnie od warunków topograficznych, klimatycznych, geologicznych oraz rozwoju ekonomicznego.
Wymienione w raporcie główne kierunki zagrożenia gleb nie tworzą jednak kompleksowego obrazu wszystkich możliwych mechanizmów prowadzących do degradacji lub dewastacji, a jedynie wskazują na występujące zagrożenia w krajach Europy w największym nasileniu.
Podziały tworzone są albo na podstawie klasyfikacji przyczyn degradacji albo na podstawie jej skutków. Dopracowanie jednolitej, klarownej „systematyki” czy też podziału zagrożeń gleb sprawia wiele trudności. Wynika to stąd, że różne czynniki i mechanizmy nakładają się na siebie, co niekiedy uniemożliwia wyznaczenie jednej głównej przyczyny degradacji. Ponadto zwykle mamy do czynienia z jednoczesnym działaniem różnych czynników naturalnych i antropogenicznych, które wspólnie przyczyniają się do pogorszenia właściwości gleb lub ich zupełnego zniszczenia.
Trzeba podkreślić, że te problemy rozpatrywane w skali lokalnej są różne w poszczególnych regionach, krajach, więc trudno jest stworzyć uniwersalną analizę.
Ja skorzystałam z podziału pochodzącego z podręcznika Karczewskiej, gdzie wyodrębniono następujące grupy:
1. przeznaczanie gleb produktywnych na cele nierolnicze i nieleśne, wyłączenie z użytkowania.
2. Procesy naturalnej degradacji , intensyfikowane przez człowieka:
- erozja wodna i wietrzna
- osuwiska i inne geomorfologiczne mechanizmy niszczenia gleb
- pustynnienie i stepowienie
3. Degradacja antropogeniczna:
- geomechaniczna
- hydrologiczna
- chemiczna
- inne formy degradacji, m.in. degradacja biologiczna, zanieczyszczenie mechaniczne
1. przeznaczanie gleb produktywnych na cele nierolnicze i nieleśne, wyłączenie z użytkowania - związane z techniczna zabudową powierzchni gleb i degradacja struktury ekologicznej. Gleby te nie służą zaspokajaniu potrzeb roślin, a powierzchnia terenu przeznaczana jest pod drogi, aglomeracje miejskie, zakłady i tereny przemysłowe. Tej formie degradacji towarzyszy zazwyczaj zasklepianie gleby, czyli pokrywanie jej warstwą materiałów nieprzepuszczających powietrza i wody, takich jak beton, asfalt, folia uszczelniająca itp. co wpływa na warunki powietrzno wodne gruntu oraz modyfikuje elementy bilansu wodnego danego obszaru.
W związku z rozwojem cywilizacji coraz większe powierzchnie obszary gleb przeznaczane są na cele nie związane z produkcją roślin - podstawową funkcją gleby czyli umożliwienie bytowania roślinom zarówno dziko rosnącym jak i uprawianym. Coraz większe powierzchnie podlegają zasklepianiu i są pokrywane takimi materiałami, jak beton, asfalt, bruk, wykorzystywanymi pod zabudowę.
(Jeśli chodzi o Polskę, rocznie wyłącza się z użytkowania rolniczego ok.3-4 tys. ha, głównie pod zabudowę osiedlową i obiekty handlowe na obrzeżach miast. Przykładem może być podwrocławski węzeł Bielański, gdzie z użytkowania wyłączono areał kilkuset tysięcy ha gleb brunatnych i czarnych ziem o wysokiej przydatności rolniczej.)
Na obecnym etapie rozowju nie można rzecz jasna temu zaprzestać, należy natomiast zadbać o to aby wyłączeń gruntów o ile to możliwe dokonywać w sposób jak najbardziej racjonalny.
W Europie funkcjonuje polityka zwiększania lesistości, co w znacznej mierze wynika także z potrzeby ograniczania areału gruntów uprawnych w związku z nadprodukcją żywności. W tych regionach świata, które nie są samowystarczalne pod względem produkcji żywności, duże powierzchnie lasów są przekształcane na grunty uprawne. Nieracjonalne, zwłaszcza zbyt intensywne rolnicze użytkowanie w krajach tzw. Trzeciego Świata prowadzi do naruszenia ich równowagi biologicznej ,a w efekcie do takich skutków, jak erozja, pustynnienie oraz nadmierne zasolenie gruntów ( o czym powiem później). Efektem tego typu działań jest więc przekształcenie obszarów o glebach żyznych i potencjalnie produktywnych w nieużytki.
Dane FAO wskazują, że rocznie ubywa ponad 10 mln ha lasów tropikalnych, a procesem pustynnienia dotknięta jest trzecia część pow. lądów (ok.. 4 mld ha).
2. Procesy naturalnej degradacji , intensyfikowane przez człowieka - związane z działaniem sił przyrody modyfikujących rzeźbę terenu, a przez to wpływających także na gleby. Do najważniejszych mechanizmów wpływających bezpośrednio na gleby należą procesy erozji wodnej i wietrznej, polegające na: niszczeniu powierzchniowej warstwy gleb i mechanicznym przemieszczaniu cząstek pod wpływem działania sił wody (e.wodna) lub wiatru (e.wietrzna). Procesy erozyjne mają charakter naturalny, ale działalność człowieka może sprzyjać ich intensyfikacji.
Również pustynnienie jest procesem naturalnym. Polega na nieodwracalnych zmianach gleb i roślinności na obszarach suchych, prowadzących do ich aridyzacji i zmniejszenia produktywności biologicznej, w skrajnych przypadkach może doprowadzić do przekształcenia w pustynię. Zostana przedstawione czynniki antropogeniczne, które mogą przyczyniać się do przyspieszenia tego procesu, oraz stepowienia - związanego z przesuszeniem gleb i wkraczaniem roślinności stepowej na obszar strefy leśnej.
- erozja wodna i wietrzna
- osuwiska i inne geomorfologiczne mechanizmy niszczenia gleb
- pustynnienie i stepowienie
2.1 erozja gleb
W szerokim znaczeniu jest to niszczenie powierzchniowej warstwy gleby, polegające na dezintegracji jej struktury i mechanicznym przemieszczaniu cząstek glebowych pod wpływem działania sił wody (erozja wodna) lub wiatru (erozja wietrzna).
Erozja gleb jest procesem niszczenia pokrywy glebowej przyspieszonym przez człowieka.
Erozja wodna - związana ze zmywaniem przez wodę cząstek gleby z terenów pochyłych, wyróżniamy:
- rozbryzg
- erozja powierzchniowa płaska
- erozja powierzchniowa liniowa (żłobikowa, wąwozowa)
- erozja podziemna (sufozja) - wymywanie przez wodę wolnych przestrzeni w gruncie na pewnej głębokości, przez co powierzchnia terenu może się zapadać
Szacuje się, że Żółta Rzeka (Huang-Ho) rocznie transportuje do Morza Południowochińskiego średnio 650 mln ton ziemi. W Polsce szacuje się, że wraz z wodą Wisły do Bałtyku trafia rocznie średnio 8,5 mln ton materiału glebowego.
Należy podkreślić, że erozja jest procesem naturalnym i nie można ich jej całkowicie wyeliminować, nawet jeśli wpływa na ograniczenie działalności gospodarczej. Natomiast erozja spotęgowana, związana z nieodpowiedzialnymi decyzjami człowieka, jest zjawiskiem niepożądanym.
Czynniki zagrożenia erozją wodną - uwarunkowania geomorfologiczne , gatunek i rodzaj gleby, wielkość i intensywność opadów, także sposób zagospodarowania terenu i rodzaj pokrywy roślinnej. Im większe wielkości spadków terenu - tym zagrożenie erozją większe. Właściwości samej gleby - uziarnienie mają decydujące znaczenie, podatność na erozję wodną ma związek w znacznej mierze z rodzajem i gatunkiem (składem granulometrycznym) gleby, a także jej zwięzłością. Na erozje wodna najbardziej podatne są gleby bogate we frakcje pyłu i drobnego piasku - mineralne cząstki o większych średnicach (pow. 0,1 mm) są trudniej podatne na przemieszczanie, niż ziarna mniejsze, a z kolei cząstki najdrobniejsze (pon. 0,002 mm) związane sa między sobą siłami kohezji, wpływającymi na zwięzłość gleby, utrudniając dezintegracje. Ponadto w utworach piaszczystych i zwirowych woda łatwo infiltruje w głąb gleby, co ogranicza spływ powierzchniowy.
Do gruntów najbardziej narażonych na erozję wodną - utwory pyłowe, zwłaszcza lessy, gleby bardzo lekkie (piaski luźne, słaboglinaiste) oraz rędziny. Do słabo podatnych - niepylaste piaski gliniaste mocne, gleby gliniaste, iły, gleby szkieletowe.
(tabelka str 37)
Wpływ pokrywy roślinnej - największą odpornością na erozję charakteryzują się zbiorowiska leśne, potem łąkowa Uprawa polowa praktycznie nie zapewnia żadnej ochrony przeciwerozyjnej. Szacunkowy czas do zmycia 18 cm warstwy gleby na stoku o nachyleniu 10% - 570% pierwotna puszcza, 82 tys. pod trwałą darnią, 110 lat pod gruntem uprwanym, 18 lat na czarnym ugorze. Rośliny zmniejszają ilośc wody docierającej do pow. gleby
Uniwersalne równanie strat gleby lub model USLE
E = RKLSCP
E - straty gleby [t/ha] S - spadek zbocza
R - wielkośc opadów atm, intensywność C - pokrywa roślinna, rodzaj uprawy i
K - podatnośc gleb na erozje wodną sposobu użytkowania
L- długośc zbocza P - zabiegi przeciwerozyjne
Uwzględnia główne czynniki decydujące o aktualnym zagrożeniu gleb erozją wodną
Rejony występowania:
Rejonami najbardziej zagrożonymi są obszary klimatu tropikalnego i subtropikalnego (Fourier).
Manion (dane UNEP) największe powierzchnie dotknięte erozją wodną - Azja, Afryka. Główne przyczyny: intensywny wypas zwierząt, zbyt intensywna uprawa gleb. W Chinach roczne starty gleby z powodu erozji wodnej szacuje się na 5 mld ton, z czego 40% trafia do morza, pozostałe 60% osadza się na nizinach wzdłuż biegu rzek. Najbardziej intensywną erozją objęta jest Wyżyna Lessowa, znaczna częśc materiału zmytego trafia do rzeki Huang-ho (średnie tempo erozji 60t/ha, czasami nawet sięga 100 t/ha) W Kaifeng w prowincji Hunan, dno zreki położone jest obecnie o 8 m wyżej niż elżące nad rzeką miasto.
Tabelki - 45
Średnie roczne straty zmytej gleby są najniższe spośród wszystkich kontynentów, u nas najbardziej gleby basenu śródziemnomorskiego - szczególnie narażone na erozję wodną ze wzgl. na długie okresy suche, po których następują silne opady.
Lessy, dodatkowo wykorzystywanie rolnicze
Zapobieganie:
- poprzeczno-stokowy układ działek, terasowanie pól, umacnianie progów krzewami, zadzrewieniami, darnią
- budowa zbiorników retencyjnych (ograniczanie ilości docierającej wody)
- odpowiedni sposób użytkowania terenu, wprowadzanie roślin, które ograniczą powierzchniowy spływ wody
- odpowiedni dobór, następstwo roślin w płodozmianie
- orka jesienna w poprzek stoku
- iłowanie bardzo lekkich gleb
2.2.Powierzchniowe ruchy masowe
Powierzchniowe ruchy masowe, a zwłaszcza soliflukcja, spełzywanie zboczy oraz tworzenie osuwisk i obrywów prowadza do analogicznych skutków jak erozja wodna. Polegaja na przemieszczaniu dużych mas gruntu (gleby) pod wpływem siły ciężkości. Działalnośc człowieka prowadzi do intensyfikacji tego typu procesów. Z osuwaniem i spełzywaniem gruntu często ammy do czynienia w rejonach rozległych robót ziemnych, związanych z górnictwem odkrywkowym, budową zapór, dróg itp. Zapobieganie polega na wprowadzeniu stabilnej pokrywy roślinnej o głębokim systemie korzeniowym oraz na skutecznym odprowadzeniu wód powierzchniowych gruntowych ze stoku. Przykład osuwiska powstałego górzystej części Pakistanu po ulewnych opadach deszczu.
2.3. erozja wietrzna
Erozja wietrzna (eoliczna) polega na unoszeniu cząstek gleby przez wiatr i deponowaniu ich w odległych miejscach. Erozji eolicznej podlegaja przede wszystkim gleby przesuszone o luźnym układzie. Katastrofalne szkody obserwuje się przede wszystkim w strefach klimatu suchego i półsuchego. Przejawami występowania intensywnej erozji wietrznej są burze piaskowe i pyłowe. →
Przykładem jest Dust Blow jaki miał miejsce w 1935r. w USA, znany jako „czarna niedziela”, w Nowym Jorku nie można było dostrzec słońca w pogodny dzień. Przyczyna tego zjawiska były zawieszone w powietrzu amsy materiału glebowego wywiane z pól uprawnych w stanach Oklahoma i Kansas, przyniesione z wiatrem z odległości wieluset kilometrów. Erozji wietrznej uległow 5 mln ha gruntów ornych.
W wyniku deflacji (wywiewania) cząstek glebowych tworzy się np. bruk deflacyjny, proces ten może prowadzic do całkowitego zniszczenia powierzchniowej warstwy gleby,l z koeli akumulacja eoliczna polega na osadzaniu się cząstek na powierzchni gleby, co prowadzi do stopniowego zasypywania górnych, żyznych poziomów profilu glebowego, obcym materiałem często jałowym.
Czynniki zagrożenia erozja wietrzną: rodzaj i gatunek gleby, wilgotność gleby, siła wiatru, rodzaj pokrywy roślinnej, sposób użytkowania. Najbardziej narażone: piaski, w szczególności luźne i słabogliniaste, piaski murszowate i mursze. W nieco mniejszym stopniu zagrożone są utwory pyłowe i piaski silnie pylaste. Niepodatne pozostają gliny i iły. Także ukształtowanie terenu ma istotny wpływ na zagrożenie erozją wietrzną - szczególne intensywnie w wierzchowinowych partiach gór i na rozległych, płaskich otwartych przestrzeniach. Najłatwiej wywiewane są cząstki gleb silnie przesuszonych.
Można z jednej strony też obserwować również pozytywne skutki - przykładem powstanie pokryw lessowych, powstałych wskutek materiału naniesionego przez wiatr m.in. na Ukrainie.
Rejony zagrożone erozją - szacuje się, że globalna powierzchnia obszarów objętych erozją wietrzna wynosi 548 mln ha i jest prawie dwukrotnie mniejsza niż powierzchnia niż powierzchnia obszarów poddanych erozji wodnej. Największe nasilenie - Azja i Afryka. Spektakularny przykład północnego Kazachstanu - zniszczeniu uległo ok. 17 mln ha gleb, wskutek intensywnego zaorywania stepów i uciążliwych susz i silnych wiatrów. Również na rozległych obszarach USA, powierzchnia 35 mln ha podlega erozji wietrznej - zjawisko wiąże się bezpośrednio z pustynnieniem.
W Europie - najbardziej zagrożony region Kaukazu i Zakaukazia, strefa północnego obrzeża M.Czarnego, od Mołdawii aż po region południowego Uralu. Zachodzi także na równinnych, wykorzystywanych rolniczo obszarach Niemiec, Francji, Czech, środkowej Polsce i W.Brytanii.
W pl - zimą - gleba bez roślinności i w okresach suszy.
Metody przeciwdziałania: obejmuje działania służące lokalnej modyfikacji i osłabieniu siły wiatru, zapobiegające nadmiernemu przesuszaniu, wprowadzenie stabilnej pokrywy roślinnej.
- wprowadzanie zadrzewień śródpolnych…
Pustynnienie i stepowienie
Pustynnienie jest naturalnym lub antropogenicznym procesem nieodwracalnych zmian gleby i roślinności na obszarach suchych, prowadzącym w kierunku ich aridizacji i zmniejszenia produktywności biologicznej. W skrajnych przypadkach może doprowadzić do przekształcenia w pustynię.
Szczególnie zagrożone są kraje rozwijające się, a także południowo-zachodnie stany USA, pd Afryka i środkowa Azja oraz część południowej Europy. Z danych FAO wynika, że pustynie rocznie pochłaniają 6 mln ha. W Sudanie granica pustyni przesunęła się w ciągu jednego tylko sezonu o ok. 50 km na przełomie 1983/1984 r. Rejony najsilniej dotknięte pustynnieniem to podsaharyjska strefa Sahelu w Afryce, Mali, Czad. Etiopia, środkowe prowincje Chin.
I w tym przypadku działalność człowieka przyczynia się do przyspieszenia tego procesu - niszczenie pokrywy roślinnej, karczowanie lasów prowadzi do radykalnego zmniejszania naturalnej retencji wodnej. Intensywny wypas zwierząt na stepach i sawannach - prowadzi do zniszczenia darni, dalej do erozji gleby i jej wysychania. Zahamowaniu ulega wzrost traw, woda spływa w głąb gleby szczelinami tworzącym się wskutek przesuszenia, woda ta jest już niedostępna dla korzeniących się traw. Mogą z niej korzystać krzewy i na pastwiska uprzednio porośnięte trawą i drzewami wkraczają zarośla kolczaste, których bydło nie je.
Przeznaczanie pod grunty uprawne nowych obszarów pozyskiwanych kosztem lasów tropikalnych, prowadzi do nieuchronnej, przyspieszonej mineralizacji substancji organicznej, co powoduję utratę produktywności gleby, intensywną erozję wietrzną i zapoczątkowuje proces pustynnienia. Pustynnienie często związane jest też z zasoleniem i alkalizacja gleb w klimacie amidowym. Tadżykistan, Turkmenistan, Uzbekistan, Kirgistan i Kazachstan, także region Morza Aralskiego.
(do podpunktu 3 o przyczynach) W Azji najbardziej rozległe obszary objęte pustynnieniem znajdują się W Chinach, gdzie pustynia rocznie zabiera 150 tys. ha gleby, z czego 40 tys. ha z powodu nieodpowiednich metod uprawy. W Europie możemy mówić o tym zjawisku w Hiszpanii, Włoszech, Grecji.
W 1994 została przyjęta Konwencja Narodów Zjednoczonych w sprawie zwalczaniu pustynnienia (UNCCD) - konieczne podjęcie międzynarodowych działań służących zapobieganiu i ograniczaniu degradacji gleby w obszarach objętych pustynnieniem i odzyskanie obszarów zdegradowanych. Wobec rozprzestrzeniania się pustyń, powodowanych w pewnej mierze przez człowieka.
Management measure:
Area closure: to the left, area of uncontrolled
grazing, to the right, area closure excluding
grazing in the first few years, followed by
controlled grazing, Niger.
Photo by Hanspeter Liniger
Stepowienie- to proces wkraczania roślinności stepowej na obszary strefy leśnej, co jest związane zwykle z przesuszeniem gleb. (człowiek - obniżanie poziomu wód gruntowych; lub spadek rocznej sumy opadów, kontynentalizacja klimatu, wyręb lasu)
3. Degradacja antropogeniczna - wyróżniamy:
- degradację geomechaniczną - częściowe lub całkowite mechaniczne zniszczenie profilu glebowego, co wiąże się ze zmianą dotychczasowych warunków geomorfologicznych. Jest to zwykle wskutek robót górniczych, budowlanych, tworzenia wysypisk, zwałowisk, zbiorników retencyjnych i obwałowań oraz wydobywania torfów.
- hydrologiczna - niekorzystne zmiany warunków wodnych gleb, co zazwyczaj związane jest zazwyczaj ze zmianą położenia zwierciadła wód glebowo-gruntowych. Zmiany te mogą postępować w kierunku przesuszenia lub nadmiernego zawodnienia. Przesuszenia gleb występuja w obrębie lejów depresji powstałych wskutek intensywnego odpompowania wody podziemnej, a także powodowane są przez niewłaściwie wykonane melioracje odwadniające. Z nawodnieniami mamy do czynienia w sąsiedztwoe sztucznych zbiorników wodnych, z których wody infiltrują do otaczających je gruntów, a także na terenach, gdzie w wyniku działalności górniczej następuje deformacja powierzchni i obniżanie się rzędnych terenu.
- chemiczna - niekorzystne zmiany w składzie gleb, właściwościach fizycznych, chemicznych, fizykochemicznych i biologicznych wskutek wprowadzenia do gleby obcych substancji chemicznych pochodzących z różnych źródeł. Formą degradacji chem. są też zmiany naturalnej równowagi chemicznej, prowadzące do zakwaszenia albo wyjałowienia gleb.
- inne formy degradacji, m.in. degradacja biologiczna, zanieczyszczenie mechaniczne
Degradacja biologiczna polega na załamaniu się naturalnej równowagi biologicznej środowiska glebowego wskutek działania różnych czynników. Terminem degradacji biologicznej określa się też czasem skażenie ziemi związane z występowaniem w nich bakterii chorobotwórczych i pasożytów.
Mechaniczne zanieczyszczenie polega na wprowadzeniu do gleby cząstek substancji stałych innych niż tworzywo glebowe, o wymiarach większych niż 1mm np. odpadów budowlanych, różnego rodzaju odpadów.
Zmęczenie gleby jest specyficzną formą degradacji biologicznej i chemicznej związanej z uprawą roślin w monokulturze.
Degradacja geochemiczna
Górnictwo odkrywkowe powoduje degradację znacznie większych obszarów niż górnictwo podziemne. Wiąże się to zawsze z koniecznością zdjęcia i zwałowania skał nadkładu leżącego nad kopaliną. Mamy do czynienia z powstaniem dwojakich form degradacji geomechanicznej: form wklęsłych, czyli wyrobisk oraz form wypukłych, czyli zwałowisk.
Górnictwo podziemne zajmuje na powierzchni znacznie mniejsze obszary niż górnictwo odkrywkowe. Najważniejsze formy degradacji:
- dewastacja terenu w związku z budową szybów
- deformacje terenu w wyniku osiadania
- zwałowiska (hałdy) skały płonnej
- składowiska odpadów przeróbczych rysunek 3.10
Teren kopalni, na którym znajdują się szyby oraz różne obiekty infrastruktury zajmuje stosunkowo niewielką pow., damo drążenie szybu powoduje degradację geomechaniczną na małym obszarze. Najpoważniejsze przekształcenia terenu wynikają z jego osiadania wskutek utworzenia podziemnych wyrobisk. Osiadanie jest nieuniknionym skutkiem
W wyniku w/w przekształceń gleby stają się trudne do uprawy, mniej żyzne, a często w ogóle nieprzydatne do uprawy
roślin, stają się nieużytkami. Na ogół przekształcenia geomechaniczne nie występują osobno, a wywołują często zaburzenia
stosunków wodnych - łączą się z erozją gleb i zanieczyszczeniami chemicznymi.
Samo rolnicze użytkowanie gleb może także w niektórych przypadkach pogarszać fizyczne właściwości gleby, zwłaszcza powodować powstanie podeszwy płużnej - twardej, słabo przepuszczalnej warstwy pod poziomem ornym. Korzenie roślin nie mogą się rozwijać, a woda opadowa stagnuje na powierzchni z powodu bardzo niskiej przepuszczalności zbitej gleby. Używanie ciężkiego sprzętu mechanicznego, zwłaszcza przy nieodpowiednich warunkach wilgotnościowych może spowodować znaczne pogorszenie się właściwości
fizycznych i wodnych gleb.
Degradacja hydrologiczna gleb
Polega na niekorzystnych zmianach dotychczas istniejących warunków wodnych gleb, co związane jest ze zmianą położenia zwierciadła wód glebowo-gruntowych. Przekształcenia te mogąpostępować w kierunku przesuszenia lub nadmiernego zawodnienia gleb.
Najczęstsze przyczyny przesuszenia gleb:
- kopalnie odkrywkowe wymagające odwodnienia, co powoduje powstanie „leja depresyjnego”
- kopalnie podziemne działające drenująco na wody gruntowe
- ujęcia wód podziemnych
- niewłaściwie wykonane melioracje odwadniające
Zawodnienia gleb powstają w sąsiedztwie różnych obiektów powodujących spietrzanie wody powierzchniowej lub gruntowej, mogą także wynikać z obniżania się powierzchni terenu. Najczęściej wymieniane przykłady obiektów z nawodnieniami to:
- sztuczne zbiorniki wodne, z których wody infiltrują do otaczających je gruntów
- zbiorniki odpadów ciekłych i półpłynnych
- kopalnie podziemne powodujące deformacje terenu (obniżanie się rzędnych terenu)
Przesuszenie gleb - jedna z najważniejszych przyczyn degradacji hydrologicznej jest powstanie leja depresyjnego w rejonie intensywnie odwadnianych kopalń odkrywkowych (głównie odkrywkowe, w przypadku kopalni podziemnych, przyczyna powstania leja może być przecięcie warstw wodonośnych przy budowie szybów, ale można skutki zminimalizować przez uszczelnienie szybów).
Melioracje odwadniające - inna przyczyna przesuszenia, nie związana z przemysłem, sa niewłaściwie przeprowadzone zabiegi melioracyjne. Niewątpliwie przynoszą rolnictwu korzystne efekty, do których należy szybkie odwodnienia gleb na wiosnę i przyspiesznie wiosennych prac polowych. Niekorzystne działanie takich melioracji ujawnia się dopiero w okresie suszy, a więc zwykle w pełni wegetacji roślin. Długotrwałe przesuszenie może być przyczyna ich trwałej degradacji, dotyczy to głównie gleb organicznych, zwłaszcza gleb wytworzonych z torfów, które podlegają procesowi murszenia i intensywnej mineralizacji.
Częstym efektem przesuszenia złóż torfów są także ich pożary (suche, łatwopalne złoża torfu, wydzielanie metanu z głębszych warstw). Wskutek długotrwałego przesuszenia mogą całkowicie utracić zdolności produktywne.
Zmiany właściwości użytkowych gleb w zasięgu leja depresyjnego: Zawodnienie gleb prowadzi do deficytu tlenowego, który praktycznie uniemożliwia oddychanie korzeni większości roślin (będzie o tym dalej). Efektem niedoboru wody jest więdnięcie roślin, na pierwszym etapie jeszcze odwracalne, a następnie nieodwracalne, trwałe.
Znaczne obniżenie poziomu wód gruntowych nie wpływa na wilgotność powierzchniowych warstw gleb leśnych, jeśli są to gleby o opadowym typie gospodarki wodnej i o głęboko zalegających wodach gruntowych (np. arenosole, gleby rdzawe, bielicowe i bielice wytworzone z piasków), a także w przypadku gleb posiadających płytki poziom wód opadowych stagnujących, zalegający na warstwach nieprzepuszczalnych. Natomiast przy płytkim występowaniu wód gruntowych na warstwach przepuszczalnych zjawisko leja może doprowadzić do zmian typu siedliskowego lasu. Zmiany typu siedliskowego lasu wskutek przesuszenia idą w kierunku przekształcenia siedlisk bagiennych w świeże, a świeżych - w suche.
bór bagienny → bór świeży → bór suchy
Zawodnienie gleb - najczęściej powodowane przez osiadanie gruntu na obszarach górnictwa podziemnego, spiętrzanie wody w zbiornikach zaporowych i rzekach, wysoki poziom zwierciadła wody w kanałach, oddziaływanie , laguny osadów z oczyszczania ścieków, wszystko co wywiera duży nacisk na podłoże albo uniemożliwia naturalny przepływ wód powierzchniowych lub podziemnych, powodując ich lokalne spiętrzenie.
Zmiany właściwości gleb zawodnionych: pierwszy stopień zawodnienia czyni grunt podmokłym i zmniejsza jego walory produkcyjne. Dalszym etapem może być zatapianie - występujące corocznie jest formą degradacji gleby, użytkowanie jest możliwe po uregulowaniu stosunków wodnych, w przeciwnym razie grunty powinny być przekształcone w trwałe użytki zielone. Permanentne zatapianie przekształca gleby suchogruntowe w mokradła, tym samym grunty rolne i leśne w nieużytki. Tak więc zmiany typów siedlisk są zasadniczo odwrotne do opisywanych w przypadku przesuszenia. Skutkiem radykalnego zawodnienia gleb jest całkowita utrata zdolności produkcyjnej.
Powódź - szczególny przykład okresowego zatopienia gleb, powoduje następujące formy degradacji: np. zniszczenie profilu glebowego - deponowanie na powierzchni ławic piasku; deponowanie warstw osadów i namułów bogatych w składniki biogennne, także zawierające znaczne ilości metali ciężkich, zanieczyszczeń, deficyt tlenowy, anaerobioza - zamieranie roślin, zanieczyszczenie bakteriologiczne, pochodzące z kanalizacji, oczyszczalni ścieków
Degradacja chemiczna gleb
W odróżnieniu od poprzednio omówionych typów przekształceń, przekształcenia chemiczne gleby mogą być przez dłuższy czas nie zauważone. Dopiero rośliny swoim słabym wzrostem, specyficznymi objawami łączonymi zazwyczaj z nadmiarem lub niedoborem określonych pierwiastków (chlorozami, nekrozami, czy w skrajnym przypadku obumieraniem) sygnalizują o daleko posuniętej degradacji środowiska glebowego. O tym, czy do sytuacji krytycznej dla roślin dojdzie szybciej, czy dopiero po dłuższym czasie, decyduje odporność gleb na degradację.
W ujęciu fizykochemicznym o odporności gleb na niekorzystne
zmiany chemiczne decydują w głównej mierze skład mechaniczny (najodporniejsze są gleby wytworzone z iłu i glin, najmniej
odporne, gleby piaskowe), zawartość próchnicy, skład minerałów ilastych (tab. 12.1), zawartość CaCO3, stopień wysycenia
gleby kationami zasadowymi, czy pojemność sorpcyjna gleby w stosunku do kationów. Opracowano 10-stopniową skalę
odporności gleb na degradację chemiczną w oparciu o wielkość pojemności sorpcyjnej, przy czym liczba 10 oznacza glebę
najbardziej odporną na degradację chemiczną.
Polega na wprowadzeniu do niej obcych substancji chemicznych, co prowadzi do zaburzenia równowagi chemicznej, ograniczenia aktywności biologicznej gleby.
Zanieczyszczenia chemiczne gleb można podzielić na dwie grupy:
- zanieczyszczenia nieorganiczne - szkodliwe lub toksyczne działanie związane z właściwościami danego pierwiastka lub jonu, najistotniejsze są tu substancje zawierające metale ciężkie, arsen, selen, fluor. Szczególne formy degradacji chemicznej gleb to również: zasolenie oraz niekorzystne zmiany odczynu: zakwaszenie lub alkalizacja.
- zanieczyszczenia organiczne - o różnej podatności na biodegradację i rozkład, których działanie szkodliwe kończy się wraz z rozkładem danej substancji. Wskutek przemian lub całkowitego rozkładu tych związków mogą powstać produkty całkowicie obojętne dla środowiska np. woda, dwutlenek węgla, a także wtórne produkty o znacznej szkodliwości. Zaliczamy tu m.in. pestycydy, dioksyny. Wiele substancji posiada nie tylko niekorzystne właściwości chem. ale także fizyczne, wpływające na powietrzno-wodne właściwości gleby i jej strukturę.
Skutki obecności zanieczyszczeń w glebie najsilniej przejawiają się wówczas, gdy zanieczyszczenia są obecne w formie rozpuszczonej w roztworze glebowym - praktycznie tylko w tej postaci są łatwo dostępne dla roślin i organizmów glebowych. Rozpuszczone formy łatwo migrują w środowisku, stanowiąc zagrożenie dla wód powierzchniowych i podziemnych. Unieruchomienie ich w fazie stałej gleby może być więc bardzo ważnym czynnikiem, ograniczającym znaczenie danego zanieczyszczenia. Zanieczyszczenia obecne w fazie stałej gleby maja działanie niekorzystne na ekosystem, choć ograniczone, mogą się w nim przemieszczać wraz z cząstkami gleby w wyniku erozji wodnej i wietrznej lub zostać bezpośrednio spożyte trafiając do organizmów zwierząt i ludzi.
Odporność gleb na degradację chemiczną:
- szkodliwe działanie na właściwości gleby ulega ograniczeniu, często zostaje całkowicie wyeliminowane w wyniki związania zanieczyszczeń w fazie stałej gleby. Uwzględnia się zdolność gleby do tzw. „neutralizowania” - czyli najczęściej wiązania zanieczyszczeń w fazie stałej. Ta koncepcja leży u podstaw oceny „odporności gleby na degradację chemiczną” (gł. odporność na zakwaszenie, zatrzymywanie w fazie stałej metali ciężkich). Unieruchamianie zanieczyszczeń w glebie jest możliwe dzięki mechanizmowi sorpcji. Ocena odporności gleb na degradację chemiczną wiąże się więc ściśle z oceną zdolności sorpcyjnych gleby.
Sorpcja - zatrzymywanie w glebie składników pokarmowych, także innych pożądanych lub niepożądanych substancji, co przeciwdziała ich wymywaniu.
Pojęcie odporności na degr.chem., jak już wspomniano zostało wprowadzone dla oceny odporności gleb na zakwaszenie powodowane przez jony wodorowe H+. Główny mechanizm sorpcji tych kationów w glebie to mechanizm sorpcji wymiennej, dlatego ocenę odporności gleb na degradację chemiczną sprowadza się często do oceny jej zdolności do wymiennego sorbowania kationów obecnych w roztworze glebowym. Główne składniki kompleksu sorpcyjnego to posiadające ujemny ładunek elektryczny koloidalne cząstki glebowe, do których należą:
- minerały ilaste
- uwodnione tlenki żelaza i glinu
- minerały bezpostaciowe (alofany)
- próchnica glebowa
- kompleksy ilasto-próchniczne
Gleby zwięzłe (o ciężkim składzie granulometrycznym) i zasobne w próchnicę są odporniejsze od gleb lekkich.
Źródłem ładunków elektrycznych koloidów glebowych są nieobsadzone wiązania na krawędziach warstw i zewnętrznych powierzchniach płaszczyzn minerałów oraz na cząstkach próchnicy. Z punktu widzenia oceny odporności gleb na degradację istotne znaczenie ma fakt, że część ładunków elektrycznych koloidów stale jest aktywna w glebie - są to tzw. Ładunki stałe (niezależne od odczynu), a część ujawnia się w określonych warunkach odczynu, są to ładunki zmienne. Skoro zdolność sorpcji wymiennej kationów uzależniona jest od odczynu, to można przyjąć także, że odporność gleby na zanieczyszczenie substancjami kationowymi zmienia się wraz ze zmianami odczynu i jest największa w przypadku gleb o odczynie alkalicznym. Zwapnowanie gleby kwaśnej przyczynia się do zwiększenia jej zdolności sorpcyjnej, a tym samym - umownie przyjętej odporności na degradację chemiczna związana z wprowadzeniem do gleby substancji o charakterze kationowym.
Najlepszą miarą odporności gleby na zakwaszenie - suma kationów zasadowych w kompleksie sorpcyjnym. O odporności decyduje nie tyle całkowita pojemność sorpcyjna , ile jej część. Odpowiada ona tej części kompleksu, która jest aktualnie obsadzona kationami zasadowymi - wykazuje zdolność do sorbowania kationów wodorowych lub innych np. metali ciężkich.
Możemy mówić o aktualnej i potencjalnej odporności gleby na degradację chem. Odporność aktualna - odpowiada właściwościom jakie posiada gleba w warunkach aktualnego odczynu pH. Natomiast odporność potencjalną gleba uzyskuje po zwapnowaniu i zastąpieniu wszystkich miejsc w kompleksie sorpcyjnym kationami zasadowymi, zwłaszcza Ca.
Koncepcja oceny odporności gleby na degradacje chem, na podstawie zawartości próchnicy. - ale: oczywiste jest, ze zawartość próchnicy stanowi jeden z głownych, ważniejszy składnik kompleksu sorpcyjnego, informuje o zdolności sorpcyjnej a tym samym o odporności na degradację. Jednak zawartość próchnicy nie zawsze odpowiada za właściwości sorpcyjne gleby. (Przykłady) np. zwięzłe gleby gliniaste bogate w węglan wapnia charakteryzują się bardzo dużą odpornością na zakwaszenie, niezależnie od zawartości próchnicy;
Bielice i gleby bielicowe posiadają miąższą warstwę próchnicy nadkładowej, ale ze względu na kwaśny odczyn są glebami słabo odpornymi na degradację chemiczną.
Zakwaszenie gleb
Problem zakwaszenia polega na wzroście stężenia jonów wodorowych H+ w roztworze glebowym. Efektem zakwaszenia gleby jest zmiana, zazwyczaj niekorzystna, jej żyzności oraz właściwości fizykochemicznych i biologicznych. Inne stają się także warunki bytowania i rozwoju różnych grup i gatunków roślin, gdyż większość gatunków wykazuje dośc wąski zakres optymalnego odczynu gleby.
Zakwaszanie gleb jest w znacznej mierze procesem naturalnym, typowym w naszym klimacie, jednak czynniki antropogeniczne przyczyniają się do jego intensyfikacji.
Przyczyny zakwaszenia gleb:
- przyczyny naturalne związane są z faktem, ze w wyniku procesów fizjologicznych roślin oraz organizmów bezpośrednio bytujących w glebie powstaje wiele różnych produktów o charakterze kwaśnym - jak kwasy organiczne i dwutlenek węgla (produkt oddychania podziemnych części roślin i fauny glebowej). Znaczna ilość subst. kwaśnych powstaje wskutek rozkładu i humifikacji substancji organicznej. Wśród kwasów organicznych produkowanych i wydzielanych do gleby przez rośliny i inne organizmy glebowe są zarówno proste kwasy jak cytrynowy, szczawiowy, octowy, malonowy… a także specyficzne kwasy zaliczane do substancji próchnicznych - kwasy fulwowe i huminowe. Substancje wytwarzane przez niektóre grupy roślin , choćby przez drzewa iglaste, zaigrają szczególnie duże ilości kwasów organicznych. Procesy biochemiczne zachodzące w ściółkach siedlisk borowych prowadzą do ich naturalnego zakwaszenia, często pH poniżej 3,0.
Kwaśne produkty metabolizmu roślin i innych organizmów są więc ważnym źródłem jonów H+ w roztworze glebowym. Część tych jonów podlega sorpcji wymiennej na składnikach kompleksu sorpcyjnego, powodując jednocześnie desorpcję wymiennych kationów zasadowych, które w warunkach klimatu umiarkowanego wilgotnego, charakteryzującego się przewagą wsiąkania nad parowaniem, są wymywane do głębszych warstw profilu gleby i do wód podziemnych. Ubytek z kompleksu sorpcyjnego kationów zasadowych, zwłaszcza Ca, Mg i K, jest również związany z ich pobieraniem przez rośliny.
Główne naturalne przyczyny zakwaszenie gleb:
- pobieranie składników zasadowych przez rośliny
- powstawanie naturalnych kwasów organicznych w procesach fizjologicznych roślin i organizmów glebowych
- wydzielanie CO2 w wyniku procesów oddychania
- wymywanie składników zasadowych w głąb profilu glebowego
Wzrasta stężenie kationów wodorowych w roztworze glebowym i zwiększa się stopień wysycenia kompleksu sorpcyjnego gleby tymi kationami.
Istotne przyczyny antropogeniczne: związane z rolnicza i pozarolniczą działalnością człowieka. Niekiedy bardzo trudno jest oszacować, w jakim stopniu zakwaszenie gleb wynika z obu tych czynników.
• Najważniejsze pozarolnicze przyczyny wiążą się z opadem kwaśnych deszczy (skutek emisji do atmosfery gazowych substancji o charakterze kwaśnym, zwłaszcza dwutlenku siarki i tlenków azotu, również amoniak emitowany głównie z rolniczej produkcji zwierzęcej zwłaszcza z wielkich ferm (gnojowica). Amoniak pod względem chemicznym ma charakter zasadowy, ale w środowisku traktowany jest jako substancja zakwaszająca, bo tlenki azotu powstające wskutek jego utleniania mając charakter kwaśny, a nieutlenione jony amonowe - jeśli trafią do gleby stanowią w niej składniki fizjologicznie kwaśne. Jony te będąc ważnym źródłem azotu są intensywnie pobierane z gleby przez rośliny w ich miejsce natomiast rośliny wprowadzają do gleby równoważne ilości jonów wodorowych - w efekcie gleba ulega zakwaszeniu. Główne źródła emisji do atmosfery subst. zakwaszających w skali Europy (s.113).
• intensywna produkcja roślinna, rośliny uprawne podobnie jak i dziko rosnące są dla gleby źródłem substancji zakwaszających, a jednocześnie konsumentem skł. zasadowych usuwanych wraz z plonem, a więc nie powracających do obiegu biogeochemicznego. Stosowanie wysokich dawek nawozów min. fizjologicznie kwaśnych dodatkowo przyczynia się do zakwaszenia gleb użytków rolnych.
Odporność gleb na zakwaszenie: związana jest ze zdolnością jej składników do wymiennego lub chemicznego wiązania jonów H+ wprowadzonych do roztworu glebowego. Dzięki reakcjom poszczególnych elementów układu buforowego gleby, mimo wprowadzenia do niej kationów wodorowych nie rośnie znacząco ich stężenie w roztworze glebowym, a więc nie zmienia się radykalnie wartość pH. Za właściwości buforowe gleb odpowiadają mechanizmy sorpcji wymiennej oraz reakcje chemiczne zachodzące w określonych warunkach odczynu.
- bufor węglanowy
- krzemianowy
- wymiany jonowej
- glinowy
- glinowo-żelazowy
- żelazowy
Po wprowadzeniu do gleby znacznego ładunku kationów H+ wchodzą one w reakcje z różnymi składnikami gleby, pełniącymi funkcje czynników buforujących, a rodzaj tych reakcji zależy od odczynu roztworu.
Skutki zakwaszenia gleb:
- rozkład minerałów ilastych
- uruchomienie glinu, żelaza a także metali ciężkich
- w środowisku kwaśnym zwiększa się ruchliwość koloidów glebowych, co prowadzi do intensyfikacji procesu eluwialnego, słabe zakwaszenie gleby sprzyja procesowi lessiważu, natomiast silniejsze zakwaszenie prowadzi do bielicowania wskutek przedstawionych powyżej mechanizmów i przemian o char. chemicznym jakim ulegają składniki gleby
Wymienione bufory glebowe prowadzą do usuwania jonów H+ z roztworu glebowego, a tym samym spowalniają proces obniżania pH gleby. Z ekologicznego punktu widzenia nie można tych procesów traktować jako skutecznej ochrony środowiska przyrodniczego przed zakwaszeniem, zwłaszcza wynikającym z działania czynników antropogenicznych, gdyż produkty niektórych etapów buforowania są równie niepożądane jak jony wodorowe (toksyczność jonów glinowych czy żelazowych)
- proces zakwaszania gleb ma ogromny wpływ na ich żyzność oraz na dostępność składników pokarmowych dla roślin, w wyniku zakwaszenia gleb następują zmiany zawartości i przyswajalności w glebie makro i mikro elementów
- wapń i inne kationy zasadowe w warunkach odczynu kwaśnego są wypierane z kompleksu sorpcyjnego i przechodzą do roztworu glebowego wraz z którymi ługowane są dalej w głąb profilu gleby i do wód - spadek stopnia wysycenia kationami zasadowymi i strata tych kationów, które stanowią ważne składniki pokarmowe dla roślin
- w kwaśnych gleba wzrasta rozpuszczalność np. metali ciężkich
- gleby kwaśne wykazują niższą aktywność biologiczną od gleb o obojętnym odczynie, kwaśne środowisko sprzyja rozwojowi grzybów i promieniowców, jest natomiast niekorzystne dla rozwoju bakterii - dlatego w warunkach kwaśnego odczynu obserwuje się spowolnienie a często i zahamowanie naturalnych przemian biochemicznych m.in. procesów przemian i humifikacji materii organicznej (zakłócenie naturalnego obiegu C i N w ekosystemie)
- rośliny wyższe silnie reagują na niekorzystny odczyn gleb, dla większości roślin uprwanych optymalne pH odpowiada przedziałowi 6-7 (są wprawdzie liczne gatunki, które dobrze znoszą środowisko kwaśne a nawet go wymagają jednak nawet grupy roślin najbardziej odpornych na zakwaszenie nie tolerują wartości pH poniżej 3) niekorzystna reakcja roślin na zakwaszenie zw. z toksycznością glinu ruchomego, uwalnianego podczas opisanych reakcji np. bufor glinowy
- kategorie degradacji gleb w zależności od stopnia wysycenia kompleksu sorpcyjnego kat. Kwasowymi (wodorowymi) i zawartości glinu ruchomego w glebie (Siuta)
Polska - odczyn większości gleb w Polsce jest bardziej kwaśny niż odczyn uprawnych gleb, mieści się najczęściej w 3-6 pH. Wynika to z czynników naturalnych i z faktu, że większość areału leśnego pokrywa się z obszarami występowania gleb wytworzonych z piasków. Dodatkowym czynnikiem sprzyjającym zakwaszaniu gruntów leśnych jest preferowanie nasadzeń szybko rosnących gatunków drzew iglastych - sosny na niżu i świerka w górach, także w siedliskach zasobniejszych niż wymagania dla tego gatunku. Sposób mineralnego odzywania drzew iglastych, skład ściółki oraz kierunki jej przemian biochemicznych sprzyjają szybkiemu postępowi procesu zakwaszania gleb i pojawieniu się oznak bielicowania.
5.4. Zanieczyszczenie gleb metalami ciężkimi
Metale ciężkie - zainteresowanie nimi nauk przyrodniczych jest związane z potencjalną toksycznością tych pierwiastków w stosunku do mikroflory, mikrofauny, wyższych roślin i zwierząt, także dla człowieka. Wynika też z faktu rosnącego zanieczyszczenia środowiska metalami ciężkimi związanego z rosnącą produkcja światową tych metali i ich powszechnym stosowaniem w różnych dziedzinach życia i działalności gospodarczej. Niektóre spośród metali cięzkich pełnią funkcję mikroelementów dla roślin i zwierząt np. Zn, Mn, Cu
Źródła metali ciężkich w glebach:
- mogą pochodzić ze źródeł naturalnych (skała macierzysta, a ściślej produkty jej wietrzenia oraz dopływ z zewnątrz składników zawierającyh te pierwiastki - wraz z przepływającą wodą oraz opadem atmosferycznym) lub antropogenicznych (opad pyłów, zwłaszcza pyłów metalurgicznych, a także wprowadzane do gleb ścieki, odpady, nawozy mineralne i organiczne oraz pestycydy)
Skały osadowe drobnoziarniste zawsze są bogatsze w metale ciężkie od skał grubookruchowych, a gleby cięższe zawierają w sposób naturalny wyższe ilości metali ciężkich niż gleby lekkie
Magmowe skały zasadowe zaierają więcej metali ciężkich niż skał kwaśnych
Głębsze poziomy gleb są zazwyczaj uboższe w metale ciężkie od poziomów powierzchniowych, co wynika z procesu naturalnej bioakumulacji pierwiastków
W glebach zanieczyszczonych zawartości metali ciężkich mogą wielokrotnie przekraczać zawartości naturalne. Wspólną cechą wszystkich metali ciężkich jest ich potencjalna toksyczność w stosunku do mikroflory, mikrofauny, wyższych roślin, zwierząt a także człowieka. Ta toksyczność objawia się wówczas gdy pierwiastki te występują w środowisku w nadmiernych ilościach oraz w łatwo przyswajalnej postaci. Łatwo rozpuszczalne formy metali łatwo migrują w środowisku. Metale pochodzenia antropogenicznego zazwyczaj charakteryzuja się znacznie większą rozpuszczalnością niż pochodzenia naturalnego, fitogenicznego. Głównym czynnikiem decydującym o ich rozpuszczalności w glebie jest odczyn - rozpuszczalność rośnie wraz z obniżaniem wartości pH (silne zakwaszenie prowadzi do powolnego rozpuszczania uwodnionych tlenków Fe, Al i Mn oraz uwalniania w nich metali ciężkich do roztworu glebowego). Graniczna wartość pH przy której rozpoczyna się uruchamianie metali jest różna dla różnych pierwiastków, najbardziej ruchliwy i rozpuszczalny - Cd, potem Zn, i dalej Cu, Ni. Najsłabszą rozpuszczalnością charakteryzują się Cr, Hg i Pb - tworzą one w glebach formy bardzo trudno rozpuszczalne i dlatego bardzo słabo przemieszczają się w profilu glebowym. Jeżeli pochodzą z depozycji pyłów, praktycznie nie migrują w głąb, są bardzo silnie wiązane w poziomach powierzchniowych gleb. Czynniki modyfikujące rozpuszczalność mogą się jednak przyczynić do mobilizacji nawet mało ruchliwych metali ciężkich.
Cr, As, Mn, Mo - zwiększona rozpuszczalność także w środowisku alkalicznym
Pojemność sorpcyjna - zależna od udziału minerałów ilastych i zawartości w glebie próchnicy, jest bardzo ważnym czynnikiem decydującym o zatrzymywaniu jonów metali ciężkich i uniemożliwianiu ich migracji do roztworu glebowego. Stężenie metali ciężkich w glebach zwięźlejszych jest zwykle niższe niż w roztworze gleb lekkich.
Reakcje z rozpuszczoną materią organiczną i tworzenie kompleksowych połączeń typu chylatów ze związkami organicznymi takimi jak kwasy organiczne, polifenole.. Kompleksowe połączenia metali z kwasami organicznymi wykazują dużą rozpuszczalność i proces ten może istotnie wpływać na ich przechodzenie z fazy stałej do roztworu (np. rozmieszczenie profilowe metali ciężkich w glebach bielicowych, w których metale ulegaja przemieszczaniu do poz. iluwialnego). Substancja organiczna wprowadzona do gleby np. z gnojowicą, obornikiem, ściekami może przyczyniać się do wzrostu stężenia w roztworze glebowym składników kompleksujących i do mobilizacji metali ciężkich, dlatego nie powinno się stosować wymienionych materiałów do nawożenia lub rekultywacji gleb zanieczyszczonych metalami cięzkimi
Obliczanie dopuszczalnych stężeń w glebach
Polskie standardy nie biorą pod uwagę właściwości gleby i na równi traktują gleby lekkie i ciężkie oraz silnie kwaśne i obojętne. Jeżeli gleby zawierają ponadnormatywne stężenia zanieczyszczeń powinny być rekultywowane i w efekcie rekultywacji zanieczyszczenia te powinny być usuniete- standardy nie biorą pod uwagę właściwości gleb, a zwłaszcza ich zdolności sorpcyjnych i odczynu czyli tych czynników które w rzeczywistości decydują o unieruchamianiu metali ciężkich. Np. w Holandii stosuje się różne wzory (podstawą zaczepnieta do opracowania polskich standardów był wzor dla tzw. „gleby standardowej”). W USA i Europie Zachodniej obserwuje się pewna liberalizację przepisów dot. Koncentracji zanieczyszczeń i podwyższa się dopuszczalne normy.
5.5. Zasolenie gleb
Jest miarą zawartości w glebie soli łatwo rozpuszczalnych w wodzie, zwłaszcza chlorków Cl-, siarczanów SO42- i azotanów NO3- . Analiza zasolenia gleby opiera się na oznaczeniu elektrycznego przewodnictwa właściwego rzeczywistego roztworu glebowego lub ekstraktu gleby w wodzie destylowanej. Przewodnictwo elektryczne jest miarą koncentracji jonów w roztworze.
Zjawisko zasolenie gleb wykazuje dużą dynamikę w czasie gdyż rozpuszczalne sole łatwo przemieszczają się wraz z wodą. Dominujący kierunku tego transportu zależy od warunków wodnych gleby i uwarunkowań klimatycznych oraz aktualnych warunków pogodowych.
Mechanizmy zasolenia gleb
Problem zasolenia gleb ma istotne znaczenie w glebach, w których warunki klimatyczne lub obecność poważnego źródła rozpuszczalnych soli sprzyjają gromadzeniu się soli, zwłaszcza w poziomach powierzchniowych, dotyczy to głównie:
- gleb klimatu aridowego (suchego, gorącego) przewaga parowania nad wsiąkaniem powoduje stały wzrost koncentracji soli w glebie
- gleb typu marszów
- gleb intensywnie nawadnianych np. ściekami lub gnojowicą o dużej ilości rozpuszczalnych soli
- gleb narażonych trawle lub okresowo na dopływ soli- głownie ze źródeł antropogenicznych
Naturalnego zasolenia nie można traktowac jako przejawu ich degradacji, choć duża zawartość rozpuszczalnych soli może ograniczać lub wręcz uniemożliwiać wzrost i rozwój roślin, z wyjątkiem roślin słonolubnych. Natomiast zasolenie spowodowane bezpośrednio lub pośrednio działalnością człowieka jest jedną z ważniejszych form degradacji chemicznej.
Skutki zasolenia gleb:
- niekorzystne właściwości gleb, głównie: wzrost zawartości jonów sodowych w kompleksie sorpcyjnym, kationy Na wypierają z kompleksu inne jony w tym wodorowe, co przyczynia się do wzrostu pH i alkalizacji gleby, zmniejsza się przyswajalność fosforu i większości mikroelementów; wskutek obecności w glebie znacznych ilości sodu powstaje węglan sodowy, który wykazuje silne działanie peptyzujące - w rezultacie dochodzi do dyspersji koloidów glebowych i nieodwracalnego zniszczenia struktury gleby
- ujemne skutki dla większości roślin - poważniejsze niż dla samej gleby, rośliny z grupy halofitów wykazują znaczną odporność, ale większość roślin nie toleruje nadmiernej koncentracji soli w roztworze glebowym , zakłócenie równowagi jonowej i niezrównoważone pobieranie poszczególnych kationów gleby, wzrost stężeń i toksyczności poszczególnych jonów pobieranych przez rośliny. Efektem zasolenia mogą być zmiany morfologiczne roślin - uszkodzenia kiełków, karłowatość pędów, zahamowanie wzrostu, żółknięcie liści, słaby system korzeniowy,
tabelka str.142
Zanieczyszczenie gleb fluorem:
Fluor w glebach może pochodzić zarówno ze źródeł naturalnych jak i antropogenicznych, wykazano że przyswajalnośc przez rośliny i rozpuszczalnych fluoru w glebach zanieczyszczonych tym pierwiastkiem ze źródeł antropogenicznych. Główne zagrożenie powodowane nadmiarem fluoru w glebach wynika z możliwości pobierania tego pierwiastka przez roślinu i włączania do obiegu biogeochemicznego, jak i możliwości ługowania do wód podziemnych stanowiących źródło zaopatrzenia w wodę pitną. Mogą także powstawać organiczne związku fluoru, które są silnie toksyczne i łatwo przyswajalne. Fluor jest pierwiastkiem, który ma wąskie spektrum tolerancji, niebezpieczny jest zarówno jego niedobór jak i niewielkie nadmiary.
Gleby nie zanieczyszczone mogą zaigrać różne koncentracje F zaleznie od rodzaju skały macierzystej - najuboższe w fluor sa gleby piaszczyste i organiczne, w glebach wytworzonych z glin zawartość jest większa.
Głównymi źródłami zanieczyszczenia środowiska glebowego fluorem są emisje z hutnictwa glinu oraz z zakładów produkujących nawozy fosforowe. Same nawozy są także źródłem fluoru w glebach, podwyższone zawartości F mogą występować w sąsiedztwie hut szkła, zakładów przemysłu ceramicznego
tabelka str.146
Ruchliwość fluoru w glebach o obojętnym odczynie jest ograniczona, w glebach silnie kwa snych i silnie alkalicznych wymycie fluoru z gleb i pobranie go przez rośliny silnie wzrasta.
5.7. Zanieczyszczenia organiczne w glebach
- substancje ropopochodne - które trafiają do gleb w wyniku awarii i nieszczelności rurociągów, katastrof cystern, wskutek awarii i wycieków w rejonach zakładów górniczych ropy naftowej, zakładów petrochemicznych itp. Sa to substancje otrzymane z ropy naftowej w wyniku rozdzielenia jej na poszczególne frakcje
- wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA) - powstają w procesach spalania paliw zwłaszcza węgla kamiennego i brunatnego, drewna, oleju, emitowane są w znacznych ilościach przez zakłady energetyki cieplnej, silniki samochodowe, domowe paleniska. Badania brytyjskie wykazały, że całkowita zawartość WWA w poziomach powierzchniowych w ciągu ostatnich 100 lat wzrosła ponad 5-krotnie
- związki chloroorganiczne - duża toksyczność i trwałośc w środowisku
- polichlorowane bifenyle PCB
- dioksyny - uważa się, że są najbardziej trującymi ze związków wyprodukowanych przez człowieka, powstają w spalarniach odpadów i podczas pożarów lasów, pożarach instalacji przemysłowych. Szczególnie znany jest przypadek wybuchu i pożaru zbiorników z zakładach chemicznych w Seveso we Włoszech, który spowodował zniszczenie życia biologicznego i całkowitą chemiczną degradację gleb w promieniu kilku km na okres wielu lat.
- pestycydy - wprowadzane do środowiska w sposób zamierzony, celowy
Zachowanie zanieczyszczeń organicznych w glebie: specyficzne cechy zanuiczyszczeń organicznych powodują że wpływają one zasadniczo inaczej na właściwości gleb niż omówione wcześniej zanieczyszczenia nieorganiczne
Substancje org. mogą podlegać rozkładowi, ich koncentracja może się zmieniac do zera, są podatne na rozkład chemiczny, fotochemiczny, termiczny, podatne na biodegradacje, w większości trudno rozpuszczalne w wodzie, toksyczne wobec organizmów glebowych, cechy hydrofobowe lub hydrofilne
Zmiany właściwości gleb spowodowane zanieczyszczeniem związkami organicznymi:
Zanieczyszczenia org. są w większości trudno rozpuszczalne w wodzie, hydrofobowe przez co wpływają w istotny sposób na właściwości fiz. gleb, zwłaszcza ich przepuszczalność dla wody, przewiewnośc gleby, pogorszenie warunków natlenienia, naruszenie równowagi biologicznej. Właściwości fiz. niektórych substancji organicznych takich jak oleje czy smary ze względu na lepkość utrudniają uprawę gleby i podejmowanie działan rekultywacyjnych
Degradacja biologiczna gleb
Nieumiejętne, jednostronne użytkowanie gleby prowadzi do spadku jej żyzności wskutek naruszenia w niej równowagi
biologicznej. Rośliny te zbyt często uprawiane na tym samym polu dają coraz niższy plon o gorszej jakości. Spadki te stanowią
34
rząd 20-30%. Wywołane są rozwojem organizmów pasożytniczych na roślinach, mikroorganizmów pasożytniczych
zakłócających działalność poszczególnych grup funkcyjnych mikroflory i mikrofauny gleby, a także jednostronnym
wyczerpywaniem składników pokarmowych.
Degradacja biologiczna - załamanie naturalnej równowagi środowiska glebowego spowodowanej czynnikami natury biologicznej, chemicznej lub fizycznej i prowadzące do gwałtownego zmniejszenia plonów roślin uprawnych . Zjawisko to często określa się terminem „zmęczenia” gleb uprawnych.
Zmęczenie potęgowane jest używaniem ciężkiego sprzętu, uprawą mechaniczną w
nieodpowiednich terminach, przedawkowaniem gnojowicy (zmniejszenie ilości tlenu),
przedawkowanie nawozów mineralnych może prowadzić do okresowego zasolenia gleby.
Zmęczenie gleb występuje najczęściej przy uprawie roślin motylkowatych a także przy wieloletniej uprawie innych roślin w monokulturze. Spowodowane jest to zwłaszcza jednostronnym wyczerpywaniem składników pokarmowych. W agrocenozach o naruszonej równowadze często rozwijają się promieniowce i grzyby toksynotwórcze.
Dane FAO pokazują, że na obszarze przeszło 1,35 mld ha użytków rolnych świata straty plonów spowodowane zmęczeniem gleby stanowią około 25% ogólnych szkód biologicznych. Taka skal zjawiska stwarza poważne zagrożenie dla globalnego zaopatrzenia ludzkości w żywność.
Podstawowym sposobem walki ze zmęczeniem gleb jest stosowanie np. płodozmianów z uwzględnieniem odpowiedniego następstwa roślin „uzdrawiających”, ograniczenie uzywania chemicznych środków ochrony roślin
Biologiczne skażenie gleb - gdy w glebie występują bakterei chorobotwórcze lub pasożyty, źródłem tego typu organizmów mogą być m.in. nawozy organiczne np. obornik, gnojówica, niekonwencjonalne substancje użyźniajace jak ścieki komunalne, komposty; składowiska odpadów komunalnych, wody powodziowe, odpady z zakładów przetwórstwa mięsnego
Wystepowanie bakterii i pasożytów może być szczególnie niebezpieczne wówczas gdy plon roślin pozyskiwanych z takiej gleby przeznaczony jest bezpośrednio do celów konsumpcyjnych, paszowych
Szczególne przykłady degradacji
Zmiany właściwości gleb pod wpływem rolnictwa i gospodarki leśnej
Degradacja gleb zw. z działalnością rolniczą dotyczy przede wszystkim rolnictwa intensywnego i sprowadza się do problemów zmian właściwości fizycznych wskutek wprowadzania ciężkiego sprzętu oraz zmian właściwości chem, biologicznych, fizykochemicznych
Zmiany właściwości fiz. pod wpływem intensywnej uprawy to przede wszystkim zagęszczenie warstwy podornej i tworzenie się podeszwy płużnej. Niekorzystne zmiany zachodzą przede wszystkim na skutek niewłaściwie prowadzonych zabiegów agrotechnicznych np. w wyniku uprawy gleb ciężkich, w stanie ich zbyt dużego uwilgotnienia. Stosowanie uproszczonych płodozmianów i zaniechanie stosowania nawożenia organicznego przyczynia się do zmniejszenia zawartości próchnicy w glebie i niekorzystnie wpływa na strukturę gleby.
Trzeba zaznaczyć, że racjonalna uprawa rolnicza przyczynia się do poprawy właściwości gleb
U nas: gospodarka leśna zasadniczo nie jest traktowana jako czynnik degradujący gleby bo las może bardzo skutecznie ochraniac gleby i poprawiać retencje wodna danego obszaru, ale nadzy wspomniec i o negatywnym oddziaływaniu niektórych gatunków lasotwórczych na właściwości gleb. Roślinność borowa przyczynia się do przyspieszenia bielicowania, które można traktować jako proces degradujący. Wprowadzanie dzrew iglastych na gleby, które stanowia naturalne siedliska lasu mieszanego lub liściastego, przyspiesza niewątpliwie proces zakwaszania i degradacji tej ziemi.
Promieniotwórcze skażenie gleb
Związane z emisja do środowiska przyrodniczego izotopów promienitworczych ze źródeł antropogenicznych, takich jak wybuchy jądrowe, awarie reaktorów jądrowych, składowiska odpadów z elektrowni jądrowych
w glebach występują pewne naturalne ilości izotopow promieniotwórczych. Do sztucznych źrodeł promieniowania należą głównie (wymieniłam wyżej) mniejsze znaczenie maja np. źródła związane z terapia i diagnostyka medyczna, przemysłową
w latach 60. XX wieku w Europie zanotowano wzrost zawartości promieniotwórczych izotopów w glebach , głownie w związku z prowadzonymi w byłym ZSRR probami jądrowymi, obecnie zagrożenie środowiska zw. z tym xródełem promieniowania ma niewielkie znaczenie
najpowazniejsze zagrozenie, a jednoczesnie najważniejsze źródło podwyższonych zawartości pierwiastko promieniotwórczych w glebach stanowic może energetyka jądrowa, nieodpowiednie gospodarowanie odpadami, wawrie i eksplozje
- wybuch jądrowy w Alamogorgo (Nowy meksyk, USA) 1945 r.
- awaria elektrowni w Czarnobylu - skażenie m.in. gleb pierwiastkami promieniotwórczymi w Polsce
Land Degradation Assessment in Drylands
Mapy: http://www.fao.org/nr/lada/index.php?option=com_content&view=article&id=154&Itemid=184&lang=en
http://photogallery.nrcs.usda.gov/Detail.asp