Oglądaj/Otwórz

Uniwersytet Warszawski
Wydział Biologii
Łukasz Kozub
Numer albumu: 218 391
Wpływ restytucji torfowiska niskiego metodą usuwania warstwy murszu na
warunki siedliskowe, produktywność i bilans gazów cieplarnianych
Autoreferat rozprawy doktorskiej w zakresie nauk biologicznych dyscyplinie ekologii
wykonanej pod kierunkiem
dr hab. Wiktora Kotowskiego
w Zakładzie Ekologii Roślin i Ochrony Środowiska
w Instytucie Botaniki
Recenzenci:
dr hab. Mariusz Lamentowicz prof. UAM
Zakład Biogeografii i Paleoekologii, Instytut Geoekologii i Geoinformacji, Wydział Nauk
Geograficznych i Geologicznych, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza
dr hab. inż. Tomasz Okruszko prof. SGGW
Zakład Hydrologii i Zasobów Wodnych, Katedra Inżynierii Wodnej, Wydział Budownictwa i
Inżynierii Środowiska, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego
Warszawa, sierpień 2016
Naturalne, niezaburzone przez człowieka torfowiska, ze względu na przewagę produkcji
pierwotnej nad procesami rozkładu, gromadzą węgiel oraz inne makroelementy w torfie. Dzięki
temu zapewniają one człowiekowi niezwykle istotne usługi. Są to, jedne z największych
globalnych magazynów węgla, a w skali zlewni stanowią ważne miejsce retencji pierwiastków
biogennych. Równocześnie, typowe dla torfowisk stałe wysokie uwodnienie oraz wycofywanie
z obiegu pierwiastków biogennych (azotu poprzez magazynowanie w torfie a fosforu również
poprzez wiązanie go w kompleksy z kationami metali) wywołują w zbiorowisku roślinnym
silne stresy anoksji oraz niskiej żyzności. Te czynniki stresowe ograniczają konkurencję o
światło i zwiększają szanse przetrwana na torfowiskach gatunków roślin słabych
konkurencyjnie, w szczególności tych związanych z siedliskami ubogimi w fosfor, które należą
do szczególnie zagrożonych. Torfowiska należą dziś do ekosystemów najszybciej
degradujących się za sprawą działalności człowieka. Silne przeobrażenia dotknęły przede
wszystkim torfowisk niskich w strefie umiarkowanej. W wyniku przesuszenia powierzchniowe
warstwy torfu, poddane oddziaływaniu tlenu atmosferycznego, ulegają mineralizacji. Z
akumulatorów węgla atmosferycznego torfowiska zmieniają się w emitory, a z miejsc
gromadzenia
biogenów
stają
się
ich
źródłem
powodującym
eutrofizację
wód
powierzchniowych. Po osuszeniu, na skutek zaniku czynników stresowych, zbiorowiska
roślinne ulegają dominacji silnie konkurencyjnych gatunków, które wypierają słabsze gatunki
wyspecjalizowane.
Degradacja większości torfowisk w krajach rozwiniętych oraz jej negatywne konsekwencje,
zarówno dla przyrody, jak i dla człowieka, sprawiły, że rozpoczęto realizację projektów
restytucji przyrodniczej zniszczonych torfowisk. Podstawową metodą stosowaną w tych
zabiegach było początkowo podniesienie poziomu wody poprzez zablokowanie lub zasypanie
rowów odwadniających. Metodę tą krytykowano z punktu widzenia jej wpływu na efekt
cieplarniany, ze względu na okresowe znaczne zwiększanie emisji metanu. Co więcej, jej
zastosowanie na silnie zdegradowanych torfowiskach prowadzi do uwolnienia znacznej ilości
pierwiastków biogennych do wód powierzchniowych oraz do wzrostu produkcji pierwotnej w
obrębie
torfowiska,
uniemożliwiając
odtworzenie
populacji
rzadkich
gatunków
torfowiskowych. Aby rozwiązać powyższe problemy, a dodatkowo pozbyć się roślin
charakterystycznych dla zdegradowanych torfowisk wraz z ich bankiem nasion, zastosowano
do odtwarzania torfowisk niskich metodę usuwania wierzchniej warstwy gleby, wypróbowaną
wcześniej w ekosystemach na glebach mineralnych. Skuteczność tej metody w odtwarzaniu
zbiorowisk roślinnych typowych dla dobrze zachowanych torfowisk niskich została
potwierdzona przez kilka zespołów badawczych. Mimo to do dziś nie wiadomo, jak usuwanie
zdegradowanej warstwy torfu wpływa na relatywną dostępność poszczególnych pierwiastków
biogennych (azotu, fosforu i potasu), co może mieć duże znaczenie dla rozwoju fitocenoz. Co
więcej, wiedza o wpływie tej metody na odtworzenie usług ekosystemowych torfowisk, takich
wpływ na bilans gazów cieplarnianych czy obieg pierwiastków w zlewni, jest skąpa i oparta na
pośrednim wnioskowaniu.
Głównym celem niniejszej rozprawy doktorskiej była ocena skuteczności restytucji torfowiska
niskiego metodą usuwania zdegradowanej warstwy gleby w zakresie jej wpływu na warunki
wzrostu roślin oraz na przywrócenie usług ekosystemowych związanych z obiegiem
pierwiastków oraz wpływem odtwarzanego torfowiska na efekt cieplarniany, a także
porównanie tej metody z metodą powtórnego nawodnienia zdegradowanego torfowiska. Cel
ten był realizowany poprzez: (1) badania geochemiczne, które miały za zadanie sprawdzić, jak
metody restytucji torfowiska niskiego wpływają na obecność w roztworze glebowym
pierwiastków biogennych (azotu, fosforu, potasu) oraz kationów metali (wapnia i żelaza)
wpływających na przyswajalność ww. pierwiastków, (2) badania produkcji pierwotnej,
zarówno z wykorzystaniem roślin spontanicznie występujących na obszarze badań, jak i
fitometrów, (3) sprawdzenie, poprzez analizę składu chemicznego tkanek roślinnych, który z
trzech podstawowych pierwiastków biogennych (azot, fosfor czy potas) stanowi czynnik
„minimum” limitujący produkcję pierwotną na obszarach poddanych restytucji oraz (4) ocenę
wpływu obydwu metod restytucji na efekt cieplarniany poprzez porównacie wielkości emisji
metanu.
Terenem badań było zlokalizowane w Dolinie Środkowej Wisły torfowisko Bagno Całowanie,
stanowiące modelowy przykład genezy i rozwoju, ale także degradacji spowodowanej przez
ingerencję człowieka, torfowiska niskiego nizinnej Europy Środkowej. W centralnej części
tego torfowiska realizowany był w latach 2006-2010 przez stowarzyszenie Centrum Ochrony
Mokradeł projekt restytucji przyrodniczej, obejmujący między innymi usunięcie warstwy
zdegradowanego torfu na obszarze około 2 ha. Badania prowadziłem na tym obszarze i na
zlokalizowanych wokół niego powierzchniach kontrolnych (obejmujących zdegradowane,
przesuszone partie torfowiska), referencyjnych (refugia roślinności nawiązującej do
mechowisk zlokalizowane w obszarach dawnego wydobycia torfu) oraz eksperymentalnych
powierzchniach, na których imitowano restytucję metodą podniesienia poziomu wody na
zdegradowanym torfowisku.
Wyniki uzyskane przeze mnie w trakcie badań wskazują, że metoda usuwania warstwy
zdegradowanego torfu, w odróżnieniu od metody powtórnego nawodnienia zdegradowanego
torfowiska, pozwala ograniczyć stężenia pierwiastków biogennych w roztworze glebowym
oraz nie wywołuje (w porównaniu do obszarów kontrolnych) zwiększenia emisji metanu. Ze
względu na problemy metodyczne związane z wykorzystaniem fitometrów nie udało mi się
jednoznacznie odpowiedzieć na pytanie, jaki jest wpływ metody usuwania warstwy
zdegradowanego torfu na produkcję pierwotną. Z drugiej strony okazało się, że zastosowanie
tej metody nie doprowadziło do odtworzenia warunków siedliskowych charakteryzujących się
zasobnością w kationy metali zbliżoną do ekosystemów referencyjnych. Ponadto, względna
dostępność fosforu w stosunku do azotu nie została ograniczona na tyle silnie, by odtworzyć
warunki, w których produkcja pierwotna byłaby limitowana niedoborem tego pierwiastka, co
uważane jest za czynnik sprzyjający zagrożonym gatunkom roślin. Ponadto, gdy w analizie
wpływu na efekt cieplarniany uwzględniłem także efekt mineralizacji usuniętej zdegradowanej
warstwy torfu i przedostanie się zawartego w niej węgla do atmosfery, metoda usuwania
warstwy zdegradowanej okazała się mniej korzystna dla klimatu niż metoda powtórnego
nawodnienia osuszonego i zdegradowanego torfowiska.
Pomimo wykazanych w pracy wad usuwania warstwy zdegradowanego torfu, ta metoda może
zostać uznana za bardziej efektywną pod względem odtwarzania usług ekosystemowych oraz
warunków występowania słabych konkurencyjnie gatunków roślin od powtórnego zatopienia
w ogólnym porównaniu obydwu metod. Brak efektu eutrofizacji, a nawet ograniczenie stężeń
azotanów i fosforanów, nie tylko sprzyjają odtworzeniu niskoproduktywnych ekosystemów
torfowiskowych, ale dodatkowo szybko ograniczają ładunek azotu trafiający do zlewni, w
której znajduje się torfowisko, nie zwiększając przy tym dopływu fosforu. Problem wpływu
dwutlenku węgla z mineralizującego się, usuniętego zdegradowanego torfu, na efekt
cieplarniany może zaś zostać rozwiązany, jeśli torf ten zostanie wykorzystany w rolnictwie,
leśnictwie lub ogrodnictwie jako substytut torfu wydobytego z niezaburzonych hydrologicznie
torfowisk. W ten sposób emisje gazów cieplarnianych wywołane przez działania restytucji
zostaną skompensowane przez ograniczenie emisji na innym obszarze.
Korzystając z wiedzy zdobytej w trakcie badań, a także z istniejącej literatury, opracowałem
ponadto narzędzie (w formie klucza dychotomicznego), które ma za zadanie wspomóc proces
decyzyjny towarzyszący wyborowi metod ochrony i restytucji przyrodniczej torfowisk niskich.
Klucz ten opiera się na danych o charakterze przyrodniczym, jak i społeczno-ekonomicznym, i
może być wykorzystany przez praktyków planujących działania służące poprawie stanu
środowiska na obszarach torfowisk niskich.