1.WSTĘP TEORETYCZNY

CHEMICZNE SKAŻENIA GLEB

Fizyczno - chemiczna struktura gleby, walory gleby dobrej

Gleba jest powierzchniową warstwą skorupy ziemskiej powstałą ze skały macierzystej, będącą siedliskiem życia producentów. Żyzność gleby jest wynikiem długotrwałego procesu glebotwórczego i zależy od składu chemicznego gleby i jej właściwości fizycznych i biologicznych. Zawartość , rodzaj koloidów glebowych, próchnicy, soli mineralnych, pojemność wodna, porowatość oraz świat mikroorganizmów decydują o urodzajności.

Gleby, są podobne do kolumny chromatograficznej i jest zróżnicowana na poziomy .W skład pierwiastkowy wchodzi: K, Na, Mg, Al., Fe, C, Si, N, P,O, S, H, Cl. Można te pierwiastki spotkać we wszystkich typach gleb. Zwłaszcza dużo jest w glebie krzemu i glinu, a także tlenu, ponieważ w głównej mierze pierwiastki te stanowią trzon minerałów ilastych, czyli glinokrzemianów lub krzemianów glinu, magnezu. Typy gleb: gliny, szaroziemy, buroziemy, bielicowe, laterytowe. Na części gleby dobrze wykształconej składają się: a)subst.min.(45%), b) woda (25%), c) powietrze (25%), d) subst .org (5%), zbudowane w głównej mierze z próchnicy glebowej, czyli humusu. Ponadto nieodzownymi elementem gleby jest edafon - mikroorganizmy roślinne (glony, porosty, grzyby, promieniowce i bakterie) i mikroorg. zwierzęce (nicienie i pierwotniaki). Masa edafonu sięga 1 tony na hektar powierzchni gleby i stanowi około 2,5% zawartości próchnicy w glebie. Humus stanowi aż 90% nielicznej subst.org występującej w glebie. Powstające w wyniku huminifikacji związki próchnicze można podzielić na 4 zasadnicze grupy :

1. fluwoklasy (kwasy fulwowe) - substancje barwy słomkowej, rozpuszczalne w wodzie, tworzące związki kompleksowe z Al podczas bielicowania gleb,

2. kwasy hymatometanowe- jasnobrunatne, rozpuszczalne w metanolu,

3. kwasy huminowe - ciemnobrunatne, rozpuszczalne w rozcieńczonych ługach, charakteryzujące się bioaktywnością,

4. huminy - czarno brunatne, rozpuszczalne w ługach stężonych. Na szczególną uwagę zasługują bioaktywne koloidalne kwasy huminowe, a właściwie ich sole - humiany. One to stymulują lub hamują wzrost organizmów żywych (niektóre odmiany są stosowane do leczenia nowotworów), występują także w torfie i węglu brunatnym. Rozpuszczalność humianów maleje ze wzrostem wartościowości metalu. Przypuszczalnie humiany są mieszaniną blisko spokrewnionych spolimeryzowanych wielkocząsteczkowych związków chemicznych ułożonych gąbczasto, co zapewnia im duże właściwości sorpcyjne i hydrtacyjne. Połączenia chelatowe tych związków stanowią trzon mechanizmu zwanego kompleksem sorpcyjnym gleby i regulują całą dynamikę gleb, gromadzą duże ilości różnorodnych jonów i cząsteczek wody dając glebie żyzność, wreszcie regulują prawidłowy rozwój mikroorganizmów gleby.

Problem zakwaszania gleb oraz potrzeba wapniowania

Podobnie jak temperatura, tak i pH jest ważnym czynnikiem wpływającym na kierunek procesów glebowych, na wietrzenie skał mineralizację, humifikację szczątków organicznych, nitryfikację i denityfikację oraz na wzrost i rozwój edafonu i roślin. Najlepsze są gleby obojętne (pH od 6,2 do 7,2). Gleby węglanowe i gleby ciężkie, silnie próchnicze, o odczynie obojętnym mają właściwości buforowe, tzn. duże zdolności przeciwstawiania się zmianie swojego odczynu. Niską buforowatością odznaczają się gleby piaszczyste, ubogie w humus i części koloidalne.

odczyn gleb

• silnie kwaśny - 4,5 pH, kwaśny 4,6 - 5,5,

• lekko kwaśny 5,6 - 6,5,obojętny 6,6 - 7,2,

• zasadowy pow. 7,2.

Procesy niszczące glebę

Rodzaj koloidów glebowych (edafonicznych) decydują o urodzajności, którą człowiek nie tylko wykorzystuje do swoich potrzeb, ale jeszcze ją potęguje przez odpowiednią pielęgnację agrotechniczną i melioracyjną. Aby glebę uprawiać i optymalnie wykorzystywać, należy nade wszystko zdawać sobie sprawę z tego co niszczy glebę. Do procesów niszczących glebę zaliczamy:

• wyczerpywanie się składników torficznych,

• degradację gleb na skutek ługowania (obniżenie wartości użytkowej gleb ),

• denudacja ( niszczenie procesu glebowego ),

• zmniejszenie powierzchni uprawnej,

• zniszczenie chemiczne gleb.

Wyczerpywanie się składników torficznych na skutek eksploatacji gleby, prawa przyrody jako podstawa nawożenia gleb

Gleba ma zdolność równomiernego zaopatrywania roślin w wodę, tlen i składniki mineralne. Jednak wraz z eksploatacją drewna, zbiorem zbóż i jarzyn oraz wypasem zwierząt gospodarskich, ubywa glebie pierwiastków torficznych. Wyczerpywanie składników torficznych zapobiega się przez nawożenie gleb odpowiednimi nawozami i w optymalnych (nie maksymalnych) ilościach. Zakłada się, że jony w roztworze glebowym winny być w odpowiednich proporcjach do zachowania stanu wzajemnej równowagi. Nadmiar jednych substancji może niszczyć inne :

nadmiar	unieczynnia
K	Mg, Ca, Na
Ca	Mn
Al	Cu i P
N, Mo lub S	Cu
NH4	K, Ca i Mg
OH	Fe, Mn, Zn i B
P	Zn, Cu
Pb	Mg

Zapewnienie tej optymalnej równowagi substancji chemicznych w glebie polega na :

• konieczności uzupełnienia wyczerpanych substancji,

• wyrównania odpowiednich proporcji poszczególnych pierwiastków,

• wyrównanie odczynu gleby np. przez wapniowanie.

Degradacja gleb (obniżenie stopnia bonitacji)

Do degradacji gleb (gradus - stopień), czli obniżenia stopnia bonitacji gleb prowadzą niszczące żyzność procesy ługowania. Deszcz wypłukuje w głąb profilu glebowego związki chemiczne, co prowadzi do bielicowania gleb w klimacie umiarkowanym, w klimacie tropikalnym do lateryzacji. Powstałe gleby bielicowe laterytowe są mniej żyzne i należą do niższej klasy bonitacyjnej. Bielicowanie prowadzi do powstania piaszczystych gleb bielicowych, białawych (70% powierzchni Polski, 9% lądów ), czasami prawie zupełnie pozbawionych poziomu akumulacyjnego (A):

klimat umiarkowany

KalSi₃O₈ + Cu → SiO₂ + Kfu+ Alfu

fluwokwasy

W poziomie eluwialnym tych gleb pozostaje nierozpuszczalna biaława krzemionka SiO₂, powstałe w tym procesie rozpuszczalne fluwiany metali (Ca, Al. lub Fe ) są wymywane do poziomu iluwialnego (B) gleb, nadając mu barwę rdzawobrunatną. Lateryzacja jest w pewnym sensie procesem przeciwnym do bielicowania, zachodzi ona w klimacie tropikalnym:

2KAlSiO₃ + 4H₂O + 2CO→2AL(OH)₃ + 6SiO₂ + 2KHCO₃

Z rozkładu glinokrzemianów powstają w klimacie tropikalnym nierozpuszczalne wodorotlenki glinu Al.(OH)₃, żelaza Fe(III ), np. w Fe(OH)₃ i manganu, które rozmieszczone są w górnych warstwach profilu glebowego, a nawet w całym profilu laterytów. Natomiast związki litowców , berylowców i krzemionka (która w wyższych temperaturach jest rozpuszczalna) są wypłukiwane w dół profilu glebowego. Odczyn laterytowych gleb jest kwaśny na skutek hydrolizy kationowej soli glinu i żelaza :

Al³⁺ + 3H2O→Al.(OH)₃ + 3H⁺

Fe³⁺ + 3H₂O→Fe(OH)₃ + 3H⁺

Proces ługowania (bielicowanie i lateryzacja) są autokatalityczne , tzn. pogłębiają się z czasem trwania. Gleba ulega więc degradacji, obniża swoją żyzność.

Denudacja (zniszczenie profilu glebowego)

Do denudacji, czyli zniszczenia profilu glebowego (denudatio - obnażać), do prowadzi erozja wodna i wietrzna gleb oraz dostające się do gleby metale ciężkie lub niektóre związki organiczne. Tworzą się wtedy gleby szczątkowe o zniszczonym profilu.

Erozja wodna to zmywanie lub wymywanie cząstek gleby. Prowadzi do niej wylesienie lub odwodnienie terenu.

Erozja wietrzna (eolityczna, gr. Eol = Bóg wiatrów) to unoszenie i transportowanie cząstek gleby przez wiatr. Jest szczególnie niebezpieczna w klimacie suchym, a sprzyja jej zła gospodarka człowieka, zwłaszcza wycinanie lasów, wypasanie owiec i niewłaściwa uprawa roli. erozja niszcz poziom akumulacyjny gleb, a wraz z nim specyficzne związki humusowe, np. w Chinach rzeka Huang Ho (Żółta rzeka) unosi rocznie 650 mln ton żyznej gleby lessowej, a wraz z nią m.in.: 11,6 mln t azotu, 12 mln t fosforu, 48,0 mln t potasu.

W Polsce erozja zagraża 5 mln t ha gleb.

Do zabiegów przeciwerozyjnych należ zalesienie wzgórz piaszczystych i tworzenie pasów wiatrochłonnych oraz stosowanie stabilizatorów glebowych - chem. środki przeciwerozyjne, które zlepiają cząstki piasku lub lessu w większe i bardziej stabilne aglomeraty.

Zmęczenie gleby

Zmęczeniem gleby nazywamy obniżenie żyzności.

Człowiek na podstawie wiedzy chemicznej jest w stanie zwrócić glebie pobrane z niej substancje w postaci nawozów mineralnych. Nawożenie musi być zgodne z zapotrzebowaniem roślin na tej glebie, w przeciwnym wypadku może nastąpić zmęczenie gleby. By prawidłowo uprawiać glebę potrzebna jest wiedza agrochemiczna i dostępność badań laboratoryjnych. Obecnie spożywamy rośliny, które w porównaniu do roślin z przed 100 laty mają:

• czterokrotnie więcej potasu,

• czterokrotnie więcej fosforu,

• nadmiar selenu, kadmu i strontu (Sr⁹⁰),

• o połowę mniej magnezu,

• trzykrotnie mniej miedzi,

• są bez mikroelementów takich jak C0, F i L.

Zmniejszenie powierzchni uprawnej gleb

Przyczyniają się do tego:

• górnictwo i hutnictwo,

• fabryki,

• komunikacja,

• budownictwo,

• wysypiska zużytych materiałów.

Górnictwo zostawia po sobie hałdy i zwały. Zwały te ze względu na przerostów węgla , ulegają czasem samozapaleniu, powodując zatrucie i zanieczyszczenie terenu w promieniu kilku kilometrów. W Polsce jest ponad 400 hałd, dochodzą jeszcze do tego nieużytki po piaskownicach. Maleje również ilość gruntów rolnych i leśnych.

Zanieczyszczenia chemiczne gleb

źródło zanieczyszczenia	rodzaje zanieczyszczenia	uwagi
PRZE MYSŁ	substancje mineralne, węglowodory, szlam	pyły, dymy, tlenki azotu, CO i CO2
HAŁDY	pył, metale ciężkie, ługi	bardzo szkodliwe
ROLNIC-TWO	pestycydy, ścieki, nawozy	bardzo szkodliwe flurowcopochodne węglowodorów.
TRANSPORT	węglowodory, kauczuk	najbardziej skażone są gleby w pobliżu dróg
GOSP.DOMOWE	opakowania (szkło, tworzywa sztuczne ), ścieki	szczególnie szkodliwe detergenty

Zagadnienia rekultywacji gleb

Rekultywacja jest to działalność mająca na celu przy wrócenie wartości użytkowej glebom zniszczonym przez przemysł, zwłaszcza górniczo - hutniczy. Polega ona na właściwym ukształtowaniu rzeźby terenu, poprawieniu właściwości fizycznych i chemicznych gleby, uregulowaniu stosunków wodnych, wzmacniania skarp, zbudowaniu dróg i niezbędnych obiektów gospodarczych lub turystycznych, zasianiu traw i kwiatów oraz zadrzewianiu połączonym z wysianiem odpowiednich grzybów.

Należy zdawać sobie sprawę z tego, że rekultywacja nie jest jednoznaczna z przywróceniem glebom ich naturalnej wartości użytkowej.

2.PRZEBIEG ĆWICZENIA

Ćwiczenie dotyczyło rekultywacji gleb i polegało na:

• umieszczeniu w pojemniczku ziemi ogrodowej i piaszczystej wymieszanej z detergentem. Na glebę tą posialiśmy 1g rzeżuchy. Odczekaliśmy dwa tygodnie, w tym czasie podlewaliśmy i obserwowaliśmy wzrost rzeżuchy, po tym okresie ścięliśmy ją i zważyliśmy. Waga rzeżuchy: 9,270g, waga naczyńka 8,477g.

• w drugim przypadku umieściliśmy w pojemniku tylko ziemię ogrodową wraz z detergentem. Waga rzeżuchy : 10, 83755g, waga naczyńka: 10,40533g.

3. WNIOSKI

Na podstawie przeprowadzonego ćwiczenia mogliśmy stwierdzić, że w pierwszym przypadku z 1g nasion rzeżuchy otrzymaliśmy 0,793g roślin, natomiast w drugim przypadku 0,43222g. Pomimo że z mieszanki gleby piaszczystej i ogrodowej otrzymaliśmy większą wagę roślin to były one bardzo wątłe i o ciemnym kolorze, natomiast z ziemi ogrodowej otrzymaliśmy mniejszą wagę roślin, ale rzeżucha urosła gęsta i wysoka.

Politechnika Wrocławska Wrocław

Wydział Górniczy

SPRAWOZDANIE Z LABORATORIUM Z CHEMII:

CHEMICZNE SKAŻENIA GLEB

Wykonali :

---