KandydaciStudenciPracownicyAbsolwenci

Wydział Leśny

 
 
 
 
 

Zakład Ekologii Lasu i Rekultywacji

Najważniejsze osiągnięcia naukowe w ramach dwóch kierunków: ekologia lasu i rekultywacja (po 1998 r.)

Kierunek badawczy: Ekologia lasu

W ramach tego kierunku rozwijane są następujące nurty badawcze: zintegrowany monitoring ekologiczny, obieg pierwiastków w ekosystemach leśnych, chemizm źródeł i wód powierzchniowych oraz rewitalizacja zdegradowanych siedlisk świerczyn górskich w Beskidzie Śląskim i Beskidzie Żywieckim.

Zintegrowany monitoring ekologiczny

Zintegrowany monitoring ekologiczny prowadzony był na siedliskach lasów Karpat i Sudetów objętych wpływem przemysłowych zanieczyszczeń powietrza ze szczególnym uwzględnieniem południowej Polski (J. Barszcz 2003, 2006, 2008, 2014, S. Małek, P. Wężyk 2000‒2016, J. Barszcz, S. Małek 2002−2017). Monitoring objął też wpływ przekształceń górotworu na lasy w wyniku działalności górnictwa głębinowego i odkrywkowego (J. Greszta, J. Barszcz, W. Krzaklewski, M. Pietrzykowski, M. Pająk 2000‒2014). W ramach monitoringu stosowano techniki geoinformatyczne (GIS, fotogrametria cyfrowa, teledetekcja satelitarna, naziemny i lotniczy skaning laserowy, GPS). Prace takie prowadzono również w ramach badań z zakresu ochrony środowiska przyrodniczego (P. Wężyk, M. Szostak 1999−2014). Przede wszystkim uwzględniono w nich przestrzenne modelowanie depozycji metali ciężkich w ekosystemach leśnych (P. Wężyk 1999). Pod kierownictwem dr. inż. Piotra Wężyka realizowano międzynarodowy projekt FOREMMS (Forest Environmental Monitoring and Management System) 5 Programu Ramowego Unii Europejskiej, przy zaangażowaniu 11 partnerów z krajów europejskich oraz współudziale finansowym KBN (P. Wężyk ‒ koordynator na Polskę, WP4, 1999−2003). W ramach tego projektu opracowano system geoinformatyczny wspomagający decydentów, właścicieli lasów, naukowców oraz społeczeństwo w podejmowaniu decyzji bądź wyszukiwaniu informacji na temat dynamiki zmian zachodzących w ekosystemach leśnych Europy. Stworzono także narzędzia geoinformatyczne do generowania map zasięgów lasów w Europie oraz mapy biomasy i dynamiki zmian (pożary, wylesienia, zalesienia). Monitoringiem ekologicznym objęto również inwestycje nartostrady stacji narciarskiej Jaworzyna Krynicka SA [Małek i in. 2008, 2016].

Obieg pierwiastków w ekosystemach leśnych

W ramach tego nurtu badawczego oceniono stan zdrowotny drzewostanów bukowych (Ojcowski Park Narodowy i Leśny Zakład Doświadczalny w Krynicy – Małek i Wężyk (red.) 2000) i świerkowych (Zlewnia Potok Dupniański, Beskid Śląski) oraz określono w nich dynamikę przepływu pierwiastków [Małek (red.) 2015]. Zidentyfikowano źródła zanieczyszczeń i oszacowano ich udział w całkowitej ich depozycji oraz określono dla nich zmienność sezonową, jak również wpływ gatunku drzewa i jego wieku na wybrane właściwości: opadu podkoronowego, gleb, aparatu asymilacyjnego i opadu organicznego, zwłaszcza drzewostanów świerkowych w Zlewni Potok Dupniański [Małek 2002, 2004, Małek i in. 2005, 2006, Polkowska i in. 2005, Małek i Astel 2007, 2008, Astel i Małek 2008, 2010, Małek 2010]. Określono również chemizm wód powierzchniowych i źródeł Malinowskiego Potoku i Czyrnej [Małek i Krakowian 2007], Białej i Czarnej Wisełki [Astel i in. 2008a, b, 2009] oraz Skrzycznego [Astel i in. 2008a, b, Małek i Krakowian 2007, 2009, Astel i in. 2009, Kosmowska i in. 2015, 2016, Małek i Krakowian 2012, Małek i in. 2014] i Baraniej Góry [Małek i in. 2010] w latach 2004‒2014 w Beskidzie Śląskim [Małek 2014, Małek (red.) 2015].
Realizowane pod kierunkiem dr. hab. inż. Stanisława Małka, prof. UR, badania obiegu pierwiastków w drzewostanach świerkowych w aspekcie ich przebudowy i degradacji siedlisk przy uwzględnieniu wieku tych drzewostanów w zlewni doświadczalnej Potok Dupniański w latach 1999−2003 wykazały, iż depozycja związków azotu przekroczyła wartości krytyczne dla drzew iglastych (Ncrit = 15‒20 kg N · ha−1 · yr‒1), co zaburzyło stosunek zawartości azotu do zawartości makroelementów, obniżyło poziom potasu i magnezu do poziomu krytycznego tego ostatniego, zwłaszcza w starszych drzewostanach świerkowych. Dodatkowo wykazano wzrost intercepcji z wiekiem drzewostanów świerkowych i wzrostem indeksu powierzchni liściowej (LAI). Ponadto stwierdzono wymywanie pierwiastków, zwłaszcza siarki, wodoru i potasu, ze strefy koron. Zanotowano systematyczny wzrost koncentracji i ilości SO42 − w wodzie przechodzącej przez korony drzew oraz spadek wartości pH wód wraz z wiekiem drzewostanu. Wykazano, iż spływ wody po pniach dodatkowo zakwasza wierzchnie warstwy gleby. Pomimo że procesy rozkładu opadu materii organicznej (ścioły) powodują zwiększenie koncentracji wszystkich analizowanych anionów i kationów oraz wzrost kwasowości wody w wodach spływu powierzchniowego, jak i w wodach glebowych na głębokości 20 cm, dopływ wszystkich analizowanych anionów i kationów z tymi wodami w glebie był bardzo niski ‒wynosił poniżej 1%! Wykazano, iż znaczne ilości SO42 −, Na+, K+, Ca2+ i Mg2+ były wymywane poza zasięg głównej masy systemu korzeniowego świerka, a w dalszej kolejności SO42 −, Ca2+ i Mg2+ poza obszar zlewni. Niskie wartości pH gleb (w wierzchnich warstwach gleby pH w wodzie 3,8−4,3) i opadów podkoronowych przyczyniły się do uwalniania metali ciężkich w kompleksie sorpcyjnym gleby, a tym samym negatywnie oddziaływały na rozwój i stan zdrowotny drzewostanów świerkowych. Wykazano, że pomimo znacznych redukcji emisji Zlewnia Potok Dupniański dalej znajduje się pod wpływem znacznych ilości depozycji kwaśnych: S-SO42 ‒ i N-NO3− . Stwierdzono, iż regeneracja gleby zależy w dużym stopniu od depozycji kationów zasadowych, która będzie spowalniana, jeżeli nastąpi dalszy ich spadek w opadzie bezpośrednim. Obieg pierwiastków w różnowiekowych drzewostanach świerkowych powinien warunkować planowaną i realizowaną przebudowę drzewostanów świerkowych [Małek 2010, Małek (red.) 2015].
W ramach badań nad obiegiem pierwiastków prace badawcze prowadzono również w silnie zanieczyszczonych ekosystemach leśnych [Pająk i Jasik 2011, 2012, Pająk i in. 2015a, b, Pająk i in. 2016, Pająk i in. 2017].

Chemizm źródeł i wód powierzchniowych

Badania realizowane w zlewni Potoku Dupniańskiego [Małek i Gawęda 2006a i b] wykazały ścisłą zależność między chemizmem źródeł a warunkami ich położenia. Jakość chemiczna wód wypływających z płytkich warstw glebowych w dużej mierze zależy od gleby i podłoża geologicznego, ale również od szaty roślinnej, a nawet ukształtowania terenu czy wystawy stoków. Źródła, których obszar zasilający leży na wypłaszczeniu, w okresie wiosennego tajania śniegów toczą wody znacznie bardziej zakwaszone niż źródła położone na stromych stokach, w których zakwaszenie następuje dopiero w dalszym biegu cieku. Wody źródeł położonych w drzewostanach zwartych, o małym dostępie światła do dna lasu, zawierają mniej produktów rozkładu materii organicznej, co objawia się niższą zawartością amoniaku i wyższym pH. Jednocześnie odsłonięcie nadkładu poprzez zabiegi hodowlane (cięcia rębni częściowych, zwłaszcza uprzątające) może powodować gwałtowne uruchomienie procesów rozkładu butwiny, co sprzyja zakwaszeniu i wzrostowi zawartości zredukowanych form związków mineralnych (np. amoniaku). Podobne relacje stwierdzono w źródłach Malinowskiego Potoku i Czyrnej na stokach Skrzycznego oraz Białej i Czarnej Wisełki w rezerwacie Barania Góra, wskazując, że zależą one od typu roślinności, rzeźby terenu, podłoża geologicznego i opadów. Niektóre źródła toczyły wody pozaklasowe ze względu na odczyn, co było spowodowane wieloma czynnikami: charakterem opadów, podłoża skalnego oraz wpływem świerka. Chemizm źródeł (głównie azotanów) można w pewnym stopniu modyfikować, głównie poprzez kształtowanie składu gatunkowego roślinności w obszarze źródliskowym [Astel i in. 2008a, b, Małek i Krakowian 2007, 2009, 2012, Astel i in. 2009, Małek i in. 2010, Żelazny i in. 2011, Kosmowska i in. 2015, 2016, Małek i in. 2014, Małek (red.) 2015].
Głównym czynnikiem powodującym nieprzydatność wód źródeł do picia w okresie roztopów śniegu jest wysokie stężenie azotanów w wodach źródeł, a w mniejszym stopniu niski odczyn wód. O ile stężenie azotanów jest kształtowane przez opady atmosferyczne, o tyle odczyn, choć obniżany przez nie, w głównej mierze zależy od czynników lokalnych. Badania potwierdziły wpływ rodzaju szaty roślinnej na chemizm wód źródeł. Wyraźnie została wyodrębniona grupa źródeł na Skrzycznem, znajdująca się na terenie drzewostanów świerkowych bądź na terenie odsłoniętym, jako uboższa w jony Ca2+, Mg2+, K+, Na+, SO42 −, Cl− oraz o niższym PEW, a na Baraniej Górze grupa źródeł znajdująca się w obrębie odnowień świerkowych, gdzie oprócz niższych stężeń ww. jonów i niższego PEW zaznaczyło się niższe pH. Pozytywny wpływ drzewostanów bukowych na jakość wód powinien być brany pod uwagę przy zagospodarowaniu terenów źródliskowych. Dodatkowo, w porównaniu ze Skrzycznem, na Baraniej Górze występuje większe stężenie metali ciężkich – manganu i cynku, oraz żelaza i glinu w wodach źródeł w obecności niskiego pH spowodowanego oddziaływaniem kwasów humusowych i huminowych w grubej warstwie poziomu próchnicznego, a także intensywniejsze wymywanie biogenów: Ca2+, K+ i Na+ [Małek i in. 2010]. Niektóre czynniki powodujące w ostatnich czasach zamieranie świerka w Beskidzie Śląskim mają również wpływ na jakość wód potoków. Z punktu widzenia chemizmu wód najważniejszym z nich jest zanieczyszczenie powietrza, które wnika do drzewostanów wraz z opadami atmosferycznymi. Newralgicznym momentem jest okres roztopów pokrywy śnieżnej, kiedy zanieczyszczenia dostają się do ekosystemów leśnych w skoncentrowanej formie. Występujący niski odczyn wód nie stanowi natomiast zagrożenia dla drzewostanów świerkowych (pH w żadnym punkcie nie było niższe niż 4,2). Właściwości chemiczne wód można w pewnym stopniu modyfikować poprzez kształtowanie składu gatunkowego drzewostanów, co potwierdza wyższe stężenie jonów magnezu i sodu mających zdolności buforujące w punktach, powyżej których potoki płynęły na całej długości przez wielogatunkowe drzewostany liściaste [Małek i Krakowian 2007, 2009, 2012, Małek i in. 2014, Kosmowska i in. 2015 i 2016, Małek (red.) 2015]. Podobne zjawisko zaobserwowano w Gorczańskim Parku Narodowym [Jasik i Małek 2012, Jasik i in. 2017] oraz w Świętokrzyskim Parku Narodowym [Jasik i Małek 2013].
Jakość wód powierzchniowych na stokach Skrzycznego kształtują w głównej mierze opady atmosferyczne i podłoże skalne, jednak zaznacza się wpływ roślinności otaczającej źródło. Zależność tę należałoby wykorzystać na obszarach źródliskowych. Tam, gdzie to możliwe, powinno się rezygnować z dominującej roli świerka na rzecz gatunków liściastych, takich jak buk i jawor. W działaniach tych należy uwzględnić fakt, że potoki już w górnym swym biegu stają się źródłem zaopatrzenia ludności w wodę. Należy liczyć się z tym, że źródła górskie mogą toczyć wody nawet poza kategorią A3 przydatności wód do spożycia, głównie w drzewostanach świerkowych oraz w bukowych z długo rozkładającym się opadem organicznym [Małek i Krakowian 2009, Małek i in. 2014, Małek (red.) 2015].
Przeprowadzone badania w rejonie Skrzycznego uzupełniają wiedzę w zakresie czasowo-przestrzennych zmian cech fizykochemicznych i składu chemicznego wód źródeł w obszarze występowania klęski ekologicznej związanej z rozpadem drzewostanów świerkowych oraz obiegu biogeochemicznego w przygrzbietowych obszarach górskich. Relacje hydrochemiczne przeanalizowano zarówno w okresach wysokiego nawodnienia masywu górskiego, jak i okresach bezopadowych, co pozwala interpretować zmiany hydrochemiczne w różnych warunkach nawodnienia masywu górskiego. Do tej pory wpływ wylesień na skład chemiczny wód był zwykle interpretowany w wodach cieków, podczas gdy wykazano znaczący wpływ wylesień już w źródłach i przygrzbietowych obszarach górskich [Małek i in. 2014, Durło i in. 2015, Małek 2015, Kosmowska i in. 2015, 2016]. Opracowano mapy zróżnicowania przestrzennego wybranych parametrów wód źródeł masywu Skrzyczne w latach 2009‒2012: przewodności elektrolitycznej (PEW), pH, mineralizacji, temperatury oraz stężeń anionów i kationów wraz z oceną jakości tych wód.
Uzyskane wyniki jednoznacznie wskazują, że wylesienia znacząco wpływają na zmiany składu chemicznego wód w krótkich okresach, zarówno w czasie wezbrań, jak i w okresach między wezbraniami. Skład chemiczny wód potoków odwadniających małe zlewnie górskie w Masywie Skrzycznego jest determinowany przez czynnik antropogeniczny, związany z wieloletnią nadmierną depozycja atmosferyczną związków acidogennych, która doprowadziła do zamierania drzewostanów. Proces rozpadu drzewostanów uwidacznia się w niespotykanej w innych regionach Karpat dominacji w strukturze składu chemicznego wód potoków siarczanów i azotanów [Małek 2015, Kosmowska i in. 2015, 2016].
Badania wykazały, że działalność człowieka w sposób pośredni (zanieczyszczenie powietrza) i bezpośredni (wylesianie, budowa dróg) wpływa na zmiany w rzeźbie obszarów źródłowych [Wrońska i in. 2017]. Tego typu badania wykonane po raz pierwszy w polskich Karpatach fliszowych pozwalają na sformułowanie nowego poglądu w zakresie wpływu działalności człowieka w obszarach źródłowych (wzrost gęstości i długości sieci dolinnej) na zmiany w systemie korytowym położonym poniżej. W warunkach naturalnych o lokalizacji form zagłębień początkowych decyduje powierzchnia obszaru alimentacyjnego, która jest wystarczająca dla uformowania skoncentrowanego spływu. W obszarach leśnych dominują formy rozwinięte w związku z działaniem spływu podziemnego i śródpokrywowego (nisze źródliskowe, niecki z pasem rumoszu skalnego), ponieważ las ogranicza możliwość formowania spływu powierzchniowego. W obszarach wylesionych zaobserwowano rozwój form innego typu – powszechnie występują rozcięcia linijne, przyspieszony jest też obieg energii i materii w zlewniach.
W badanych źródliskach w Masywie Skrzycznego stwierdzono nowe stanowiska gatunków rzadkich, znajdujących się na regionalnych i ogólnopolskich czerwonych listach, w czerwonych księgach (Karpat i Polski), gatunki chronione, ale przede wszystkim gatunki o znaczeniu europejskim, np. Aconitum firmum subsp. moravicum, który ma status gatunku narażonego na wyginięcie. Na szczególną uwagę zasługuje wyróżniony w trakcie prowadzonych badań zespół Caltho-Dicranelletum squarrosa, z charakterystycznym gatunkiem mchu, krokiewką bagienną Diobelonella palustris, którego centrum występowania znajduje się w Beskidach Zachodnich [Bodziarczyk i in. 2016].
Uzyskane wyniki badań pozwoliły opracować wytyczne do zasad zagospodarowania obszarów źródliskowych i sąsiedztwa potoków w rejonach górskich: w Leśnym Kompleksie Promocyjnym „Lasy Beskidu Śląskiego” w Nadleśnictwie Węgierska Górka w zlewni Potoku Malinowskiego oraz w Nadleśnictwie Wisła w zlewniach Potoku Malinka i Biała Wisełka, oraz wdrożyć je do praktyki [Małek i in. 2014, Małek (red.) 2015].

Rewitalizacja zdegradowanych siedlisk świerczyn górskich w Beskidzie Śląskim i Beskidzie Żywieckim

Oszacowano tempo i rozmiar rozpadu drzewostanów świerkowych, opracowano metody inwentaryzacji oraz zaproponowano zasady i sposoby rewitalizacji zdegradowanych siedlisk świerczyn górskich w RDLP Katowice przy uwzględnieniu aktualnego i prognozowanego stanu gleb w poszczególnych piętrach roślinnych. W realizowanych wspólnie przez dr. inż. Józefa Barszcza i dr. hab. inż. Stanisława Małka, prof. UR, badaniach naukowych, zamawianych przez i dla RDLP w Katowicach, znalazły zastosowanie metody o charakterze aplikacyjnym (monografia pod redakcją naukową S. Małka, Ekologiczne i hodowlane uwarunkowania przebudowy drzewostanów świerkowych w Beskidzie Śląskim i Beskidzie Żywieckim 2015 i cytowana tam literatura):
1) metoda określenia stopnia i rozmiaru zagrożenia rozpadem górskich monokultur świerkowych z wykorzystaniem danych z Systemu Informacyjnego Lasów Państwowych (SILP) umożliwia automatyczną aktualizację stanu zagrożenia, śledzenie procesu rozpadu drzewostanów i usprawnienie planowania pilności przebudowy tych drzewostanów;
2) opracowanie ekologiczno-hodowlanych podstaw konieczności stosowania pionowej regionalizacji gospodarki leśnej w górach na przykładzie lasów Beskidu Śląskiego i Beskidu Żywieckiego umożliwiło ich wprowadzenie przy opracowywaniu planów urządzenia lasu w Nadleśnictwach: Wisła, Węgierska Górka i Bielsko i będzie kontynuowane w pozostałych nadleśnictwach górskich, sukcesywnie, w miarę przeprowadzania rewizji planów urządzenia lasu;
3) opracowane ekologiczno-hodowlane zasady przebudowy zagrożonych świerczyn beskidzkich są w praktyce realizowane w hodowli lasu we wszystkich nadleśnictwach beskidzkich podległych RDLP Katowice;
4) wprowadzenie biogrupowego sposobu odnowienia lasu w trudnych warunkach siedliskowych regla górnego jest realizowane w masywie Skrzycznego i Baraniej Góry w Nadleśnictwach: Bielsko, Wisła i Węgierska Górka;
5) zasady zagospodarowania obszarów źródliskowych i sąsiedztwa potoków w rejonach górskich Leśnego Kompleksu Promocyjnego „Lasy Beskidu Śląskiego” w Nadleśnictwie Węgierska Górka w zlewni Potoku Malinowskiego oraz w Nadleśnictwie Wisła w zlewniach Potoku Malinka i Biała Wisełka zostały wpisane do Planów Urządzenia tych Nadleśnictw, a ich praktyczna realizacja planowana jest w kolejnych latach.

Szkółkarstwo precyzyjne

Szkółkarstwo precyzyjne to nowy kierunek badań interdyscyplinarnych koordynowany przez S. Małka i rozwijany wspólnie z pracownikami z Zakładów: Genetyki, Nasiennictwa i Szkółkarstwa Leśnego (J. Banach) Ochrony Lasu, Entomologii i Klimatologii Leśnej (G. Durło) i Mechanizacji Prac Leśnych (M. Kormanek).
Na podstawie dotychczasowych doświadczeń od 2014 r. zespół naukowców w składzie: J. Barszcz, J. Banach, G. Durło, M. Kormanek, K. Dudek, I. Skowrońska, pod kierunkiem S. Małka, podjął badania nad optymalizacją produkcji sadzonek kontenerowych, które zaowocowały licznymi zaleceniami (Małek i in. 2014‒2017). Badaniami objęto sadzonki czterech gatunków drzew leśnych, tj. sosny zwyczajnej, świerka pospolitego, buka zwyczajnego i dębu szypułkowego, które produkowano w latach 2014–2016 w Gospodarstwie Szkółkarskim w Nędzy (Nadleśnictwo Rudy Raciborskie).
Ustalono średnie zapotrzebowanie sadzonek na poszczególne pierwiastki dla terminu uzyskania parametrów „sadzonki wzorcowej” oraz w całym okresie ich wzrostu, a także udział lokowania pierwiastków w poszczególnych częściach sadzonek, jak również potencjalne źródła tych pierwiastków. Określono ilość wymywanych składników poza pole produkcyjne. Zaproponowano nowy zakres optymalnych stężeń pierwiastków w aparacie asymilacyjnym. W zakresie gospodarki wodnej ustalono optymalne parametry bilansu wodnego oraz wilgotności substratu na polach produkcyjnych, określono wielkość powierzchni intercepcyjnej jednorocznych sadzonek, podano optymalne wartości wskaźnika LAI, sumy temperatury, sumy energii oraz indeksu zieloności SPAD w chwili osiągnięcia przez sadzonki parametrów „sadzonki wzorcowej”. Wykazano, że stosowany obecnie dobór składu substratu torfowo-perlitowego jest optymalny. Wskazano na duże zróżnicowanie parametrów pojemności wodnej i powietrznej substratu w celach kaset. Zaproponowano i zweryfikowano poprawę parametrów substratu. Wykazano, że sadzonki reagują na zmianę zagęszczenie substratu, przy czym zakres zmian musi być szeroki. Określono maksymalną wartość proporcji wysokości sadzonki do grubości w szyjce korzeniowej oraz wykazano pozytywny efekt kontroli nawadniania na kształtowanie się tego parametru. Stwierdzono, że system korzeniowy sadzonek tworzą głównie korzenie drobne.

Do najważniejszych osiągnięć należy zaliczyć poniższe działania.

Dzięki zastosowaniu automatycznego układu kontrolno-pomiarowego oraz stabilizacji wilgotności substratu w kontenerach BCC serii Hiko V-120ss i V-256 uzyskano optymalizację cykli zraszania na polach produkcyjnych. Wykazano dużą przydatność laiometru LAI-2000 w ocenie cech biometrycznych oraz stanu ulistnienia sadzonek, które to parametry pozwalają na wyznaczenie wielkości potencjalnej intercepcji. Jest to ważnym czynnikiem decydującym o objętości cieczy roboczej dostarczanej na pola produkcyjne. Ustalono optymalny dla rozwoju sadzonek przedział wartości indeksów fitoklimatycznych, których śledzenie w trakcie produkcji materiału szkółkarskiego pozwala na dostosowanie liczby zabiegów fertygacji.
Oszacowano zawartości poszczególnych pierwiastków niezbędnych dla uzyskania parametrów „sadzonki wzorcowej” w oparciu o skład chemiczny i ilość wody użytej do deszczowania oraz wody opadowej, jak również substratu użytego do produkcji sadzonek i nawozu. Zaproponowano alternatywny sposób nawożenia wraz z harmonogramem i sposobem kontroli wzrostu sadzonek, w którym decyzja o zaprzestaniu nawożenia lub zmniejszenia jego częstotliwości i ilości powinna być uzależniona od: stężenia pierwiastków w aparacie asymilacyjnym w porównaniu do zaproponowanego zakresu optymalnego dla „sadzonki wzorcowej” lub/i indeksu pokrycia powierzchni poprzez aparat asymilacyjny (LAI) lub/i ustalonej proporcji części nadziemnej sadzonki do średnicy w szyjce korzeniowej (wskaźnik: h/d). Analiza stężenia pierwiastków w aparacie asymilacyjnym powinna być wykonana w terminie uzyskania parametrów „sadzonki wzorcowej” oraz przed zakończeniem okresu wegetacji i stanowi najdokładniejszą metodę pomiaru. Może służyć jako metoda ich weryfikacji z wykorzystaniem nowego zaproponowanego zakresu optymalnego ich stężeń w aparacie asymilacyjnym. Stwierdzono podobne wymagania żywieniowe dla sosny i świerka oraz buka i dębu szypułkowego, jak również konieczność przygotowania dla nich oddzielnych harmonogramów nawożenia i nawadniania oraz umieszczanie ich na sąsiadujących z sobą polach lub specjalizacji szkółek w produkcji wybranych gatunków drzew. Zaleca się przygotować plany nawożeniowe i nawodnieniowe dla szkółek, a dawki uzależnić od składu chemicznego podłoża oraz wody użytej do deszczowania i wody opadowej z uwzględnieniem ich ilości, jak również potrzeb żywieniowych poszczególnych gatunków. Opracowano skład nawozów dolistnych osobno dla badanych grup gatunków iglastych i liściastych.
Określono zakres zmian parametrów fizykomechanicznych i fizykochemicznych badanych substratów torfowych stosowanych w produkcji kontenerowej oraz główne przyczyny tej zmienności. Stwierdzono, że stosowany obecnie dobór składu substratu torfowo perlitowego na podstawie analiz parametrów fizycznych substratów ze zmianą zawartości perlitu z interwałem 5% jest optymalny. Określono zróżnicowanie parametrów pojemności wodnej i powietrznej substratu w celach kaset w sezonie wegetacyjnym, jak również wykazano, że w niektórych okresach parametry te są poza zakresami optymalnymi. Zaproponowano poprawę parametrów pojemności wodnej i powietrznej przez zwiększenie zagęszczenia substratu na linii do wypełniania kaset substratem. Wykazano, że wprowadzona zmiana poprawiła te parametry, jak również zwiększyła retencję wody w celach kaset. Wykazano, że każdy z badanych gatunków reaguje na zmianę zagęszczenia substratu, przy czym zakres zmian musi być szeroki. Gatunki iglaste (So, Św) i liściaste (Bk, Dbsz) reagują w odmienny sposób na zmianę zagęszczenia substratu.
Stwierdzono, że produkcja sadzonek świerka pospolitego i sosny zwyczajnej w kontenerach Hiko V-120ss, przy nawożeniu dolistnym, jest stabilna i niezależna od terminu wykonania siewu. Dla buka zwyczajnego i dębu szypułkowego (kontener Hiko V-265) efekty hodowli były bardziej zróżnicowane w poszczególnych latach. Wartość proporcji wysokości do grubości w szyjce korzeniowej dla dębu i sosny okazała się optymalna, co wskazuje na właściwe procedury przy produkcji sadzonek tych gatunków. Dla sadzonek buka i świerka wielkość tej proporcji znacznie przekraczała wartości przyjęte za maksymalne, co wskazuje na szybki wzrost na wysokość, przy słabszym wzroście na grubość, i sugeruje konieczność korekty parametrów hodowli, głównie sposobu i długości okresu nawożenia. Rozkład suchej masy między części nadziemną i podziemną sadzonek zależał od gatunku. Najmniejszą masą systemu korzeniowego charakteryzowały się sadzonki świerka, nieco większą sosny i buka, a największą dębu. Sortowanie sadzonek dębu w trakcie produkcji na „wysokie” i „niskie” znajduje uzasadnienie w większej liczbie wyhodowanych sadzonek, które cechują się lepszymi parametrami wzrostowymi. Wykazano, że system korzeniowy analizowanych gatunków tworzą głównie korzenie drobne: u sosny i świerka z przedziału od 0,5 do 1 mm, natomiast u buka i dębu z przedziału poniżej 0,5 mm grubości.

Kierunek badawczy: Rekultywacja leśna

Ten kierunek badawczy został zapoczątkowany w Katedrze Ekologii w pewnym zakresie przez prof. Jana Macha i prof. Jana Gresztę. Profesor J. Mach zainicjował badania nad rekultywacją i leśnym zagospodarowaniem wybranych nieużytków poprzemysłowych (współpraca J. Barszcz). Profesor J. Mach był także współautorem, wraz z prof. T. Skawiną i W. Krzaklewskim, instrukcji sporządzania dokumentacji projektowej w zakresie rekultywacji leśnej. Profesor J. Greszta w późniejszym okresie badał przede wszystkim wpływ kwaśnych deszczy i metali ciężkich na las.
Badania nad rekultywacją leśną są podporządkowane głównemu trendowi badawczemu, jakim jest rekultywacja ekologiczna. Trend ten w najwyższym stopniu uwzględnia tendencje sukcesji biocenoz w określonych warunkach jako najbardziej racjonalną formę kształtowania ekosystemów na rekultywowanych terenach. W problematyce rekultywacji leśnej w Polsce dorobek pracowników jednostki (W. Krzaklewskiego, M. Pietrzykowskiego, M. Pająka) odgrywa uznaną rolę w kraju i za granicą. Rozwija tematykę badawczą poświęconą rekultywacji, lansuje koncepcje merytoryczno-metodyczne i na różnych płaszczyznach przyczynia się do wdrażania postępu naukowego w dyscyplinie inżynieria i ochrona środowiska – specjalność rekultywacja. Obok doskonalenia metod rekultywacji leśnej, w którym największy dorobek ma prof. Wojciech Krzaklewski [1979, 1982, 1988, 1990, 1993, 1995, 1997, 1999, 2000, 2001, 2002, 2004, 2007, 2017], coraz większy nacisk kładzie się na monitoring rekultywacji, zwłaszcza w licznych pracach M. Pietrzykowskiego i in. [2007, 2009, 2010, 2014].
Podstawowe trendy badawcze rozwijane w ramach tego kierunku można ująć następująco: zastosowanie sukcesji roślinnej (naturalnej i kierowanej) w rekultywacji, doskonalenie metod klasyfikacji siedlisk na terenach przeznaczonych do rekultywacji leśnej, kryteria oceny rekultywacji leśnej, stabilizacja techniczno-biologiczna terenów trudnych i zanieczyszczonych oraz monitoring procesu rekultywacji leśnej.

Zastosowanie sukcesji roślinnej (naturalnej i kierowanej) w rekultywacji

Na terenach poprzemysłowych występują nowe kombinacje gatunków roślin, wcześniej nieznane. Badania florystyczne i fitosocjologiczne tych zbiorowisk znacznie wzbogacają problematykę prac nad roślinnością synantropijną. W odniesieniu do rekultywacji, zwłaszcza leśnej, zagadnienia z tego zakresu obejmują m.in. kierowanie sukcesją roślin na potrzeby rekultywacji, w tym metodyczne aspekty wykorzystania tej roślinności (naturalnej i kierowanej) w rekultywacji gruntów (W. Krzaklewski 1995−2014). Są to nurty już sygnalizowane, przedstawiane w licznych publikacjach i referatach w Polsce i za granicą (W. Krzaklewski 1982‒2014). Do ważniejszych osiągnięć prof. W. Krzaklewskiego i współpracowników w tym nurcie badań można zaliczyć:
• doskonalenie „fitosocjologicznej” klasyfikacji terenów do rekultywacji leśnej na podstawie podatności gruntów na zarastanie,
• doskonalenie fitosocjologiczno-glebowej metody oceny aktualnych i potencjalnych warunków rekultywacji leśnej,
• zastosowanie sukcesji roślin w działalności rekultywacyjnej realizowanej przede wszystkim dla leśnego kierunku (Krzaklewski 1977−2017).

Doskonalenie metod rekultywacji leśnej terenów poprzemysłowych oraz klasyfikacja siedlisk powstających na terenach pogórniczych rekultywowanych dla leśnictwa i analiza związków glebowo-roślinnych

Doskonaleniu metod oceny warunków siedliskowych na terenach zdewastowanych i zdegradowanych przeznaczonych do rekultywacji leśnej poświęcono wiele prac [Krzaklewski 1999, 2004, Pietrzykowski 2009, 2010, Pająk 2004]. Pracowano także nad metodami zalesiania dużych zwałowisk w górnictwie odkrywkowym węgla brunatnego [Krzaklewski 1999, 2009]. Pracą z tego zakresu, co ważne, trafiającą do szerszego grona naukowców z dziedziny leśnictwa jest m.in. publikacja Krzaklewskiego i Pietrzykowskiego [2007]. Warto wspomnieć, że prof. M. Pietrzykowski zaprezentował w 2014 r. dla szerszego grona urządzeniowców i siedliskoznawców na konferencji naukowo-technicznej „Leśne siedliska zmienione i zniekształcone” (Nagórzyce, 12−13 listopada 2014) referat pt. Ocena stanu siedliska w lasach na zrekultywowanych gruntach poprzemysłowych, zamówiony przez Biuro Urządzania Lasu i Geodezji Leśnej oraz Dyrekcję Generalną Lasów Państwowych.
W ramach doskonalenia metod rekultywacji leśnej opublikowano m.in. książkę Rekultywacja leśna terenów wyrobisk po eksploatacji piasków podsadzkowych na przykładzie kopalni “Szczakowa”, stanowiącą kompendium wiedzy na temat rekultywacji wyrobisk popiaskowych [Pietrzykowski i Krzaklewski 2009]. Publikacje tego typu, wydawane w języku polskim i przy współudziale przedsiębiorstw górniczych (w tym przypadku Kopalni Piasku PCC Rail Szczakowa), są ważne w aspekcie praktycznym i wdrożeniowym. Zagadnieniom klasyfikacji i typowania siedlisk poświęcono także pracę dotyczącą rozpoznania siedlisk, ze szczególnym uwzględnieniem siedliskowych podstaw planowania przebudowy monokultur sosnowych na terenach zrekultywowanych [Pietrzykowski 2014].
Z punktu widzenia zrównoważonego rozwoju terenów poprzemysłowych i dynamiki restytucji ekosystemów leśnych oraz ich funkcji ochronnych ważne jest, że „nowe” lasy na terenach poprzemysłowych w środkowej Europie mogą być obecnie zagrożone różnymi czynnikami biotycznymi i abiotycznymi. Problem destabilizacji drzewostanów na terenach pogórniczych może szczególnie dotyczyć kilkudziesięciu tysięcy hektarów w zagłębiu Niederlausitz przy granicy polsko-niemieckiej, a także niektórych obszarów na terenie Polski. Kluczową pracą z zakresu metod klasyfikacji siedlisk na terenach pogórniczych rekultywowanych dla leśnictwa jest książka pod redakcją M. Pietrzykowskiego, Analiza i optymalizacja metod klasyfikacji siedlisk i kryteriów oceny rekultywacji leśnej na wybranych terenach pogórniczych w Polsce [2010].

Kryteria oceny stanu rekultywacji leśnej

Obejmują one kryteria ekologiczno-gospodarcze (bilans energetyczny rekultywacji, aspekty leśno-gospodarcze rekultywacji, gospodarkę powierzchnią i urządzanie na terenach przejętych pod administrację leśną, określenie potencjału produkcji biomasy) oraz kryteria ekologiczne (bioróżnorodność powstających zbiorowisk, jakościowo-ilościowe cechy glebowej materii organicznej, cykle biogeochemiczne, dynamikę akumulacji oraz wzajemne relacje biogenów, sekwestrację węgla), a także reakcje wzrostowe, żywienie mineralne drzew i stabilność drzewostanów wzrastających na terenach rekultywowanych.
Jedną z ważniejszych prac, znajdujących się w obiegu światowym, z zakresu rekultywacji i zarządzania odtwarzanymi ekosystemami jest publikacja z 2007 r. w czasopiśmie „Ecological Engineering” [Pietrzykowski i Krzaklewski 2007]. Praca ta, zainspirowana wieloletnimi doświadczeniami prof. W. Krzaklewskiego, ukazała nowatorskie spojrzenie na ocenę rekultywacji w kontekście bilansu energetycznego uwzględniającego nakład pracy i energii oraz akumulację energii w powstającym ekosystemie.
Zagadnieniom związanym z akumulacją kluczowych dla ekosystemu biogenów, tj. węgla i azotu, oraz związkom z sukcesją roślin i dynamiką rekultywacji poświęcono m.in. pracę Pietrzykowskiego i Krzaklewskiego [2007]. Wśród publikacji o zasięgu międzynarodowym z tego zakresu z ostatnich lat wymienić można pracę dotyczącą potencjału sekwestracji węgla w nowo powstających ekosystemach na terenach poprzemysłowych [Pietrzykowski i Daniels 2014]. Praca ta wpisuje się w istotną tematykę łagodzenia skutków globalnego ocieplenia poprzez potencjał do sekwestracji węgla w nowo powstających ekosystemach, a także wieloaspektowego wykorzystania i funkcji terenów poprzemysłowych. Takie spojrzenie pozwala wskazywać możliwe drogi równoważenia działalności górniczej w Europie i na świecie.
Istotnym zagadnieniem dla oceny sukcesu rekultywacji i dynamiki powstawania gleb jest ocena jakościowa i ilościowa tworzącej się próchnicy. Kwestiom tym poświęcono m.in. pracę Pietrzykowskiego [2007] oraz Wosia i in. [2014].
Wśród prac dotyczących zagadnień dostosowania gatunków drzew leśnych, stanu ich odżywienia mineralnego oraz oddziaływania siedliskotwórczego i stabilności drzewostanów na zalesionych terenach poprzemysłowych wymienić warto publikację Pietrzykowskiego i in. [2013], a także pracę prezentowaną na zaproszenie American Society of Mining and Reclamation na międzynarodowej konferencji w USA w 2008 r.: M. Pietrzykowski, Macronutrient accumulation and relationships in a Scots pine (Pinus sylvestris L.) ecosystem on reclaimed opencast lignite mine spoil heaps in central Poland.
Spośród publikacji poświęconych innym gatunkom drzew należy wymienić prace oparte na wynikach badań uzyskanych na własnych powierzchniach doświadczalnych, m.in. nad przydatnością w rekultywacji olsz, w tym Alnus viridis, gatunku wprowadzanego w Polsce pioniersko na tereny poprzemysłowe przez prof. W. Krzaklewskiego w 1997 r. [np. Krzaklewski i in. 2012].
Ważnym aspektem oceny dynamiki powstawania ekosystemów leśnych na terenach pogórniczych jest oddziaływanie siedliskotwórcze gatunków drzew i drzewostanów na cechy kształtujących się gleb i zbiorowisk roślinnych, w tym m.in. poprzez oddziaływanie podkoronowego opadu organicznego. Sporo uwagi poświęcono także badaniom biomasy i morfologii korzeni drzew w warunkach siedlisk po rekultywacji. Jest to jeden z istotniejszych elementów oceny dostosowania drzew i stabilności drzewostanów na terenach rekultywowanych [Pietrzykowski i in. 2010]. Nowym i rozwijanym kierunkiem badań, rozpoczętym w trakcie stypendium Fulbrighta prof. M. Pietrzykowskiego, realizowanym we współpracy z amerykańskim ośrodkiem Virginia Polytechnic Institute and State University i prof. Walterem Lee Danielsem, jest rekonstrukcja terenów mokradłowych [Pietrzykowski i in. 2015]. Istotne dla światowego obiegu informacji naukowej są również prace realizowane we współpracy z amerykańskimi ośrodkami i publikowane m.in. w „Science of the Total Environment”, związane z oceną ryzyka włączania pierwiastków śladowych do obiegu biologicznego na terenach rekultywowanych [Pietrzykowski i in. 2014].

Stabilizacja techniczno-biologiczna obiektów i remediacja gruntów poprzemysłowych

Ten nurt badawczy dotyczy obiektów i gruntów o dużym stopniu trudności rekultywacji biologicznej oraz terenów leśnych silnie zanieczyszczonych w wyniku oddziaływania przemysłu w bezpośrednich strefach przyległych do obiektów przemysłowych.
W aspekcie praktycznego zagospodarowania i ochrony terenów najtrudniejszych dla rekultywacji prowadzono prace nad metodami stabilizacji biologicznej zboczy zwałowiska zewnętrznego kopalni Bełchatów (Krzaklewski z zespołem, metoda awiohydroobsiewu, patent 150 152, 1991 r.) oraz składowisk odpadów paleniskowych [Krzaklewski i in. 2012], a także nad biostabilizacją osadników po flotacji rud cynku i ołowiu [Krzaklewski i Pietrzykowski 2002]. Zagadnienia poruszane w wymienionych pracach znalazły również odzwierciedlenie praktyczne w postaci uzyskanego patentu i wdrożenia (W. Krzaklewski, M. Pietrzykowski, 2006, patent PL 192 147 B1, na wynalazek „Sposób wykonania obudowy biologicznej pylistych terenów poprzemysłowych, zwłaszcza jałowych i fitotoksycznych składowisk odpadów po flotacji rud metali nieżelaznych”, Urząd Patentowy RP), z wdrożeniem w tzw. skali półtechnicznej na osadnikach Zakładów Górniczo-Hutniczych „Bolesław” w Bukownie. W zakresie zagospodarowania składowisk odpadów paleniskowych po spalaniu węgla brunatnego opracowano również opatentowaną metodę z wprowadzeniem olsz, która opiera się na wieloletnich doświadczeniach i idei stosowania metody biodynamicznej prof. W. Krzaklewskiego (W. Krzaklewski, M. Pietrzykowski, 2015, „Sposób rekultywacji odpadów energetyki przemysłowej”, patent nr P.399 699, Urząd Patentowy RP, oraz publikacje Krzaklewski i in. 2012).

Monitoring procesów powstawania ekosystemów w toku rekultywacji leśnej

Monitoring ten prowadzony jest na terenach poprzemysłowych, zwłaszcza pod kątem procesów glebotwórczych w powiązaniu z sukcesją roślin [Pietrzykowski i in. 2007, 2014, Pająk i Krzaklewski 2006, 2007].
Jednym z ważniejszych elementów monitoringu rekultywacji i oceny sukcesu zalesień oraz procesu adaptacji drzew były badania ich reakcji wzrostowej w całkowicie nowych warunkach, w różnych od „naturalnych” siedliskach leśnych. Dzięki takim badaniom możliwe jest m.in. optymalizowanie składu gatunkowego zalesień, w tym weryfikacja hipotez o funkcji poszczególnych grup gatunków tzn. gatunków pionierskich, klimaksowych, fitomelioracyjnych [Pietrzykowski i in. 2010].
Poniżej podano uzupełnienie głównych wątków rozwijanych w badaniach nad rekultywacją i restytucją ekosystemów leśnych na terenach poprzemysłowych. W zakresie poszczególnych zagadnień wymienić należy m.in. prace odnoszące się do:
• chemizmu wód na terenach poprzemysłowych [np. Pietrzykowski i Krzaklewski 2007c],
• zastosowania różnych metod analitycznych i modelowania w badaniach gleb pogórniczych [np. Pietrzykowski i Chodak 2014],
• bilansu powierzchni i zagadnień urządzania lasu na terenach zrekultywowanych i przekazanych lasom, w tym prace tworzące cykl opracowań [Pietrzykowski i in. 2012].
Podsumowując, z ważniejszych osiągnięć w ramach rekultywacji można wymienić:
• sformułowanie zasad oraz sposobu klasyfikacji i typowania siedlisk tworzących się na zalesionych terenach poprzemysłowych z wykorzystaniem liczbowych wskaźników wyceny jakości gleb pogórniczych i analizy związków glebowo-roślinnych w kontekście planowania składu gatunkowego zalesień i przebudowy istniejących drzewostanów, w tym opracowanie autorskiego wskaźnika oceny jakości gleb pogórniczych;
• opisanie stanu odżywienia mineralnego i reakcji wzrostowej, w tym morfologii, wielkości biomasy i dystrybucji systemów korzeniowych wybranych gatunków drzew stosowanych w rekultywacji, w tym szczególnie sosny zwyczajnej;
• określenie stanu i ryzyka bioakumulacji wybranych metali śladowych w ekosystemach powstających w toku rekultywacji na terenach pogórniczych oraz niektórych terenach przyległych do obiektów przemysłowych w Polsce;
• określenie wielkości i potencjału sekwestracji węgla w ekosystemach powstających w drodze rekultywacji na terenach pogórniczych w Polsce;
• określenie bilansu energetycznego rekultywacji.
Uzyskano także osiągnięcia o charakterze aplikacyjnym. Z ważniejszych należy wymienić:
• opracowanie metody stabilizacji techniczno-biologicznej obiektów poprzemysłowych, zbudowanych z materiałów pylistych zawierających nadmierne ilości metali śladowych, w tym szczególnie osadników poflotacyjnych;
• opracowanie metody wprowadzania olsz, jako gatunków przedplonowych i fitomelioracyjnych, na osadniki odpadów po spalaniu węgla brunatnego.

Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie 31-120 Kraków, Al. Mickiewicza 21, fax: 12 633 62 45, 2009-2013    Redaktor    Polityka cookies