PRZESTRZENNO-CZASOWE ZMIANY WŁAŚCIWOŚCI GLEBY TECHNOGENICZNEJ NA TERENIE POGÓRNICZYM

Na całym świecie przemysłowa działalność człowieka, w szczególności wydoby­cie zasobów mineralnych wywołuje niekorzystne zmiany w środowisku (Pietrzyk- -Sokulska i in. 2015, Kołodziej i in. 2016 i 2020, Žibret 2018, Fenga i in. 2019, Buta i in. 2019, Pietrzykowski 2019). W Polsce zdewastowane i zdegradowane grunty wymagające rekultywacji zajmują 61 863 ha i powstają przede wszystkim w wyni­ku działalności związanej z górnictwem i kopalnictwem surowców; ta grupa stano­wi ponad 60% wszystkich terenów uznanych za zdegradowane lub zdewastowane (Gonda-Soroczyńska i Kubicka 2016).

Znaczący udział w procesie degradacji gleb mają działania związane z eksplo­atacją siarki metodą otworową, które powodują istotną transformację środowiska, głównie przeobrażenia geomechaniczne, hydrologiczne i chemiczne. Pociąga to za sobą zmiany również w pokrywie glebowej, wpływając niekorzystnie na jej stan fi­zyczny, chemiczny i biologiczny (Pietrzykowski i in. 2012, Likus-Cieślik i in. 2017). Zdewastowane obszary wymagają kompleksowej rekultywacji (Lal 2014).

Polska od wielu lat jest wiodącym na świecie producentem i eksporterem siarki elementarnej produkowanej ze złóż rodzimych. Utrzymująca się ostatnio stabilna koniunktura na rynku tego surowca oraz optymistyczne prognozy dotyczące jego zapotrzebowania na najbliższe lata powodują dalszy rozwój górnictwa siarkowego w naszym kraju (Kamyk i Kot-Niewiadomska 2018). W krajowym bilansie zaso­bów pozostaje nadal ponad 500 mln ton siarki w zlikwidowanych złożach kopalń i w złożach jeszcze niezagospodarowanych (Górecki i Sermet 2019).

Racjonalne gospodarowanie zasobami gleby oraz gruntami rolnymi i leśnymi jest jednym z podstawowych kierunków ochrony środowiska, określone w ustawie Prawo ochrony środowiska z dnia 27 kwietnia 2001 r. z późniejszymi zmianami. W artykule 3 zdefiniowano kompensację przyrodniczą jako zespół działań obejmują­cych m.in. rekultywację gleby, zalesianie, zadrzewianie, prowadzących do przywró­cenia równowagi przyrodniczej na danym terenie, wyrównania szkód dokonanych w środowisku przez realizację przedsięwzięcia i zachowanie walorów krajobrazo­wych (Dz.U. nr 62, poz. 627, 2001). Podstawowym zadaniem rekultywacji powin­no być doprowadzenie obszarów zdegradowanych do stanu, który pozwoli na ich dalsze racjonalne wykorzystanie (Zanuzzi i in. 2009, Shrestha i Lal 2011, Uberman i Ostręga 2012, Szostak i in. 2020). Co roku w Polsce rekultywuje się ok. 1500 ha gruntów (GUS 2019).

Znane są różne koncepcje zagospodarowania terenów zdegradowanych działal­nością górniczą. Jedną z nich jest koncepcja Bendera, która zakłada naprawę wła­ściwości fizycznych i chemicznych gruntów przez stosowanie zabiegów rekultywa­cyjnych (Bender 1995). Istotą tego procesu jest umiejętne połączenie czynników biotycznych i abiotycznych, w taki sposób, aby nastąpiło wytworzenie produktyw­nej gleby. Ważną rolę odgrywa tutaj czynnik antropogeniczny, który łączy zespół wspomagających się wzajemnie czynności i oddziaływań rekultywacyjnych w jeden spójny układ (Kasztelewicz i Sypniowski 2011, Gilewska i Otremba 2018).

Istnieje bogata literatura na temat rekultywacji terenów zdegradowanych (Zhen i in. 2015, Zornoza i in. 2016, Ahirwal i Maiti 2017, Pihlap i in. 2019, Vidal--Macua i in. 2020), ale rzadko dotyczy gleb po otworowej eksploatacji siarki. Po­nadto w publikacjach na ten temat badania koncentrują się na właściwościach fi­zykochemicznych, chemicznych i mikrobiologicznych gleby (Melgar-Ramírez i in. 2012, Baran i in. 2015, Kostuch i in. 2015, Knap i in. 2016, Krzaklewski i in. 2016, Likus-Cieślik i in. 2015, Joniec i Frąc 2017, Siwik-Ziomek i in. 2018, Woś i in. 2018, Joniec i in. 2019, Lemanowicz i in. 2020). Wiedza na temat stanu fizycz­nego gleb technogenicznych tego typu jest znacznie mniejsza. Ponadto nie ma prak­tycznie badań analizujących właściwości fizyczne gleby po okresie dłuższym niż5 lat od przeprowadzenia zabiegów rekultywacyjnych (Kołodziej i Bryk 2001, Kołodziej i Słowińska-Jurkiewicz 2001 i 2004, Baran 2008, Baran i in. 2008). Na­leży podkreślić, że proces przywracania zdegradowanym terenom walorów użyt­kowych trwa znacznie dłużej. Dlatego analiza właściwości fizycznych gleby, decy­dujących w znacznej mierze o całokształcie procesów zachodzących w środowisku glebowym, jest ważna dla oceny efektów procesu rekultywacji (Bryk i Kołodziej 2009, Krümmelbein i Raab 2012, Otremba i in. 2015, Singh i in. 2015, Kołodziej i in. 2020). Ponadto interakcje między właściwościami fizycznymi, chemicznymi i mikrobiologicznymi gleby określają jej jakość i mają wpływ na prawidłowe pełnie­nie przez glebę funkcji środowiskowych.

Gleby technogeniczne bardzo często charakteryzują się dużą heterogenicznością, dlatego podczas analizy ich stanu należy wykorzystywać metody geostatystyczne. Geostatystyka jest narzędziem służącym do oszacowania przestrzennej zmienności właściwości na podstawie wartości mierzonych punktowo w terenie, a następnie na podstawie semiwariogramu, który pozwala wnioskować o miejscach, w których nie przeprowadzano pomiarów (Usowicz i in. 2004).

Aktualność badań prezentowanych w niniejszej pracy wiąże się w dużym stop­niu z przywróceniem wydobycia siarki w Polsce na większą skalę. W roku 2019 uruchomiono w Podlesiu koło Lubaczowa Kopalnię Siarki „Basznia II”, która otrzy­mała licencję na eksploatację 3,6 mln ton surowca. Jest to drugi tego typu zakład w Europie, obok Kopalni Siarki „Osiek”, w którym siarka wydobywana jest metodą Frascha. Ponadto planowane jest otwarcie kolejnych dwóch kopalni siarki w Rudni­kach i Baranowie Sandomierskim.

Celem pracy było określenie zmian przestrzennych i czasowych właściwości gleby technogenicznej na terenie pogórniczym, po otworowej eksploatacji siarki. Aby to osiągnąć, przeanalizowano wybrane cechy gleby: rozkład granulometryczny, gęstość objętościową, porowatość ogólną, polową pojemność wodną i powietrzną, zdolności retencjonowania wody, przepuszczalność wodną i powietrzną, zawartość węgla organicznego, odczyn, kwasowość hydrolityczną, zawartość węglanu wapnia, sumę kationów zasadowych, stopień wysycenia kompleksu sorpcyjnego kationami kwasowymi i zawartość siarki ogólnej.

Realizując wyznaczone cele, przeprowadzono badania, na podstawie których oceniono właściwości rekultywowanej gleby po eksploatacji siarki metodą otworo­wą w świetle zmian przestrzenno-czasowych po 15 latach od przeprowadzenia prac rekultywacyjnych.

Ponadto dokonano weryfikacji następujących hipotez badawczych:

1. Właściwości fizyczne gleby są istotnym wskaźnikiem oceny efektywności pro­cesów rekultywacyjnych.
2. Głównym czynnikiem poprawiającym właściwości fizyczne rekultywowanych gleb piaszczystych jest materia organiczna.
3. Ze względu na procesy zachodzące w glebie efekty prac rekultywacyjnych nale­ży kontrolować w okresie dłuższym niż 5 lat od ich wykonania.
4. Geostatystyka jest narzędziem przydatnym do charakterystyki pokrywy glebo­wej na terenach pogórniczych.
5. Łąkowy typ zagospodarowania jest odpowiedni dla uwzględnionego w bada­niach typu terenu.

 Spis treści