AKADEMIA ROLNICZA W LUBLINIE
WYDZIAŁ ROLNICZY
Specjalność Kształtowanie i Ochrona Środowiska Rolniczego
nr albumu 31082
WŁAŚCIWOŚCI CHEMICZNE GLEB
W OBSZARACH SILNIE ZDEGRADOWANYCH
SIEDLISK LEŚNYCH NADLEŚNICTWA PUŁAWY
Wykonana w Instytucie Gleboznawstwa
i Kształtowania Środowiska Przyrodniczego
pod kierunkiem
Konsultant:
dr hab. Elżbieta Jolanta Bielińska
Gleba odgrywa podstawową rolę w kształtowaniu warunków egzystencji ekosystemów leśnych. Monitoring gleb jest jednym z elementów podlegających kontroli w ramach monitoringu lasu [Strategia Leśna Unii Europejskiej – tzw. Raport Thomasa 1997].
Badaniami objęto gleby w zniszczonym przez emisję azotową ekosystemie leśnym Nadleśnictwa Puławy, w którym w wyniku efektu kumulatywnego powstał nowy stan homeostazy, z nowym niezrównoważonym obiegiem energii. Na dużych obszarach leśnych, otaczających Zakłady Azotowe „Puławy”, w latach 1966 – 1988 został całkowicie zreorganizowany naturalny leśny ekosystem w zaroślowo – darniowy. Według Jakubczaka [1986] w latach 1968 – 1984 do atmosfery w rejonie ZA zostalo wyemitowane około 35 x 104 mg związków azotu. Obszar Puławski jest jednym z 27 obszarów zagrożenia ekologicznego wydzielonych w Polsce. Według danych Biura Urządzania Lasu i Geodezji Leśnej o/Lublin w roku 1998 łączna powierzchnia lasów będących w strefie zagrożenia przemysłowego na tym obszarze wynosiła 9070,6 ha.
Inwestycje jakie zostały poczynione na rzecz ochrony środowiska
w Zakładach Azotowych „Puławy” S.A. w latach 1985 – 1999 w bardzo dużym stopniu ograniczyły emisję zanieczyszczeń do atmosfery. Wyraźne zmniejszenie natężenia emisji gazów i imisji azotowej nastąpiło w początkach lat 90–tych [Ochrona Środowiska, 1994]. Pomimo malejącej od kilku lat emisji przemysłowej badany ekosystem znajduje się pod stałą presją czynnika toksycznego [Jedliczko, 1999].
Wyjątkowo niekorzystne warunki środowiskowe zaistniały na terenach położonych na wschód od emitora [Kimmins, 1989]. Przestrzenna struktura nasilenia zniszczeń lasów w rejonie ZA ma charakter strefowy. Granice poszczególnych stref mają przebieg nieregularny, ulegając modyfikacji w zależności od rozkładu kierunków wiatru, ukształtowania terenu, wieku i składu gatunkowego drzewostanu, bonitacji siedliska. Przebieg poszczególnych stref zniszczeń lasu ma kształt podobny do kierunkowej róży wiatrów charakterystycznych dla tego obszaru. Szczególnie intensywne tempo zniszczeń lasu zaznacza się w kierunku dominujących wiatrów N – E [Raporto stanie środowiska w rejonie oddziaływania ZA, Lublin, 1982].
Antropogeniczne zanieczyszczenie atmosfery, a także łączne oddziaływanie skażeń gazowych i pyłowych powszechnie przyjmuje się za pierwotną przyczynę zamierania lasów w całej Europie Środkowej [Dobrowolska, 1995; Mazurski, 1989]. Negatywny wpływ kwaśnych imisji na drzewostany, działający poprzez zmiany w glebie (wzrost jej zakwaszenia, pojawienie się składników toksycznych, przeazotowanie, ubytek kationów biofilnych oraz naruszenie równowagi biologicznej) prowadzi do zaawansowanej destabilizacji ekosystemów leśnych [Kuchniarz i Mazurski, 1995; Pokojska, 1997]. Wielu autorów podkreśla, że oddziaływanie przemysłu doprowadza do klęski ekologicznej obszarów leśnych [Brogowski i in.,1997; Drozd, 1995; Kabała, 1995]. Najnowsze badania [Blank i in., 1992; Clarkson i Schmandt, 1992; Foster i in., 1992] wskazują na większą złożoność zjawisk zachodzących w ekosystemach leśnych, a mianowicie poza ujemnym wpływem kwaśnych imisji, obecne zamieranie drzewostanów leśnych jest efektem kompleksowego oddziaływania wielu szkodliwych czynników, w tym między innymi ozonu, deficytu składników pokarmowych w glebie, zanieczyszczeń organicznych, patogenów, niekorzystnych warunków klimatycznych, ocieplenia globalnego. Postępujące od roku 1990 zmniejszenie emisji umożliwiło samoczynne odnawianie się pionierskiej fali lasu.
Monitoring gleb leśnych z wykorzystaniem metod opartych na testach chemicznych pozwala na ocenę zmian jakie zachodzą w środowisku pod wpływem czynników naturalnych i antropogenicznych i ma bezpośrednie odniesienie do utrzymania stabilności ekosystemów.
W 1990 roku Zakłady Azotowe „Puławy” S.A. znalazły się na liście 80–ciu przedsiębiorstw uciążliwych i degradujących środowisko, które zostały objęte szczególnym nadzorem przez Państwową Inspekcję Ochrony Środowiska [Jedliczko 1999]. Negatywne oceny wynikły ze stanu oddziaływania ZA podczas intensywnej degradacji środowiska w okresie 1969 – 1985, w którym to czasie w Zakładach nie zbudowano żadnej instalacji dla potrzeb środowiska.
Sytuacja ta uległa całkowitej zmianie w kierunku znacznej poprawy, gdy rozpoczęto konsekwentne usuwanie wieloletnich zaniedbań poprzez realizowanie „Kompleksowego Programu zamierzeń a zakresie ochrony środowiska a Zakładach Azotowych „Puławy”S.A. na lata 1985 – 2000”. Długoletnie badania specjalistów doprowadziły do powstania m.in. roślinnej (biologicznej) oczyszczalni atmosfery i gleby [Wiatr, 1995].
Według danych ZA „Puławy” S.A. w latach 1985 – 1997 inwestycje poczynione na rzecz ochrony środowiska w znacznym stopniu ograniczyły emisję zanieczyszczeń do atmosfery. Wyraźne zmniejszenie natężenia emisji gazów i imisji azotowej nastąpiło w początkach lat 90–tych (Ochrona Środowiska, 1994). Radykalne zmniejszenie emisji, a w szczególności amoniaku datuje się od 1996 roku [Kowalkowski i Jedliczko, 1996]. Emisja amoniaku w stosunku do 1985 roku została obniżona o 90%, dwutlenku siarki o 30%, tlenków azotu o 70%, pyłów dymnicowych o 80%, pyłów nawozowych o 85% [Bielińska, Domżał, 1999].
Proekologiczne działania Zakładów Azotowych „Puławy” S.A. stały się podstawą do przystąpienia Zakładów, w 1999 roku, do programu warunkowego skreślenia z „Listy 80” zakładów najbardziej uciążliwych dla środowiska w skali kraju.
II.1. Azot i inne pierwiastki w glebach
Azot jest niewątpliwie jednym z najważniejszych składników gleby. Pierwiastek ten [Mazur, 1991], zawarty jest w glebie w różnych związkach organicznych i organiczno-mineralnych, a mianowicie:
· w próchnicy,
· w resztkach roślinnych i zwierzęcych,
· w organizmach glebowych.
· azotanów,
· azotynów,
· soli amonowych,
· amonu zasorbowanego oraz
· jako wolny azot w powietrzu glebowym.
Jak podaje Dobrzański i Zawadzki [1993] większość azotu bo aż 99% znajduje się w formie organicznych zw. azotowych, głównie wchodzących w skład próchnicy glebowej. Stąd też największa jego ilość w glebach mineralnych występuje w poziomach próchnicznych, w głąb profilu glebowego zawartość azotu gwałtownie maleje.
Rys.1. Przybliżony udział N, P, K w mineralnej i organicznej frakcji gleby (wg Lityńskiego)
Związki azotowe w glebach ulegają ciągłym przemianom. Związki mineralne przechodzą w organiczne i odwrotnie związki organiczne ulegają mineralizacji.
Wyróżnia się w tych przemianach trzy zasadnicze procesy:
1. amonifikację – przekształcanie związków organicznych azotu do amoniaku, które może przebiegać zarówno w warunkach tlenowych, jak i beztlenowych
2. nitryfikację – utlenianie amoniaku (poprzez kw. azotawy) na kwas azotowy, zachodzące w warunkach dobrego natlenienia, odpowiedniej wilgotności, temperatury i odczynu gleby
3. denitryfikację – redukcja azotanów do azotynów i następnie wydzielanie wolnego azotu. Występuje w głębszych warstwach gleb lub w wierzchnich, gdy odcięty jest dostęp tlenu
Procesy amonifikacji i nitryfikacji są korzystne ponieważ nieprzyswajalne dla roślin zw. azotowe przekształcają się w łatwo dostępne. Natomiast proces denitryfikacji jest niepożądany gdyż powoduje straty azotu wskutek ulatniania się.
Według Nowackiego i in. [1980] jednym z podstawowych warunków dobrego wykorzystania azotu z gleby jest bogata zasobność gleb w fosfor. W przypadku niedoboru fosforu, rośliny wykazują wyższą od normalnej zawartośc azotu azotanowego
Kabata – Pendias [1989] stwierdza, że w przypadku dużego zakwaszenia gleby (pH ok. 4) powstają warunki sprzyjające uwstecznieniu przyswajalnych form fosforu i do powstania trudno rozpuszczalnych jego związków z glinem co ogranicza wymywanie składnika do wód gruntowych.
Winiarska – Adamczyk [1980] udowadnia, że nadmiar potasu może powodować zachwianie równowagi jonów w glebie, co może nieć znaczenie na glebach ubogich w magnez. Następuje tu również „luksusowe pobranie” potasu przez rośliny. Z punktu widzenia potrzeb roślin stosunek wymiennych form Mg:K = 3:1 jest najkorzystniejszy.
Nowacki i in. [1980] udowodnili, że brak magnezu w glebie hamuje przemiany azotu amonowego zaś nagromadzenie tej formy azotu w tkankach roślin w nadmiarze jest przyczyną zatrucia roślin amoniakiem.
II. 2. Azot i inne pierwiastki w glebach w warunkach imisji azotowej
Według Kowalkowskiego i in. [1999] narastająca od 1965 r. imisja związków azotu do środowiska gleb rdzawych bielicowych w okolicy Puław spowodowała istotne zmiany w dynamice procesów glebowych. Badania Zakładu Gleboznawstwa i Nawożenia IBL, jak również wyniki badań J.D. Beatona i in.[1969] wskazują na intensywne przemieszczanie P, K, Ca i Mg w głąb profilu glebowego pod wpływem imitowanego azotu mineralnego. Dopływający do gleby azot amonowy wywołuje również fizyczne i fizykochemiczne zmiany w próchnicy glebowej. Na obszarach lasów sosnowych otaczających Zakłady Azotowe Puławy stwierdzono po 6 latach funkcjonowania tych zakładów [Kowalkowski i in. 1991] w odległości 200m 35 –krotnie wyższą zawartość N-NH4 w poziomie 0fh od normalnej, a w poziomie AE – 24 –krotnie wyższą. W odległości 15 km w kierunku południowo wschodnim zawartość N-NH4 była jeszcze 2 –3 krotnie wyższa niż normalna. W warunkach stałego dopływu emitowanych subsrancji w glebach kształtują się roztwory o dużych stężeniach azotu mineralnego, przy wzrastającym niedoborze innych składników pokarmowych
Wielu autorów poleca, między innymi Kowalkowski [1988], Kabata – Pendias [1989], w przypadku zachwiania równowagi jonowej pierwiastków w glebie i w roślinach stosować „prawo zwrotu” – stosując nawożenie uzupełniające. Racjonalne stosowanie nawozów mineralnych ma na celu nie tylko dostarczenie roślinom składników pokarmowych w odpowiedniej korzystnej proporcji, lecz winno się przyczynić do podnoszenia żyzności gleb.
III. CEL PRACY
Celem niniejszej pracy było:
§ zbadanie właściwości chemicznych gleb w obszarach silnie zdegradowanych siedlisk leśnych Nadleśnictwa Puławy,
§ ocena sytuacji ekologicznej środowiska glebowego tego obszaru.
IV. POŁOŻENIE OBIEKTÓW I METODYKA BADAŃ
Badania zlokalizowano w rejonie oddziaływania Zakładów Azotowych „Puławy” S.A. (51° 25¢ N; 21° 57¢ E) na glebach bielicowych [Cambik Podzol] wytworzonych z różnej miąższości piasków eolicznych zalegających na piaskach fluwioglacjalnych w podłożu. Zakłady Azotowe „PUŁAWY” S.A. znajdują się na prawym brzegu środkowej Wisły,
w północnej części miasta Puławy. Piaski tworzą ciągi form wydmowych i rozległe słabo faliste pokrywy eoliczne położone na wysokości od 120 do 130 m npm [Kowalkowski i Jedliczko, 1996]. Teren ten charakteryzuje się silnie falistym relifem wydmowym i obniżeniem poziomu wód gruntowych, a gleby wykazują niską pojemność wodną, małą zdolność retencji wód opadowych i znaczną przewiewność [Kowalkowski i in., 1999).
Badania przeprowadzono na glebach zdegradowanych siedlisk leśnych ze stref silnych (III) i średnich (II) zniszczeń lasu.
Reprezentowane były następujące obiekty z Nadleśnictwa Puławy:
P – Obręb Puławy
Leśnictwo Wronów
Strefa silnych (III) zniszczeń lasu:
§ 1P – oddział 119 d: halizna 3,39 ha, odległość od ZA 0,5 km w kierunku N – E. Typ siedliskowy: bór suchy, bonitacja IV. Dominująca roślinność: brzoza, czeremcha.
§ 2P – oddział 120 f: halizna 11,25 ha, odległość od ZA 0,8 km w kierunku N – E. Typ siedliskowy: bór suchy, bonitacja IV. Dominująca roślinność: brzoza, czeremcha.
§ 3P – oddział 136 a: drzewostan 9,77 ha, odległość od ZA 2 km w kierunku N – E. Typ siedliskowy: bór mieszany świeży, bonitacja II. Dominująca roślinność: sosna, dąb, kruszyna.
Ż – Obręb Żyrzyn
Leśnictwo Zagórki
Strefa średnich (II) zniszczeń lasu:
...
edzia198