Pobierz PDF (Full Text)

Transkrypt

ISSN 1895 - 4421
EPISTEME
CZASOPISMO NAUKOWO-KULTURALNE
KRAKÓW
Nr 22/2014, t. II
EPISTEME
CZASOPISMO NAUKOWO-KULTURALNE
Redakcja:
Zdzisław Szczepanik (red. naczelny)
Katarzyna Daraż-Duda (sekretarz redakcji)
Piotr Walecki
Grzegorz Chajko
Krzysztof Duda
Roman Turowski (red. techniczny)
Rada Naukowa:
Prof. dr hab. Dariusz Rott
Prof. dr hab. Włodzimierz Sady
Prof. dr hab. Michał Śliwa
Prof. dr hab. inż. Ryszard Tadeusiewicz
Prof. dr hab. Bogdan Zemanek
Ks. Prof. dr hab. Władysław Zuziak
Prof. nadzw. dr hab. Wiesław Alejziak
Prof. Ignatianum i UJ, dr hab. Józef Bremer SJ
Prof. dr przew. kwal. II Paweł Taranczewski
Prof. UP dr hab. Andrzej Kornaś
Prof. dr Olga E. Kosheleva
Prof. dr Marko Jacov
Prof. dr Aleksandr Lokshin
Prof. dr Hans Jørgen Jensen
Prof. dr Oleksandr Chyrkov
Prof. dr Iryna Diachuk
Prof. dr Luiza Arutinov
Prof. dr hab. Michaił Pawłowicz Odesskij
Prof. dr hab., dr. phil. Andrzej Wiercinski
Prof. dr eng. Elena Horska
Wydawca:
Stowarzyszenie Twórców Nauki i Kultury „Episteme”
ul. Okólna 28/87
30-669 Kraków
www.episteme-nauka.pl
© Stowarzyszenie Twórców Nauki i Kultury „Episteme” i Autorzy
Pierwotną wersją czasopisma jest wersja papierowa
SPIS TREŚCI
GEODEZJA I KARTOGRAFIA GOSPODARKA
PRZESTRZENNA ARCHITEKTURA KRAJOBRAZU
Tomasz Noszczyk, Dawid Chaba
ANALIZA STRUKTURY WŁADANIA, UŻYTKOWANIA
I ROZDROBNIENIA DZIAŁEK WE WSI LIPNIK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Żaneta Banaszek, Angela Potasznik
Ilona Świtajska, Cristina Timotfe
ODDZIAŁYWANIE MIASTA NA KRAJOBRAZ NADJEZIORNY
NA PRZYKŁADZIE JEZIORA WULPIŃSKIEGO KOŁO OLSZTYNA . . . . . . . . . . . . 15
Pelagia Biłka, Bartosz Mitka, Maria Zygmunt, Przemysław Klapa
TESTOWANIE DOKŁADNOŚCI METROLOGICZNEJ NAZIEMNEGO
SKANERA LASEROWEGO W WARUNKACH LABORATORYJNYCH . . . . . . . . . . 23
Pelagia Biłka, Magda Pluta, Bartosz Mitka, Maria Zygmunt
WYZNACZENIE BŁĘDU WSKAZANIA DŁUGOŚCI NAZIEMNEGO
SKANERA LASEROWEGO W WARUNKACH POLOWYCH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Maria Zygmunt, Barbara Czesak, Agnieszka Szeptalin
Pelagia Biłka, Magda Pluta
COMPARISON OF DIGITAL TERRAIN MODELS ON THE BASIS
OF THE DATA OBTAINED FROM VARIOUS SURVEYING METHODS . . . . . . . . . 41
Magdalena Jurkiewicz, Tadeusz Gargula
GRANICE NIERUCHOMOŚCI – ANALIZA METOD ICH
WYZNACZANIA NA PRZYKŁADZIE GMINY MIEJSKO-WIEJSKIEJ . . . . . . . . . . . 51
Agata Krężel, Maciej Filipiak, Malwina Mikołajczyk
ZMNIEJSZANIE SIĘ LICZBY DRZEW I KRZEWÓW W OBRĘBIE
ZIELENI PUBLICZNEJ NA PRZYKŁADZIE WROCŁAWIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
Spis treści
Karol Król
WYBRANE METODY TWORZENIA APLIKACJI
INTERNETOWYCH W OPARCIU O MAPY TEMATYCZNE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Mariusz Antolak, Anna Mazur
Marzena Płaza, Katarzyna Ruszczycka
EDUKACJA ESTETYCZNA W POLSKIM SYSTEMIE
OŚWIATY, A KSZTAŁTOWANIE KRAJOBRAZU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
Anna Mazur, Marzena Płaza, Katarzyna Ruszczycka
ORZECHOWO – ANALIZA WARTEJ ZACHOWANIA WSI WARMIŃSKIEJ . . . . . 87
Witold Jucha
ZMIANY SIECI HYDROGRAFICZNEJ W OKOLICACH
PUSZCZY NIEPOŁOMICKIEJ W XX WIEKU ZACHOWANE
NA ARCHIWALNYCH MATERIAŁACH KARTOGRAFICZNYCH . . . . . . . . . . . . . . . 93
Anna Mazur, Katarzyna Ruszczycka
Marzena Płaza, Mariusz Antolak
AESTHETIC EVALUATION OF LANDSCAPE
IN RAIL ROUTE FROM TCZEW TO OLSZTYN MAIN STATION . . . . . . . . . . . . . 103
Maria Ostrowska-Dudys, Justyna Małyszko
DOSTOSOWANIE GOSPODARSTW ROLNYCH GMINY STRONIE
ŚLĄSKIE DO PEŁNIONEJ FUNKCJI AGROTURYSTYCZNEJ . . . . . . . . . . . . . . . . 111
Marzena Płaza, Katarzyna Ruszczycka, Anna Mazur
PRZEKSZTAŁCENIA UKŁADÓW RURALISTYCZNYCH
NA PRZYKŁADZIE ŻUŁAWSKIEJ WSI ADAMOWO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
Marzena Płaza, Katarzyna Ruszczycka
Anna Mazur, Mariusz Antolak
ŻUŁAWY WIŚLANE I WARMIA: DWIE KRAINY
– DWA RÓŻNE KRAJOBRAZY KULTUROWE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
Magda Pluta, Bartosz Mitka
MOŻLIWOŚCI MODELOWANIA 3D NA
PODSTAWIE DANYCH ZE SKANINGU LASEROWEGO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
4
Spis treści
Katarzyna Ruszczycka, Marzena Płaza, Anna Mazur
PRZEKSZTAŁCENIA UKŁADU KOMPOZYCYJNYGO WSCHODNIOPRUSKIEGO ZAŁOŻENIA PAŁACOWO – OGRODOWEGO W WIELEWIE . . . . . 147
Cristina Maria Timofte, Ilona Joanna Świtajska
Angela Potasznik, Żaneta Banaszek
ASSESMENT OF POLLUTANT DISPERTION IN BAHLUI RIVER
USING MATHEMATICAL MODELING AND SIMULATION . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
Adam Piasecki
Poziom infrastruktury kanalizacyjnej na obszarach
wiejskich województwa warmińsko mazurskiego . . . . . . . . . . . . . 163
Grażyna Łaska, Aneta Sienkiewicz
MODELOWANIE MATEMATYCZNE WPŁYWU TEMPERATURY
POWIETRZA NA STAN ZACHOWANIA I ZAGROŻENIE POPULACJI
PULSATILLA PATENS (L.) MILL. W PUSZCZY KNYSZYŃSKIEJ . . . . . . . . . . . . . 173
OCHRONA I KSZTAŁTOWANIE ŚRODOWISKA
Joanna Aleksiejuk, Liliia Martyniuk
THE OVERVIEW OF RENEWABLE ENERGY SOURCES
IN UKRAINE ON THE EXAMPLE OF SOLAR SYSTEMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
Łukasz Borek, Tomasz Stachura
HYDROMORFOLOGICZNA OCENA WÓD POTOKU
RYGLICZANKA WEDŁUG METODY RIVER HABITAT SURVEY (RHS) . . . . . . . . 191
Łukasz Borsuk
Proposal of application CWs – FWS within Rożnów
water reservoir – forecast of the impact
of used technology on the water quality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
Mateusz Cuske, Anna Karczewska, Bernard Gałka, Leszek Gersztyn
METHODOLOGICAL ASPECTS INVOLVED IN EXAMINING
THE DYNAMICS OF HEAVY METALS CONCENTRATIONS
IN SOIL SOLUTIONS EXTRACTED FROM CONTAMINATED SOILS . . . . . . . . . 209
5
Spis treści
Marcin Czora, Jerzy Wieczorek
BIOMONITORING KADMU I OŁOWIU NA OBSZARZE BORÓW STOBRAWSKICH Z WYKORZYSTANIEM MCHÓW PLEUROZIUM SCHREBERI . . . . . . 217
Agata Dulska-Jeż, Kamila Musiał
ROŚLINNOŚĆ NIEKOSZONYCH ŁĄK PŁASKOWYŻU KOLBUSZOWSKIEGO . . 227
Krzysztof Dziedzic, Bogusława Łapczyńska-Kordon
OCENA MOŻLIWOŚCI WYKORZYSTANIA POZOSTAŁOŚCI
Z BIOGAZOWNI NA CELE ENERGETYCZNE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
Grażyna Kaczyńska, Agata Borowik
Angelika Szudrewicz, Rafał Strachel
LICZEBNOŚĆ BAKTERII CELULOLITYCZNYCH I AMYLOLITYCZNYCH
W GLEBIE ZANIECZYSZCZONEJ METALAMI CIĘŻKIMI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
Anna Karbowniczak, Maria Szczuka, Weronika Pasternak
ENERGETIC EFFICIENCY OF POLICRYSTALLINE PANELS
AGAINST OTHER TYPES OF PHOTOVOLTAIC PANELS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
Tomasz Koniarz, Agnieszka Baran, Marek Tarnawskii
WYKORZYSTANIE WSKAŹNIKÓW GEOCHEMICZNYCH
I TESTU PHYTOTOXKIT W OCENIE JAKOŚCI OSADÓW DENNYCH . . . . . . . . 257
Marta Kupryś-Caruk, Sławomir Podlaski, Grzegorz Wiśniewski
BADANIE PRZYDATNOŚCI SŁONECZNIKA BULWIASTEGO
(HELIANTHUS TUBEROSUS L.) DO PRODUKCJI BIOGAZU . . . . . . . . . . . . . . . . 265
Beata Kuziemska, Wiesław Wieremiej
Joanna Trębicka, Paulina Klej, Beata Bik
ZAWARTOŚĆ MANGANU I LITU W KUPKÓWCE POSPOLITEJ
(DACTYLIS GLOMERATA L.) UPRAWIANEJ NA GLEBIE
ZANIECZYSZCZONEJ NIKLEM W WARUNKACH ZRÓŻNICOWANEGO ODCZYNU I NAWOŻENIA ORGANICZNEGO . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
Justyna Małyszko, Maria Ostrowska–Dudys
Karolina Kolasińska, Justyna Kubic
BADANIA TRANSPORTU RUMOWISKA UNOSZONEGO
URZĄDZENIEM ISCO 3700 NA WYBRANYM ODCINKU RZEKI . . . . . . . . . . . . . 287
6
Spis treści
Monika Mierzwa-Hersztek, Krzysztof Gondeki, Kalina Orłowska
OCENA SKŁADU CHEMICZNEGO STAŁEGO PRODUKTU
PROCESU TERMICZNEGO PRZEKSZTAŁCENIA
WYBRANYCH MATERIAŁÓW ORGANICZNYCH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295
Włodzimierz Miernik, Dariusz Młyński
ANALIZA EFEKTYWNOŚCI PRACY OCZYSZCZALNI
ŚCIEKÓW W KRZESZOWICACH PO MODERNIZACJI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303
Kamila Musiał, Agata Dulska-Jeż
FLORA ŁĄK NA TERENIE PYCHOWIC I KOSTRZA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
Maria Nawieśniak, Mateusz Strutyński, Józef Hernik
Charakterystyka zmian przebiegu koryta
Krzyworzeki oraz Potoku Niedźwiadek na
terenie gminy Wiśniowa w ujęciu historycznym . . . . . . . . . . . . . . . . 321
Angela Potasznik, Sławomit Szymczyk
Ilona Świtajska, Żaneta Banaszek, Cristina Timofte
ZMIENNOŚĆ WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNYCH W WODACH
RZEKI SYMSARNY PRZEPŁYWAJĄCEJ PRZEZ JEZIORO SYMSAR . . . . . . . . . . 329
Magdalena Semla, Grzegorz Formicki,
Agnieszka Greń, Zofia Goc, Edyta Kapusta
Aleksandra Lasa, Marta Batoryna, Kinga Kraska
Effects of UV-A and UV-B radiation
on the retina of Rana temporaria L. larvae . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339
Aneta Sikora
TRZMIELOWATE (Hymenoptera: Apidae: Bombini)
NA OSIEDLACH MIESZKANIOWYCH WROCŁAWIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349
Tomasz Stachura, Dawid Bedla, Karol Król
WYKORZYSTANIE WYBRANYCH TECHNIK I NARZĘDZI
GEOINFORMATYCZNYCH W PROCESIE PARAMETRYZACJI
STRUKTURY UŻYTKOWANIA ZLEWNI, JAKO CZYNNIKA
KSZTAŁTUJĄCEGO JAKOŚĆ WÓD MAŁYCH ZBIORNIKÓW WODNYCH . . . . . 359
7
Spis treści
Rafał Strachel, Magdalena Zaborowska
Grażyna Kaczyńska, Angelika Szudrewicz
WPŁYW KADMU I OŁOWIU NA
AKTYWNOŚĆ DEHYDROGENAZ W GLEBIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369
Dominika Szadkowska, Maciej Gawryołek, Ewa Archanowicz
Jan Szadkowski, Monika Marchwicka, Bartłomiej Rębkowski
WPŁYW FURFURALU NA HYDROLIZĘ ENZYMATYCZNĄ
HOLOCELULOZY POZYSKANEJ Z DREWNA TOPOLI (Populus sp.) . . . . . . . 377
Jacek Nowicki, Stanisław Popek, Sara Świerkosz,
Katarzyna Olczak, Ryszard Tuz, Tomasz Schwarz
THE EFFECT OF HOUSING FATTENERS IN OUTSIDE RUN
ENCLOSURE ON THE DAILY BEHAVIOURAL PROFILE
AND CHOSEN PARAMETERS OF MEAT QUALITY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385
8
Tomasz Noszczyk
Dawid Chaba
EPISTEME
22/2014, t. II
s. 5-14
ISSN 1895-2241
ANALIZA STRUKTURY WŁADANIA, UŻYTKOWANIA
I ROZDROBNIENIA DZIAŁEK WE WSI LIPNIK
ANALYSIS OF THE STRUCTURE OF MANAGING,
USAGE AND FRAGMENTATION OF LAND LOTS
IN THE VILLAGE OF LIPNIK
Abstrakt. Artykuł porusza problem struktury władania gruntami,
użytkowania ziemi i rozdrobnienia działek ewidencyjnych wsi Lipnik położonej w gminie Kije, w powiecie pińczowskim, w województwie świętokrzyskim.
Analizy tej dokonano na podstawie materiałów otrzymanych ze Starostwa
Powiatowego w Pińczowie. W pracy ukazano charakterystykę obszaru badań, tj. wsi Lipnik, natomiast w ramach analizy struktury władania dokonano zestawień i obliczeń procentowego udziału właścicieli i władających na
badanym obszarze.
Słowa kluczowe: struktura władania, struktura użytkowania, rozdrobnienie
gospodarstw
Summary. The article raises the subject of the structure of managing, use
and fragmentation of cadastral parcels in the village of Lipnik, which is situated in the administrative district of Kije, Pińczów County, świętokrzyskie
voivodship. The analysis was done on the basis of materials received from
the County of Pińczów. The work contains the characteristics of the study
area Lipnik village. As part of the analysis of the structure of managing has
been made statements and calculations of the percentage of owners and
speaking in the analyzed area.
Key words: managing, use structure, fragmentation
5
WSTĘP
Polska wieś w ciągu wieków ulegała licznym zmianom. Przeobrażenia jakie w niej zachodziły początkowo następowały samoistnie,
później stały się już kontrolowane i ustaliły jej obecny kształt. Obraz
większości obszarów wiejskich, jak powszechnie wiadomo, nie jest
niestety obrazem pozytywnym. Opłacalność produkcji rolnej jest
bardzo niska, a gospodarstwa są zbyt małe i nieodpowiednio wyposażone [Sanek, 2005].
Strukturę obszarową polskiego rolnictwa cechuje bardzo duży
udział małych i średnich gospodarstw. Tę sytuację zaobserwować
można szczególnie w południowej i południowo-wschodniej Polsce
[Noga, 2001], czyli m.in. na obszarze prowadzonych badań.
Do najczęstszych problemów struktury przestrzennej, które
można zaobserwować na terenie Polski, a zwłaszcza na południu
naszego kraju zalicza się głównie: małe powierzchnie i dużą liczbę
działek ewidencyjnych w gospodarstwie, bardzo duże ich rozproszenie, nieregularne kształty oraz brak dojazdu do poszczególnych
gruntów, a także wąskie i wydłużone działki w terenach nizinnych.
Poprzez scalenie i wymianę gruntów można przebudować strukturę
przestrzenną polskiej wsi i zlikwidować jej najczęstsze problemy.
MATERIAŁ I METODY BADAŃ
Badaniami objęte zostało sołectwo Lipnik, położone w gminie Kije,
w powiecie pińczowskim, na południu woj. świętokrzyskiego. Kije
to jedna ze 102 gmin województwa świętokrzyskiego oraz jedna
z pięciu gmin powiatu. Jest położona we wschodniej części Kotliny
Nidy, częściowo w granicach Nadnidziańskiego i Szanieckiego
Parku Krajobrazowego oraz w ich strefach ochronnych. Sąsiaduje
ona z 5 innymi gminami, od północy z Sobkowem i Morawicą,
od południa z gminą Pińczów, od zachodu z gminą Imielno, a od
wschodu z Chmielnikiem.
Sołectwo Lipnik, które zostanie poddane szczegółowej analizie
w niniejszym artykule to mała wioska, licząca niespełna 200 osób
i zajmująca powierzchnię ok. 300 ha. Reprezentuje typ wsi tzw.
ulicówkę, bowiem występuje tutaj zwarta zabudowa po obu stronach
drogi.
6
Analiza struktury władania, użytkowania i rozdrobnienia
Celem artykułu jest analiza struktury władania, struktury
użytkowania gruntów i niekorzystnego zjawiska, jakim jest rozdrobnienie gruntów gospodarstw na badanym obszarze. Dokonano statystycznej analizy danych ewidencyjnych z roku 2012, pochodzących z rejestrów ewidencji gruntów i budynków ze Starostwa
Powiatowego w Pińczowie. W szczególności był to skorowidz działek
obrębu Lipnik i zestawienia z wykazu gruntów tegoż obrębu. Dane te
zostały zestawione w sposób tabelaryczny i zobrazowane graficznie
na wykresach. Następnie dokonano ich szczegółowej analizy.
Zastosowano tutaj metodę statystyczno-opisową, która charakteryzuje omawianą strukturę przestrzenną i własnościową
gruntów wsi Lipnik.
WYNIKI I DYSKUSJA
Analiza struktury władania gruntów według grup rejestrowych
w miejscowości Lipnik pozwala stwierdzić, iż największą powierzchnię zajmują nieruchomości pozostające we władaniu podmiotów
indywidualnych – ponad 91% pow. sołectwa, natomiast najmniejszy
areał (0,2%) grupa 10 – wspólnoty gruntowe (Ryc.1).
Grunty będące własnością osób fizycznych zajmują 284,6029 ha,
a w tym wchodzące w skład gospodarstw rolnych aż 203,7830 ha, co
stanowi 65,4% ogólnej powierzchni wsi. Na tej podstawie stwierdzić
można, że analizowana miejscowość jest wioską typowo rolniczą,
a głównym źródłem utrzymania większości mieszkańców jest praca
na roli. Problem stanowi natomiast nieodpowiednia struktura
agrarna – nieregularny kształt i wielkość działek oraz ich zbytnie
wydłużenie, które powoduje wzrost kosztów produkcji, co w efekcie
prowadzi do nieopłacalności i małej szansy rozwoju rolnictwa na tym
terenie [Sanek, 2005].
Znaczną część badanego obszaru zajmują także grunty do 1 ha
niewchodzące w skład gospodarstw rolnych – ponad 80 ha, co stanowi 26,0% powierzchni wsi. Tymi gruntami są przede wszystkim
małe działki nieprzekraczające kilkunastu czy kilkudziesięciu arów
[Noszczyk, 2013].
Grupa 1, obejmująca nieruchomości Skarbu Państwa, nieoddane
w użytkowanie wieczyste zajmuje łączną powierzchnię 15,6299 ha,
7
co stanowi 5,0% powierzchni wsi. Wśród tych gruntów największy
obszar - 7,5 ha (2,4%) zajmuje podgrupa 1.7 – osoby i jednostki organizacyjne niewymienione w pkt. 1-6.
Powierzchnię 5,33 ha, stanowiącą 1,7% ogólnej przestrzeni
miejscowości Lipnik zajmują grunty pozostające we władaniu Agencji
Nieruchomości Rolnych Skarbu Państwa (ANR SP). Agencja ta realizuje zadania wynikające z polityki polskiego państwa. Spełnia ona
także rolę instytucji powierniczej, gdyż Skarb Państwa powierzył jej
prawo wykonywania własności i innych praw rzeczowych na swoją
rzecz w stosunku do własności państwowej w rolnictwie. Grunty,
które są położone w badanej miejscowości, a ich właścicielem jest
ANR SP mogą być sprzedawane bądź wydzierżawiane rolnikom [Sanek, 1995; Ustawa, 1991].
Grunty Skarbu Państwa oddane w użytkowanie wieczyste (grupa
2) zajmują 7 ha, z czego te należące do państwowych osób prawnych 3,6 ha (1,2%), a innych, niewymienionych osób - 3,4 ha (1,1%).
Pozostałe grupy rejestrowe zajmują powierzchnię zbliżoną do 1 ha:
- grupa 4: gminny zasób nieruchomości – 1,09 ha (0,3%),
- grupa 10: wspólnoty gruntowe – 0,67 ha (0,2%),
- grupa 11: powiatowy zasób nieruchomości – 1,28 ha (0,4%),
- grupa 15: spółki prawa handlowego i inne podmioty – 1,16 ha (0,4%).
Ryc. 1. Struktura władania we wsi Lipnik
8
Źródło: opracowanie własne na podstawie rejestrów ewidencji gruntów
i budynków.
Użytkowanie gruntów, jak i ich struktura zależy od warunków
klimatycznych, glebowych, stosunków wodnych i rzeźby terenu.
Największe wymagania wykazują pod tym względem grunty orne
[Sanek, 2011]. Tabela nr 1 przedstawia strukturę użytkowania
gruntów w sołectwie Lipnik.
Tab. 1. Struktura użytkowania gruntów we wsi Lipnik
Nazwa użytku
gruntowego
Użytki rolne
Grunty leśne
oraz zadrzewione i zakrzewione
Rodzaj użytku gruntowego
Powierzchnia
[ha]
[%]
grunty orne
216,3053
69,5
sady
3,6743
1,2
łąki trwałe
40,1000
12,9
pastwiska trwałe
16,7705
5,4
grunty rolne zabudowane
9,8131
3,2
rowy
4,2009
1,3
Razem:
290,8641
93,4
lasy
3,3218
1,0
grunty zadrzewione i zakrzewione
0,1700
0,1
Razem:
3,4918
1,1
9
Grunty zabudowane i zurbanizowane
tereny mieszkaniowe
0,1640
0,1
drogi
8,7700
2,8
tereny kolejowe
7,0000
2,2
Razem:
15,9340
5,1
Nieużytki
0,8900
0,3
Tereny różne
0,2500
0,1
Razem:
311,4299
100,0
Źródło: opracowanie własne na podstawie rejestrów ewidencji gruntów
i budynków.
Analizując strukturę użytkowania gruntów zauważyć można, że
największą powierzchnię 290,8641 ha zajmują użytki rolne, a wśród
nich grunty orne – 216,3053 ha, które zajmują ponad 69% powierzchni miejscowości. Dominują tutaj także łąki i pastwiska, stanowiące
odpowiednio 12,9% i 5,4% ogółu. Najmniejszy udział wśród użytków
rolnych mają sady – 3,6743 ha i rowy – 4,2009 ha (Tab.1).
Szczególnie małą powierzchnię zajmują grunty leśne oraz
zadrzewione i zakrzewione, niecałe 3,5 ha, co stanowi tylko 1,1%
powierzchni wsi. Wśród nich 0,1% stanowią grunty zadrzewione
i zakrzewione (Tab.1).
Drogi w miejscowości Lipnik zajmują 8,77 ha (2,8%), tereny
kolejowe 7 ha (2,2%), natomiast tereny mieszkaniowe 0,1640 ha
(0,1%). Wyodrębnia się także tereny różne, które zajmują powierzchnię 0,25 ha (0,1%) i nieużytki, których w Lipniku jest tylko 0,89 ha
(0,3%). Mała powierzchnia nieużytków jest zjawiskiem pozytywnym,
ponieważ są to obszary niewykorzystywane rolniczo.
Rolnictwo południowo-wschodniej Polski, w której znajduje
się badana miejscowość charakteryzuje znaczne rozdrobnienie
i rozproszenie gruntów. W tej części kraju gospodarstwa posiadają
dużą liczbę działek ewidencyjnych o małej powierzchni, a często
także i o nieregularnym kształcie. Wpływa to na zahamowanie
rozwoju rolnictwa [Leń i Noga, 2010].
Rozdrobnienie gruntów rozumiane jest jako podział powierzchni wsi na działki ewidencyjne, który najczęściej występuje wskutek dziedziczenia lub zniesienia współwłasności nieruchomości.
Decydującym czynnikiem, który wpływa na rozdrobnienie działek
10
ewidencyjnych jest zbytnie przeludnienie wsi [Noga, 1985]. Zbyt
mała powierzchnia działek jest bardzo niekorzystna z punktu
widzenia gospodarczego, powoduje bowiem nieodwracalne zmiany
w strukturze agrarnej naszego kraju. Poprawa tego stanu może
nastąpić poprzez przeprowadzenie scalenia i wymiany gruntów
[Noszczyk, 2013].
Średnia
powierzchnia
działki [ha]
Procentowy udział w powierzchni [%]
Powierzchnia
grupy obszarowej [ha]
%
Liczba działek
w grupie obszarowej
Przedziały
obszarowe
działek [ha]
Lp.
Tab. 2. Struktura rozdrobnienia gruntów we wsi Lipnik
1
≤0,05
20
5,4
0,4988
0,2
0,0249
2
(0,05-0,10>
12
3,2
1,0292
0,3
0,0858
3
(0,10-0,20>
63
17,0
9,1386
2,9
0,1451
4
(0,20-0,30>
42
11,4
10,8602
3,5
0,2586
5
(0,30-0,40>
23
6,2
8,2781
2,7
0,3599
6
(0,40-0,50>
21
5,7
9,4773
3,0
0,4513
7
(0,50-0,60>
31
8,4
17,2446
5,5
0,5563
8
(0,60-0,70>
12
3,2
7,6600
2,5
0,6383
9
(0,70-0,80>
12
3,2
9,1900
3,0
0,7658
10
(0,80-0,90>
17
4,6
14,2900
4,6
0,8406
11
(0,90-1,00>
10
2,7
9,4767
3,0
0,9477
12
(1,00-1,50>
43
11,6
51,3371
16,5
1,1939
13
(1,50-2,00>
40
10,8
69,3956
22,3
1,7349
14
>2,00
24
6,5
93,5583
30,0
3,8983
370
100,0
311,4345
100,0
0,8417
Razem:
Źródło: opracowanie własne na podstawie skorowidzu działek z ewidencji
gruntów i budynków [Noszczyk, 2013].
Na badanym obszarze odnotowano 370 działek ewidencyjnych
o łącznej powierzchni 311,4345 ha. Wśród nich najliczniejszą grupę
stanowią działki z przedziału 0,10-0,20 ha - jest ich 63, co stanowi
17,0% ogólnej ich liczby. 42 działki ewidencyjne obejmuje przedział
20-30 arów, stanowiąc 11,4% ogólnej ich liczby. Średnia powierzchnia działki z tej grupy obszarowej wynosi 0,2586 ha (Tab. 2).
11
Nieruchomości z przedziału 0,10-0,30 ha jest łącznie 105, stanowi to 28,4% wszystkich działek. To duża liczba, zważywszy na fakt,
że działki do 0,30 ha nie mogą być dzielone.
Właściciele gruntów o powierzchni do 0,10 ha, których w badanym sołectwie jest 8,6% (32 działki) nie mogą otrzymywać dopłat
bezpośrednich do produkcji rolniczej wypłacanych przez Unię Europejską w ramach Wspólnej Polityki Rolnej, chyba, że uprawy
prowadzone są na kilku sąsiadujących działkach będących we władaniu jednej osoby.
Grunty poniżej 0,60 ha pokrywają 18,1% powierzchni wsi, stanowiąc 57,3% ogólnej liczby działek (Tab.2).
Zgodnie z art. 93 ust. 2a ustawy o gospodarce nieruchomościami: „podział nieruchomości (…) powodujący wydzielenie działki
gruntu o powierzchni mniejszej niż 0,30 ha, jest dopuszczalny, pod
warunkiem, że działka ta zostanie przeznaczona na powiększenie
sąsiedniej nieruchomości lub dokonana zostanie regulacja granic
między sąsiadującymi nieruchomościami” [Ustawa, 1997].
Nieruchomości o powierzchni powyżej 0,60 ha można dzielić
na mniejsze działki ewidencyjne. Na badanym obszarze grunty mogące podlegać podziałowi stanowią 42,6% wszystkich nieruchomości
– jest ich 158.
WNIOSKI
Podsumowując wykonaną analizę struktury władania gruntami
we wsi Lipnik należy stwierdzić, że charakteryzuje się ona bardzo małym udziałem sektora państwowego. Praktycznie cały obszar
miejscowości, stanowiący aż ponad 91,4% zajmuje sektor prywatny,
czyli grunty należące do indywidualnych rolników.
Dominującą rolę w strukturze użytkowania gruntów na obszarze
badań mają użytki rolne, które stanowią aż 93,4% powierzchni wsi.
Na tej podstawie można wnioskować, że Lipnik jest miejscowością
typowo rolniczą. Grunty orne zajmują 70% powierzchni ogólnej.
Niewielką liczbę stanowią natomiast grunty leśne oraz zadrzewione
i zakrzewione (1,1%) oraz nieużytki – zaledwie 0,3% powierzchni
sołectwa.
W strukturze rozdrobnienia działek przeważają nieruchomości
o powierzchni do 0,30 ha, które nie mogą ulegać podziałowi zgod12
nie z ustawą o gospodarce nieruchomościami. Jest ich 137 na 370
występujących w sołectwie. Kolejnym problemem wydaje się być fakt,
że praktycznie 9% właścicieli gruntów nie może pobierać unijnych
dopłat bezpośrednich dla rolnictwa z powodu zbyt małej powierzchni
swoich nieruchomości (do 0,10 ha). Zgodnie z ustawą o gospodarce
nieruchomościami 42,6% - 158 działek ewidencyjnych może ulegać
podziałowi, jako, że ich powierzchnia przekracza 0,60 ha.
BIBLIOGRAFIA
Leń P. Noga K. 2010. Analiza rozdrobnienia gruntów indywidualnych we
wsiach powiatu Brzozów. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich,
3: 55-64, Kraków.
Noga K. 1985. Typizacja obszarów wiejskich dla potrzeb ich urządzania. II Ogólnopolskie Seminarium Geograficzno-Rolnicze AR Wrocław, Wrocław.
Noga K. 2001. Metodyka programowania i realizacji prac scalenia i wymiany
gruntów w ujęciu kompleksowym, Szkoła Wiedzy o Terenie, Kraków.
Noszczyk T. 2013. Analiza struktury władania i rozdrobnienia działek na
przykładzie wsi Lipnik w gminie Kije, praca inżynierska UR, Kraków
(tekst niepublikowany).
Sanek A. 1995. Dynamika zmian w strukturze władania i użytkowania gruntów na przykładzie wsi Kościelec. Zeszyty Naukowe AR
w Krakowie, ser. Sesja Naukowa, z. 44: 157-164, Kraków.
Sanek A. 2005. Zmiany w strukturach przestrzennych podstawą prognozowania kierunków przekształceń terenów wiejskich. Zeszyty Naukowe AR w Krakowie, ser. Geodezja, z. 21: 371-382, Kraków.
Sanek A. 2011. Zmiany struktury przestrzennej nieruchomości jako podstawa prognozy przekształceń terenów wiejskich. Infrastruktura i ekologia terenów wiejskich, 7: 209-220, Kraków.
Ustawa z dnia 19 października 1991 roku o gospodarowaniu nieruchomościami rolnymi Skarbu Państwa (tekst jednolity: Dz.U. z 2012 r., poz.
1187).
Ustawa z dnia 21 sierpnia 1997 roku o gospodarce nieruchomościami (tekst
jednolity: Dz.U. z 2014 r., poz. 518).
13
Adres do korespondencji:
mgr inż. Tomasz Noszczyk
Katedra Gospodarki Przestrzennej i Architektury Krajobrazu
Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie
e-mail: [email protected]
mgr Dawid Chaba
Starostwo Powiatowe w Kielcach
Wydział Geodezji i Gospodarki Nieruchomościami
ul.Wrzosowa 44, 25-211 Kielce
14
Żaneta Banaszek
Angela Potasznik
Ilona Świtajska
Cristina Timotfe
EPISTEME
22/2014, t. II
s. 15-22
ISSN 1895-2241
ODDZIAŁYWANIE MIASTA NA KRAJOBRAZ
NADJEZIORNY NA PRZYKŁADZIE JEZIORA
WULPIŃSKIEGO KOŁO OLSZTYNA
INFLUENCE OF THE MUNICIPAL SPACE ON THE
LAKESIDE LANDSCAPE ON THE EXAMPLE
OF THE LAKE WULPIŃSKIE NEAR OLSZTYN
Abstrakt. Przekształcenia na terenach podmiejskich są efektem współczesnego rozwoju gospodarczego oraz podwyższenia standardów cywilizacyjnych, w wyniku których następuje przemieszczanie się ludności
miejskiej na tereny wiejskie sąsiadujące z miastem. Działania te skutkują
przekształceniem struktur społecznych, gospodarczych oraz zmianami
środowiska przyrodniczego, w tym krajobrazów nadjeziornych. Obszary
znajdujące się w strefie oddziaływania dużych miast zatracają swoją wiejską
tożsamość, w konsekwencji czego na terenach podmiejskich pojawiają się
nowe grupy ludności co skutkuje zmianą relacji między społecznością lokalną a napływową. Przeprowadzone badania pozwoliły na dokonanie analizy poziomu rozwoju obszaru strefy podmiejskiej na przykładzie Jeziora
Wulpińskiego z uwzględnieniem aspektu przestrzennego i gospodarczego.
Słowa kluczowe: obszary podmiejskie, krajobraz wiejski, jeziora
Summary. Transformations on the suburbia are an effect of the contemporary economic development and raising of civilization standards, as a result
of which the migration of the urban population is taking place to the countryside neighbouring the city. These operations result in transforming the
social structures, economic and with changes of the natural environment,
in it of lakeside landscapes. Areas being located in a zone of the influence of
major cities are losing their country identity, in consequence of what new
population groups appear on the suburbia what results in the change of the
relation between the local community and alluvial. Conducted examinati15
Żaneta Banaszek, Angela Potasznik, Ilona Świtajska, Cristina Timotfe
ons allowed for making analysis of the level of development of the territory
of the zone suburban on the example of the Lake of Wulpińskie including
the spatial and economic aspect.
Key words: suburban, rural landscape, lakes
WSTĘP
Każda aglomeracja miejska posiada określone funkcje, strefę ciążenia
i wpływu. Różnorodność powiązań przestrzennych i ekonomicznych
między miastem a obszarami wiejskimi go otaczającymi występują
pewne relacje, wskutek których zmienia się sposób zagospodarowania i zabudowy, a także krajobraz wsi. Najsilniejsze korelacje miasto-wieś kreślą się na obszarach sąsiadujących z miastami oraz posiadających szczególne walory przyrodnicze [Staszewska 2012]. Wpływ
miasta na te tereny wyznacza specyficzną strefę oddziaływania,
zwaną strefą podmiejską określaną również mianem strefy suburbialnej. Pojawienie się współczesnych form osadniczych jest szczególnie zauważalne w miejscowościach nadjeziornych zlokalizowanych
w bliskim sąsiedztwie wielkiego miasta [Gonda-Soroczyńska 2009].
Obecny wzrost gospodarczy kraju wpływa na rozbudowę terenów
mieszkalnych i komunikacyjnych, w konsekwencji czego wchłaniane
są coraz to większe obszary zdominowane dotychczas przez rolnictwo
[Bański 2008]. W ostatnich latach wskutek transformacji ustrojowej,
doszło do znaczących przekształceń obszarów wiejskich położonych
w obrębie zbiorników wodnych. Przekształcenia w użytkowaniu tych
terenów związane są z zaniechaniem prowadzenia działalności rolniczej oraz wprowadzeniem zamiennych funkcji takich jak: mieszkalna,
turystyczna, usługowa [Jaszczak 2009]. Na obszarach tych obserwuje się powolne zanikanie krajobrazu typowo wiejskiego. Wzrost liczby
ludności i zmniejszenie znaczenia gospodarczego terenów wiejskich
prowadzi do niszczenia historycznych układów sieci osadniczej. Proces ten spowodowany jest migracją mieszkańców miasta na wieś,
co widoczne jest w jej współczesnym funkcjonowaniu i fizjonomii
[Trzaskowska, Sobczak 2006].
Podstawowym celem badań było określenie, w jakim stopniu
bliskie sąsiedztwo miasta wpływa na rozwój i przemiany w strefie
przybrzeżnej jezior. Artykuł przedstawia problem związany z intensywnym rozwojem przestrzeni miejskiej, który jest wyjątkowo
16
Oddziaływanie miasta na krajobraz nadjeziorny na przykładzie...
mocno dostrzegalny zwłaszcza w miejscowościach położonych
w bliskim sąsiedztwie wielkich aglomeracji miejskich.
MATERIAŁY I METODY
Analizę wpływu przestrzeni miejskiej na kształtowanie krajobrazu
nadjeziornego dokonano na przykładzie jeziora Wulpińskiego, które
położone jest w strefie podmiejskiej miasta Olsztyn (ryc.1). Zmiany
w sposobie zagospodarowania i użytkowania w strefie przybrzeżnej
jeziora (zabudowę, grunty rolne, lasy) zinwentaryzowano w oparciu
o dostępne archiwalne i współczesne materiały kartograficzne.
W tym celu wykorzystano archiwalne niemieckie mapy Topographische Karte Messtischblätter w skali 1:25 000, z lat 1912–1944 (arkusz
2287 Dietrichswalde, 2288 Allenstein, 2388 Grieslienen) oraz aktualne źródła katograficzne w postaci map topograficznych (układ
1965) i ortofotomap w skali 1:10 000. Badania uzupełnione zostały
obserwacjami terenowymi. Analizę przeprowadzono z wykorzystaniem oprogramowania CorelDRAW Graphics Suite X3. Po naniesieniu
i skalibrowaniu map wyznaczono poszczególne zmiany w pokryciu
terenu. Do prac analitycznych w strefie przybrzeżnej przyjęto
ekwidystantę 0,5 km od linii brzegowej badanego jeziora.
Ryc. 1. Położenie Jeziora Wulpińskiego względem miasta Olsztyn.
Źródło: Opracowanie własne
17
WYNIKI
Jezioro Wulpińskie należy do największych i najatrakcyjniejszych
zbiorników wodnych w strefie podmiejskiej Olsztyna, zarówno ze
względu na swoje położenie (10 km od granicy administracyjnej miasta), jak i walory krajobrazowe. Wstępne wyniki badań wykonane w oparciu o materiały kartograficzne i obserwacje terenowe wskazały, że w ciągu ostatnich 100 lat przestrzeń wokół badanego jeziora
uległa istotnym przekształceniom wynikającym ze sposobu zagospodarowania terenu z rolniczego na osadniczy (fot. 1).
Fot. 1. Widok na strefę przybrzeżną Jeziora Wulpińskiego od południowowschodniej strony: a) stan z okresu przedwojennego (1925-30) b) stan
współczesny (2014).
Żródło: www.bildarchiv-ostpreussen.de, fotografia własna.
Z analizy krajobrazu strefy przybrzeżnej jeziora wynika (ryc. 2),
iż największe zmiany w sposobie zagospodarowania obserwuje się
w wielkości powierzchni zabudowy, która wzrosła z 11% do 47%
względem całkowitej długości linii brzegowej akwenu. Zjawisko to
spowodowane jest parcelacją gruntów na mniejsze jednostki oraz
popytem na działki o wysokich walorach przyrodniczych. Na szczególną uwagę zasługuje zróżnicowanie typów zabudowy wzdłuż strefy
północnej i południowej badanego zbiornika: na północy i wschodzie, czyli bliżej Olsztyna (Dorotowo, Tomaszkowo, Siła) dynamicznie rozwija się zabudowa jednorodzinna całoroczna, podczas gdy na
południu (Kręsk) dominuje bardziej rozproszona zabudowa rekreacyjna.
18
Ryc. 2. Dynamika zmian użytkowania ziemi w strefie przybrzeżnej Jeziora
Wulpińskiego w okresie 1928-2014.
Źródło: Opracowanie własne na podstawie materiałów kartograficznych
Największe zmiany w sposobie zagospodarowania strefy przybrzeżnej zaobserwowano w miejscowości Tomaszkowo i Dorotowo
położonych najbliżej granicy administracyjnej Olsztyna. Wynikają
one z intensywnego zagęszczenia zabudowy jednorodzinnej i wielorodzinnej, z przewagą budynków o architekturze typowo miejskiej.
Współczesna ekspansja budownictwa, głównie mieszkaniowego
spowodowała przemiany w historycznym układzie przestrzennym
wsi. Nowe budownictwo mieszkaniowe i usługowe spowodowało
degradację tradycyjnego krajobrazu wiejskiego. Brak ograniczeń w doborze projektów architektonicznych wprowadził do krajobrazu
nadjeziornego całkowicie obce elementy, przejawiające się w postaci luksusowych rezydencji i domów, dużych działek rekreacyjnych,
nowoczesnych ogrodów.
19
Przeprowadzone badania w obszarze strefy podmiejskiej miasta
Olsztyn, w oparciu o prezentowaną metodę, wykazały, że na przestrzeni ostatniego 100-lecia struktura przestrzenna, powierzchnia
wsi, układ zabudowy oraz dostępność linii brzegowej uległa zmianom, które wpływają znacząco na przekształcenie krajobrazu nadjeziornego (ryc.3). Wpływ bliskości miasta na sposób zagospodarowania przestrzeni i zabudowy jednostek osadniczych w podolsztyńskich wsiach nadjeziornych jest bardzo widoczny. Przede
wszystkim należy wykonać szczegółowe opracowania planistyczne
zawierające kierunki prawidłowego zagospodarowania obszarów
wiejskich w otoczeniu miast.
Ryc. 3. Nowe elementy w przestrzeni nadjeziornej - osiedla domów jednorodzinnych powstałe w okresie po 2000 r. w miejscowości Tomaszkowo.
Źródło: opracowanie własne na podstawie materiałów
z maps.geoportal.gov.pl
Ingerencja człowieka przyczynia się do znacznych przekształceń
elementów środowiska przyrodniczego. Różnorodność krajobrazu
wynika w znacznym stopniu z działalności człowieka i mimo że jest
ona często prowadzona z uwzględnieniem naturalnych uwarunkowań
terenu to brak jej prostego powiązania między antropopresją
20
a zróżnicowaniem krajobrazu. Każde działania wynikające z powstania nowych obiektów lub modernizacji już istniejących nie mogą
wpływać na zmianę funkcji ekologicznej w strefie przybrzeżnej jezior
oraz powodować obniżenia wartości krajobrazowej [Banaszek i in.
2013].
WNIOSKI
• W strefie podmiejskiej Olsztyna zaobserwować można intensywny rozwój budownictwa mieszkaniowego, nasilający się
w strefach przybrzeżnych jezior. Proces ten powoduje zmiany
w przestrzeni terenów nadjeziornych: zmniejszanie się powierzchni
gruntów rolnych kosztem zabudowy jednorodzinnej, a także zmiany
układów osadniczych polegające na przekształceniu historycznych
układów zabudowy wsi w podmiejskie dzielnice mieszkaniowe o zaburzonym ładzie przestrzennym.
• Analiza archiwalnych i współczesnych materiałów kartograficznych wokół Jeziora Wulpińskiego wskazuje na dynamiczny rozwój osadnictwa w okresie po roku 2000.
• Kluczowym czynnikiem powodującym intensywny rozwój
i przekształcenia w strefie przybrzeżnej jeziora jest jego sąsiedztwo
(10 km) względem ośrodka miejskiego jakim jest Olsztyn.
BIBLIOGRAFIA
Banaszek Ż., Jaszczak A., Glińska-Lewczuk K., Świtajska I. 2013. Czynniki
kształtujące zmiany krajobrazu rekreacyjnego na Warmii i Mazurach. EPISTEME, Nr 18/2013 t. 2, s. 227-235
Bański J. 2008. Strefa podmiejska – już nie miasto, jeszcze nie wieś, [w:],
A. Jezierska-Thole, L. Kozłowski (red.), Gospodarka przestrzenna
w strefie kontinuum miejsko-wiejskiego w Polsce, Wydawnictwo Naukowe UMK, Toruń, s. 29-43
Jaszczak A. 2009. Ocena stanu krajobrazu wiejskiego w okolicach zbiorników wodnych i jego przekształcenia. Architektura Krajobrazu. 1, 6570
Gonda-Soroczyńska E. 2009. Przemiany strefy podmiejskiej Wrocławia
w ostatnim dziesięcioleciu. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich, nr 4/2009, s. 149-196
21
Staszewska S. 2012. Przekształcenia urbanistyczne osiedli wiejskich strefy
podmiejskiej dużego miasta. Barometr Regionalny, Nr 4(30), s. 53-68
Trzaskowska E., Sobczak K. 2006. Jak chronić krajobraz wsi podmiejskich przed rozlewaniem miast na przykładzie okolic Lublina, [w:],
S. Kozłowski (red.), Żywiołowe rozprzestrzenianie się miast, Wydawnictwo Ekonomia i Środowisko, Białystok- Lublin-Warszawa, s. 317326
Topographische Karte. 1932 , Messtischblätter 1:25 000, arkusze: Dietrichswalde (2287), Allenstein (2288), Grieslienen (2388).
mgr inż. arch. kraj. Żaneta Banaszek
mgr inż. Angela Potasznik, mgr inż. Ilona Świtajska
mgr Cristina Timofte
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie
Katedra Melioracji i Kształtowania Środowiska
ul. Plac Łódzki 2, 10-719 Olsztyn,
Opiekun naukowy: dr hab. Katarzyna Glińska-Lewczuk, prof. UWM
22
Pelagia Biłka
Bartosz Mitka
Maria ZYGMUNT
Przemysław Klapa
EPISTEME
22/2014, t. II
s. 23-32
ISSN 1895-2241
TESTOWANIE DOKŁADNOŚCI METROLOGICZNEJ
NAZIEMNEGO SKANERA LASEROWEGO
W WARUNKACH LABORATORYJNYCH
TESTING THE METROLOGY ACCURACY OF TERRESTRIAL LASER SCANNING METHOD IN LABORATORY CONDITIONS
Abstrakt. Naziemny skaner laserowy jest urządzeniem metrologicznym,
które w sposób bezdotykowy dokonuje pomiaru obiektu i zapisuje go
w postaci uporządkowanych w przestrzeni punktów. Podstawowymi parametrami skanera są: dokładność skanowania, rozdzielczość chmury
punktów, objętość pomiarowa i czas pomiaru. W monitorowaniu dużych
obiektów inżynierskich, często stanowiących obiekty strategiczne i niedostępne, naziemny skaning laserowy (TLS - Terrestrial Laser Scanning)
może stanowić dobre rozwiązanie technologiczne. Monitoring takich
obiektów wymaga jednak odpowiedniej jakości danych, przejawiających
się odpowiednią dokładnością i stabilnością. W celu sprawdzenia jakości
danych pozyskiwanych metodą TLS, autorzy dokonali szeregu testów
sprawdzających dokładność metrologiczną sprzętu. Wyniki pozwalają
stwierdzić, iż starannie zaplanowany pomiar technologią naziemnego skaningu laserowego zapewnia dane o wysokiej jakości.
Słowa kluczowe: TLS, dokładność, testowanie naziemnych skanerów laserowych
Summary. Terrestrial laser scanning is a device metrology, which in a noncontact measures the object and stores it in the form of structured points.
The basic parameters of the scanner are: scanning accuracy, resolution point
cloud measurement volume and time of the measurement. The monitoring
of large engineering objects, common which are strategic and inaccessible
objects, terrestrial laser scanning (TLS - Terrestrial Laser Scanning) can be
a good technological solution. Monitoring of such objects, however, requires good data quality, manifested sufficient accuracy and stability. In order
to verify the quality of data obtained using TLS, the authors made a series of
23
tests to check the accuracy of metrological equipment. The results allow us
to conclude that a carefully planned measurement of terrestrial laser scanning technology provides high-quality data.
Key words: TLS, accuracy, terrestrial laser scanner testing
Wstęp
Technologia naziemnego skaningu laserowego jest dynamicznie rozwijającą się metodą zdalnego pozyskiwania danych numerycznych
[6]. W metrologii współrzędnościowej, systemy optyczne znajdują
coraz większe zastosowanie. Stanowią bowiem połączenie techniki
współrzędnościowej z bezdotykowym sposobem pomiaru, który
zapewnia skrócony czas obserwacji i umożliwia bieżącą wizualizację
procesu [3]. Bezpośrednią przewagą tej metody w odniesieniu do technik tradycyjnych pomiaru jest przeważająca ilość danych pozyskiwanych w krótkim czasie. Problematyką wartą uwagi, jest próba
oceny dokładności pozyskiwanych danych 3D metodą TLS. Pierwsze, cenne badania nad dokładnością danych pozyskiwanych techniką
TLS przeprowadzone zostały na Uniwersytecie Nauk Stosowanych
w Mainz [1]. Liczne prace naukowe poświęcone były porównaniu
dokładności różnych skanerów laserowych [4], [5]. Dokładność wyznaczenia pojedynczego punktu dla skanerów średniego i dalekiego
zasięgu relatywnie waha się od ±2 mm do ±25 mm w zależności od
modelu instrumentu oraz procedur obserwacyjnych [2].
Obecnie nie ma obowiązującej normy, zgodnie z którą należy
sprawdzać dokładność metrologiczną naziemnych skanerów laserowych. Autorzy artykułu zainspirowani niemiecką normą VDI/
VDE 2634 zaproponowali w pracy ocenę metrologii naziemnego
skanera laserowego w oparciu o wyznaczoną odchyłkę sferyczności.
W kolejnych publikacjach będzie także rozważona tematyka oceny
dokładności metrologicznej naziemnych skanerów laserowych poprzez określenie błędu wzorca długości.
Materiały i metody
Testy dokładności wykonano w laboratorium sprzętu geodezyjnego
w budynku Wydziału Inżynierii Środowiska i Geodezji Uniwersytetu
Rolniczego w Krakowie. Zastosowano skaner Z+F 5010, którego zasięg skanowania wynosi od 0.3 m do 187.3 m. Prędkość skanowania
24
Testowanie dokładności metrologicznej naziemnego skanera laserowego...
szacowana jest na ponad milion pikseli na sekundę. Błąd liniowy dla
odległości mniejszej bądź równej 50 m (gwarantowany przez producenta) wynosi maksymalnie 1 mm. Charakterystyka układu odchylania wiązki lasera zapewnia: 360° horyzontalne pole widzenia dla tego
urządzenia; 320° wertykalne pole widzenia skanera; rozdzielczość
w pionie i w poziomie o wartościach 0,0004° oraz 0,0002°; dokładność w poziomie i w pionie, wynoszące odpowiednio 0,007° oraz
0,0007° rms; oraz szybkość skanowania pionowego równą 3 tysiące
obrotów na minutę [8].
Tab. 1. Programy skanowania oferowane przez skaner Z+F 5010;
(* - serie pomiarowe wykonane w ramach badań) [8]
Dostępne parametry skanowania
Jakość
low
normal
high
premium
1,250
---
low
2,500
0:26
min
0:26 min
---
---
0:52 min*
1:44
min
---
middle
5,000
0:52
min*
1:44 min
3:22
min*
6:44
min*
high
10,000
1:44
min
3:22 min*
6:44
min
13:28
min
super high
20,000
3:28
min
6:44 min*
13:28
min*
26:56
min
ultra high
40,000
---
13:28
min
26:56
min
53:20
min
extremely
high
100,000
---
81:00
min
162:00
min
---
extremely
high
100,000
---
81:00
min
162:00
min
---
preview
Rozdzielczość
Pixel/360°
pion &
poziom
Oprogramowanie skanera Z+F 5010 pozwala na wykonanie
pomiarów przy założeniu odpowiednich, predefiniowanych przez
producenta wartości: jakości pomiaru oraz jego rozdzielczości.
Poprzez pojęcie jakości pomiaru, należy rozumieć algorytmy redukcji
szumów pomiarowych podczas trwania pomiaru [1]. Rozdzielczość
to zdolność urządzenia do wykrywania, rozróżniania, pomiaru
25
i rejestracji informacji o szczegółach obiektu przy uwzględnieniu
odpowiedniego zasięgu i w polu widzenia skanera. Rozróżnia się dwa
rodzaje: rozdzielczość odległościową oraz rozdzielczość kątową [1].
Oferowane przez skaner tryby rozdzielczości oraz jakości pomiarów
przedstawia Tab.1.
W ramach przeprowadzonego testu wykorzystano wzorzec sfery
w postaci kul wzorcowych, wykonanych z styropianu, materiału
odpowiednio rozpraszającego światło. Styropianowe kule wzorcowe
bardzo często wykorzystywane są jako kule referencyjne do orientacji chmur punktów. Szumy pomiarowe występujące podczas procesu ich skanowania mogą wpłynąć na spadek dokładności wyznaczenia środków ciężkości kul referencyjnych, a w konsekwencji także
dokładności orientacji.
Przed wykonaniem skanowania styropianowych kul referencyjnych, stanowiących wzorzec do wyznaczenia odchyłki sferyczności, pomierzono ich podstawowe parametry. Przy pomocy suwmiarki, dla każdej z 10 kul referencyjnych dokonano 10 serii pomiarów średnicy w celu wyznaczenia estymatora wartości oczekiwanej długości promienia wzorca (kuli referencyjnej) z określeniem jego
błędu średniego. Wyniki prezentuje Tab.2.
Tab. 2. Parametry wzorcowych kul referencyjnych
26
Oznaczenie kuli (i)
Promień kuli ri [m]
Błąd średni promienia
kuli лri [mm]
1
0,0493
0,1
2
0,0495
0,2
3
0,0495
0,1
4
0,0494
0,1
5
0,0497
0,1
6
0,0496
0,2
7
0,0497
0,2
8
0,0495
0,2
9
0,0496
0,1
10
0,0495
0,2
Styropianowe kule referencyjne zamontowano na słupach
z urządzeniem do wymuszonego centrowania, przy pomocy spodarek (Rys. 1), w laboratorium pomiarowym budynku dydaktycznego.
Następnie dokonano skanowania laserowego zamontowanych kul,
które znajdowały się w różnej odległości od skanera laserowego. Schemat rozmieszczenia kul oraz stanowiska skanera prezentuje Rys. 2.
Zróżnicowany dystans pomiędzy celem, a stanowiskiem skanowania
pozwolił na analizę wpływu odległości skanowania na dokładność
wyznaczenia wymiarów kul referencyjnych.
Ryc. 1. Kula referencyjna w laboratorium pomiarowym
Ryc. 2. Szkic pomiarowy
27
Pomiary kul referencyjnych wykonano w 7 seriach dla celów
sprawdzenia wpływu odpowiednich, predefiniowanych parametrów
skanowania na wartość charakteryzowanych: odchyłki sferyczności
oraz błędu wskazania długości. Pierwsze 3 serie pomiarowe wykonano dla stałej wartości jakości (Normal), przy zmiennych wartościach rozdzielczości: (Low, High, Super high). Kolejne 3 serie pomiarowe zostały przeprowadzone dla zmiennych wartości jakości (Low,
High,Premium), przy stałej wartości rozdzielczości (Middle). Siódmej
serii pomiarowej nadano kolejno parametry: Superhigh i High Zróżnicowane serie pomiarowe pozwoliły na weryfikację wpływu gęstości
chmury punktów oraz poziomu redukcji szumów na osiąganą dokładność skanera, przy odpowiednich odległościach. W celu sprawdzenia
dokładności pomiaru metrologicznego naziemnego skanera laserowego przeprowadzono test określający odchyłkę sferyczności oraz
dokonano analizy dokładności wyznaczenia środka ciężkości kuli
w różnych, predefiniowanych parametrach pomiaru. W metrologii
współrzędnościowej systemów optycznych odchyłka sferyczności
definiowana jest jako odległość pomiędzy środkiem sfery, wyznaczonej z zastosowaniem kryterium Gaussa (metoda najmniejszych kwadratów) - będącej elementem skojarzonym, opartym na skończonej
liczbie punktów pomiarowych skorygowanych, na kulistym wzorcu
materialnym wymiaru - a punktem pomiarowym skorygowanym na
tym samym kulistym wzorcu materialnym wymiaru [7].
Po dokonaniu serii pomiarów, w programie Cyclone 8.11,
wykorzystując funkcję wpasowania obiektu w chmurę punktów Fit
to Cloud, wymodelowano sfery, będące modelami kolejnych kul referencyjnych. Algorytm tworzenia kuli oparty jest na metodzie najmniejszych kwadratów. Funkcja modelowania dostarczyła informacji
na temat parametrów wpasowania sfery w chmurę punktów, określiła
wartość promienia wpasowanej sfery, współrzędne środka oraz błąd
wpasowania. Odchyłka sferyczności została obliczona jako wartość
bezwzględna różnicy pomiędzy wyestymowaną wartością promienia
skalibrowanej kuli, a uzyskanym wynikiem.
|∆ri|=| ris- rip |
gdzie:
|∆ri |- wartość bezwzględna odchyłki sferyczności dla i-tej kuli;
ris - wyestymowana wartość długość promienia i-tej kuli;
rip - długość promienia kuli uzyskana z wpasowania sfery w chmurę punktów.
28
Analizie poddano także wpływ odległości stanowiska skanera od
skanowanego obiektu na dokładność odwzorowania sferycznego kuli
w poszczególnych seriach pomiarowych.
WYNIKI I DYSKUSJA
Wpasowanie sfer w chmury punktów z kolejnych serii pomiarowych
dało wyniki w postaci długości średnic modeli kul referencyjnych
i współrzędnych środków ciężkości tych kul, oraz charakterystyki
dokładności wpasowania w postaci: odchylenia standardowego
wpasowania oraz maksymalnego, absolutnego błędu wpasowania.
Estymator dokładności wpasowania sfer w chmury punktów
w postaci odchylenia standardowego wpasowania dla pierwszych
sześciu serii pomiarowych mieścił się w przedziale od ±1 mm do ±3
mm. Dla siódmej serii pomiarowej o predefiniowanych parametrach
skanowania: Super high (Rozdzielczość) oraz High (Jakość), odchylenie
standardowe wpasowania wyniosło ±0 mm, natomiast maksymalny
błąd absolutny równy był ±1 mm. Świadczy to o optymalnej jakości
danych pomiarowych siódmej serii dla modelowania zastosowanych
kul referencyjnych. Na podstawie wyników wpasowania obliczono
odchyłki sferyczności dla dziesięciu kul. Wyniki prezentuje Tab. 3.
Tab. 3. Odchyłki sferyczności
Nr serii
pom.
Odchyłka sferyczności |Δri|[mm]
Parametry pomiaru
Rozdzielczość
i - ty numer kuli referencyjnej
Jakość
1
-
2
3
5
-
-
6
7
8
10
-
-
Low
Normal
2
High
Normal 1,31 0,00 0,48 0,40 0,82 0,57 0,23 0,05 0,35 1,02
3
Super high
Normal 0,31 0,00 0,48 0,40 0,82 0,23 0,23 0,45 0,35 0,52
4
Middle
5
Middle
Middle
7
Super high
1,07 1,23 5,05
9
1
6
0,50 0,48
4
Low
4,81 1,00 1,52 5,10 1,82 0,43 0,77 0,45 1,15 2,52
High
0,69 0,50 0,98
-
-
1,23 1,23 0,05 0,85 2,02
Premium 1,81 1,00 1,98 0,10 1,82 3,07 1,23 0,55 1,65 1,98
High
0,69 0,50 0,98 0,60 0,32 1,07 0,23 0,45 0,35 1,02
Odległość di kuli referencyjnej od
12,01 8,00 8,00 16,01 16,53 8,91 4,15 9,01 12,69 15,56
stanowiska [m]
29
Wartość odchyłki sferyczności osiąga w przeważającym stopniu
wartości submilimetrowe oraz milimetrowe. Dla pierwszych trzech
serii pomiarowych, dla których jakość jest taka sama, a stopień rozdzielczości zmienia się, występuje tendencja spadku lub braku zmiany
wartości odchyłki wraz ze wzrostem poziomu rozdzielczości. Parametr rozdzielczości, odpowiedzialny za gęstość chmury punktów,
w przypadku tak małych obiektów skanowania jak zastosowane sfery, powinien zapewniać dostatecznie dużą gęstość chmury
punktów dla powierzchni kul. Poprawia to bowiem jakość modelowania małych obiektów. Kolejne trzy serie pomiarowe, posiadające taki
sam parametr rozdzielczości oraz zmienne jakości pomiarów, dały
zaskakujące wyniki. Nie można bowiem stwierdzić, że występuje
tendencja spadku wartości odchyłki sferyczności wraz ze wzrostem
jakości, definiowanym jako poziom redukcji szumów pomiarowych.
Najlepsze wyniki osiągnięto w serii piątej. Można więc wnioskować,
że połączenie „Middle - High” dla skanowania tak małych powierzchni jak kule referencyjne charakteryzuje się dostatecznie dobrą
gęstością, przy optymalnej redukcji szumów. Niższy poziom redukcji
szumów pomiarowych wprowadza zakłócenie modelowania. Wyższy
poziom redukcji szumów pomiarowych, dla tak małych obiektów,
zbytnio przerzedza chmurę punktów powierzchni kul, co wpływa
na spadek jakości modelowania. Seria pomiarowa „Super high - High”
Rys. 3. Wykres zależności pomiędzy odległością od stanowiska pomiarowego do skanowanego obiektu, a odchyłką sferyczności.
30
dała wyniki zbliżone dla serii „Middle High”. Trwała jednak dwa razy
dłużej. Wykładnicza linia trendu dla zależność pomiędzy odchyłką
sferyczności, parametrami skanowania, a odległością pomiędzy stanowiskiem skanera i skanowanym obiektem wskazuje, że wraz ze
wzrostem odległości rośnie wartość odchyłki sferyczności (Rys. 3.).
WNIOSKI
Badania laboratoryjne dokładności metrologicznej skanera Z+F
5010, polegające na określeniu odchyłki sferyczności dla 10 kul referencyjnych pomierzonych z różnych odległości oraz w różnych
trybach pracy skanera, wykazały submilimetrowe dokładności
odwzorowania sfer. Dla osiągnięcia zadawalającej dokładności koniecznym jest odpowiednie zaplanowanie pomiaru poprzez określenie
rozdzielczości, poziomu redukcji szumów odległości skanowanego obiektu od stanowiska skanera (dla konkretnego elementu, dla
którego chcemy uzyskać odwzorowanie obarczone jak najmniejszymi
błędami). W kolejnych publikacjach autorzy planują przedstawić analizę błędu wzorca długości oraz wyznaczenia środka ciężkości kuli referencyjnych. Wyniki analiz pozwolą jednoznacznie określić dokładność metrologiczną skanera oraz uzasadnić jego wykorzystanie
w geodezji przemysłowej.
BIBLIOGRAFIA
Hiremagalur J., Yen K., Akin K., Bui T., Lasky T., Ravani B., 2007. Creating
standards and specifications for the use of laser scanning in caltrans
projects. California.
Gordon S., Lichti D., Stewart M., Franke J. 2003. Structural deformation
measurement using terrestrial laser scanners, Proceedings, Greece.
Ostrowska K., Szewczyk D., Sładek J. 2012. Wzorcowanie systemów
optycznych zgodnie z normami ISO i zaleceniami VDI/VDE, Czasopismo techniczne PK.
Gumus K., 2008. Terrestrial Laser Scanners and the Investigation of Positioning Accuracy, Turkey.
Reshetyuk Y., 2006. Investigation and Calibration of Pulsed Time- of-Flight
Terrestrial Laser Scanners, Sweden.
31
Tompalski P., 2009. Naziemny skaning laserowy w inwentaryzacji zieleni
miejskiej na przykładzie Plant w Krakowie, Archiwum Fotogrametrii,
KartografiiiTeledetekcji,Vol.20, s. 421– 431
VDI/ VDE 2634 - Systeme mit flaechenhafteer Antastung, 2008.
Zoller + Fröflich, 2012. How we build reality. Z+F IMAGER 5010, Germany
mgr inż. Pelagia Biłka
Katedra Geodezji,
dr inż. Bartosz Mitka
Katedra Geodezji Rolnej, Katastru i Fotogrametrii
mgr inż. Maria Zygmunt
Katedra Geodezji
32
Pelagia Biłka
Magda Pluta
Bartosz Mitka
Maria Zygmunt
EPISTEME
22/2014, t. II
s. 33-40
ISSN 1895-2241
WYZNACZENIE BŁĘDU WSKAZANIA DŁUGOŚCI NAZIEMNEGO SKANERA LASEROWEGO
W WARUNKACH POLOWYCH
DETERMINATION OF STANDARD ERROR OF PATTERN
LENGTH BY TERRESTRIAL LASER SCANNING IN REAL
TERMS
Abstrakt. Naziemny skaning laserowy (TLS - Terrestrial Laser Scanning) jest urządzeniem metrologicznym, które zdalnie dokonuje pomiaru obiektu i zapisuje go w postaci uporządkowanej w przestrzeni chmury punktów. W monitorowaniu dużych obiektów inżynierskich, często stanowiących obiekty niedostępne, naziemny skaning laserowy może
stanowić dobre rozwiązanie technologiczne. W geodezji przemysłowej
najważniejszym parametrem opisującym sprzęt pomiarowy jest dokładność. W celu sprawdzenia dokładności metrologicznej naziemnego skanera
laserowego, autorzy dokonali pomiaru tarcz celowniczych zamocowanych
nad punktami lokalnej osnowy poziomej. W pomiarze wykorzystano skaner
Leica ScanStation P20. Otrzymane wyniki odniesiono do wartości pozyskanych technikami satelitarnymi.
Słowa kluczowe: naziemny skaning laserowy, błąd wzorca długości, testowanie dokładności naziemnych skanerów laserowych
Summary. Terrestrial laser scanning (TLS ) is a metrology equipment that
remotely measures the object and saves it as the form of an ordered point
cloud. The monitoring of large engineering structures, which are often inaccessible objects, terrestrial laser scanning can be a good technological solution. In surveying the most important parameter describing the industrial measuring equipment is accurate. To verify the accuracy of metrological
terrestrial laser scanner, the authors made a measurement target, which
were mounted above local points of horizontal network. The scanner Leica
33
ScanStation P20 were used to measure. The obtained results were related to
the results of satellite techniques.
Key words: Terrestrial Laser Scanning, standard error of pattern length, testing of terrestrial laser scanner
Wstęp
W ostatnich latach, w literaturze krajowej i zagranicznej coraz
częściej podejmowana jest tematyka testowania dokładności wyznaczania odległości na podstawie pomiaru naziemnym skanerem
laserowym w odniesieniu do pomiarów geodezyjnych. Naziemny
skaning laserowy jest dokładnym systemem pozyskiwania danych,
umożliwiającym precyzyjne określenie kształtu i wzajemnych relacji geometrycznych pomiędzy obiektami znajdującymi się w zasięgu skanera [1]. Wyznaczenie współrzędnych punktów odbywa się
w oparciu o obserwacje kąta i odległości, a dokładność wyznaczenia tych parametrów warunkuje dokładność wyznaczenia położenia
punktu. Dokładność metrologiczną bezdotykowego skanera 3D wg
normy VDI/VDE 2634 badali K. Gębarski, D. Jasiński, rozpatrując
parametry: błąd układu głowicy, błąd płaskości oraz błąd wskazania
długości. Błąd wskazania długości, autorzy definiują jako różnica
długości między wartością zmierzoną a wykalibrowaną (rzeczywistą) pomiędzy środkami kul, wykorzystywanymi jako cele pomiarowe. W celu wyznaczenia parametru należy zmierzyć wzorzec pomiarowy (kule), a następnie za pomocą specjalnych algorytmów
wpasować sfery w chmurę punktów, wyznaczyć promień sfery
i współrzędne jej środka. Posiadając te dane, możliwe jest wyznaczenia wartości długości pomiędzy kulami oraz błąd odległości [2].
Inne badania z zakresu badania dokładności wyznaczenia odległości
w odniesieniu do wartości przemieszczeń względnych prowadzili W. Kamiński i in. 2008. Eksperyment badawczy polegał na wyznaczeniu współrzędnych środka tarczy celowniczej w położeniu
wyjściowym (pomiar pierwotny) a współrzędnych po przesunięciu
tarczy o określoną wielkość (pomiar wtórny). Wartości teoretyczne,
przyjęte jako referencyjne były następnie porównywane z wynikami
uzyskanymi w drodze naziemnego skanowania laserowego. W celu
wyznaczenia środka tarcz celowniczych wykorzystano algorytmy
oprogramowania Badania prowadzono dla dwóch odległości skanera
34
Wyznaczenie błędu wskazania długości naziemnego skanera laserowego...
względem tarcz celowniczych: 20 i 80m. Wyniki pokazały, iż przy rozdzielczości skanowania na poziomie 1mm, dla odległości 20 metrów
różnice pomiędzy wartościami teoretycznymi i praktycznymi nie
przekroczyły 1 mm, a dla odległości 80 metrów - 2mm [3]. Prezentowana praca przedstawia wyniki wyznaczenie błędu wskazania długości naziemnego skanera laserowego w warunkach polowych, w odniesieniu do pomiarów tych samych punktów osnowy, pomierzonych
technikami satelitarnymi, metodą statyczną.
Materiał i metody
Badania dokładności metrologicznej naziemnego skanera laserowego
przeprowadzono na terenie kampusu Wydziału Inżynierii Środowiska i Geodezji Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie. Dokładność metrologiczna naziemnych skanerów laserowych zależy od czynników
zewnętrznych (warunki atmosferyczne), czynników wewnętrznych
(rodzaj i parametry skanera) oraz od sposobu i parametrów przeprowadzania pomiarów i opracowania obserwacji pomiarowych.
W celu analizy wpływu tych ostatnich, pomiary przeprowadzono
uznając punkty osnowy lokalnej jako obiekt niedostępny. Na dachu
budynku dydaktycznego przy ul. Balickiej umieszczono testowane
urządzenie pomiarowe (Rys. 1). Z tak zlokalizowanego stanowiska
skanera dokonano pomiaru tarcz celowniczych, zamocowanych do
statywów, scentrowanych i spoziomowanych nad punktami osnowy
pomiarowej (Rys.1). Jakość pomiaru wykonanego naziemnym skanerem laserowym zależy od jakości wiązki odbitej od powierzchni
obiektu w kierunku odbiornika, a ona zależna jest (między innymi)
od kąta padania wiązki lasera na powierzchnie obiektu. Stanowisko
zlokalizowane na budynku dydaktycznym umożliwiło analizę wpływu
odległości skanera od obiektu na dokładność metrologiczną pomiaru. Pomiary wykonano z jednego stanowiska, co pozwoliło wykluczyć
wpływ błędu orientacji chmur punktów na wyniki pomiarów.
35
Ryc. 1. Szkic lokalizacji stanowiska skanera oraz mierzonej osnowy
Wykorzystany w testach skaner laserowy Leica ScanStation
P20 stanowi połączenie impulsowego pomiaru odległości z technologia WFD (Waveform Digitising). Dokonuje on rejestracji chmury
punktów w zakresie 360° w poziomie oraz 270° w pionie, przy
maksymalnym zasięgu wynoszącym 120 m (odbicie wiązki 18%).
Dokładność pojedynczego pomiaru położenia na 50 m wynosi ±3
mm; na 100 m wynosi ±6 mm; dokładność pojedynczego pomiaru
odległości na dystansie 50 m wynosi ±2 mm [4].
W celu sprawdzenia dokładności pomiaru metrologicznego naziemnego skanera laserowego przeprowadzono test określający błąd
wskazania długości.
Błąd wskazania długości jest parametrem, który służy do
sprawdzenia prawidłowego odtwarzania długości przez skaner.
Według zaleceń [5] jest to różnica między wartością otrzymaną
w wyniku pomiaru, a wartością rzeczywistą (dystansem między
punktami osnowy).
|∆dij|=|dijs- dijp|
Gdzie:
|∆dij| - wartość bezwzględna błędu wskazania długości pomiędzy punktami i, j
dijs - odległość pomiędzy punktami i, j pozyskana z pomiarów
statycznych
dijp - odległość pomiędzy punktami i, j pozyskana z pomiarów TLS
Podczas pomiaru odcinków pomiędzy obiektami w technologii naziemnego skaningu laserowego, mogą zostać wyznaczane
36
błędy pomiaru kąta i odległości. W naziemnym skaningu laserowym
określenie dokładności kątowej dla skanera jest bardzo skomplikowane, bowiem w TLS nie ma możliwości pomiaru konkretnego punktu, ponieważ system skanujący pozyskuje dane o określonej
gęstości. W związku z tym, do wyznaczenia błędu wskazania długości
wykorzystano tarcze celownicze, które umieszczono na statywach,
scentrowanych i spoziomowanych nad punktami osnowy. Środki
tarcz celowniczych jednoznacznie definiowały końce odcinków podlegających pomiarowi. Długość teoretyczną odcinka pomiędzy kolejnymi punktami osnowy obliczono ze współrzędnych pozyskanych
satelitarną techniką statyczną przez Koło Naukowe Geodetów UR
i udostępnionych w ramach referatu. Podczas opracowania chmury
punktów, w programie Cyclone 8.11 sczytano współrzędne środków
tarcz celowniczych, które posłużyły do wyznaczenia praktycznej długości odcinków pomiędzy odpowiednimi punktami osnowy. Na podstawie teoretycznych oraz praktycznych długości odcinków obliczono
błąd wskazania długości. Analizie poddano także wpływ odległości
stanowiska skanera od skanowanego obiektu na dokładność długości
pomierzonego odcinka.
Wyniki i dyskusja
Wartości teoretyczne d_ij^s oraz praktyczne d_ij^p pomiędzy
punktami osnowy prezentuje Tab. 1. Rzut poziomy lokalizacji
punktów osnowy względem stanowiska skanera prezentuje Ryc. 2.
Tab. 1. Błędy wskazania długości
Oznaczenie
końców odcinka
i
j
Długość odcinka
[m]
dijs
dijp
Błąd wskazania długości
[m]
Odległość od
skanera do
środka odcinka
[m]
|Δdij|
Dij
8002
8003
29,984
29,999
0,015
61,05
8003
8004
29,995
30,041
0,046
85,61
8004
8005
30,031
29,990
0,041
98,89
8005
8006
29,976
29,953
0,023
98,12
8006
8007
29,958
30,017
0,060
83,45
8007
8008
30,065
30,003
0,062
58,04
37
8002
8008
55,420
55,408
0,011
44,88
8008
8003
72,453
72,437
0,016
59,43
8007
8004
72,460
72,440
0,020
84,22
8006
8005
29,976
29,953
0,023
98,12
Ryc. 2. Szkic pomiarowy
Wartości błędów wskazania długości wyznaczono dla odcinków
reprezentujących boki poziomej osnowy lokalnej oraz dla odcinków
zorientowanych poprzecznie w stosunku do stanowiska skanera.
Z wartości błędów wskazań długości jasno wynika, że wielkość błędu
rośnie logarytmicznie wraz ze wzrostem odległości urządzenia pomiarowego od skanowanego obiektu. Relację prezentuje Rys. 3.
Rys. 3. Wartość błędu wskazania długości, a długość celowej skanera
38
Zależność pomiędzy wartością błędu wskazania długości,
a odległością pomiędzy stanowiskiem skanera i skanowanym odcinkiem statystycznie prezentuje logarytmiczna linia trendu. Dla odcinka łączącego punkty znajdujące się najbliżej skanera (ok. 45 m),
błąd wskazania długości wynosi ±1,1cm; dla punktów najbardziej
oddalonych (ok. 98 m) od stanowiska pomiarowego błąd ten wacha
się w granicy ± 2,3 cm. Analiza błędów wskazania długości dla boków
osnowy usytuowanych równolegle do wiązki lasera oraz boków najbardziej oddalonych od stanowiska pomiaru wykazała przekroczenie
wartości błędu długości zagwarantowanego przez producenta skanera. Jest to konsekwencją zastosowanych, papierowych tarcz celowniczych.
Wnioski
Dokładność metrologiczna naziemnych skanerów laserowych
zapewniana przez producentów urządzeń pomiarowych w wielu
przypadkach zapewnia dokładność pomiarową rzędu kilku milimetrów. Testowanie skanerów, poprzedzające formułowanie specyfikacji technicznych, odbywa się często w warunkach laboratoryjnych.
Taka dokładność jest wymagana w przypadku pomiarów obiektów
inżynierskich. W rzeczywistości jednak, dokładność metrologiczna
sprzętu wymaga weryfikacji w terenie. W wyniku przeprowadzonego
testu wykazano, że błąd wskazania długości rośnie logarytmicznie
w miarę wzrostu odległości obiektu skanowanego od stanowiska pomiarowego. Otrzymane wartości błędów wskazania długości nie stanowią zadawalającej dokładności w aspekcie geodezji przemysłowej.
Jest to bezpośrednio konsekwencją zastosowanego w testach modelu skanera laserowego, którego maksymalny zakres pomiaru (120
m) zbliżony jest do odległości najbardziej oddalonych od skanera
punktów (100 m). Dla skanerów laserowych typu: Leica ScanStation
C10, bądź Z+F 5100, charakteryzujących się zasięgiem rzędu 200 m
spodziewać się można lepszych dokładności, co zostanie sprawdzone
w kolejnych pracach.
39
Bibliografia
Naziemny skaning laserowy obiektów inżynieryjno-drogowych, Michał
Kędzierski, Anna Fryśkowska, Michalina Wilińska, biuletyn WAT vol.
LIX, Nr 2,2010
Dokładność metrologiczna bezdotykowego skanera 3D wg Normy VDI/
VDE 2634 - przykłady pomiarów, certyfikowanym, polskim skanerem
3D firmy Smartech, Krzysztof Gębarski, Dariusz Jasiński, XII Forum
Inżynierskie ProCAx, cz.II, 2013
Ocena możliwości wykorzystania skanera laserowego scanstation firmy leica w badaniu deformacji obiektów budowlanych, Waldemar Kamiński,
Krzysztof Bojarowski, Andrzej Dumalski, Krzysztof Mroczkowski, Jerzy Trystuła, Czasopismo Techniczne z.2-Ś/2008
Leica Geosystems Sp. z o.o., 2013. Leica ScanStation P20 Specyfikacje techniczne, Szwajcaria
VDI/ VDE 2634 - Systeme mit flaechenhafteer Antastung
Uniersytet Rolniczy w Krakowie
WIŚiG, KG
mgr inż. Magda Pluta
Uniwersytet Rolniczy w Krakowie
WIŚiG, KGRKiF
WIŚiG, KGRKiF
40
Maria Zygmunt, Barbara Czesak
Agnieszka Szeptalin, Pelagia Biłka
Magda Pluta
Opiekun naukowy: dr inż. Bartosz Mitka
EPISTEME
22/2014, t. II
s. 41-49
ISSN 1895-2241
COMPARISON OF DIGITAL TERRAIN MODELS
ON THE BASIS OF THE DATA OBTAINED
FROM VARIOUS SURVEYING METHODS
PORÓWNANIE modeli terenu NA PODSTAWIE
uzyskanych danych uzyskanych na podstawie różnych metod geodezyjnych
Summary. The recent development of airborne laser scanning (ALS) and
terrestrial laser scanning (TLS) has caused increased popularity of digital
terrain models (DTM). Currently, DTMs are a basis for numerous projects,
plans, and they are widely used in engineering. An accurate DTM may be
a credible basis for analyses, visualizations or calculations. However, the
accuracy of a DTM is often neglected. The paper presents a comparison of
DTMs obtained from ALS, TLS, total station surveying and RTK surveying.
The analyses show that a high number of observations obtained from laser
scanning compensates lower (in comparison to RTK and total station surveys) measurement precision and confirm the potential of laser scanning
for representing the surface of the Earth.
Key words: DTM, ALS, TLS, accuracy
Abstrakt. Obecny rozwój metody skanowania laserowego (ALS) i naziemnego skaningu laserowego (TLS) spowodował wzrost popularności
cyfrowych modeli terenu (DTM). Obecnie, DTM są podstawą wielu projektów, planów i są szeroko stosowane w inżynierii. Dokładne DTM może
być wiarygodną podstawą do analiz, wizualizacji i obliczeń. Jednak dokładność DTM jest często zaniedbywana. W artykule przedstawiono porównanie DTM uzyskanych z ALS, TLS, stacji i geodezji ogólnej pomiarów RTK.
Analizy wskazują, że duża liczba obserwacji uzyskanych ze skanowania laserowego rekompensuje niższą (w porównaniu do RTK i całkowitych badań
stacji) i obliczeniową dokładność pomiaru i mniejszy potencjał skanowania
laserowego do reprezentowania powierzchni Ziemi.
Słowa kluczowe: DTM, ALS, TLS, dokładność
41
Maria Zygmunt, Barbara Czesak, Agnieszka Szeptalin, Pelagia Biłka, Magda Pluta ...
Introduction
First application of DTM was geological research in 1950s [Miller
and Laflamme 1958] since then the number of its application has
been growing [Weibel and Heller 1991]. This growth was particularly
noticeable in the last decade, which is related to the development
of terrestrial laser scanning (TLS) and airborne laser scanning (ALS)
[Bishop et al. 2012, Mallet i Bretar 2009, Prokop 2008]. Currently
DTMs are the basis for many precise industry designs. Although the
accuracy of a DTM conditions the precision of the designs, it is often
neglected.
The Accuracy of a DTM is directly related to the quality of the
data used to generate a DTM [Hengl i Reuter 2008]. The main sources of the data used for DTM extraction are: topographic surveying,
maps, photogrammetry, interferometry and laser scanning [Toutin
and Cheng 2002, Poon et al. 2005]. Each method of obtaining data
has a different degree of accuracy but direct survey is believed to result in the most accurate data. However, the errors of measurement
are not the only factor influencing the quality of a DTM [Ackermann
1978]. An accurate direct survey may generate an inaccurate model
because the position and density of the points are significant.
Article presents the comparison of digital terrain models generated on the basis of direct surveys (RTK and total station) with
DTMs extracted from TLS data and ALS data.
Materials and methods
The test field of an area of 1843 m2 is located along the river bed of
Białka River, in nature reserve‚ Przełom Białki pod Krempachami’,
poviat nowotarski, Małopolska Voivodeship (Fig. 1).
Data obtained with four surveying methods (ALS, TLS, RTK,
total station) were used to generate DTMs of the test field. All field
works were performed during ‘GeoGorce 2013 Summer School’.
Classified ALS point cloud was obtained in a LAS file from Surveying and Mapping Resource Centre (CODGIK). Coordinate system
for x and y coordinates is PUWG 1992 (State Geodetic Coordinate
System) and for elevations it is Kronsztadt 86. The density of the
point cloud is 10 points per m2.
42
Comparison of digital terrain models on the basis of the data obtained...
Fig. 1. Test field – ‘Przełom Białki pod Krempachami’
Source: geoportal.gov.pl
Terrestrial laser scanning was performed on three stands with
Riegl VZ 1000. According to technical data, the accuracy of the laser
scanner is ±8 mm/100 m. The density of the point cloud is 128 points
per m2 (.3DD file). Three minute sessions with Trimble R8 were made
on the scanner stands to integrate the data from all the methods and
to make a reference to ALS coordinate system. The registration error
was ±0.018 m.
RTK survey was made with Topcon HiPer SR. According to the
manufacturer the accuracy of determining the x, y coordinates is ±10
mm +1 ppm and for z coordinate it is ±15 mm +1 ppm. The density of
the obtained point cloud is 0.06 point per m2.
Total station survey was performed with 2’’ Trimble 5600 tacheometer. The accuracy of the survey guaranteed by the manufacturer is ±2 mm+2ppm. The density of obtained points was 0.08 points
per m2. Coordinates of obtained data were transformed from local
system into PUWG 1992 and Kronsztadt 86 systems on the basis of
three points that were measured in three minute sessions conducted
with Trimble R8.
Data obtained from TLS, RTK and total station survey were saved in LAS files and classified in TerraScan software. Next steps were
performed only on the data classified as ground layer (Fig. 2). Figure
2 depicts the input data.
43
a)
b)
c)
d)
Fig. 2. Input data classified as ground layer a) TLS b) ALS
c) total station d) RTK
Four DTMs were generated from ground layer data in FUSION
software with TINSurfaceCreate function. First, the algorithm applied in the function created a TIN (triangulated irregular network) on
the basis of all the points of ground layer and then on the basis of this
TIN layer the surface model in a DTM file (cell size 0.10m x 0.10m).
Then with Dtm2Ascii function the DTMs were converted into ArcGis
.ASC file. (Fig. 3).
a)
b)
c)
d)
Fig. 3. Generated DTMs, a) TLS, b) ALS, c) total station, d) RTK
44
The rasters presenting the elevation differences between the
DTMs were generated in ArcGis with RasterCalculator function. The
vertical accuracy of DTMs generated from TLS and ALS were evaluated on the basis of the points obtained from direct surveys
Results
Six rasters presenting the elevation differences were generated, i.e.:
TLS – ALS; TLS – total station, TLS – RTK, ALS – total station, ALS
– RTK, total station – RTK (Fig. 4). To analyse the discrepancies in
detail the points from total station and RTK surveys were placed on
the following rasters: TLS – total station, TLS – RTK, ALS – total
station, ALS – RTK. Figure 4 presents four chosen models relevant
for the analyses.
a)
b)
c)
d)
Fig. 4. Rasters presenting the elevations differences: a) TLS – ALS,
b) TLS – total station, c) ALS – RTK d) total station – RTK
Differences between the elevations of DTMs generated from ALS
and TLS data are between 0.09m and -0.49m (Fig. 4a). The biggest
differences occur when the surface is rough, and the lowest in flat
areas. The mean elevation difference between the models is 0.18m
which clearly shows that the DTM obtained from ALS is higher than
the model obtained from TLS. This, however, may be perceived as
a characteristic feature of ALS as the accuracy of TLS is on the level of
45
few centimeters and is one order of magnitude better than the accuracy of ALS data [Borkowski and Jóźków 2012]. Differences between
the models may stem from the inaccuracy of the ALS. The statistical
errors in ALS were widely described in literature [Kraus, 2000, Gołuch et al. 2007]. DTMs generated from ALS data are usually several
centimeters higher than the real terrain surface. Spatial distribution
of discrepancies may be explained by the texture of scanned surface which lowers the accuracy of the survey [Borkowski and Jóźków
2012].
TLS – total station raster presents elevation differences between 0.53m and -0.57m. To analyse such large differences effectively
the observations from total station were compared with the model
(Fig. 4b). Between 0.02m and 0.13m in the places where the survey
was done the differences proved to be the result of the generalization of the land form. DTM generated on the basis of several points
obtained from total station does not recognize the structures and geomorphology occurring locally. Therefore large discrepancies occurred. Similar results (between 0.62m and -0.59 m) were obtained from
TLS- RTK differential model. Moreover, when we compare elevations
from RTK and total station with the elevations from a DTM generated from TLS, the discrepancies were on the level of 0.14m - the
lowest discrepancies occurred in flat areas and the highest discrepancies in areas with rough land forms. Large sample size obtained from
TLS ensures accurate DTMs with a higher number of details in comparison to RTK and total station.
ALS - RTK raster showed discrepancies between 0.73m and
-0.42m (Fig. 4c), but in places where RTK points were measured the
differences did not exceed 0.24m. Similar results were obtained from
ALS- total station raster (between 0.69m and -0.39m). The mean elevation difference between direct surveys (total station and RTK) and
DTM generated from ALS is 0.17m and it confirms the systematic
error overstating the surface elevations obtained with ALS.
Total station – RTK raster shows big discrepancies between
0.63m and -0.52m (Fig.4d) regardless of the high accuracy of direct
surveys. The reason for such large differences may be rough land
form imposing generalisation and a subjective interpretation by
a person performing a measurement.
46
Conclusion
The article compares four DTMs generated on the basis of point clouds from ALS, TLS, RTK and total station surveys. Determining the
discrepancies between the DTMs and analysing their occurrences
shows that the density of the point cloud is more important than the
accuracy of the survey for generating a detailed DTM. Large data sets
obtained in laser scanning ensure much more detailed DTMs in comparison to DTMs generated from RTK or total station surveys. An
accurate RTK or total station survey may generate a model that significantly deviates from the real terrain surface. Formation of DTMs
from RTK and total station data involves generalisation and subjectivity. Therefore, these DTMs show significant discrepancies resulting
from subjective interpretation of a field worker. Laser scanning on
the other hand gives an objective representation of a surface area.
The accuracy of DTMs is also related to the accuracy of source
data used to generate a DTM. The systematic error resulting in ALS
elevations being on average several centimeters over the terrain surface directly influences the quality of the obtained DTMs.
We must not forget that the analyses were made on an area with
no vegetation which could limit laser beams, lower the density of the
point cloud in the ground layer and result in simplification of land
form (land pits, embankments). The analyses showed that a large
number of observations obtained from laser scanning compensates
lower accuracy of data in comparison to RTK and total station surveys.
Acknowledgements
We would like to thank dr hab. inż. Piotr Wężyk and dr Zbigniew
Perski for the TLS data used in the article, obtained during field
works at geoinformation summer school „GEOGORCE 2013”.
Literature
Ackermann F. 1978. Experimental investigation into the accuracy of contouring from DTM. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing,
44 (12): 1537–1548.
47
Bishop M. P. James L. A. Shroder J. F. Walsh S. J. 2012. Geospatial technologies and digital geomorphological mapping: concepts, issues and
research. Geomorphology, 137 (1): 5–26.
Borkowski A. Jóźków G. 2012. Ocena dokładności modelu 3D zbudowanego na podstawie danych skaningu laserowego – przykład Zamku Piastów Śląskich w Brzegu. Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, Vol. 23: 37–47.
Gołuch P. Borkowski A. Jóźków G. 2007. Ocena dokładności danych lotniczego skaningu laserowego systemu ScaLARS. Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, Vol. 17: 261–270.
Hengl T. Reuter H.I. 2008. Developments in Soil Science. Elsevier, 33: 772.
Kraus K. 2003. LaserScan DTMs for Modeling Flood Risk Areas. Photogrammetric Week. Stuttgart.
Mallet C. Bretar F. 2009. Full-waveform topographic lidar: state-of-the-art.
ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing 64 (1):1–16.
Miller C. L. Laflamme R. A. 1958. The digital terrain model – theory and
application. Photogrammetric Engineering, 24 (3): 433.
Poon, J. Fraser C. S. Zhang C. S. Li Z. Gruen A. 2005. Quality assessment of
digital surface models generated from IKONOS imagery. Photogrammetric Record, 20: 162–171.
Prokop A. 2008. Assessing the applicability of terrestrial laser scanning for
spatial snow depth measurements. Cold Regions Science and Technology, 54 (3): 155–163.
Toutin T. Cheng T. 2002. Comparison of automated digital elevation model
extraction results using along-track ASTER and across-track SPOT stereo images. Optical Engineering, 41: 2102–2106.
Weibel R. Heller M. 1991. Digital Terrain Modeling. Geographical Information Systems: Principles and Applications. Longman, 269-297.
48
mgr inż. Maria Zygmunt
Katedra Geodezji
mgr inż. Barbara Czesak
mgr inż. Agnieszka Szeptalin
Katedra Geodezji
Katedra Geodezji
Katedra Geodezji Rolnej, Katastru i Fotogrametrii
49
Magdalena Jurkiewicz
Tadeusz Gargula
EPISTEME
22/2014, t. II
s. 51-58
ISSN 1895-2241
GRANICE NIERUCHOMOŚCI – ANALIZA METOD
ICH WYZNACZANIA NA PRZYKŁADZIE GMINY
MIEJSKO-WIEJSKIEJ
THE BOUNDARIES OF PROPERTY – ANALYSIS
OF METHODS OF THEIR DETERMINATION BASED
ON THE EXAMPLE OF URBAN-RURAL DISTRICT
Abstrakt. Granice nieruchomości są najważniejszym, przestrzennym
atrybutem nieruchomości. Problematyka ustalania granic nieruchomości
obejmuje wyznaczenie na gruncie ich przebiegu, zgodnego ze stanem
praw przysługujących podmiotom do nieruchomości.W pracy zaznaczono
problematykę funkcjonowania granic ewidencyjnych i ustalonych według
stanu prawnego. Kolejno krótko omówiono procedury wyznaczania granic obejmujące ich ustalanie w rozgraniczeniu oraz do celów ewidencji,
wznawianie znaków granicznych oraz wyznaczanie granic ujawnionych
uprzednio w ewidencji, a także przyjmowanie granic do podziału. Wspomniano ogólne zasady stabilizacji granic.Celem pracy jest analiza wymienionych procedur ustalania granic nieruchomości w gminie miejsko-wiejskiej
w 2012 r. Badanie operatów pomiarowych wykazało zawiłości i nieścisłości
w przeprowadzanych procedurach ustalania granic. Pokazuje to potrzebę
prowadzenia działań mających na celu prawne ustalenie granic.
Słowa kluczowe: granice nieruchomości, znak graniczny, rozgraniczanie,
przyjmowanie granic, wznowienie granic.
Summary. The boundaries of property are the most important, spatial attribute of the property. The problem of establishing boundaries of property
includes indicating its route on land according to the actual legal rights of
property owners.The following article indicate issues of functioning of registration and legal boundaries. Next short discussed about procedure for
establishing borders, including: issues of their indicating in demarcation
and for the land records, renewing legal borders, divulging borders previously revealed in land records and accepting them for division. Discussed ge51
neral rules of stabilization border signs.The aim of this article is to analyse
the procedure of establishing and accepting borders carried out in 2012 in
an urban-rural district. The research of measuring documentation indicates
complexities and inaccuracies of procedures. It shows it shows the necessity
of taking operations that lead to establishing legal borders.
Key words: the boundaries of property, the sign of the border, delimitation of
the real estate, accepting for division, renewing borders.
Wstęp
52
P
S
Granice są nieodłącznym elementem każdej nieruchomości i powinny być określone jednoznacznie i bezsprzecznie. Istota granic nierozerwalnie wiąże się z prawem własności, pozwalają one bowiem na
wizualne ukazanie zasięgu tego prawa na gruncie. Stan prawny nieruchomości powinien być zatem uregulowany oraz zarejestrowany
w odpowiednim systemie, aby możliwe było ustalenie granic w terenie.
Problem ustalenia granic rozwiązywany jest poprzez różne procedury i postępowania prowadzone przez geodetów. Jako zasadniczy
aspekt pojawia się jednak rozróżnienie granic ewidencyjnych oraz ustalonych według stanu prawnego.
Granice ewidencyjne to takie, które zostały uzgodnione przy
ustalaniu stanu władania podczas zakładania ewidencji gruntów
i budynków w latach 1950-1970 na podstawie wskazań stron oraz
stanu użytkowania gruntów, a także posiadanych dokumentów
potwierdzających własność ziemi [Malina i Kowalczyk 2011]. Granice ustalone według stanu prawnego identyfikowane są natomiast na podstawie ostatecznej decyzji administracyjnej wydanej
w toku postępowania geodezyjno-administracyjnego [Rozporządzenie ws. ewidencji gruntów i budynków] lub prawomocnego orzeczenia sądowego kończącego postępowanie sądowe. Najczęściej
prowadzone postępowania ustalenia granic to rozgraniczanie nieruchomości, wznawianie znaków granicznych, przyjmowanie granic
nieruchomości do podziału, a także ustalanie granic działek do celów
ewidencji gruntów i budynków oraz wyznaczanie granic ujawnionych
uprzednio w ewidencji. Analiza prowadzenia procedur ustalania granic pozwala na zauważenie w ich toku nieścisłości i niedociągnięć,
które pozwolą wskazać możliwe kierunki zmian w dziedzinie ustalania granic.
Granice nieruchomości – analiza metod ich wyznaczania na przykładzie gminy...
Materiały i metody
Ocena prowadzenia procedur ustalania granic powinna obejmować
przede wszystkim analizę podstaw ustalenia bądź przyjęcia granic
oraz poprawności stabilizacji granic.
Badaniem objęto procedury ustalania granic zrealizowane
w 2012 r. w gminie miejsko-wiejskiej. Gmina ta położona jest we
wschodniej części województwa małopolskiego, składa się z 12 sołectw oraz miasta gminnego. Gęstość zaludnienia w gminie wynosi
109 osób / km2.
Analizę dokumentacji prowadzono w maju 2013 r. w Urzędzie
Miasta i Gminy w Referacie ds. Gospodarki Gruntami, Mienia Komunalnego, Rolnictwa i Ochrony Środowiska na Stanowisku ds. Podziałów i Rozgraniczeń Nieruchomości oraz w Ośrodku Dokumentacji
Geodezyjnej i Kartograficznej.
Przegląd dotyczył operatów podziałowych, rozgraniczeń oraz
wznowień znaków granicznych. W omawianej gminie w 2012 r.
przeprowadzono 10 postępowań rozgraniczenia, 3 wznowienia
znaków granicznych, w tym 2 ustalenia granic ujawnionych uprzednio w ewidencji oraz 52 procedury podziału nieruchomości.
Wyniki i dyskusja
Rozgraniczenie jest regulowaną prawnie procedurą [Prawo geodezyjne i kartograficzne] geodezyjno-prawną ustalającą przebieg granic
nieruchomości na gruncie oraz urzędowo je zatwierdzającą według
stanu prawnego.
Podczas analizy operatów rozgraniczeń skupiono się na sprawdzeniu, jakie dokumenty pozwalające na określenie granic były
dostępne oraz które z nich wykorzystano do ustalenia granic. Wzięto
pod uwagę również rodzaj zastosowanej stabilizacji granic.
Poniższa tabela przedstawia dane z analizy procedur rozgraniczania nieruchomości.
53
Tab. 1. Analiza dokumentacji rozgraniczeń przeprowadzonych w badanej
gminie w 2012 r. (Źródło: opracowanie własne)
x
x
4
x
x
5
x
x
6
x
x
x
7
x
x
x
8
x
x
9
x
x
10
x
x
zgodnego oświadczenia
stron
3
ostatniego spokojnego
stanu użytkowania
x
operatów
pomiarowych
x
dane ewidencyjne
z digitalizacji
2
mapy zasadniczej
x
mapy ewidencyjnej
x
Ustalenie granic na podstawie:
operaty pomiarowe
mapa zasadnicza
1
Lp.
mapa katastralna
mapa
ewidencyjna
dane ewidencyjne
z digitalizacji
Istniejące dokumenty
źródłowe:
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
Analiza wyników pokazuje, że najczęściej granice ustalane były
na podstawie istniejących operatów pomiarowych oraz mapy zasadniczej. Przypadki niezgodności map zasadniczej oraz ewidencyjnej
zostały rozwiązane poprzez zgodne oświadczenie stron.
Kolejna analizowana kwestia to stabilizacja ustalonych granic,
która w większości była prowadzona poprawnie, dwupoziomowo.
Stabilizowano najczęściej granicznikami betonowymi z krzyżem jako
znak naziemny oraz butelką szklaną jako znak podziemny, w dwóch
przypadkach punkt granicy znalazł się na elemencie zagospodarowania terenu i tam został odpowiednio oznaczony. W 4 przypadkach
wykonawca nie zastosował wymaganej stabilizacji podziemnej.
54
Wznowienie znaków granicznych jest czynnością techniczną,
nie może zatem powodować zmiany granic ustalonych uprzednio.
Wznowić można jedynie granice, dla których istnieją dokumenty
określające ich przebieg według stanu prawnego.
W analizie wznowień znaków granicznych sprawdzono jakie dane
udostępniono wykonawcy w zakresie granic danej nieruchomości, ile
punktów odnaleziono na gruncie oraz z jakich dokumentów, i według
jakiego stanu odnowiono znaki graniczne.
Analizę wznowień znaków granicznych przestawia poniższa tabela.
Tab. 2. Dane dotyczące prowadzonych na terenie gminy badanej w 2012 r.
wznowień znaków granicznych. (Źródło: opracowanie własne)
punkty nieodnalezione
x
punkty odnalezione
Markowanie palikami
wznowionych
punktów
operat pomiarowy
Wyznaczenie wg
stanu
ujawnionego w
ewidencji
mapa zasadnicza
Stan na
gruncie
mapa ewidencyjna
Dokumenty
źródłowe
Wznowienie wg
stanu
prawnego
1
x
x
x
4
3
x
x
2
x
x
x
10
33
x
x
Lp.
3
x
6
x
x
Zauważono praktykę wyznaczania granic ewidencyjnych w operacie wznawiania i zapisywanie ich w jednym protokole. Sugeruje to
niepotrzebne utrwalanie istnienia granic ewidencyjnych. Nie odnaleziono osobnych operatów wyznaczenia granic ewidencyjnych.
Należy zauważyć, że w protokołach wznowienia oraz wyznaczenia granic bardzo niedokładnie określone jest źródło przyjęcia
danych o granicach. Najczęściej jest to zapis mówiący o wznowieniu
według stanu prawnego, który nie jest sprecyzowany konkretnymi
dokumentami. Innym niedociągnięciem jest brak stabilizacji granic
wznowionych, a jedynie ich markowanie na gruncie.
Kolejnym analizowanym przypadkiem były operaty geodezyjne
z podziałów nieruchomości realizowane w badanej gminie. Pozwa55
lają one na fizyczne wydzielenie i ustalenie nowego ładu na gruncie.
Przyjęcie granic do podziału polega na identyfikacji istniejących granic na gruncie na podstawie dokumentów określających ich przebieg.
W badaniu wzięto pod uwagę materiały wyjściowe, jakimi dysponował geodeta oraz które z nich wykorzystał przyjmując granice do
podziału. Zagadnienie to jest kluczowym
w kwestii granic podziałowych, bowiem w zależności od rodzaju
przyjętych granic powstają granice o określonej mocy prawnej bądź
ewidencyjnej.
Analiza protokołów z przyjęcia granic pozwoliła na stwierdzenie,
na jakiej podstawie przyjmowane były granice do podziału. Wyniki
przedstawiono na Ryc.1.
Ryc. 1. Podstawy przyjęcie granic do podziałów nieruchomości
prowadzonych w badanej gminie w 2012r. według wyszczególnionych
danych. (Źródło: opracowanie własne)
Zauważono, że w żadnym analizowanym przypadku nie można było przyjąć granic według stanu prawnego bez wzywania stron.
W przypadku identyfikowania granic na podstawie stanu prawnego
w protokole nie wskazywano dokumentów, które temu posłużyły.
Wnioski
Prowadzenie procedur ustalania granic, szczególnie w trybie administracyjnym, który zatwierdza granice prawnie, jest ważne dla po56
prawnego wskazywania zasięgu nieruchomości i rozporządzania nią
przez właścicieli i użytkowników. W niniejszej publikacji poddano
analizie 65 przypadków postępowań utworzenie granic lub ustalenia
przebiegu istniejacych.
Na podstawie przeprowadzonej analizy można wyciągnąć wnioski dotyczące uchybień geodety, a także niedociągnięć w prawie
dotyczących ustalania granic. W procedurze rozgraniczenia granice
przyjmowane były głównie na podstawie mapy zasadniczej i ewidencyjnej, które nie dają pełnych i jasnych danych o położeniu punktów
granicznych. W toku wznowienia niewiele znaków granicznych
zostało odnalezionych na gruncie. Wznowione punkty graniczne markowano jedynie palikami, podczas gdy słuszniejsze byłoby
wprowadzenie obowiązku stabilizacji takich punktów. Dodatkowo
w protokołach wznowień niedokładnie określane było źródło danych
o położeniu punktów granicznych. W procedurze podziału granice przyjmowane były głównie według stanu ewidencyjnego, często
brakowało określenia dokumentów, na podstawie których przyjęto
granicę według stanu prawnego. Niewielki procent przyjęcia granic
według stanu prawnego może świadczyć o niezadawalająco uregulowanych granicach lub braku dokumentacji z tego zakresu.
Procedury prowadzone były zgodnie z przyjętym prawnie tokiem czynności i mimo drobnych uchybień regulują stan granic na
gruncie, dążąc do pożądanego ustalenia wszystkich granic według
stanu prawnego.
Bibliografia
Felcenloben D. 2011. Granice nieruchomości i sposoby ich ustalania,
Warszawa: Wydawnictwo Prawnicze LexisNexis.
Malina R., Kowalczyk M. 2011. Geodezja katastralna. Procedury geodezyjne
i prawne. Przykłady operatów. Katowice: Wydawnictwo Gall.
Rozporządzenie Ministra Rozwoju Regionalnego i Budownictwa z dnia 29
marca 2001 r. w sprawie ewidencji gruntów i budynków, Dz.U. z 2001
Nr 38, poz. 454
Śmiałkowska-Uberman Z., 2003. Kompendium wiedzy prawnej dla geodetów. Katowice: Wydawnictwo Gall.
Ustawa z dnia 17 maja 1989 r. Prawo geodezyjne i kartograficzne – tekst
jedn. Dz.U. z 2010 Nr 193, poz. 1287 z późn. zm.
57
mgr inż. Magdalena Jurkiewicz
Katedra Geodezji
Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja
ul. Balicka 253a, 30-198 Kraków
Opiekun naukowy: dr hab. inż. Tadeusz Gargula
58
Agata Krężel
Maciej Filipiak
Malwina Mikołajczyk
Opiekun naukowy: dr hab. Maciej Filipiak
EPISTEME
22/2014, t. II
s. 59-68
ISSN 1895-2241
ZMNIEJSZANIE SIĘ LICZBY DRZEW I KRZEWÓW
W OBRĘBIE ZIELENI PUBLICZNEJ
NA PRZYKŁADZIE WROCŁAWIA
DECREASING NUMBER OF TREES AND SHRUBS
IN URBAN OPEN SPACES ON THE EXAMPLE
OF WROCŁAW CITY
Abstrakt. Rośliny są jednym z podstawowych czynników korzystnie
wpływających na środowisko życia człowieka. Zieleń w mieście pełni ważne
funkcje biologiczne, krajobrazowe i estetyczne. Największą rolę odgrywa
roślinność drzewiasta a zwłaszcza duże, stare drzewa. Współcześnie liczba
takich drzew, zwłaszcza w centrach wielu Polskich miast istotnie się zmniejsza, co ma związek z nasilonymi procesami modernizacji i przebudowy terenów zurbanizowanych. Autorzy badań chcą scharakteryzować to
zjawisko na przykładzie Wrocławia.
Słowa kluczowe: drzewa, miasto, zieleń, zieleń miejska, Wrocław
Summary. The plants are one of the primary factors beneficially affecting
the human environment. Within the city, urban open spaces serve important biological, landscaping and aesthetic functions. Woody plants, especially large, old trees, play the most important role. Today, the number of such
trees, especially in the centers of many Polish cities, significantly decreases.
This is associated with intensification of the modernization processes and
redevelopment of urban areas. The authors of this research wish to characterize this phenomenon on the example of Wroclaw.
Key words: trees, city, greenery, urban open spaces, Wroclaw
59
Wstęp
Według prognoz ONZ, w XXI w. około 80% ludności świata będzie mieszkać w miastach o liczbie ludności przekraczającej 20 tys.
mieszkańców w tym 60% w dużych aglomeracjach miejskich. Dlatego, miedzy innymi, należy zadbać, aby warunki życia w miastach
były jak najbardziej korzystne. Należy dokładać wszelkich starań
pozwalających na właściwe kształtowanie środowiska w warunkach
miejsko-przemysłowych [Łukasiewicz 1989, Łukasiewicz 2012].
Rośliny są jednym z podstawowych czynników korzystnie
wpływających na środowisko życia człowieka. Zieleń w mieście pełni
ważne funkcje biologiczne, społeczne, krajobrazowe, estetyczne
i gospodarcze. Wpływa korzystnie na klimat miejski, gdyż: wzbogaca powietrze w tlen, podnosi jego wilgotność, oczyszcza z pyłów
i szkodliwych gazów, a niektóre gatunki roślin dodatkowo wydzielają fitoncydy, które mają właściwości bakteriobójcze, grzybobójcze i pierwotniakobójcze. Zieleń zatrzymuje wodę opadową, poprawia stosunki wodne gleby oraz zapobiega jej erozji. Rośliny stanowią naturalną osłonę od wiatru i słońca. Pasy zieleni zmniejszają
uciążliwy hałas, zatrzymują zanieczyszczenia i pełnią funkcje osłon
przeciwpożarowych. Zieleń jest jednym z podstawowych elementów
tworzących tereny rekreacyjne. Umożliwia wypoczynek czynny
i bierny, pełni rolę dydaktyczno-wychowawczą. Jest ważnym elementem kompozycyjnym, tworzy tło i odpowiednią oprawę dla zabudowy, maskuje nieestetyczne elementy, zmiękcza surowe bryły
architektoniczne poprzez swą barwę, formę i układ przestrzenny.
Wszechstronne funkcje środowiskotwórcze zieleń pełni jednak tylko
wtedy, gdy ma korzystne warunki do dobrego rozwoju [Hejmanowski
1989, Łukasiewicz 1989, Łukasiewicz 2012, Szczepanowska 2011].
Największą rolę w kształtowaniu krajobrazu i środowiska
miejskiego odgrywa roślinność drzewiasta a zwłaszcza duże, stare drzewa [Łukasiewicz 2012, Szczepanowska 2011]. Głównym
czynnikiem za pomocą, którego rośliny aktywnie oddziałują na środowisko jest aparat fotosyntetyczny, a więc liście. Im większa jest
ich powierzchnia, tym silniejsze odziaływanie na środowisko. Niewątpliwie największą powierzchnię liści w porównaniu do powierzchni gruntu, na którym rosną (tzw. LAI) mają, w naszym klimacie,
drzewa. Stosunek ten prawie zawsze jest tym większy im większe
60
Zmniejszanie się liczby drzew i krzewów w obrębie zieleni publicznej...
jest drzewo. Ocenia się, że las bukowy porastający powierzchnię 1 ha
asymiluje powierzchnią ok. 21 ha. Las ten produkuje ponad 110 ton
tlenu w ciągu roku. Wartość wyprodukowanego tlenu wynosi około 2
mln zł, gdy wyprodukowanego drewna zaledwie kilka tys. zł. [Zimny
2005 za Myczkowskim]. Według tego autora 100-letni buk zwyczajny
(Fagus sylvatica) o powierzchni asymilacyjnej liści wynoszącej około
170000 m2 pobiera w ciągu 1 godziny 2552 g dwutlenku węgla,
zawartego w 4800 m3 powietrza i wydziela 1712 g tlenu do atmosfery.
Wiąże w tym procesie 25400J (6075 cal) energii słonecznej. Zaspokaja zapotrzebowanie na tlen 10 mieszkańcom miasta. Drzewo to,
w gorący letni dzień, w procesie transpiracji wydziela około 300-400
dm3 wody do atmosfery. Funkcja pojedynczego drzewa porównywana jest do pracy pięciu mieszkaniowych klimatyzatorów pracujących
bez przerwy przez 20 godzin na dobę. Podobnie funkcję jak w przypadku 100-letniego buka przypisuje się obszarom 300-400 m2 zieleni
urządzonej w mieście z udziałem drzew, krzewów i trawników. Buk,
w ciągu 100 lat życia oczyszcza powietrze o objętości około 40 mln
m3. Może być zastąpione przez 1700 młodych drzew o średnicy koron około 1 m [Zimny 2005]. Roczny pobór tlenu na potrzeby komunalne Krakowa jest około 150 razy większy niż produkcja tlenu przez
zieleń miejską. W atmosferze Krakowa w warstwie 1,5 m nad powierzchnią gruntu istnieje stały deficyt zawartości tlenu. Średnia
zawartość tlenu wynosi 18,9 %, czyli o 2% mniej niż zawartość normalna w powietrzu [Mariusz Szymanowski 2008 prezentacja multimedialna pt. „System zieleni miejskiej a klimat miasta”].
Reasumują należy stwierdzić, że rola dużych drzew w środowisku
miejskim jest bardzo znacząca. Tymczasem coraz częściej obserwujemy, że liczba takich drzew, zwłaszcza w centrach wielu Polskich
miast, istotnie się zmniejsza. Wiele z nich jest wycinanych z powodu prowadzonych lub planowanych inwestycji budowlanych. Ale być
może jest to tylko subiektywne wrażenie. Aby to sprawdzić postanowiliśmy zbadać jak wygląda gospodarka „ drzewostanem miejskim”
w świetle danych Zarządu Zieleni Miejskiej miasta Wrocławia.
Materiał i metody
Na przełomie 2013 i 2014 roku przeprowadzono analizę danych
dotyczących liczby drzew usuwanych na terenie gminy Wrocław.
61
Analizowane dane pochodzą z materiałów Zarządu Zieleni Miejskiej
(ZZM) miasta Wrocławia z lat 2011-2013. W związku z brakiem
zbiorczych opracowań konieczna była analiza poszczególnych decyzji
wydawanych przez Wydział Środowiska i Rolnictwa UM (prezydenta
miasta), konserwatora zabytków czy Regionalnej Dyrekcji Ochrony
Środowiska o pozwoleniu na usunięcie drzew i krzewów z terenów
pod nadzorem ZZM tj. terenów parków, zieleńców, zieleni przyulicznej, bulwarów, zieleni nadrzecznej, zieleni towarzyszącej terenom
usługowych i innym nieruchomościom.
Analizowano zwłaszcza dane dotyczące składu gatunkowego
i wieku usuwanych drzew, ich lokalizacji, powodów usunięcia oraz
okresu wydania decyzji. Przeprowadzono także wywiady, które
pozwoliły na zebranie informacji o przyczynach redukcji drzewostanu miejskiego.
Wyniki badań
1.Stan prawny
Usunięcie drzew i krzewów musi być poprzedzone wnioskiem
o wycinkę drzew posiadacza nieruchomości lub właściciela urządzeń,
(jeśli zieleń zagraża funkcjonowaniu tych urządzeń). Zezwolenie na
wycinkę wydaje wójt, burmistrz lub prezydent miasta. Usunięcie
drzew z terenu nieruchomości wpisanej do rejestru zabytków podlega
decyzji konserwatora zabytków. Natomiast w obrębie pasa drogowego drogi publicznej drzewo można usunąć po uzyskaniu zezwoleniu
regionalnego dyrektora ochrony środowiska. Na terenie objętym
ochroną, stosowna decyzja musi być zatwierdzona przez dyrektora
organu zarządzającego tym obszarem.
2.Gospodarka „drzewostanem miejskim”
W okresie od 2011 r. do końca 2013 r. wydano decyzje o usunięciu
3198 drzew (ryc.1.). Natomiast, do nasadzeń kompensacyjnych przewidziano 2375 drzew. Powodem wydania decyzji o usunięciu drzew,
w 91% przypadków, były względy sanitarne związane ze śmiercią
lub silnym uszkodzeniem drzew przez czynniki biotyczne i abiotyczne. Z powodów inwestycji budowlanych lub modernizacji obiektów
wycięto 6% drzew, a z powodu kolizji z obiektami budowlanymi, technicznymi i drogowymi 3% (ryc.2.). Na rycinie 3. przedstawiony
udział drzew usuwanych z różnych przyczyn w poszczególnych
62
latach. W 2013 roku odnotowano znaczny wzrost liczby drzew
wyciętych z powodu modernizacji, przebudowy czy planowanych
inwestycji. W okresie objętym analizą, usunięto najwięcej klonów
pospolitych (ponad 450 drzew) i robinii akacjowych (ponad 250
sztuk). Na kolejnych miejscach znalazły się lipa drobnolistna i dąb
szypułkowy (ryc. 4.)
Ryc. 1. Ilość drzew przeznaczonych do usunięcia w latach 2011-2013
wraz z określonymi nasadzeniami kompensacyjnymi
Ryc. 2. Powody usunięć drzew ogółem w latach 2011-2013
63
Ryc. 3. Powody usunięć drzew w poszczególnych latach
Wyk. 4. Struktura gatunkowa najczęściej wycinanych drzew
w latach 2011-2013
64
Ryc. 5. Struktura wiekowa drzew usuniętych w poszcsególnych latach
Wyk. 6. Lokalizacja drzew usuniętych w latach 2011-2013
według ich gabarytów
65
Rozkład obwodów usuwanych drzew przedstawia rycina 5.
Z przedstawionych danych wynika, że najczęściej usuwano drzewa o stosunkowo małych obwodach: do 75 cm (średnica pnia na
wysokości 1,3 m ok 25 cm) a najrzadziej drzewa bardzo duże,
o obwodzie większym niż 300 cm. Najwięcej drzew zostało usuniętych z terenów parków, zieleńców i skwerów. Usuwano tu głównie drzewa małe i średnie. Drzewa średnie i duże usuwano głównie
w strefach zieleni przyulicznej (ryc.6.). Przeciętna pierśnica (grubość
pnia na wysokości 1,3 m) usuwanego drzewa wyniosła 40,42 cm.
Łącznie w ciągu 3 lat usunięto ponad tysiąc dużych i bardzo dużych
drzew (pierśnica 50 cm i wyższa) w tym około 100 drzew o wymiarach pomnikowych (pierśnica drzew 95 cm i wyższa).
Dyskusja
Bardzo zaskakującym faktem jest to, że ZZM praktycznie nie dysponuje danymi dotyczącymi liczby drzew rosnących na terenie miasta.
Dla porównania Lasy Państwowe gospodarujące znacznie większymi
zasobami drzew, posiadają dokładne dane na ich temat. Na przykład,
co 10 lat weryfikowana jest liczba drzew przypadająca na hektar, ich
przeciętny wiek i wymiary. Bardzo niepokojący jest fakt, że decyzje
o usunięciu drzew podejmuje się bez wiedzy, z jaką częścią zasobów
zieleni miasta mamy do czynienia.
Kolejne zaskakujące spostrzeżenie jest takie, że ilość drzew sadzonych w ramach nasadzeń kompensacyjnych jest mniejsza od
liczby drzew usuwanych. Różnica ta, to przeszło 200 drzew w 2011
i 2012 roku oraz ponad 300 drzew w 2013 r (ryc.1.). Wynika z tego, że
zieleni wysokiej w mieście z roku na rok jest coraz mniej. Należy pamiętać, że w „naturze”, jedna na sto siewek staje się w pełni dojrzałym
drzewem. W lasach w miejsce kilkuset wyciętych drzew, sadzi się kilka
tysięcy (Zasady Hodowli Lasu 2012). Natomiast w miastach posadzone w luźnej więźbie i odpowiednio pielęgnowane drzewka maja na ogół
większe szanse zostać dużymi drzewami, chociaż nie w 100%. Duża
liczba usuwanych drzew o małych obwodach (ryc.5.) może sugerować,
ze śmiertelność młodych drzew w środowisku miejskim jest znaczna
a zastępowanie 10 wyciętych drzew o przeciętnej pierśnicy 40 cm (wiek
ok 60-70 lat) 8 młodymi to raczej kuriozum.
66
Z powodów złej kondycji zdrowotnej, usuwa się drzewa wielu
rodzimych gatunków m.in. klonu pospolitego, lipy drobnolistnej,
dębu szypułkowego, brzozy brodawkowatej itd. (rys.4.). Wiele dorosłych i starych drzew rosnących na terenach zieleni przyulicznej
obumiera lub jest w złym stanie zdrowotnym w związku z wysokim
poziomem zanieczyszczeń powietrza i zasoleniem gleby [Białobok
i in.], ale także w efekcie prowadzonych w pobliżu robót budowlanych, podczas których drzewa nie mają odpowiedniej ochrony,
lub skutkiem zmian poziomu wód gruntowych wywołanym wspomnianymi robotami.
W 2013 roku odnotowano znaczny wzrost liczby usuniętych
drzew w związku z planowanymi inwestycjami i pracami modernizacyjnymi (ryc.3.), w szczególności wzrost ten wynika z modernizacji
bulwarów Odry Śródmiejskiej, podczas której wycięto wiele drzew.
Wiele z nich było w dobrej lub dość dobrej kondycji zdrowotnej.
Wnioski
• W 2013 roku na terenie Wrocławia odnotowano znaczny
wzrost liczby drzew wyciętych z powodu modernizacji, przebudowy
czy planowanych inwestycji.
• Liczba drzew na terenie miasta zmniejsza się, a tym samym
wielkość powierzchni czynnej biologicznie ulega redukcji.
• Poziom nasadzeń kompensacyjnych nie wyrównuje ubytku
spowodowanego usunięciem dużej ilości drzew.
• Istnieje pilna potrzeba opracowania systemu gospodarowania
„drzewostanem miejskim”. Powinien opierać się na kompleksowym
rozpoznaniu zasobów zieleni miejskiej ze szczególnym uwzględnieniem roślinności drzewiastej.
Bibliografia
Białobok S. i in. 1989. Życie drzew w skażonym środowisku. Tom 21. PWN
Warszawa.
Hejmanowski S. 1989. Zieleń a ochrona środowiska człowieka. Ludowa Spółdzielnia Wydawnicza. Warszawa.
Łukasiewicz A. 1989. Drzewa w środowisku miejsko-przemysłowym.
w: Białobok S. i in. 1989. Życie drzew w skażonym środowisku. Tom 21.
PWN Warszawa.
67
Łukasiewicz A. 2012. Rola i kształtowanie zieleni miejskiej. Wydawnictwo Naukowe UAM. Poznań.
Szczepanowska H. 2001. Drzewa w mieście. Wyd. Hortpress. Warszawa.
Zimny H. 2005. Ekologia miasta. Instytut Botaniki PAN.
Zasady Hodowli Lasu. 2012. Załącznik do Zarządzenia nr 53 Dyrektora Generalnego Lasów Państwowych. PGL LP. Warszawa.
mgr inż. Agata Krężel
Instytut Architektury Krajobrazu
Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu
dr hab. Maciej Filipiak
Instytut Architektury Krajobrazu
Instytut Dendrologii, Polska Akademia Nauk, Kórnik
mgr inż. Malwina Mikołajczyk
Katedra Gospodarki Przestrzennej
68
Karol Król
EPISTEME
22/2014, t. II
s. 69-78
ISSN 1895-2241
WYBRANE METODY TWORZENIA APLIKACJI
INTERNETOWYCH W OPARCIU O MAPY TEMATYCZNE
SELECTED METHODS FOR CREATING WEB
APPLICATIONS BASED ON THE THEMATIC MAPS
Abstrakt. Współczesne technologie internetowe umożliwiają tworzenie
stron internetowych o licznych funkcjonalnościach, doskonalszych technicznie i dopracowanych graficznie. Dostarczają również narzędzi potrzebnych do tworzenia aplikacji internetowych. W pracy przedstawiono
wybrane techniki i narzędzia programistyczne, które wykorzystać można do
tworzenia interaktywnych aplikacji internetowych opartych na podkładach
rastrowych. Oprogramowanie interaktywności mapy przygotowano z zastosowaniem biblioteki jQuery z rodziny JavaScript. Główną funkcją prezentowanych aplikacji jest udostępnianie informacji związanych z obiektami
przyrodniczymi lub infrastruktury, mających odniesienie przestrzenne.
Aplikacje wykonano w oparciu o metodę, która bazuje na wykorzystaniu
wybranych skryptów wpisanych w ramy dokumentu hipertekstowego, opisanego kaskadowymi arkuszami stylów.
Słowa kluczowe: aplikacje internetowe, jQuery JavaScript, dokument hipertekstowy
Summary. Modern Internet technologies allow to create more and better
websites, richer in functionality, faultless technically and graphically. The
paper presents selected techniques and tools, which can be used to create
interactive web applications. The web application was created in three-tier
architecture and prepared based on jQuery JavaScript in HTML (HyperText
Markup Language) and formatted using Cascading Style Sheets (CSS).
JQuery is a lightweight JavaScript library and JavaScript is an object-oriented programming language. The main reason for the usage of scripting languages which are processed by the server is a possibility to deliver websites
with dynamic content (DHTML) to users. Computer techniques and tools
presented in the paper can be successfully used to build interactive applications, which then can be put on the Internet.
Key words: web applications, jQuery JavaScript library, hypertext document
69
Karol Król
Wstęp
Wraz z upowszechnianiem dostępu do Internetu oraz komputerów
stacjonarnych i przenośnych wzrasta ich wykorzystanie w różnych
dziedzinach aktywności człowieka. Trudno przecenić znaczenie Internetu jako środka komunikacji, kanału rozpowszechniania usług
i produktów oraz informacji z najróżniejszych dziedzin. Internet
stanowi również przestrzeń dla prezentacji danych w postaci kartograficznej o wielorakim przeznaczeniu [Górski 2005]. Dąbrowski
i Sawicki [2010] przekonują, że współczesny rozwój technologii informatycznych spowodował powszechny dostęp do geoinformacji
obrazowej oraz danych geograficznych i kartograficznych. Kowalski
[2012] zauważa, że współczesna kartografia charakteryzuje się zmianami w zakresie i sposobie wykorzystania map i atlasów. Rośnie popularność aplikacji internetowych pełniących analogiczną rolę jak
mapy turystyczne, samochodowe czy plany miast. Drukowane arkusze map topograficznych i przeglądowych są stopniowo zastępowane
przez zbiory danych geodezyjno-kartograficznych udostępniane
przez rozbudowane portale geoinformacyjne. Można wnioskować,
że atrakcyjność map publikowanych w Internecie wynika przede
wszystkim z funkcjonalności samego medium, szybkości dostępu do
informacji geograficznej za jego pośrednictwem, a także jej różnorodności. Informacja dostępna w sieci Internet jest osiągalna w różnej
postaci: od prostych, całodobowych przekazów informacyjnych, poprzez portale tematyczne oferujące wiedzę w określonym zakresie,
aż do szczegółowych baz danych przygotowanych dla specjalistów
[Dziubiński 2012]. Jednak najbardziej powszechnym zastosowaniem dostępu do informacji są mapy.
Materiały i metody
Celem pracy jest przedstawienie oraz ocena wybranych technik i narzędzi komputerowych umożliwiających tworzenie interaktywnych
aplikacji internetowych. Aby zrealizować cel pracy utworzono od
podstaw aplikacje internetowe z wykorzystaniem wybranych technik
oraz narzędzi programistycznych udostępnianych na licencji Open
Source [Open Source 2014]. Licencja ta umożliwia tworzenie oprogramowania i jego dystrybucję wraz z kodem źródłowym. Programy
typu Open Source nie podlegają patentom, a ich wykorzystanie nie
wymaga uiszczenia opłaty licencyjnej.
70
Wybrane metody tworzenia aplikacji internetowych w oparciu o mapy tematyczne
Aplikacje internetowe przygotowano w oparciu o trójstopniową architekturę złożoną z trzech komplementarnych warstw:
struktury (HTML ang. HyperText Markup Language), wyglądu
(oprawa wizualna, CSS ang. Cascading Style Sheets) oraz zachowania
(interaktywność, ang. JavaScript). Dla każdej przygotowanej aplikacji przeprowadzono weryfikację poprawności kodu źródłowego.
Wykorzystano ogólnodostępne skrypty z biblioteki jQuery wydanej
3 listopada 2011 r. (jquery-1.7.js, wersja 1.7.x). JQuery to nieduża
biblioteka programistyczna dla języka JavaScript utworzona w 2006
r. JavaScript to obiektowy język programowania. Według Wellinga
i Thompsona [2005] podstawowym powodem stosowania języków
skryptowych jest możliwość dostarczania użytkownikom serwisów
internetowych o dynamicznej treści. Zawartość dostosowująca się
do konkretnych potrzeb bądź ulegająca nieustannym zmianom
zwraca uwagę użytkowników. Funkcjonalność aplikacji osiągnięto
poprzez zastosowanie ang. jQuery ZoomMap. Jest to wtyczka (ang.
plugin) bazująca na opracowaniach rastrowych, wykorzystywana do
tworzenia skalowanych, interaktywnych map i pejzaży. Skrypt jest
wykorzystywany przy budowie serwisów mapowych poświęconych
opisowi i lokalizacji wybranych zjawisk. Wyróżniane są one na mapie przy pomocy interaktywnych punktów, mogących być jednocześnie nośnikami informacji w formie tekstowej, graficznej lub obu
jednocześnie. Informacja ta wyświetlana jest w dynamicznym oknie
typu „pop-up”, a skrypt umożliwia podział obszaru mapy na sektory.
Każdy z nich można połączyć z dowolną mapą szczegółową. Pozwala
to tworzyć interaktywne aplikacje mapowe w oparciu o zarządzanie
warstwami, gdzie wybrane mapy szczegółowe są dostępne na życzenie użytkownika. Wtyczka jQuery ZoomMap w wersji podstawowej
(baza programistyczna) została przygotowana i udostępniona przez
Sutherland [2009] w oparciu o licencję MIT (ang. MIT License).
W pracy wykorzystano również ang. Iviewer Widget for jQuery
UI. Jest to narzędzie umożliwiające tworzenie aplikacji mapowych
bazujących na podkładach rastrowych. Zaletą wtyczki jest możliwość
utworzenia za jej pomocą interaktywnego menu nawigacji, którego
funkcje obejmują przybliżanie i oddalanie widoku mapy wraz z procentowym zapisem stopnia przybliżenia, kadrowanie oraz obracanie
mapy w zakresie 360°. Ponadto Iviewer umożliwia uchwycenie ob71
Karol Król
szaru mapy kursorem myszy, przeciąganie jej widoku oraz powiększanie za pomocą koła myszy komputerowej. Wszystko to odbywa
się w pojemniku o zdefiniowanym rozmiarze, którego wygląd można modyfikować za pomocą kaskadowych arkuszy stylów CSS oraz
elementów graficznych. Wtyczka ang. Iviewer Widget for jQuery UI
w wersji podstawowej (baza programistyczna) została przygotowana
i udostępniona przez Petrov [2012] w oparciu o licencje GNU oraz
MIT (ang. Dual licensed under the MIT and GPL licenses).
Przykłady
Prezentowane w pracy techniki i narzędzia programistyczne
wykorzystano do utworzenia dwóch aplikacji internetowych.
Przykładem zastosowania jQuery ZoomBox [Sutherland 2009] jest
serwis mapowy przygotowany dla gminy Tomice, przedstawiający
nazewnictwo ulic w poszczególnych sołectwach (Ryc. 1) oraz „Mapę
turystyczną i form ochrony przyrody”. Serwis bazuje na podkładach rastrowych. Mapy drogowe sołectw pobrano z oficjalnego portalu
internetowego gminy [Tomice 2013]. Mapa drogowa gminy została
opracowana przez Adamskiego [2012]. „Mapa turystyczna i form
ochrony przyrody” stanowi oficjalne wydawnictwo kartograficzne
[Pietroń 2012].
Przykładem aplikacji utworzonej w oparciu o Iviewer Widget
for jQuery UI [Petrov 2012] jest mapa obszarów chronionych województwa małopolskiego, przedstawiająca okolice miast: Krakowa,
Nowego Sącza, Nowego Targu i Gorlic (Ryc. 2). Podkład mapowy został pozyskany z zasobów Regionalnej Dyrekcji Ochrony Środowiska
i stanowi wybrane fragmenty cyfrowej mapy obszarów chronionych
województwa małopolskiego, wydanej w skali 1:100 000 i opracowanej przez Zamojskiego [2012].
Zaletą Iviewer Widget for jQuery UI jest możliwość wykorzystania jej w dowolnie zaprojektowanej aplikacji. Układ graficzny menu,
umieszczenie legendy, logotypów i innych elementów składowych
aplikacji nie jest w żaden sposób ograniczone oprogramowaniem interaktywności.
72
Ryc. 1. Nazewnictwo ulic w sołectwach gminy Tomice, serwis mapowy
Aplikacja jest dostępna pod adresem: http://www.homeproject.pl/ZoomBox/
Źródło: opracowanie własne
73
Karol Król
Ryc. 2. Mapa obszarów chronionych województwa małopolskiego
Aplikacja jest dostępna pod adresem: http://www.homeproject.pl/mapa/
Wtyczka Iviewer Widget pracuje z podkładem rastrowym. Wraz
ze wzrostem jakości pliku rastrowego, liczby detali, palety barw
oraz ostrości rośnie jego rozmiar wyrażony w megabajtach (MB).
Pliki rastrowe szczegółowych opracowań kartograficznych o rozdzielczości 72dpi, rozmiarze co najmniej 4000x3000px i rozszerzeniu
„*.png” mogą osiągać rozmiar nawet 10MB. Tak duża wielkość stanowi przeszkodę do wykorzystania pliku jako podkładu mapowego
dla aplikacji umieszczonej w Internecie.
Wyniki i wnioski
Wykorzystanie prezentowanych w pracy technik oraz narzędzi komputerowych jest relatywnie proste pod kątem programistycznym
i przekłada się na łatwość obsługi aplikacji oraz jej niewielkie wymagania sprzętowe. Zaletę stanowi fakt ich wolnego udostępniania
oraz w większości przypadków nieodpłatna możliwość zastosowania
w projektach komercyjnych.
W przypadku serwisu mapowego przygotowanego dla gminy
Tomice, poszczególne sołectwa (Ryc. 1) zostały oznaczone ikoną
lupy oraz ujęte w interaktywne zaznaczenie, wywoływane na żąda74
nie użytkownika i polegające na płynnym przejściu z mapy ogólnej
do mapy szczegółowej. Ponadto mapa główna została oznaczona
interaktywnymi markerami, którym towarzyszy krótka informacja
tekstowa o każdym z sołectw. Całość została wpisana w pojemnik
o rozmiarach 840x600px, który stanowi jednocześnie okno prezentacji mapy.
Aplikacja internetowa utworzona dla wybranych obszarów chronionych województwa małopolskiego umożliwia przybliżanie widoku
mapy (Ryc. 2). Efekt przybliżenia oraz przeciągania jest symulowany
i bazuje na podkładach rastrowych nałożonych na siebie warstwami,
jedna na drugą. Mapy są odpowiednio przygotowane, tj. różnią się
rozmiarem w pikselach. W wyniku działań podjętych przez użytkownika poszczególne warstwy są eksponowane, a inne ukrywane. Liczba
szczegółów mapy pozostaje niezmieniona.
Interaktywność aplikacji internetowych osiągana za pomocą
wymienionych technik i narzędzi można określić mianem „dynamiki”. Zjawisko to jest opisywane skrótem DHTML (ang. Dynamic
Hypertext Markup Language). Jest to nazwa umowna dla technik
i narzędzi, służących do zmiany dokumentu HTML, co przekłada się na interakcję z użytkownikiem. W skład DHTML wchodzą
wykorzystane w pracy (X)HTML, CSS oraz JavaScript. Prostym
rodzajem interaktywności serwisów internetowych, którą wpisuj się
w charakterystykę DHTML jest dynamiczna zmiana treści, wyglądu
i zachowania serwisu lub jego fragmentów w wyniku aktywności
użytkownika.
Rozwiązania oparte o bibliotekę jQuery, język HTML oraz CSS
sprawdzają się przy tworzeniu serwisów mapowych, aczkolwiek
w ograniczonym zakresie. Są one na tyle rozbudowane, proste
w użyciu i uniwersalne, że mogą stanowić podstawę do tworzenia
niewielkich aplikacji towarzyszących, przejściowych, mniej szczegółowych i mniej zaawansowanych lub będących fragmentem
większych serwisów.
Prezentowane w pracy skrypty sprawdzają się najlepiej w projektach serwisów mapowych obejmujących swym zakresem lokalne
obiekty o charakterze przestrzennym oraz zjawiska o dowolnym
zasięgu obszarowym, które nie wymagają programowania funkcji
interaktywnej zmiany skali mapy. Można je wykorzystać w przypa75
Karol Król
dku, gdy zaistnieje potrzeba opublikowania niedużego zbioru danych
w formie informacji dla mieszkańców np. gminy. Ponadto prezentowane techniki i narzędzia programistyczne pozwalają na szybką,
zautomatyzowaną budowę serwisów mapowych, zwłaszcza gdy
dysponujemy gotowym podkładem rastrowym.
Bibliografia
Adamski G. 2012. Wykorzystanie formatu SVG do wykonania mapy drogowej Gminy Tomice. Praca dyplomowa inżynierska wykonana w Katedrze Gospodarki Przestrzennej i Architektury Krajobrazu. Uniwersytet
Rolniczy w Krakowie. Wydział Inżynierii Środowiska i Geodezji.
Kraków.
Dąbrowski K. Sawicki P. 2010. Wizualizacja ortofotomap cyfrowych w technologii Google Maps. Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, Vol. 21: 87-96.
Dziubiński D. 2012. Życie w sieci. Digitalizacja przestrzeni publicznej
[w] Badania Regionalnych i lokalnych struktur funkcjonalno-przestrzennych. Ilnicki D. Janc K. (red.), Rozprawy Naukowe Instytutu Geografii i Rozwoju Regionalnego 29. Uniwersytet Wrocławski. Wrocław,
s. 257-266.
Górski J. 2005. Przemiany internetowych planów miast polskich. Roczniki
Geomatyki. Tom III, Zeszyt 2: 61-62.
Kowalski P. J. 2012. Mapa jako praktyczny interfejs serwisu internetowego.
Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, Vol. 23, 2012: 159168.
Open Source (2014) The Open Source Initiative [on-line] http://opensource.org/ [dostęp: 24.03.2014].
Petrov D. 2012. Iviewer Widget for jQuery UI. Dual licensed under the MIT
and GPL licenses. Version: 0.7.4 [on-line] https://github.com/can3p/
iviewer [dostęp: 31.07.2013].
Pietroń P. 2012. Gmina Tomice. Mapa w skali 1:20000. Wydawnictwo Compass. Kraków.
Sutherland J. 2009. Zoom Map. A jQuery Plugin for Zoomable, Interactive
Maps. MIT liscense [on-line] http://www.gethifi.com/blog/a-jqueryplugin-for-zoomable-interactive-maps [dostęp: 17.07.2013].
Tomice 2013. Nazewnictwo ulic w sołectwach gminy Tomice [on-line]
http://www.tomice.pl/modules.php?op=modload&name=Subjects&fil
e=index&req=viewpage&pageid=527 [dostęp: 18.07.2013].
76
Welling L. Thomson L. 2005. PHP i MySQL. Tworzenie stron WWW. Vademecum profesjonalisty. Wydanie trzecie. Wydawnictwo Helion. Gliwice, s. 42.
Zamojski B. 2012. Mapa obszarów chronionych województwa małopolskiego. Regionalna Dyrekcja Ochrony Środowiska. Stan na 1 września
2012 r. Skala 1:100 000. [on-line] http://krakow. rdos.gov.pl/ [dostęp:
31.07.2013].
dr inż. Karol Król
Wydział Inżynierii Środowiska i Geodezji
Al. Mickiewicza 24/28, p. 208
30-059 Kraków
77
Mariusz Antolak
Anna Mazur
Marzena Płaza
Katarzyna Ruszczycka
EPISTEME
22/2014, t. II
s. 79-86
ISSN 1895-2241
EDUKACJA ESTETYCZNA W POLSKIM SYSTEMIE
OŚWIATY, A KSZTAŁTOWANIE KRAJOBRAZU
AESTHETIC EDUCATION
IN THE POLISH EDUCATIONAL SYSTEM
VERSUS THE LANDSCAPE MANAGEMENT
Abstrakt. Temat podjęto w związku z zaobserwowaną wśród społeczeństwa
coraz mniejszą wrażliwością na otaczającą nas przestrzeń. Głównym celem pracy jest odpowiedź na pytanie, jaki wpływ ma edukacja estetyczna
w polskim systemie oświaty na współczesne kształtowanie krajobrazu.
Pośrednim celem pracy jest prezentacja różnorodnych działań związanych
z edukacją estetyczną, które mają miejsce na terenie Polski. Podstawowymi
metodami zastosowanymi w pracy była analiza podstaw programowych
w polskim systemie oświaty pod kątem zagadnień związanych z estetyką
oraz analiza przykładów działań placówek oświatowych, dotyczących
edukacji estetycznej i jej wpływu na kształtowanie krajobrazu.
Słowa kluczowe: edukacja estetyczna, system oświaty, krajobraz
Summary. The question of aesthetic education has been undertaken in the
present study because of the diminishing sensitivity to the beauty of our
environs, observed among the general public. The main purpose has been
to find out what influence the aesthetic education taught in Polish schools
has on the current landscape management practice. An indirect goal has
been to present a wide array of actions pursued in the context of aesthetic
education all over Poland. The principal research methods were analyses: of
the curricula binding in the Polish educational system with respect to their
handling of aesthetic issues, and of case studies regarding schools which
teach subjects comprising aesthetic education as well as their influence on
the shape of landscape.
Key words: aesthetic education, educational system, landscape
79
Mariusz Antolak, Anna Mazur, Marzena Płaza, Katarzyna Ruszczycka
Wstęp
Estetyka jest dziedziną filozofii zajmującą się pięknem i innymi wartościami estetycznymi. Termin ten wprowadził w połowie osiemnastego wieku filozof Alexander Gottlieb Baumgarten, jako dyscyplinę
równoległą do logiki i określił ją mianem nauki o poznaniu jasnym
i mętnym, realizowanym za pośrednictwem zmysłów [Baumgarten 1735]. Wychowanie estetyczne rozumiane jest, jako ogół świadomych oddziaływań i działań własnych podopiecznego, w którym
wartości estetyczne i artystyczne wykorzystuje się do pogłębiania
życia uczuciowego rozwoju aktywności twórczej i samoekspresji oraz
do umożliwienia mu kontaktu z różnymi dziedzinami sztuki [Okoń
1984]. Wychowanie estetyczne jest kształceniem dobrego smaku estetycznego, umiejętności przeżywania i oceniania dzieł sztuki oraz
upodobań w zakresie własnej aktywności artystycznej, odtwórczej
lub twórczej [Suchodolski 1969]. Celem wychowania estetycznego
jest przede wszystkim wyrabianie wrażliwości estetycznej. Obejmuje ona sztuki opierające się na wrażeniach wzrokowych, słuchowych
i dotykowo - mięśniowych.
Edukacja estetyczna ma też znaczący wpływ na kształtowanie krajobrazu. Kontakt z krajobrazem rozwija i doskonali aparat
zmysłowy oraz rozwój percepcji [Wojciechowski 1992]. Powszechnie uważa się, że głównymi przyczynami niepokojących zmian we
współczesnym krajobrazie są: częsty brak aktualnych dokumentów
planistycznych, fakultatywność studiów krajobrazowych, brak wykwalifikowanej kadry zajmującej się ich sporządzaniem oraz stosunkowo wysokie koszty opracowania tych dokumentów [Antolak
2013]. Trudno nie zgodzić się z tymi faktami. Nie powinno się jednak
pomniejszać roli edukacji estetycznej w szkołach, dzięki której już od
najmłodszych lat wyrabiamy w sobie zmysł odczuwania piękna. Bez
tej umiejętności w późniejszych latach trudno podejmować właściwe
decyzje związane z kształtowaniem krajobrazu.
Celem pracy jest odpowiedź na pytanie, jaki wpływ ma edukacja
estetyczna w polskim systemie oświaty na współczesne kształtowanie krajobrazu. Celem pośrednim jest prezentacja wybranych działań
związanych z edukacją estetyczną, które mają miejsce współcześnie
na terenie Polski.
80
Edukacja estetyczna w polskim systemie oświaty, a kształtowanie krajobrazu
Materiał i metody
W trakcie przygotowywania niniejszej pracy posłużono się metodą
badań źródłowych. Metoda ta została wykorzystana podczas przeprowadzonych analiz podstawy programowej w polskim systemie oświaty pod kątem zagadnień związanych z estetyką. Analizie
poddano podstawy programowe dotyczące edukacji artystycznej
obowiązujące w szkołach podstawowych, gimnazjach oraz szkołach
ponadgimnazjalnych. Kolejną metodą badań była analiza przypadków. W pracy zaprezentowano wybrane, dobre przykłady działań
placówek oświatowych, dotyczące edukacji estetycznej i jej wpływu
na kształtowanie krajobrazu.
Edukacja estetyczna w polskim systemie oświaty
Edukacja estetyczna w polskim systemie oświaty realizowana jest
głównie w ramach edukacji artystycznej, do której zaliczają się takie
przedmioty, jak plastyka i muzyka. Bardzo często kończy się ona po
etapie gimnazjalnym, kiedy dzieci są w wieku szesnastu - siedemnastu lat. We wszystkich typach szkół ponadgimnazjalych obowiązkowy
jest natomiast przedmiot wiedza o kulturze, a w liceach, jako przedmiot do indywidualnego wyboru ucznia, na poziomie rozszerzonym
mogą być realizowane: historia sztuki, historia muzyki czy kultura
antyczna [Podstawa Programowa... 2009]. Zgodnie z polską podstawą programową edukacji wczesnoszkolnej, uczeń już w klasie
pierwszej szkoły podstawowej (w wieku sześciu-siedmiu lat) powinien nauczyć się wyrażania własnych myśli i uczuć w różnorodnych
formach przekazu artystycznego, rozpoznawać wybrane dziedziny
sztuki w tym architekturę zieleni, a w klasie trzeciej określać swoją
przynależność kulturową. W drugim etapie edukacyjnym, czyli w klasach od czwartej do szóstej, uczeń ma realizować projekty w zakresie
form użytkowych, służące kształtowaniu otoczenia człowieka oraz
upowszechniać kulturę w otaczającej społeczności. Na kolejnym etapie rozwoju, jakim jest gimnazjum, uczeń powinien wykazywać się
umiejętnością wartościowania zjawisk artystycznych, uzasadniania
swoich sądów i odmiennych upodobań. Powinien też czuć konieczność uczestniczenia w kulturze i brać w niej udział poprzez kontakt
z dziełami sztuki, szanując odrębność innych kręgów kulturowych.
81
Należy zauważyć, że w podstawie programowej dotyczącej szkół ponadgimnazjalnych, na przedmiocie wiedza o kulturze, która stanowi
zwieńczenie cyklu kształcenia artystycznego, znajduje się stwierdzenie mówiące o tym, że uczeń na tym etapie rozwoju dba o ład i estetykę swojego otoczenia oraz otacza opieką elementy dziedzictwa
kulturowego [Podstawa Programowa... 2009]. Te wszystkie zadania
spoczywają na nauczycielu prowadzącym dany przedmiot. To on
odgrywa ogromną rolę w kształtowaniu młodego człowieka, ponieważ w realizacji przedmiotu musi dążyć do „otwierania” uczniów na
świat artystyczny, rozbudzać i wspierać ich zainteresowania oraz wskazywać przyjemność, jaką daje czynne lub bierne obcowanie ze sztuką.
Powinien też dawać wzór do naśladowania i dostosowywać zajęcia
do indywidualnych predyspozycji każdego dziecka. Należy jednak
zauważyć, że zajęcia takie będą zależały od indywidualnych możliwości
wykonawczych i przygotowania nauczyciela do zawodu. Podstawa programowa dotycząca opisywanych przedmiotów opiera się na założeniu, że podczas nauczania kształtują się postawy twórcze, prowadzące
do wychowania człowieka innowacyjnego, który będzie uczestniczył
w kulturze i ją upowszechniał.
Słuszne założenia podstawy programowej nie zawsze są realizowane zgodnie z zamysłem jej autorów. Po prawidłowo odbytych
zajęciach związanych z edukacją estetyczną uczniowie powinni nabytą wiedzę zastosować w innych dziedzinach życia, dostrzegać i doceniać estetykę w życiu codziennym. Trudność przysparza im głównie
twórcze myślenie, wykraczanie poza uzyskane w szkole informacje
oraz zainteresowanie aktywną postawą w otaczającym środowisku.
Edukacja estetyczna a kształtowanie krajobrazu - analiza przypadków
Jednym z przykładów edukacji estetycznej prowadzonej od
najmłodszych lat są autorskie programy nauczania przedszkolnego.
Prywatne Przedszkole Estetyczne w Poznaniu poza podstawowym
programem nauczania pracuje autorskim programem o profilu estetycznym (autor L. Matuszak). Poczucie piękna kształtowane jest
w jednostce poprzez kontakt ze sztuką, preferowanie postaw
życiowych opartych o wartości estetyczne oraz stymulowanie rozwoju dzieci poprzez poddawanie dzieci wielosensorycznym bodźcom.
82
Dobrym przykładem edukacji pozaszkolnej są zajęcia prowadzone w ramach Uniwersytetu Dzieci. Jest to organizacja realizująca
nowoczesne programy edukacyjne dla dzieci w wieku sześciu - czternastu lat, wzorowane na wykładach i warsztatach akademickich.
W ramach zajęć prowadzonych w 4 polskich miastach (Kraków,
Warszawa, Wrocław, Olsztyn) powstał szereg interesujących scenariuszy zajęć mających na celu edukację estetyczną uczniów szkół
podstawowych. Do tej pory na Uniwersytecie Dzieci prowadzone
były zajęcia m.in. z dizajnu, architektury krajobrazu czy urbanistyki.
Program podzielony jest na 4 kierunki studiów - Odkrywanie (6-7
lat), Inspiracje (8-9 lat), Tematy (10-11 lat), Mistrz i Uczeń (12-14
lat). Uniwersytet cieszy się coraz większym zainteresowaniem i daje
szansę na poszerzenie wiedzy, umiejętności i kompetencji dzieci,
wykraczających szeroko poza standardy nauczania.
Interesującym przykładem edukacji estetycznej starszych grup
wiekowych jest projekt „Kształtowanie Przestrzeni” (org. „Shaping
Space”). Jest to unikalny, na skalę europejską, program edukacyjny w
zakresie uwrażliwiania młodzieży w grupie wiekowej 16 - 18 lat, na
uwarunkowania społeczno - przestrzenne i estetyczne, na przykładzie architektury i urbanistyki. Twórcą programu jest The Royal Institute of the Architects of Ireland. W Polsce program implementuje
Izba Architektów Rzeczypospolitej Polskiej. Głównym celem programu jest rozbudzenie u młodych ludzi idei świadomego i harmonijnego kształtowania przestrzeni. W ramach projektu opracowywane są nowatorskie scenariusze zajęć edukacyjnych dla powszechnej
edukacji przestrzennej.
Dobrym przykładem działań popularyzatorskich i edukacyjnych
prowadzonych na uczelniach wyższych jest seria happeningów zorganizowanych przez studentów kierunku architektura krajobrazu
z Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie w latach 2010
- 2011.Celem projektów „Żywioły architekta krajobrazu” i „Zielone
rewolucje” była m.in. edukacja estetyczna mieszkańców miasta.
83
Fot. 1-2. Wybrane instalacje zaprezentowane podczas happeningów pt.
“Żywioły architekta krajobrazu” i “Zielone rewolucje”, zorganizowanych
przez studentów z Olsztyna (opieka merytoryczna i pomysł M. Antolak).
Źródło: Archiwum autora.
Duży wpływ na edukację estetyczną mają również inne instytucje i organizacje pozarządowe. Szereg zajęć związanych z edukacją
estetyczną prowadzonych jest przez instytucje takie, jak: Stowarzyszenie Architektów Polskich i Stowarzyszenie Polskich Architektów Krajobrazu. Nieoceniona w tym zakresie jest ponadto lokalna aktywność domów kultury, placówek muzealnych, galerii sztuki,
ale także środków masowego przekazu. Na uwagę zasługują ponadto
warsztaty architektoniczne i dizajnerskie dla dzieci, które coraz częściej mają miejsce w polskich miastach.
Wnioski
Prawidłowo prowadzona edukacja estetyczna w systemie oświaty jest niezaprzeczalnie kluczowym elementem wpływającym na
właściwe kształtowanie krajobrazu. Nauka ta podejmowana już
od najmłodszych lat może wpłynąć na wykształcenie właściwego
wyczucia piękna, które z pewnością zaprocentuje w kolejnych latach dobrymi decyzjami mającymi wpływ na zmiany krajobrazu. Celem wychowania estetycznego nie powinno być uczenie tworzenia
84
dzieł sztuki, lecz wypracowanie właściwych reakcji na otaczającą nas
przestrzeń i na zmiany, jakie w niej zachodzą. W procesie
dydaktycznym oprócz właściwie interpretowanej i wdrażanej w życie podstawy programowej dużą rolę pełnią indywidualne programy
nauczania oraz działania prowadzone przez instytucje pozaszkolne. Należy podkreślić, że nie każdy posiada predyspozycje do tego
by zostać artystą, jednak wszyscy mogą wykształcić umiejętności
właściwej percepcji nie tylko dzieł artystycznych, ale i poszczególnych
składowych krajobrazu. Tylko dzięki właściwemu kształtowaniu
takich postaw możemy oczekiwać, że krajobraz kulturowy, którego
wszyscy jesteśmy twórcami będzie zmieniał się w pożądanym kierunku.
Bibliografia
Antolak M. 2013. Kształtowanie i ochrona krajobrazów gmin na przykładzie
gminy wiejskiej i miejskiej Ostróda. Rozprawa doktorska. Politechnika
Krakowska im. T. Kościuszki, Kraków, 322.
Baumgarten A. G. 1735. Meditationes philosophicae de nonnullis ad poema
pertinentibus.
Okoń W. 1984. Słownik pedagogiczny. PWN, Warszawa, 348.
Podstawa Programowa z komentarzami. Edukacja artystyczna w szkole
podstawowej, gimnazjum i liceum, 2009. t. 7.
Suchodolski B. 1969. Współczesne problemy wychowania estetycznego.
Wychowanie przez sztukę. Red. J. Wojnar. PZWS, Warszawa, 22.
Wojciechowski K. H., 1992. Waloryzacja estetyczna krajobrazu i jej znaczenie dla zagospodarowania przestrzeni, [w:] Funkcjonowanie i waloryzacja krajobrazu, T. J.
Chmielewski, A Richling, K. H. Wojciechowski (red.), Towarzystwo Wolnej
Wszechnicy Polskiej, Oddział w Lublinie, Lublin.
85
dr inż. arch. kraj. Mariusz Antolak
mgr inż. arch. kraj Anna Mazur
mgr inż. arch. kraj Katarzyna Ruszczycka
mgr inż. arch. kraj Marzena Płaza
Opiekun naukowy: prof. dr hab. Krzysztof Młynarczyk
Opiekun naukowy: dr hab. Maria Lubocka-Hoffmann, prof. UWM
Katedra Architektury Krajobrazu i Agroturystyki
Uniwersytet Warmińsko - Mazurski w Olsztynie
86
Anna Mazur
Marzena Płaza
EPISTEME
22/2014, t. II
s. 87-93
ISSN 1895-2241
ORZECHOWO – ANALIZA WARTEJ ZACHOWANIA
WSI WARMIŃSKIEJ
ORZECHOWO - ANALYSIS OF WORTH PRESERVING
WARMIA’S VILLAGE
Abstrakt. Artykuł przedstawia analizę warmińskiej wsi Orzechowo, należącej do miejsko-wiejskiej gminy Dobre Miasto, położonej w powiecie
olsztyńskim, która posiada typowe dla Warmii wartościowe obiekty kulturowe i cenne elementy przyrodnicze. Prześledzono kierunki zmian, jakie
zaszły w tym krajobrazie na przestrzeni lat, a także jak on wygląda współcześnie w aspekcie oceny oddziaływania komponentów środowiska przyrodniczego i antropogenicznego. Celem pracy jest identyfikacja oraz ocena
i analiza walorów przyrodniczych i kulturowych wsi. Ochrona tych wysokich walorów przyczyni się do podniesienia odpowiedzialności ludzi za swoje najbliższe otoczenie, zwiększając tożsamość
z miejscem zamieszkania.
Słowa kluczowe: wieś warmińska, analiza krajobrazowo – przyrodnicza
Summary. This article presents an analysis of Warmia’s village - Orzechowo, belonging to the urban-rural municipality of Dobre Miasto, located
in the district of Olsztyn, which has a typical for Warmia valuable cultural
objects and valuable elements of nature. The directions of the changes was
tracked, especially those in the landscape over the years and also how it
looks like today in terms of assessment of the components impact of the
natural and anthropogenic environment. The aim of the work is the identification, evaluation and analysis of natural and cultural values of the village.
The protection of these high values will contribute to raising the responsibility of people’s attention to their immediate surroundings, enhancing the
identity with the place of residence.
Key words: Warmia’s village, landscape-natural analysis
87
Wstęp
Wieś Orzechowo jest jednym z 21 sołectw gminy Dobre Miasto, zlokalizowanej w północnej części Pojezierza Olsztyńskiego, w centrum
historycznej Warmii. Oprócz wysokich walorów przyrodniczych,
które niewątpliwie w tej wsi wyłaniają się na pierwszy plan, walory kulturowe odgrywają także znaczącą rolę. Mogą być jednocześnie
ogromną atrakcją turystyczną. Krajobrazy, które posiadają swój
niepowtarzalny urok, stanowią ważne dziedzictwo, godne przekazania kolejnym pokoleniom. Niestety typowe dla Warmińskiej wsi
elementy kulturowe, czy komponowana niegdyś zieleń zanika, co
powoduje negatywne zmiany w krajobrazie wiejskim i zacieranie
niewątpliwej odrębności Warmii. Ulega on ciągłym przemianom,
jednakże ze względu na zawarte w nim nieprzemijające wartości
i ich znaczenie dla człowieka, wszelkie jego formy wymagają zainteresowania i ochrony [Małachowicz 1988]. Böhm zauważa także, że
krajobraz ma ograniczoną odporność na działanie czynników degradujących a jego walory łatwiej obniżać niż podnosić. Jest on dobrem
publicznym i należy do wszystkich obywateli [Böhm 2010]. Dlatego
wskazanie dla utrzymania, zachowania czy odtworzenia pierwotnego
charakteru tych komponentów pomoże na nowo kształtować tożsamość miejsca, co jest konieczne także dla rozwoju turystyki, która
może stworzyć nowe możliwości użytkowania przestrzeni wiejskiej.
Tereny, na których położona jest wieś Orzechowo należąca do
gminy Dobre Miasto, na skutek specyficznych warunków politycznych
kształtowały się w sposób wyróżniający je spośród innych rejonów
Polski. Pozostałości tych procesów widoczne są w bogactwie zachowanych śladów. To między innymi przydrożne kapliczki - niezwykle
ważny element dziedzictwa kulturowego - bezpośrednio uświadamiały, że jesteśmy na terenie Warmii [Drej 2007]. Kształtowana
wówczas zieleń także miała znaczący wpływ nie tylko na odbiór wizualny przestrzeni, ale również na gospodarcze aspekty uprawy ziemi
czy hodowli zwierząt. W drugiej połowie XX wieku utracono większą
część tych komponowanych elementów, przez co nieustannie zacierają się granice między historyczną Warmią a Mazurami. Ostatnia
dekada przyniosła znaczny wzrost przemian w zabudowie gospodarczej i mieszkalnej, która wywiera swoje piętno w krajobrazie [Koreleski 2009]. Większość obszarów wiejskich naszego kraju pozos88
Orzechowo – analiza wartej zachowania wsi warmińskiej
tawiona jest swobodnemu oddziaływaniu procesów gospodarczych
i cywilizacyjnych, których ubocznym skutkiem jest postępująca degradacja walorów krajobrazowych, jako element szczególnie w krajobrazie widoczny i odciskający na nim bardzo silne piętno [Woźniak
i in. 2007]. Badania mają na celu wskazanie ważności oraz docenienie
istnienia dawnych układów zieleni i licznych, typowych dla Warmii,
powoli zanikających w tkance miejskiej, elementów kulturowych
w krajobrazie. Dlatego należy ponownie rozbudzić szacunek dla
zapomnianych krajobrazów i obiektów sakralnych.
Materiał i metody
Do przygotowania niniejszej pracy posłużono się metodą polegającą na waloryzacji i analizie obiektów kulturowych i elementów
przyrodniczych znajdujących się na terenie warmińskiej wsi Orzechowo. Prace terenowe polegały głównie na inwentaryzacji obszaru
objętego opracowaniem, która stanowiła ważną składową procesu badawczego i posłużyła do rozpoznania aktualnego stanu środowiska przyrodniczego i kulturowego. Obserwacje rozpoczęto od
zapoznania się z fizjonomią terenu, następnie dokonano diagnozy
terenowej. Szczególną uwagę zwrócono na: kompleksy leśne, użytki
rolne, charakterystykę typów zabudowy, typów wiejskiej sieci osadniczej, zabudowy zabytkowej (zespołów i pojedynczych obiektów),
architektury mieszkalnej i gospodarczej czy zabytków architektury
sakralnej. Określono obszary krajobrazu harmonijnego, a także wyznaczono elementy, które go dysharmonizują. Podczas inwentaryzacji
terenowej sporządzono dokumentację fotograficzną, która była równie ważnym elementem badań.
Wyniki
Orzechowo charakteryzuje się zabudową kolonijną. Jest to na tyle
mała wieś, że większość mieszkańców znajduje zatrudnienie w Dobrym Mieście czy Olsztynie. W małym stopniu utrzymuje się tu
także funkcja rolnicza. W miejscowości znajdują się dwa sklepy i kilka
punktów usługowych. Murowana szkoła podstawowa pochodząca
z XIX wieku jest jedynym obiektem oświatowym, a młodzież dojeżdża do szkół gimnazjalnych i średnich znajdujących się w Dobrym
89
Mieście. Innymi placówkami kulturalno-oświatowymi są biblioteka
oraz świetlica. Niezaprzeczalną dominantą wsi jest górujący nad
wszystkimi budynkami Kościół Niepokalanego Poczęcia Najświętszej
Marii Panny. Świątynia została zbudowana w latach 1711-1716
i konsekrowana przez biskupa Teodora Potockiego w 1716 roku
[http://www.domwarminski.pl/] (fot.2). Przy kościele znajduje się
neoklasycystyczny dom pełniący funkcję plebani. Niewątpliwe walory kulturowe wsi podkreślają także dwa cmentarze. Jeden nieczynny,
pochodzący z połowy XIX wieku i drugi czynny z połowy XX wieku,
który znajduje się przy drodze do Jesionowa. Można na tym terenie
także odnaleźć cztery kapliczki, które nadal pełnią funkcje akcentu
kulturowego w krajobrazie. Dwie znajdują się we wsi: eklektyczna
z XX wieku oraz neogotycka z przełomu XIX i XX wieku,
a dwie pozostałe to neogotyckie kapliczki przydrożne. We wsi odnajdziemy też dawny neoklasycystyczny zajazd z połowy XIX wieku
[http://www.domwarminski.pl/].
W krajobrazie Orzechowa przeważają działki o kształcie czworokąta: prostokątne, kwadratowe, trapezowe lub rombowe. Wyróżnić
można dwa rodzaje lokalizacji zabudowy w odniesieniu do drogi.
Pierwszy to taki, w którym budynek mieszkalny umiejscowiony jest
równolegle do drogi głównej, natomiast w drugim dom usytuowany
jest do niej prostopadle. Układ zabudowy działek, w zależności od
usytuowania względem granic poszczególnych elementów jest
otwarty lub zamknięty. We wsi przeważają domy jednokondygnacyjne z poddaszem użytkowym. Mają one prostą zabudowę, czasami pojawiają się tzw. „dobudówki”. Na większości działek znajdują się budynki gospodarcze. Zbudowane są z czerwonej cegły lub
drewna, a pokryte są dachówką lub blachą. Na teren posesji wchodzi
się z przodu lub z boku domu, w zależności od jego usytuowania
względem drogi. Układ funkcjonalny większości zagród jest zbliżony
do siebie. Od frontu działki nadal zdobią typowe dla dawnych czasów
przedogródki z bylinami i niewielkimi krzewami. Można tu także
spotkać roślinność wysoką - głównie drzewa liściaste – pełniące
funkcję tak zwanego „opiekuna domu”. Dość częstym widokiem jest
także umiejscowiony z boku budynku mieszkalnego sad z ogrodem
warzywnym. Bardzo charakterystycznym elementem warmińskiego
krajobrazu jest występowanie tu także przepięknych, starych alei
przydrożnych (fot.1).
90
Orzechowo – analiza wartej zachowania wsi warmińskiej
Fot. 1-2. Wybrane harmonijne elementy krajobrazu przyrodniczego
i kulturowego warmińskiej wsi Orzechowo (źródło: fotografie własne).
Dyskusja i wnioski
Nadal stoimy przed pilną koniecznością stworzenia w Polsce systemu efektywnego zarządzania dziedzictwem, który byłby przekonujący dla społeczności lokalnych. Wypracowanie wytycznych,
w których wskaże się kierunki rozwoju wsi, który przejawia się między
innymi poprzez swą interesującą treść historyczną o wartościach
dydaktycznych pozwoliłoby na utrzymanie, czy też ochronę wysokich walorów przyrodniczych i kulturowych tego typu wsi. Przyczyni
się to do podniesienia odpowiedzialności ludzi za swoje środowisko.
Zwiększy tożsamość z miejscem zamieszkania i rozwoju turystyki,
która staje się „współczesnym sposobem życia” oraz stanowi „zespół możliwości, szansę dla sposobu kształtowania więzi społecznych
i nowego sposobu odczytania starych wartości” [Alejziak 1999].
Zasadniczym celem pracy była analiza wsi Orzechowo, należącej
do terenów warmińskiego krajobrazu gminy Dobre Miasto. Wyniki
badań terenowych i analiz wskazują, że pomimo dokonanych we
wsi wielu historycznych zmian, nadal posiada ona cenne walory
kulturowe i wysoki potencjał przyrodniczy. Takimi elementami krajobrazu harmonijnego są niezaprzeczalnie między innymi: obiekty
91
zabytkowe, harmonijna zabudowa czy aleje przydrożne. Pojawiły się
tu oczywiście pojedyncze elementy dysharmonizujące, jednak nie
wpłynęły one znacząco na całokształt pozytywnej oceny wsi. Orzechowo to niewątpliwie typowa dla Warmii wieś, której układ przestrzenny wart jest zachowania i ocalania dla przyszłych pokoleń.
Bibliografia
Alejziak W. 1999. Turystyka w obliczu wyzwań XXI wieku. Albis. Kraków.
Böhm A. 2010. Planowanie w obszarach o wysokich walorach krajobrazowych. [w:] red. W. Andrejczuk. Krajobraz a turystyka, Kom. Kraj.
Kult. PTG, Sosnowiec: 25-35.
Drej S. 2007. Święta Warmia. Pracownia Wydawnicza ElSet. Olsztyn.
Koreleski K. 2009. Ochrona i kształtowanie terenów rolniczych w systemie
kreowania krajobrazu wiejskiego. Infrastruktura i Ekologia Terenów
Wiejskich. Nr 2009/04: 5-20.
Małachowicz E. 1988. Ochrona środowiska kulturowego. T.I i II. PWN.
Warszawa.
Woźniak M., Cebulak T., Stec S. 2007. Przestrzeń wiejska jako miejsce
edukacji życia zgodnie z prawami natury, [w:] red. J. Sikora. Turystyka
wiejska a edukacja. Wyd. AR im. Augusta Cieszkowskiego. Poznań:
s. 244–251. www.domwarminski.pl (stan z dnia 03.03.2014 r.)
mgr inż. arch. kraj Anna Mazur
mgr inż. arch. kraj Katarzyna Ruszczycka
mgr inż. arch. kraj Marzena Płaza
Uniwersytet Warmińsko - Mazurski w Olsztynie
92
Witold Jucha
Opiekun naukowy: prof. dr hab. Roman Soja
EPISTEME
22/2014, t. II
s. 93-102
ISSN 1895-2241
ZMIANY SIECI HYDROGRAFICZNEJ
W OKOLICACH PUSZCZY NIEPOŁOMICKIEJ
W XX WIEKU ZACHOWANE NA ARCHIWALNYCH
MATERIAŁACH KARTOGRAFICZNYCH
CHANGES OF HYDROGRAPHIC NETWORK
IN THE NEAREST OF NIEPOŁOMICE FOREST
IN XX CENTURY SAVED ON ARCHIVAL MATERIALS
Abstrakt. Puszcza Niepołomicka leży w zachodniej części Kotliny Sandomierskiej. Jest jednym z dużych zachowanych kompleksów leśnych na tym
terenie. Jej kształt i wielkość od dłuższego okresu czasu (przynajmniej 100
lat) nie zostały zmienione, natomiast uległy zmianie stosunki wodne tego
obszaru – nastąpiło znaczne zagęszczenie sieci wodnej. W wyniku tego
zostały w dużym stopniu osuszone obszary podmokłe, zmieniona została
struktura i charakter lasu. Zmiany te zostały zanotowane w postaci bogatego materiału archiwalnego w postaci map z kilku okresów. Niniejsze
wystąpienie ma na celu prezentację i ocenę wielkości zmian, jakie nastąpiły
w XX wieku w sieci hydrograficznej w Puszczy Niepołomickiej i okolicach.
Dokonano tego przy użyciu narzędzi GIS oraz archiwalnych i współczesnych
map.
Słowa kluczowe: Puszcza Niepołomicka, sieć hydrograficzna, mapy archiwalne
Summary. Niepołomice forest is in the west side of Sandomierz Basin. This
is one of saved big forests on this area. Shape and size of Niepołomice forest hasn’t been changed from more than 100 years, but the hydrographic
network of this area has been changed. This is result of increase of stream
network and decrease of wetland areas. The structure and character of the
forest have been changed from wet into dry forest. These changes were noticed on archival maps of this area.Presentation and estimation of the changes in hydrographic network on study area are the aims of this article. The
results are established based on using GIS technology and archival topographic and hydrographic maps of Niepołomice forest.
Key words: Niepołomice forest, hydrographic network, archival maps
93
Wstęp
W badaniach środowiska geograficznego istotnym elementem jest
ukazanie jego zmian w czasie historycznym. Aby to osiągnąć, konieczne jest sięgnięcie do archiwalnych materiałów kartograficznych,
nadanie im georeferencji, a następnie pozyskanie z ich treści potrzebnych danych. Możliwości GIS w zakresie dalszych analiz, przetworzenia informacji przestrzennej i jej zmian są ogromne (Longley i in.
2008). Problemem stojącym przed badaczem jest dostępność i jakość
danych wejściowych, która musi zostać poddana weryfikacji i ocenie
na samym początku projektu badawczego (Wolski 2012).
Obszar Puszczy Niepołomickiej znajdującej się w zachodniej
części Kotliny Sandomierskiej w przeszłości był terenem podmokłym
z dużym udziałem drzew liściastych i roślinności bagiennej (Nalepka
1994, Starkel 2001). Pierwsze melioracje mające na celu zmianę stosunków wodnych w Puszczy Niepołomickiej miały miejsce w połowie
XIX wieku (Bzowski 1973). Następne odwodnienia przeprowadzono
w latach 1928-1934, które opisano w monografii „Roboty wodne
i melyoracyjne w południowej Małopolsce” (Kędzior 1929). Od tego
momentu do początku lat 90. zaprzestano działań mających na celu
zagęszczenie sieci drenażu, przez co infrastruktura uległa zamuleniu
(Suliński 1981, Zielonka 2012).
Wymienione powyżej zmiany dokonane w sieci hydrograficznej
zostały odnotowane na archiwalnych i współczesnych mapach tego
obszaru. Obszerny materiał kartograficzny i teledetekcyjny terenu
Puszczy Niepołomickiej był kilkukrotnie przedmiotem analiz (Trafas
1979, Wężyk, Bednarczyk 2005). W artykule za cel przyjęto dokonanie prezentacji oraz oceny wielkości zmian sieci drenażu.
Przedmiotem badań były następujące elementy: długość i zagęszczenie sieci drenażu, powierzchnia obszarów podmokłych na terenie i w okolicach Puszczy Niepołomickiej (Ryc. 1).
94
Zmiany sieci hydrograficznej w okolicach puszczy niepołomickiej w xx wieku...
Ryc. 1. Lokalizacja terenu badań (źródło: opracowanie własne):
1 – teren badań, 2 – województwo małopolskie, 3 – Polska.
Fig. 1. Location of study area (source:own study): 1 – study area,
2 – małopolskie voivodeship, 3 – Poland.
Materiał i metody
Materiał badawczy stanowiły cztery mapy średnioskalowe pochodzące z różnych przedziałów czasowych (Tab. 1). Były to trzy archiwalne mapy topograficzne (Karte… 1915, Mapa Topograficzna…
1936, Mapa Topograficzna… 1975) i jedna tematyczna mapa hydrograficzna (Mapa Hydrograficzna… 2002). W analizie jako punkt odniesienia przyjęto pierwszą mapę, prezentującą stan z przełomu XIX
i XX wieku.
Mapy te zostały wykonane w różnych układach i punktach odniesienia, jak również zostały wykonane w różnych skalach, przez co
na ostateczny wynik analizy mógł mieć wpływ stopień ich generalizacji i błędy interpretacyjne – np. wynikające z przyjętych oznaczeń
na Karte… (1915) wykonanej w konwencji czarno-białej. Elementy
sieci hydrograficznej są jednak na nich zaznaczone wyraźnie i czytelnie. W wyniku ich wektoryzacji powstał materiał wejściowy do analizy w programie GIS (Ryc. 2).
Przygotowane warstwy wektorowe reprezentują poszczególne
elementy sieci hydrograficznej w okolicach Puszczy Niepołomickiej
w czterech momentach czasowych (Tab. 1, kolumna 5). Za pomocą
funkcji w programie GIS obliczono ich podstawowe parametry – długość i powierzchnię – oraz ich pochodne: zagęszczenie sieci drenażu
(km/km2). W dalszej części posłużono się prezentacją zmian zagęszczenia sieci wodnej za pomocą obliczenia ekwidystant od cieków
wodnych dla każdego okresu. Wyniki odniesiono do podstawy, za
jaką przyjęto stan z 1915 i poddano analizie.
95
Witold Jucha
Tab. 1. Podstawowe informacje o mapach archiwalnych użytych w artykule.
Tab. 1. Basic information about archival maps used in the article.
Rok
wydania*
Aktualizacja
Skala
Źródło
Scale
Data source
Koniec
XIX
wieku
1:100 000
http://mapywig.
org/
1936
Lata 30.
XX wieku
1:100 000
http://mapywig.
org/
1975
Lata 70.
XX wieku
1:50 000
WODGiK**,
Urząd
Marszałkowski
w Krakowie
2002
Koniec
XX wieku
1:50 000
WODGiK**,
Urząd
Marszałkowski
w Krakowie
Lp
Nazwa
Godła arkuszy
Nr
Name
Emblems
1.
Karte des
westliches
Russland
F41 Słomniki
G41 Koszyce
1915
2.
Mapa Topograficzna
Wojskowego
Instytutu
Geograficznego
P48S30
Kraków
P48S31 Brzesko Nowe
3.
Mapa Topograficzna
Polski
w układzie
1965
163.4
Proszowice
173.2 Bochnia
4.
Mapa hydrograficzna
Polski
w układzie
1992
M-34-65-A
Nowe Brzesko
M-34-65-C
Kraków
Wschód
Publication
Update
* w dalszej części artykułu i na rycinach dane pochodzące z map będą oznaczone skrótowo za pomocą roku wydania
** WODGiK – Wojewódzki Ośrodek Dokumentacji Geodezyjnej i Kartograficznej* in the article and on the figures the data used from maps are named
by shortcut as year of publication
** WODGiK – Voivodeship Bureau of Geodetic and Cartographic Documentation
źródło: opracowanie własnesource: own study
96
Ryc. 2. Wejściowe dane wektorowe użyte w artykule (źródło: opracowanie własne): 1 – Puszcza Niepołomicka, 2 – cieki, 3 – zbiorniki wodne,
4 – obszary podmokłe.
Fig. 2. Entrance vector data used in the article (source: own study):
1 – Niepołomice forest, 2 – rivers, 3 – water reservoirs, 4 – wetland areas.
Wyniki
Odległości od sieci wodnej na badanym terenie nie przekraczają czterech kilometrów (Ryc. 3). Na większości obszaru były one mniejsze
niż 2,5 km, co przyjęto jako najwyższą wartość zapisaną na skali
ekwidystant. Wyniki przeprowadzonych obliczeń przedstawiono metodą chorochromatyczną.
Długość i zagęszczenie sieci drenażu w okolicach Puszczy Niepołomickiej wzrosły ponad dwukrotnie w badanym okresie czasu (Tab. 2). Teren samej Puszczy Niepołomickiej został poddany
w większym stopniu melioracjom. Obliczona wartość dla Puszczy
z lat 70. pokrywa się z wielkością 4,2 km/km2 podaną w literaturze
(Bzowski 1973).
97
Witold Jucha
Ryc. 3. Ekwidystanty od cieków i zbiorników wodnych w poszczególnych
przedziałach czasowych w okolicach Puszczy Niepołomickiej (źródło: opracowanie własne): 1 – Puszcza Niepołomicka, 2 – cieki, 3 – zbiorniki wodne,
4 – odległość od cieków i zbiorników wodnych.
Fig. 3. Equidistances from rivers and water reservoirs in periods of time
in the nearest from Niepołomice forest (source: own study):
1 – Niepołomice forest, 2 – rivers, 3 – water reservoirs, 4 – distance from
rivers and water reservoirs.
Na badanym terenie w 1915 roku obszary podmokłe stanowiły
łącznie niecałe 30 km2 (Tab. 3). W latach 1915-1975 uległy one ponad dziesięciokrotnemu zmniejszeniu, do niecałych 3 km2. Proces
ten miał największe tempo w okresie lat 1936-1975. W 2002 roku
powierzchnia obszarów podmokłych wynosiła 1,7 km2 – niecałe 6%
areału zajmowanego w roku 1915.
98
Gęstość sieci
drenażu.
Density of drainage network
Długość sieci
drenażu
Length of
drainage network
(km/km2)
(km/ km2)
< 0,5 km
0,5-1,0 km
1,0-1,5 km
1,5-2,0 km
2,0-2,5 km
2,5 < km
Puszcza
Forest
% (1915 =
100)
Cały
obszar
Full
area
Powierzchnia obszaru oddalonego od
sieci drenażu (km2):
Area of equidistances from drainage
network (km2):
km
Rok / Year
Tab. 2. Zmiany parametrów sieci drenażu w okolicach Puszczy
Niepołomickiej.
Tab. 2. Changes of parameters of drainage network in the nearest
from Niepołomice forest.
1915
246,3
100
0,78
2,07
182,7
65,1
28,2
15,5
9,1
7,8
1936
325,9
132,3
1,05
2,74
226,8
61,7
15,3
4,1
1.3
0,4
1975
557,1
226,2
1,80
4,21
278,9
27,4
3,4
0,1
0,0
0,0
2002
652.4
264,9
2,11
4,70
289,1
18,1
1,8
0,0
0,0
0,0
źródło: opracowanie własne
source: own study
Tab. 3. Zmiany powierzchni obszarów podmokłych w okolicach Puszczy
Niepołomickiej.
Tab.3. Changes of wetland areas in the nearest from Niepołomice forest.
Rok
Year
Powierzchnia obszarów
podmokłych (km2)
Wetland area (km2)
Zmiany powierzchni (1915 = 100%)
Changes of wetland area (1915 = 100%)
1915
29,3
100
1936
21,8
74,33
1975
2,6
8,97
2002
1,7
5,66
źródło: opracowanie własne
source: own study
99
Witold Jucha
Dyskusja
W XX wieku doszło do zmian stosunków wodnych na obszarze całej
Kotliny Sandomierskiej (Wilgat, Kowalska 1975). W ich wyniku
nastąpiły następujące przemiany:
- koryta dużych rzek zostały częściowo skanalizowane, zwężone
i wyprostowane (Ryc. 2);
- pojawiło się wiele nowych cieków o prostolinijnym charakterze
(kanały i rowy odwadniające) (Ryc. 2);
- w wyniku zagęszczenia sieci wodnej zmniejszeniu uległy
odległości między ciekami wodnymi (Ryc. 3);
- zmniejszeniu uległy ogólna powierzchnia i tereny zajmowane
dotychczas przez obszary podmokłe (Tab. 3).
Zwiększenie długości i gęstości sieci drenażu (Tab. 2) oraz zmniejszenie powierzchni obszarów podmokłych (Tab. 3) nastąpiło
w wyniku przekształcenia obszaru Puszczy Niepołomickiej w las
gospodarczy, oraz osuszenia sąsiadujących z nią podmokłych łąk
i pastwisk (Bzowski 1973). W związku z tym odnotowane zmiany
zaznaczające się w źródłach kartograficznych są efektem zamierzonej działalności człowieka.
Wnioski
1. Pozyskane dane wejściowe (Ryc. 2) stanowią wynik podwójnej
interpretacji autorów mapy i autora opracowania (Trafas 1975).
Ponadto na wyniki mogły wpłynąć różne założenia matematyczne
map, przyjęty stopień generalizacji i różne definicje obiektów zaznaczonych na mapie. Zaobserwowane zmiany są jednak na tyle duże,
że błąd pomiaru nie wpłynąłby znacząco na ich kierunek (Wolski
2012).
2. Zmiany stosunków wodnych na badanym obszarze w XX
wieku znalazły wyraźne odzwierciedlenie na następujących po sobie
mapach topograficznych i hydrograficznych wykonywanych dla tego
terenu. Mimo różnic wynikających z różnych technik wykonania map
można stwierdzić, że teren Puszczy Niepołomickiej i okolic został
w objętym badaniami przedziale czasowym niemal całkowicie zmeliorowany i osuszony.
100
Bibliografia
Bzowski M. 1973. Rzeźba i stosunki wodne dna doliny Wisły w rejonie
północnej części Puszczy Niepołomickiej. [w:] Miedwiecka-Kornaś A.
(red.). Przyroda północnej części Puszczy Niepołomickiej i jej ochrona
cz. 2. Wyd. PWN. Warszawa. 7: 7-38.
Kędzior A. 1929. Roboty wodne i melyoracyjne w południowej Małopolsce.
Wyd. Książnica-Atlas. Lwów. 2: 4-56.
Longley P.A., Goodchild M.F., Maguire D.J., Rhind D.W. 2008. GIS Teoria
i praktyka. Wyd. PWN. Warszawa. 36-62.
Nalepka D. 1994. Historia roślinności w zachodniej części Kotliny Sandomierskiej w czasie ostatnich 15 000 lat. [w:] Wiadomości botaniczne.
Wyd. PAN. Kraków. 38: 95-105.
Suliński J. 1981. Zarys klimatu, rzeźby terenu i stosunki wodne w Puszczy
Niepołomickiej. [w:] Studia Ośrodka Dokumentacji Fizjograficznej
PAN. Wyd. PAN. Kraków. 9: 25-69.
Starkel L. 2001. Historia doliny Wisły od ostatniego zlodowacenia do dziś.
[w:] Monografie PAN. Wyd. IGiPZ PAN. Warszawa. 2: 61-86.
Trafas K. 1975. Zmiany biegu koryta Wisły na wschód od Krakowa
w świetle map archiwalnych i fotointerpretacji. [w:] Prace geograficzne
Uniwersytetu Jagiellońskiego. Wyd. UJ. Kraków. 40: 17-32.
Wężyk P., Bednarczyk P. 2005. Testowanie metod i algorytmów klasyfikacji
wysokorozdzielczych zobrazowań satelitarnych Puszczy Niepołomickiej. [w:] Roczniki Geomatyki. Warszawa. 3: 163-175.
Wilgat T., Kowalska A. 1975. Wpływ działalności gospodarczej na stosunki
wodne Kotliny Sandomierskiej. [w:] Dokumentacja Geograficzna. Wyd.
IGiPZ PAN. Warszawa. 5-6: 7-56.
Wolski J. 2012. Błędy i niepewność w procesie tworzenia map numerycznych.
[w:] Prace Komisji Krajobrazu Kulturowego PTG. Wyd. UŚ. Sosnowiec.
16: 15-32.
Zielonka T. 2012. Zróżnicowanie zbiorowisk roślinnych w Puszczy Niepołomickiej. [w:] Wpływ gospodarki leśnej na odnawialne zasoby przyrodnicze Puszczy Niepołomickiej i sąsiednich kompleksów leśnych na
Nizinie Nadwiślańskiej. Mat. Konferencyjne. Kraków – Niepołomice.
20-22.
101
Witold Jucha
mgr inż. Witold Jucha
Zakład Geografii Fizycznej
Instytut Geografii Uniwersytetu Pedagogicznego w Krakowie
102
Anna Mazur
Marzena Płaza
Mariusz Antolak
EPISTEME
22/2014, t. II
s. 103-110
ISSN 1895-2241
AESTHETIC EVALUATION OF LANDSCAPE
IN RAIL ROUTE FROM TCZEW
TO OLSZTYN MAIN STATION
OCENA ESTETYCZNA KRAJOBRAZU NA TRASIE
KOLEJOWEJ TCZEW – OLSZTYN GŁÓWNY
Abstrakt. Niniejszy artykuł dotyczy ogólnej oceny estetycznej krajobrazu
z perspektywy osób podróżujących koleją na trasie Tczew – Olsztyn
Główny. Odcinek poddany analizie liczy 145 km. W badaniach posłużono
się metodą opracowaną przez Wejcherta. Oceniano zarówno harmonijne
i dysharmonijne elementy wpływające na jakość krajobrazu. Wyniki badań
przedstawiono graficznie za pomocą tak zwanej krzywej wrażeń. Zauważono wyraźną tendencję wzrostu wartości badanej przestrzeni pomiędzy
stacjami, gdzie odczuwa się harmonię obiektów kulturowych i elementów
przyrodniczych, a także znaczny spadek owych wartości w granicach poszczególnych miejscowości.
Słowa kluczowe: przestrzeń miejska, waloryzacja, krzywa wrażeń
Summary. This article relates to the overall aesthetic evaluation of landscape from the perspective of people traveling by train on the route from Tczew
to Olsztyn Main Station. The analyzed episode counts 145 km. The method
developed by Wejchert was used in the studies. The study rated both harmonious and disharmonious elements that affect the quality of the landscape.
The test results are shown graphically by the so -called impressions curve.
A clear upward trend in the test area between the stations has been noted,
in particular where you feel the harmony of cultural objects and natural elements, as well as a significant decrease in these values within each village.
Key words: urban space, valorisation, impressions curve
103
Anna Mazur, Katarzyna Ruszczycka, Marzena Płaza, Mariusz Antolak
Wstęp
Walory estetyczne krajobrazu są nieodłączną jego cechą, która ściśle
związana jest z obserwatorem. Krajobraz obserwowany z trasy jest
zdecydowanie różny od tego, który widzimy z konkretnego punktu.
Dlatego należy mieć świadomość, że krajobraz w ruchu, jest niepełnym obrazem otaczającej przestrzeni. Jednak proces poznania
i odbierania przestrzeni najczęściej następuje w ruchu. [Janeczko
2011]. Podjęty problem obserwacji, oceny przestrzeni w taki sposób
wydaje się być aktualny zwłaszcza obecnie, kiedy współczesny świat
zdominowany jest przez szybką komunikację.
Wśród wszystkich dostępnych środków lokomocji znaczącą
rolę odgrywa transport kolejowy. Według danych zamieszczonych
przez portal internetowy rynek-kolejowy.pl liczba pasażerów PKP
w roku 2013 wyniosła 270 milinów [rynek-kolejowy.pl]. Można tym
samym traktować tę grupę osób jako potencjalnych obserwatorów
krajobrazu. Przestrzeń postrzegana z drogi, którą przemierzają, to
czasami jedyna informacja i główne źródło wiedzy o danym miejscu.
Poznają i rejestrują wtedy walory krajobrazu, jego dziedzictwo,
charakter poczym wydają szybko, niestety często błędny osąd na
temat całej miejscowości czy otoczenia. Spowodowane jest to subiektywnymi odczuciami podróżnych doznanymi w tym konkretnym
miejscu.
Celem pracy jest ocena estetyczna krajobrazu na trasie kolejowej Tczew-Olsztyn główny. Postawiono tezę, że krajobraz na odcinkach terenów otwartych trasy, (pomiędzy miejscowościami) posiada większe walory estetyczne niż ten w obrębie terenów zurbanizowanych.
Materiał i metody
Badania krajobrazu rozpościerającego się wzdłuż linii kolejowej
relacji Tczew – Olsztyn Główny przeprowadzono w oparciu o metodę krzywej wrażeń Wejcherta. Przedstawia ona „graficzne napięcia wrażeń i doznań emocjonalnych, występujących u obserwatora
w trakcie przesuwania się ciągiem czasoprzestrzennym” [Bajerowski i in.
2000]. Metoda ta pozwala dokładnie i obrazowo przedstawić jakość
krajobrazu, na którą bezpośrednio wpływają zarówno wartościowe,
104
Aesthetic evaluation of landscape in rail route from Tczew to Olsztyn main station
jak i dysharmonijne elementy przestrzeni. Uzyskaną krzywą należy
odczytywać, jako ilustrację przeciętnych wrażeń, będącą umownym
porównaniem oddziaływania następujących po sobie obrazów. Oś pozioma stanowi skalę czasową i liniową, na której oznacza się punkty
widokowe na trasie przesuwania się obserwatora obserwatora. Oś
pionowa natomiast przedstawia skalę napięć wrażeń, powstających
pod wpływem układów o różnych wartościach przestrzennych i znaczeniowych [Wejchert 1984].
Długość badanej trasa kolejowej wynosi 145 kilometrów. Podzielono ją na 11 fragmentów, z czego 6 to odcinki w obrębie miejscowości
a 5 pozostałych to tereny pomiędzy nimi. Należy podkreślić, że
wybrano miejscowości na stacjach których zatrzymuje się pociąg TLK
relacji Tczew-Olsztyn Główny. Przy waloryzacji terenów otwartych
i obszarów miejskich kierowano się odmiennymi kryteriami oceny,
ale w obu przypadkach oparte były one o podział na elementy harmonijne i dysharmonijne. Do elementów harmonijnych w obrębie
terenów zurbanizowanych zakwalifikowano: harmonijną zabudowę, występowanie obiektów zabytkowych, obecność elementów
wodnych w krajobrazie miejskim, atrakcyjną panoramę, odnowiony
dworzec, zieleń miejska, zadbana i atrakcyjna przestrzeń miejska.
Wyznaczono też elementy dysharmonijne: chaotyczna zabudowa,
obecność kominów i budynków fabrycznych, zaniedbane przestrzenie??? , obiekty popadających w ruinę, zaniedbany dworzec, widoczne składowiska śmieci i złomu oraz składy węgla. W przypadku terenów otwartych elementami pozytywnymi były: harmonijna zabudowa, bogata topografia terenu, dobrze widoczna linia horyzontu,
występowanie obiektów zabytkowych, obecność cieków i zbiorników
wodnych, występowanie lasów, zachowane leje drzew. Do elementów
dysharmonijnych na tych terenach zaliczono: chaotyczną zabudowę,
zaniedbane gospodarstwa, istnienie obiektów popadających w ruinę, występowanie ekranów akustycznych, drogę szybkiego ruchu,
obecność linii wysokiego napięcia, obiekty przemysłowe, tereny
inwestycji w trakcie budowy.
Każdemu zweryfikowanemu komponentowi o charakterze
pozytywnym przypisywano jeden punkt, natomiast w przypadku
elementów dysharmonijnych punkty odejmowano. Po zbilansowaniu
danych, uzyskano oceny końcowe, odpowiadające poszczególnym od105
cinkom trasy. Maksymalna ocena możliwa do osiągnięcia na każdym
waloryzowanym odcinku to 7 punktów, najniższa zaś to -7. W ostatecznym zestawieniu przyznane punkty odzwierciedlają poziom
atrakcyjności wizualno-estetycznej badanego krajobrazu.
Wyniki
Odnotowano, że prawie wszystkie odcinki terenów otwartych, podlegających analizie uzyskały wartości dodatnie. Jedynie obszar między
Elblągiem a Pasłękiem oceniono negatywnie (-1 pkt). Natomiast
odwrotnie wygląda sytuacja w przypadku terenów zurbanizowanych,
gdzie niemal wszystkie odcinki tych terenów uzyskały punkty
ujemne, a tylko trasę przebiegającą przez obszar Malborka oceniono pozytywnie (1 pkt). Spośród wszystkich jedenastu badanych
odcinków najwyższe noty przyznano terenom otwartym między
następującymi miastami: Pasłęk – Morąg (4 pkt), Morąg – Olsztyn
Gł. (3 pkt) oraz Tczew – Malbork (2 pkt). Najniżej zaklasyfikowano
odcinki terenów miejskich: Morąg (-5 pkt), Olsztyn Główny (-4 pkt),
Pasłęk i Elbląg (-2 pkt). Dokładne zestawienie wyników badań przedstawia poniższa tabela (tab. 1 ):
Harmonijna
zabudowa
-
-
-
-
-
-
Obiekty zabytkowe
+
+
-
-
-
+
Zbiorniki i cieki
wodne w krajobrazie zurbanizowanym
+
+
+
-
-
-
106
Elementy harmonijne
w terenie zurbanizowanym
Olsztyn Główny
Morąg -Olsztyn
Morąg
Pasłęk-Morąg
Pasłęk
Elbląg-Pasłęk
Elbląg
Malbork – Elbląg
Malbork
Tczew -Malbork
Tczew
Tab. 1. Zestawienie wyników waloryzacji jedenastu fragmentów trasy
Tczew – Olsztyn Główny
+
+
-
-
-
-
Odnowiony
dworzec
+
+
+
-
-
-
Zieleń miejska
-
-
-
-
-
+
Atrakcyjna i
zadbana przestrzeń miejska
-
-
-
-
-
-
-
+
-
+
-
Zbiorniki i cieki
wodne
+
-
-
+
-
Harmonijna
zabudowa
-
-
-
+
+
Bogata topografia terenu
-
-
+
+
+
Linia horyzontu
+
+
-
-
-
Lasy
-
-
+
+
+
Aleje
+
+
+
-
-
Chaotyczna
zabudowa
+
+
+
+
+
+
Kominy,
budynki fabryczne
+
-
+
-
+
+
Zaniedbane
przestrzenie
+
+
+
-
+
+
Obiekty popadające w ruinę
-
-
-
-
-
-
Elementy dysharmonijne
Obiekty zabytkowe
Elementy harmonijne w terenie
otwartym
Atrakcyjna panorama miasta
Elementy harmonijne
107
-
-
-
-
-
+
Wysypiska
śmieci/złomu/
składy węgla
+
-
+
+
+
-
Linie energetyczne / linie
wysokiego napięcia
+
+
+
+
+
+
Chaotyczna
zabudowa
+
+
+
-
-
Obiekty
przemysłowe
-
+
-
-
-
Zaniedbane gospodarstwa
-
+
+
+
-
Obiekty
popadające w
ruinę
-
-
-
-
-
Ekrany akustyczne
-
-
+
-
-
Droga szybkiego
ruchu
-
-
+
-
-
Linie energetyczne / linie wysokiego napięcia
-
-
-
-
-
Ocena końcowa
-1
2
1
0
-3
-1
-3
4
-5
3
Elementy dysharmonijne w terenie otwartym
Zaniedbany
dworzec
Elementy dysharmonijne
w terenie zurbani
-4
Zgodnie z założeniami metody krzywej wrażeń Wejcherta wyniki
badań zaprezentowano za pomocą wykresu, który obrazowo przedstawia jakość waloryzowanego krajobrazu (ryc. 1.).
108
Ryc. 1. Krzywa wrażeń ilustrująca jakość krajobrazu na trasie Tczew –
Olsztyn Główny
Wnioski i dyskusja
Uzyskane wyniki potwierdziły stawianą tezę, mówiącą o tym,
że krajobraz na odcinkach terenów otwartych trasy, (pomiędzy
miejscowościami) posiada większe walory estetyczne niż ten
w obrębie terenów zurbanizowanych. Nie oznacza to jednak, że wartość wizualna krajobrazu wzrasta wraz ze stopniem jego naturalności.
Zarówno przyrodnicze elementy jak również te pochodzenia antropogenicznego mogą w jednakowym stopniu pozytywnie wpływać na
jakość przestrzeni. Przykładem może być fragment trasy na odcinku
Tczew – Malbork, który prezentuje krajobraz silnie zantropongenizowany, a jednak został on oceniony wysoko (2 pkt). Powodem tego
jest występowanie na tym terenie cennych elementów kulturowych,
które stanowią świadectwo dziedzictwa kulturowego regionu Żuław
Wiślanych i tym samym istotnie podnoszą jego wartość. Należą do
nich: wyraźnie widoczna linia horyzontu, aleje oraz obiekty zabytkowe.
Niestety elementy kulturowe bardzo często negatywnie
wpływają na jakość przestrzeni. Można zaobserwować to zwłaszcza
w terenach zurbanizowanych, czego przykładem jest obszar miasta
Morąg. W jego obrębie odnotowano następujące elementy dysharmonijne: chaotyczna zabudowa, budynki i kominy fabryczne, zaniedbane przestrzenie, wysypiska śmieci, złomu, składy węgla oraz linie
energetyczne.
109
Zauważono wyraźną potrzebę podniesienia walorów estetycznych krajobrazu kształtowanego wzdłuż polskich szlaków kolejowych. Należy zadbać o przestrzeń wzdłuż linii kolejowych a szczególnie w obrębie miast i mniejszych miejscowości. Krajobraz widziany z okien pociągu powinien stanowić wizytówkę miasta. Ważnym
aspektem w działaniach dążących do poprawy odbioru przestrzeni
jest eliminacja elementów dysharmonijnych bądź przysłanianie ich
partiami zieleni. „Kłopotliwe” - przemysłowe części miast mogą
przynieść wiele pozytywnych wrażeń, pod warunkiem, iż zostaną
zrewitalizowane i wzbogacone o elementy zieleni.
Bibliografia
Bajerowski T. Sanetra A. Szczepańska A. 2000. Wycena krajobrazu. Rynkowe
aspekty oceny i waloryzacji krajobrazu. Wydawca EDUCATERRA.
Olsztyn.
Janeczko E. 2011. Waloryzacja krajobrazu leśnego wzdłuż szlaków komunikacyjnych. Wydawnictwo SGGW. Warszawa.
Wejchert K. 1984. Elementy kompozycji urbanistycznej. Arkady. Warszawa
mgr inż. arch. kraj. Marzena Płaza
mgr inż. ach. kraj. Anna Mazur
mgr inż. ach. kraj. Katarzyna Ruszczycka
dr inż. ach. kraj. Mariusz Antolak
[email protected]
110
Maria Ostrowska-Dudys
Justyna Małyszko
Opiekun naukowy: prof. dr hab. inż. Edward Hutnik
EPISTEME
22/2014, t. II
s. 111-120
ISSN 1895-2241
DOSTOSOWANIE GOSPODARSTW ROLNYCH
GMINY STRONIE ŚLĄSKIE DO PEŁNIONEJ
FUNKCJI AGROTURYSTYCZNEJ
ADAPTATION OF THE FARM STRONIE ŚLĄSKIE
COMMUNITY TO THEIR AGROTOURIST FUNCTION
Abstrakt. Sytuacja społeczno-gospodarcza na terenach podgórski gminy
Stronie Śląskie zmusił rolników do rozszerzenia działalności o usługi agroturystyczne. Spowodowało to zmiany funkcji zabudowy i przestrzeni, które
łączą w sobie produkcję rolniczą z agroturystyką. Zagadnienie zagospodarowania gospodarstw agroturystycznych nie było rozpatrywane do tej
pory w tak szerokim zakresie przestrzennym. Dotychczasowo zajmowano
się agroturystyką jako zagadnieniem ekonomicznym i turystyczno-socjologicznym oraz badano zabudowę pod kątem projektowym. W artykule
opisano wyniki badań, pokazujące różnorodność zmian funkcji zabudowy
i przestrzeni, gospodarstw agroturystycznych, z zachowaniem elementów
wykorzystywanych do prowadzenia produkcji rolniczej. Dostosowanie terenu gospodarstw agroturystycznych najczęściej zachodzi w zakresie zabudowy i infrastruktury, niestety najmniej w estetycznym zagospodarowaniu
terenu, pod kątem uzupełnienia programu oferty agroturystycznej, oraz
w zakresie zieleni.
Słowa kluczowe: gospodarstwo agroturystyczne, przestrzeń, oferta agroturystyczna.
Summary. Social-economic situation in the submontane areas of the
commune Stronie Slaskie forced farmers to expand the business of agroturistic services. This resulted in a change in the function of buildings and
spaces that combine the agricultural production with agrotourism. The
question of development of tourist farms was not considered so far, such
broad range of planning. Until now dealt with the issue of agrotourism as an
economic and tourist-sociological and buildings was studied for the design.
111
The article describes the results of studies that show a variety of changes
in the function of buildings and spaces, tourist farms, preserving elements
used to conduct agricultural production. Suitability of the land of tourist
farms most often occurs in the field of construction and infrastructure, but
at least in aesthetic land use, in order to complete the program offers agritourism, and on the greens.
Key words: farm, agrotouris, space, offers.
WSTĘP
Rozwój turystyki związanej z terenami rolniczymi jest istotnym
założeniem planów Wspólnej Polityki Rolnej (WPR) krajów składających się na Unię Europejską. Mówi o tym fragment Rezolucji
Parlamentu Europejskiego , gdzie wspominano, że osiągnięcie celów
WPR jest tam, gdzie przedsiębiorstwa rolne zamierzają przyjmować
gości i udzielać im noclegu, aby poprawić dochody przedsiębiorstwa,
zapewnić pozostawienie rolników na obszarach wiejskich, chronić
krajobraz oraz zachować tożsamość świata wsi przez promowanie
miejscowych tradycji oraz miejscowych specjalności w zakresie gastronomicznym [Sawicki, Bergier, 2005].
W literaturze można znaleźć kilka definicji agroturystyki,
np.: Błoński i Kożuchowska [2000] podają, że Agroturystyka to
„wypoczynek bezpośrednio w zagrodzie, połączony z obserwacją
i uczestnictwem w codziennych zajęciach jej stałych mieszkańców,
możliwość korzystania z produktów gospodarstwa, a także z innych ofert, które to gospodarstwo stwarza”. Agroturystyka to nic
innego jak pobyt turystów organizowany przez rodzinę wiejską,
w jej własnym gospodarstwie rolnym. Zakwaterowanie odbywa się
najczęściej w tradycyjnych i prostych izbach, pokojach lub domach
gościnnych. Gospodarze często sprzedają zdrową żywność, wyroby
sztuki ludowej i rzemiosła artystycznego, a także przygotowują posiłki, lub organizują dodatkowe atrakcje, takie jak: kuligi, ogniska,
rajdy konne [Herbst, 2002].
Otoczenie, w którym odbywa się działalność agroturystyczna, nazywane jest przestrzenią agroturystyczną i jest rozumiane jako teren gospodarstwa z jego zabudowaniami, naturalnym
ukształtowaniem terenu oraz zmianami antropologicznymi. Przestrzeń agroturystyczna obejmuje bliższą i dalszą okolicę gospodarstwa,
112
Dostosowanie gospodarstw rolnych gminy stronie śląskie do pełnionej funkcji...
w szerszej perspektywie niż pojęcie wiejskiej przestrzeni rekreacyjnej. Zawiera w sobie takie zagadnienia jak ukształtowanie powierzchni i architekturę okolicy (np. architekturę wsi), pejzaż wnikający z działalności produkcyjnej człowieka, ale także czystość
powietrza, wód, zapachów, natężenia hałasu itp. [Sznajder, Przezbórska, 2006].
Zabudowa i zagospodarowanie zagrody agroturystycznej, powinny spełniać wymagania ogólne, które umożliwiają pełnienie dwóch
podstawowych funkcji. Pierwsza funkcja jest związana z życiem rolnika i jego rodziny oraz druga, produkcyjna - związana z funkcjami
produkcyjnymi gospodarstwa rolnego. W przypadku świadczenia
usług agroturystycznych, przestrzeń gospodarstwa jest miejscem realizacji oferty, do której powinna być przystosowana. Jest to trzecia
dodatkowa funkcja.
Wyniki badań zostaną skonfrontowane z tymi wymaganiami
w dalszej części artykułu.
MATERIAŁ I METODY
W celu zbadania stopnia dostosowania gospodarstw rolnych do
pełnionej funkcji agroturystycznej, posłużono się analizą danych
statystycznych oraz badaniami terenowymi. Analiza danych GUS
z terenu województwa dolnośląskiego wskazała, że ponad 30%
gospodarstw agroturystycznych znajduje się w powiecie kłodzkim.
Wytypowano z powiatu kłodzkiego gminę Stronie Śląskie, z której
wylosowano 10 gospodarstw rolnych pełniących równocześnie
funkcję agroturystyczną . Badanie zmian funkcji gospodarstw wymaga przeprowadzenia badań jakościowych w zakresie zabudowy i infrastruktury oraz przestrzeni gospodarstwa. Do oceny stopnia zużycia technicznego wykorzystano metodę opisową, rysunki i fotografie
wykonywane podczas wizji w terenie. Dane dotyczące gospodarstw
zapisano na kartach charakterystyki identyfikacyjnej. Do oceny
przestrzeni wykorzystano metodę wywiadu (rozmowa z właścicielem
gospodarstwa) oraz na karcie wywiadu sporządzono dokumentację
opisową, rysunkową i fotograficzną. Zakres inwentaryzowanych informacji przedstawia Tabela 1.
113
Tab. 1. Rodzaj katalogowanych informacji w zależności od metody badań.
Nazwa karty pracy
Rodzaj uzyskanych danych
– informacje o stanie zabudowy i infrastruktury
gospodarstwa przed rozpoczęciem działalności
agroturystycznej;
– informacje o dokonanych modernizacjach, remonKARTA WYWIADU
tach i zmianach funkcjonalnych zabudowy;
– ogólne informacje o prowadzeniu usług agroturystycznych (data i powód rozpoczęcia, oferowana usługa, miejsce kwaterowania etc.).
KARTA CHARAKTERYSTYKI
IDENTYFIKACYJNEJ
– informacje o technologii budowy i wykorzystanych
materiałach;
– informacje o dokonanych modernizacjach, remontach i zmianach funkcjonalnych zabudowy;
– informacje ogólne o zabudowie i przestrzeni
(powierzchnia, liczba kondygnacji etc.);
– dane konstrukcyjno-materiałowe
Źródło: Opracowanie własne na podstawie przyjętej metodyki.
W celu oceny stopnia dostosowania gospodarstw do pełnionej
funkcji agroturystycznej posłużono się metodą opisową oraz prostymi metodami statystycznymi.
WYNIKI
Gospodarstwa agroturystyczne na terenie gminy Stronie Śląskie,
które zostały przebadane, najczęściej powstawały w latach 19902000. W latach 2000-2010 nie przybyło żadnego gospodarstwa, natomiast po roku 2010 zaczęły powstawać nowe gospodarstwa.
Prawie połowa gospodarstw ma powierzchnię ponad 20 ha na terenach górskich o niskiej klasie bonitacyjnej, co przeliczeniowo daje
około 2 ha. Reszta właścicieli gospodaruje na powierzchni położonej
bezpośrednio przy zabudowie zagrodowej, mniejszej niż 5 ha.
Ponad 50% gospodarstwa agroturystycznych na badanym terenie powstało w wyniku potrzeby zarobku, najczęściej było to
związane z możliwością uzyskania dodatkowego źródła dochodu
z działalności rolniczej. Około 30% właścicieli zdecydowało się ro114
zpocząć działalność agroturystyczną ze względu na posiadanie niewykorzystanych budynków i przestrzeni w gospodarstwie. Niewiele
mniej, bo 20% gospodarstw agroturystycznych jest wynikiem zmiany
miejsca zamieszkania i trybu życia właścicieli.
Najczęściej na uruchomienie oferty agroturystycznej decydowali
się ludzie w wieku między 30 a 50 rokiem życia (kategoria wieku
produkcyjnego), niewiele mniej ludzi rozpoczynających działalność
agroturystyczną osiągnęło wiek minimum 50. Zanotowano tylko
jeden przypadek, aby mieszkańcy przed 30 rokiem życia rozpoczęli
działalność agroturystyczną.
Działalność agroturystyczna w ponad połowie przypadków ma
miejsce w gospodarstwach nabytych drogą kupna przez osoby nie
związane z gminą Stronie Śląskie. Około 25% badanych gospodarstw
powstało od podstaw na zakupionym terenie.
Właściciele gospodarstw agroturystycznych najczęściej
korzystają (w ok. 80%) z zewnętrznych środków finansowania, na co
składają się dotacje unijne oraz kredyty. Reszta właścicieli korzystała
z własnych środków finansowych, które przeznaczali na zmianę
funkcji budynków w gospodarstwie.
W objętych badaniami gospodarstwach, zmianie funkcji najczęściej podlegały budynki inwentarskie (obory, stajnie, owczarnie) oraz
budynki o funkcji magazynowej (silosy, składy siana, drewna) i
budynki gospodarcze. Równie często zmianie funkcji ulegały budynki
mieszkalne, ale tylko w części, gdyż nadal pozostawała funkcja
mieszkalna, rozszerzona o udostępnianie miejsc noclegowych (usługa hotelarska).
Każde gospodarstwo oferuje usługi noclegowe wraz z wypoczynkiem i rekreacją, dodatkowo pojawiają się takie usługi jak (od
najczęściej występujących): pobyt w gospodarstwie ekologicznym;
regeneracja, zachowanie zdrowia; spotkania-warsztaty w centrum
kulturalnym; edukacja, kuchnia regionalna, rekreacja konna i hipoterapia, pobyt ze zwierzętami domowymi, praca na roli. Badane gospodarstwa oferowały 3 do 6 usług w swojej ofercie agroturystycznej.
Oferowane miejsca noclegowe najczęściej znajdowały się
w budynku mieszkalnym właściciela agroturystyki, a także w budynkach, które zmieniły funkcję: inwentarskim i magazynowym, sporadycznie w wyremontowanych budynkach gospodarczych (warsztatowych).
115
Tylko jedno gospodarstwo nie miało wytyczonego miejsca
parkingowego i proponowało umiejscowienie samochodu na placu między budynkami, natomiast pozostali gospodarze oferowali
ok. 6 miejsc, najczęściej o nawierzchni gruntowej. Właściciele oferujący miejsca parkingowe w ilości większej niż 8, posiadali parking o
nawierzchni z kostki brukowej, betonowej.
W każdym gospodarstwie, w zakresie małej architektury znajdowało się miejsce na ognisko lub gril oraz teren przeznaczony dla
wypoczynku gości. Tylko jedno gospodarstwo nie miało ogrodzonego terenu zagrody, natomiast ponad połowa oferowała również teren
boiska i ogród w ramach udostępniania miejsca do wypoczynku.
Materiałami wykończeniowymi najczęściej wykorzystywanymi
przez gospodarzy agroturystyk było drewno (jako ogrodzenie i elementy ozdobne w tym mała architektura) i kamień (mury oporowe,
podmurówki i elementy ozdobne małej architektury). W każdym
gospodarstwie zaobserwowano wykorzystanie betonu (w większości
jako tynk, ale zdarzało się też ogrodzenie) oraz metalu - najczęściej
w formie ogrodzenia. Większość gospodarstw posiadała ponad 50%
terenu czynnego biologicznie, czyli o nawierzchni gruntowej lub porośniętej roślinnością.
Zebrane dane porównano z wymaganiami stawianymi gospodarstwom agroturystycznym w zakresie zabudowy i zagospodarowania terenu. Powyższe analizy posłużyły do oszacowania stopnia dopasowania zabudowy i terenu gospodarstw rolnych do funkcji agroturystyki oraz oferowanych usług.
DYSKUSJA I WNIOSKI
Dane odnośnie powstania gospodarstw agroturystycznych mają
potwierdzenie w przemianach społeczno-ekonomicznych, jakie
następowały w Polsce w latach 1990-2000. Zmiany ustrojowe spowodowały, że produkcja na terenach podgórskich stała się nieopłacalna, dlatego wiele gospodarzy zaczęło poszukiwać nowych sposobów
zarobku. Większość badanych gospodarstw powstawało jako dodatkowe źródło dochodu dla rolników, którzy często posiadali duży
areał o niskiej klasie bonitacyjnej oraz niekorzystnych warunkach
fizjograficznych. Najczęściej na rozpoczęcie działalności agro116
turystycznej decydowali się rolnicy w wieku produkcyjnym (także ci,
którzy utracili pracę poza gospodarstwem), a także osoby w wieku
emerytalnym, co często było związane z przeniesieniem się tych osób
na tereny wiejskie.
Kolejny czasokres, w którym powstają gospodarstwa agroturystyczne, to lata 2010 do dziś, gdzie wśród badanych przeważały
osoby młode, często przed 30 rokiem życia lub zaraz po przekroczeniu tego wieku. Jest to związane ze świadomą decyzją tych osób,
co do związania swojej przyszłości z terenami wiejskimi i zarobkiem
z agroturystyki. Świadczyć może o tym również analiza sposobu nabycia gospodarstwa, gdzie przeważa transakcja zakupu ziemi osób
napływowych.
Ze zmianą funkcji zabudowy i przestrzeni gospodarstwa wiąże
się też remont i modernizacja, które w większości były finansowane
ze środków uzyskanych z Programów Rozwoju Obszarów Wiejskich
(PROW) oraz kredytami, sporadycznie wykorzystaniem własnych
oszczędności. Zmianie ulegały budynki inwentarskie, magazynowe
i gospodarcze, które nie były już wykorzystywane w gospodarstwie
rolnym, co dowodzi o dużej pomysłowości właścicieli względem
wykorzystania materiałów i zaplecza nieruchomego. Najczęściej
przystosowanie tych obiektów związane było z generalnymi remontami i wykorzystaniem lokalnych materiałów, takich jak kamień i drewno, a jednocześnie kojarzących się z terenami wiejskimi.
Wszystkie obiekty zostały dostosowane pod katem nowo pełnionej
funkcji i w większości wykończone zgodnie z regionalnym charakterem zabudowy.
Badane gospodarstwa proponowały kilka form wypoczynku, nie
poprzestając na oferowaniu tylko miejsc noclegowych. Najczęstszym
sposobem zatrzymania gościa w gospodarstwie było zaproponowanie wypoczynku i rekreacji w obrębie gospodarstwa, ekologicznych
wyrobów oraz wycieczek i warsztatów w ramach pobytu. Proponowane przez wszystkie badane gospodarstwa miejsca noclegowe
znajdowały się budynkach wcześniej użytkowanych rolniczo i prawie
zawsze posiadały dogodny dojazd oraz miejsce parkingowe.
Nawierzchnia parkingów była niezabezpieczona przed wyciekami, jeśli była to nawierzchnia gruntowa, jednak na terenie gospodarstwa przeważał teren biologicznie czynny. Teren przeznaczony
117
dla wypoczynku gości zawsze charakteryzował się miejscem na zorganizowanie ogniska i grilla, ale nie zawsze był on ogrodzony i tylko
w połowie zagospodarowany był również w zakresie zieleni. Godne uwagi jest wykorzystanie rodzimych materiałów do wykonania
ogrodzenia oraz małej architektury, co nadawało wiejski charakter
zagrodzie.
Tylko jedno z badanych gospodarstw dostosowało przestrzeń
zagrody do oferty agroturystycznej, tworząc ścieżkę dydaktyczną
i miejsce prowadzenia wykładów. Wyróżniało się także pod względem
wykorzystania rodzimych gatunków roślinności ozdobnej. Pozostałe gospodarstwa wzorowały się na gatunkach występujących
w ogrodach miejskich. Większość właścicieli gospodarstw nie zwraca uwagi na aspekt zagospodarowania krajobrazowego, wtapiającego
się w otoczenie, także ze względu na występowanie napowietrznej
sieci elektroenergetycznej. Niektórzy gospodarze starają się upodobnić tereny wokół domu do miejskich, pod względem materiałów
i występujących elementów (stół do tenisa, metalowa huśtawka,
plastikowe urządzenia do zabaw dla dzieci, betonowe nawierzchnie). Spośród badanych gospodarstw, tylko dwa były przygotowane
na przyjęcie osób niepełnosprawnych, natomiast większość zapewniała bezpieczeństwo na terenie gospodarstwa, zwłaszcza dla dzieci
(zabezpieczone urządzenia i maszyny rolnicze). Pod względem sanitarnym i gospodarowania odpadami, każde gospodarstwo szczyciło
się segregacją odpadów, a miejsca składowania śmieci były niewidoczne dla odwiedzających.
Podsumowując gospodarstwa na terenie gminy Stronie Śląskie,
przede wszystkim nastawione są na oferowanie usług noclegowych
i do tego też mają przystosowaną zabudowę i przestrzeń. Popularnością cieszy się także przygotowanie terenu rekreacyjnego dla
agroturystów, którzy odwiedzają region ciekawy pod względem
turystycznym. Najgorzej potraktowanym aspektem przystosowania
terenu gospodarstwa rolnego, do pełnienia funkcji agroturystycznej, jest przestrzeń zagrody, zwłaszcza ogród. Niestety zmniejsza
to atrakcyjność terenu, także pod względem oferty – gość nie lubi
wypoczywać w nieestetycznym otoczeniu.
118
BIBLIOGRAFIA
Parlament Europejski: Rezolucja Parlamentu Europejskiego w sprawie
nowych perspektyw i nowych wyzwań dla zrównoważonej turystyki
europejskiej (2004/2229(INI)).
Błoński J., 2000: Stan i możliwości rozwoju turystyki, w tym agroturystyki
[W:] Aroturystyka. Świetlikowska U. (red.), Warszawa s.16-21
Herbst K. (red.) 2002: Agroturystyka. Materiały szkoleniowe, Ministerstwo
Gospodarki. Departament Turystyki, Warszawa, s. 17, 151-153.
Kożuchowska B. 2000: Podstawowe pojęcia, cechy, składniki agroturystyki
oraz formy samoorganizacji usługodawców. [W:] Aroturystyka.
Świetlikowska U. (red.), Warszawa s. 22-26
Sawicki B., Bergier J. (red.), 2005: Uwarunkowania rozwoju turystyki
związanej z obszarami wiejskimi, Wydawnictwo PWSZ im. Papieża
Jana Pawła II, Biała Podlaska, s. 16.
Sznajder M., Przezbórska L. 2006: Agroturystyka. Polskie Wydawnictwo
Ekonomiczne; Warszawa. s. 56-59
mgr inż. Maria Ostrowska-Dudys
Instytut Budownictwa
Wydział Inżynierii Kształtowania Środowiska i Geodezji
Opiekun naukowy: Prof. dr hab. inż. Edward Hutnik
mgr inż. Justyna Małyszko
Instytut Inżynierii Środowiska
Wydział Inżynierii Kształtowania Środowiska i Geodezji
Opiekun naukowy: dr hab. inż. Tomasz Tymiński
119
Marzena Płaza
Anna Mazur
EPISTEME
22/2014, t. II
s. 121-127
ISSN 1895-2241
PRZEKSZTAŁCENIA UKŁADÓW
RURALISTYCZNYCH NA PRZYKŁADZIE
ŻUŁAWSKIEJ WSI ADAMOWO
TRANSFORMATION OF RURAL COMPLEXES
ON THE BASIS OF VILLAGE ADAMOWO IN THE AREA
OF ŻUŁAWY (NORTHERN POLAND)
Abstrakt. Niniejszy artykuł poświęcony jest tematyce związanej z problemem przekształceń przestrzennych, zachodzących w obrębie wsi. Na
przykładzie żuławskiej wsi Adamowo ukazano zmiany strukturalno-krajobrazowe, stale towarzyszące wszelkim układom ruralistycznym. Przeprowadzone badania, oparte między innymi na analizie porównawczej
archiwalnych materiałów kartograficznych oraz współczesnych ortofotomap, pozwalają określić kierunek zaistniałych przekształceń. Uzyskane
wyniki dowodzą, że realizowanie złej polityki planistycznej skutkuje degradacją krajobrazu.
Słowa kluczowe: struktura wsi, gospodarka przestrzenna, zmiany krajobrazowe
Summary. The following article is devoted to the subject of the problem
of spatial transformation in the rural area. Adamowo, a village in the area
of Żuławy in the northern Poland, is an excellent example depicting the
phenomenon of structural-landscape changes which are constantly present
in various rural complexes. The research conducted in the aforementioned
area, based mainly on a comparative analysis of the archive cartographic
material as well as contemporary orthophotomaps, allows for determining
direction of the existing transformations. The research results have shown
that the realization of wrong planning policy results in the landscape degradation.
Key words: the structure of a village, land management, landscape transformation
121
Wstęp
Zjawisko zmian strukturalno-krajobrazowych znane jest od dawna i powszechnie wiadomo, że stanowi integralny element środowiska, w którym żyje człowiek. Jest to proces, którego nie można w żaden sposób zatrzymać, ale w oparciu o dogłębną wiedzę
i założenia zrównoważonego rozwoju należy umiejętnie nim kierować, przyczyniając się w rezultacie do budowania harmonijnej
i prawidłowo skomponowanej przestrzeni. Niestety, często tereny
funkcjonują bez opracowanych planów zagospodarowania przestrzennego, a władze, którym one podlegają, nie realizują żadnej polityki ochronnej wobec cennych wartości krajobrazowych. Taka sytuacja może bardzo negatywnie wpłynąć na ich rozwój przestrzenny,
niejednokrotnie bowiem wszelkie decyzje planistyczne podejmowane
są przypadkowo, a to bardzo często skutkuje degradacją krajobrazu.
Adamowo to wieś położona na terenie Żuław Wiślanych. Zgodnie z podziałem administracyjnym przynależy do woj. Pomorskiego, powiatu elbląskiego, gminy Elbląg. Wieś ta jest doskonałym
przykładem, ukazującym zjawisko przekształceń przestrzennych.
Sukcesywnie postępujący proces przemian strukturalno-krajobrazowych tej miejscowości doprowadził w konsekwencji do całkowitej
zmiany jej pierwotnego układu ruralistycznego.
Materiał i metody
Zakres przestrzenny badań obejmował obszar wsi Adamowo wraz
z jej najbliższym otoczeniem. Prace zrealizowano w dwóch zasadniczych etapach.
W pierwszej kolejności przeprowadzono badania terenowe, obejmujące inwentaryzację terenu oraz analizę krajobrazową. Podczas
wizji lokalnej dokładnie zapoznano się z obszarem opracowania:
zinwentaryzowano istniejące obiekty architektoniczne, określono
typ układu ruralistycznego, zbadano wielkość, kształt i rozmieszczenie poszczególnych działek siedliskowych. Wykonano także analizę
krajobrazową, precyzującą powiązania widokowe wewnątrz wsi oraz
między Adamowem a jego otoczeniem.
Drugim etapem badań były prace kameralne, polegające na analizie pozyskanych materiałów źródłowych, a także dokumentacji
badań terenowych. Dokonano analizy porównawczej archiwalnych
i współczesnych materiałów kartograficznych. Wśród zgromadzo122
Przekształcenia układów ruralistycznych na przykładzie żuławskiej wsi Adamowo
nych dokumentów znalazły się: mapa z 1893 roku w skali 1:100
000, mapa topograficzna z 1931 roku w skali 1:25 000 (tzw. Messtischblatt), mapa topograficzna z lat 60-dziesiątych XX wieku oraz
współczesna ortofotomapa.
Wyniki
Układ przestrzenny wsi Adamowo uległ całkowitemu przeobrażeniu.
Ta pierwotnie licząca około 41 siedlisk wieś [Lipińska 2011], obecnie posiada zaledwie 29 zagród. Nie oznacza to bynajmniej, że stanowią one pozostałości po dawnej zabudowie. Przeciwnie: aktualny
układ przestrzenny jest stosunkowo młody i stanowi wtórną tkankę
powstałą na miejscu pierwotnego układu strukturalnego.
Opierając się na literaturze przedmiotu wieś Adamowo swoją
historią sięga drugiej połowy XVI wieku [Bertram 1935; Piątkowski
1972]. Niestety, brak jest jakichkolwiek dokumentów planistycznych
z tamtego okresu, dlatego badania porównawcze rozpoczęto od analizy dostępnych materiałów pochodzących z drugiej połowy XIX stulecia (ryc. 1.). Jak wynika z analizy, układ przestrzenny Adamowa jest
bardzo czytelny. Na mapie z 1893 roku wyraźnie widać prostolinijny
układ komunikacyjny, składający się z jednej prostej drogi o przebiegu równoleżnikowym. Wzdłuż niej po obu stronach rozmieszczone
są dość regularnie działki siedliskowe wraz zabudową. Zagrody są
średniej lub małej wielkości i położone w niewielkich odległościach od siebie. Wieś wyraźnie wykazuje cechy charakterystyczne dla
rzędówki oraz zabudowy jednodworczej liniowej (w centralnej części
wsi na południe od drogi głównej).
Ryc. 1. XIX-wieczny układ rozplanowania Adamowa
Źródło: opracowanie własne na podstawie mapy z 1893 r.
123
Analiza mapy z 1931 roku i porównanie jej ze stanem wcześniejszym wykazała, że układ rozplanowania został zachowany
(ryc. 2). Żadne działki siedliskowe nie zmieniły pierwotnej lokalizacji. Zauważyć można, że wśród 24 zachowanych zagród o układzie
rzędówki pojawiły się dwa nowe gospodarstwa, natomiast zespół 10
siedlisk o charakterze jednodworczej zabudowy uszczuplił się jedną
zagrodę.
Ryc. 2. Układ przestrzenny wsi z początku XX wieku
na podstawie Messtischblatt z 1931-1937 r.
Sytuacja ta uległa całkowitej zmianie w latach 60-tych (ryc. 3).
Na mapie z tego okresu wyraźnie widać duże przekształcenia strukturalne. Wieś nie ma już przebiegu równoleżnikowego, ale południkowy. Spośród istniejących 24 siedlisk, tylko 9 zagród zachowało
pierwotne usytuowanie z 1893 roku. Działki ułożone bardzo ściśle,
bezpośrednio ze sobą granicząc. Jedynie nieliczne z nich nawiązują
swym usytuowaniem do historycznego układu rzędówki i zabudowy
jednodworczej. Znaczne zmiany kompozycyjne wywołała zabudowa
dawnego PGR-u.
Analiza współczesnej ortofotomapy wykazała, że aktualny układ
przestrzenny wsi zasadniczo nie zmienił się od lat 60-tych. Jednocześnie zaobserwowano bardzo niekorzystne zmiany zachodzące
w obrębie samych zagród. Zauważono wyraźną tendencję rozdrobnienia i zagęszczenia zabudowy w granicach poszczególnych działek, co
wpływa dysharmonizująco na najbliższe otoczenie. Zatarły się granice pomiędzy sąsiednimi zagrodami, a to wprowadziło chaos
124
i zdysharmonizowało przestrzeń. Przeprowadzona podczas wizji lokalnej analiza krajobrazowa potwierdziła wyniki badań studialnych.
Na miejscu stwierdzono brak czytelności pierwotnego układu rozplanowania wsi, a jako główną przyczynę dysharmonii przestrzennej
uznano między innymi budynki dawnego PGR-u, zbyt duże zagęszczenie oraz nieregularne rozmieszczenie zabudowy.
Ryc. 3 . Układ ruralistyczny Adamowa w latach 60-tych XX wieku
na podstawie mapy sytuacyjno-wysokościowej z 1965 r.
Dyskusja i wnioski
Podstawowy wniosek wynikający z przeprowadzonych prac badawczych to taki, że obecnie nie jest realizowana poprawna polityka
przestrzenna w obrębie wsi Adamowo. Po zapoznaniu się z archiwalnymi materiałami kartograficznymi należy stwierdzić, że sytuacja taka zapoczątkowana została w połowie ubiegłego wieku, kiedy to
na terenie wsi powstało Państwowe Gospodarstwo Rolne. Fakt ten
zapoczątkował szereg niekorzystnych zmian strukturalnych, stopniowo zacierających historyczny układ rozplanowania przestrzennego. Analizując powstałą wówczas zabudowę, sposób rozmieszczenia
działek siedliskowych przypuszczać należy z dużą dozą prawdopodobieństwa, że już wtedy wszelkie decyzje planistyczne podejmowane
były przypadkowo oraz bez poszanowania historycznej tkanki. Ta
dalece niekorzystna tendencja utrzymuje się do dnia dzisiejszego.
Z informacji udostępnionych przez Urząd Gminy Elbląg (w obrębie
której znajduje się Adamowo) wynika, że tereny, gdzie mieściły się
125
niegdyś siedliska rzedówki bagiennej, zostały przeznaczone uchwałą
Rady Gminy na lokalizację farmy elektrowni wiatrowych [Uchwała
Nr XXVI/150/2009]. Podjęta przez władze decyzja stanowi poważną
przeszkodę dla ewentualnej próby przywrócenia dawnego układu
rozplanowania omawianego fragmentu wsi. Jednocześnie może
ugruntować niewłaściwy kierunek kształtowania całej miejscowości.
To daje podstawę sądzić, że jeśli w najbliższym czasie sposób realizowania polityki przestrzennej nie ulegnie zmianie, proces degradacji krajobrazu wsi Adamowo nadal będzie się pogłębiał. Koniecznym jest opracowanie miejscowego planu zagospodarowania przestrzennego tego terenu, a także planu urzędowo-rolnego. Dzięki
podjęciu właściwych działań planistycznych opartych o założenia
zrównoważonego rozwoju, a także uwzględniających konieczność
ochrony historycznych wartości krajobrazowych będzie można odmienić tę niekorzystną sytuację i stworzyć w obrębie wsi harmonijną,
estetyczną i prawidłowo skomponowaną przestrzeń.
Bibliografia
Bertram H. 1935. Die Eindeichung, Treckenlegung Und Besiedlung das
Weichsel delta seit dem Jahre 1300 in ihrer geopolitischen Bedeutung.
Danzig.
Lipińska B. 2011. Żuławy Wiślane. Ochrona i kształtowanie zabytkowego
krajobrazu. Stowarzyszenie Żuławy. Nowy Dwór Gdański, Gdańsk.
Piątkowski A. 1972. Posiadłości ziemskie Elbląga w XVII – XVIII
w. Wrocław.
Uchwała Nr XXVI/150/2009 Rady Gminy Elbląg z dnia 30 kwietnia 2009 r. w sprawie zmiany uchwały o przystąpieniu do sporządzenia miejscowego planu zagospodarowania przestrzennego dla fragmentu terenu obrębu geodezyjnego Adamowo.
126
mgr inż. arch. kraj. Katarzyna Ruszczycka
mgr inż. arch. kraj. Anna Mazur
127
Marzena Płaza
Anna Mazur
Mariusz Antolak
EPISTEME
22/2014, t. II
s. 129-136
ISSN 1895-2241
ŻUŁAWY WIŚLANE I WARMIA: DWIE KRAINY –
DWA RÓŻNE KRAJOBRAZY KULTUROWE
ŻUŁAWY WIŚLANE AND WARMIA: TWO LANDS –
TWO DIFFERENT CULTURAL LANDSCAPE
Abstrakt. Krajobraz kulturowy stanowi wielowiekowy zapis historii,
z którego można odczytać dzieje rozwojowe danego regionu. Wiąże się
to przede wszystkim z pojawianiem się kolejnych pokoleń osadników,
kształtujących swoje najbliższe otoczenie. Jednak każdy region – to inna
historia, zatem inna też postać krajobrazu kulturowego. Żuławy Wiślane
i Warmia prezentują dwa skrajne oblicza krajobrazu kulturowego, które
różnią się zasadniczo pod względem stopnia ich zantropogenizowania.
Równocześnie jednak stanowią przykłady harmonijnie zagospodarowanej
przestrzeni. Jest to doskonały dowód na to, że dobra gospodarka człowieka
może pozytywnie wpłynąć na fizjonomię środowiska, tworząc wartościowy
krajobraz kulturowy.
Słowa kluczowe: krajobraz kulturowy, Żuławy Wiślane, Warmia, analiza krajobrazowa
Summary. The cultural landscape constitutes a centuries-old historical record, from which one can read the history and development of the region,
related primarily to the emergence of successive generations of settlers,
shaping their immediate environment. However, each region is a unique
story, thus also a different form of cultural landscape.Żuławy Wiślane and
Warmia represent two extreme aspects of the cultural landscape that differ
substantially in terms of their anthropogenization. At the same time, however, they are examples of harmoniously developed space. This is a perfect
evidence that the proper human economy can positively affect the physiognomy of the environment, creating a valuable cultural landscape.
Key words: cultural landscape, Żuławy Wiślane, Warmia, studies of the landscape
129
Marzena Płaza, Katarzyna Ruszczycka, Anna Mazur, Mariusz Antolak
Wstęp
Powszechnie znana i stosowana definicja pojęcia „krajobraz kulturowy” podaje, że jest to fizjonomia środowiska, w której funkcjonują
jednocześnie komponenty naturalne, powstałe bez udziału człowieka
oraz elementy pochodzenia antropogenicznego [Małachowicz 2007].
Razem tworzą jedną całość kompozycyjną, przypisaną danemu obszarowi i decydującą z reguły o jego indywidualnym charakterze.
Krajobraz kulturowy stanowi wielowiekowy zapis historii, z którego można odczytać dzieje rozwojowe danego regionu, związane
przede wszystkim z pojawianiem się kolejnych pokoleń osadników,
kształtujących swoje najbliższe otoczenie. Jednak każdy region – to
inna historia, zatem inna też postać krajobrazu kulturowego.
W Polsce mamy do czynienia z interesującą sytuacją funkcjonowania obok siebie dwóch skrajnie różnych fizjonomicznie regionów. Są nimi: Żuławy Wiślane oraz Warmia. Wielowiekowa historia
kształtowania obu krain, przy udziale jakże odmiennego podłoża geomorfologicznego, skutkowała dzisiejszym obrazem ich przestrzeni.
Różnice dostrzega się w zasadzie w każdym aspekcie krajobrazu,
zarówno w naturalnym ukształtowaniu rzeźby terenu, jak i jego
pokryciu.
Materiał i metody
Prace badawcze przeprowadzone zostały w obrębie Żuław Wiślanych,
obejmujących terytorium Żuław Gdańskich, Żuław Malborskich oraz
Żuław Elbląskich, a także na obszarze Warmii w jej historycznych
granicach. Polegały one na wykonaniu kompleksowych badań terenowych. Główną metodę stanowiła tu obserwacja obszaru opracowania przeprowadzona podczas wizji lokalnej. Jej zasadniczym celem
było dokładne zapoznanie się z aktualnym stanem krajobrazu kulturowego obu krain w zakresie istniejących układów przestrzennych
oraz towarzyszących im uwarunkowań krajobrazowych. Podczas
penetracji terenu wykonano analizę krajobrazową, precyzującą stosunki widokowo-krajobrazowe w przestrzeni. Do podstawowych
elementów podlegających weryfikacji należały między innymi: wnętrza krajobrazowe, otwarcia widokowe, dominanty architektoniczne i przyrodnicze, ekspozycje terenowe oraz zasięg widoczności
130
żuławy wiślane i warmia: dwie krainy – dwa różne krajobrazy kulturowe
krajobrazu. Wyniki prac badawczych zostały następnie zestawione
w celu porównania charakterystycznych cech krajobrazowych Żuław
Wiślanych i Warmii. Niezbędnym uzupełnieniem badań terenowych
było zapoznanie się z literaturą przedmiotu badań.
Wyniki i dyskusja
Uzyskane wyniki badań potwierdziły postawioną tezę, mówiącą że
Żuławy Wiślane i Warmia prezentują skrajnie odmienne oblicza krajobrazu kulturowego. Przejawiają się one w postaci różnorodnych elementów krajobrazowo-przestrzennych, budujących fizjonomię obu
krain. Krótką charakterystykę uzyskanych wyników wraz z dyskusją
przedstawiono poniżej.
Żuławy Wiślane – to niewielka kraina, leżąca na północy
Polski, w obrębie delty rzeki Wisły. Określana jest także mianem
„krainy wydartej wodzie”. Funkcjonuje w sposób nienaturalny, ponieważ od wieków utrzymywana jest na powierzchni w postaci stale osuszanych terenów depresyjnych [Cebulak 2010]. Na sztucznie
wykreowanej przestrzeni, człowiek zaczął gospodarować, całkowicie podporządkowując sobie: ziemię, wodę, roślinność. A wszystko
to w imię „walki” z żywiołem wody [Kotliński i in. 1994]. Efektem
jego wielowiekowej działalności jest dzisiejsza, nienaturalna postać krajobrazu, charakteryzująca się wyraźnie antropomorficznym
pochodzeniem. Do specyficznych cech krajobrazu kulturowego
Żuław należy zaliczyć: obecność rozległych, otwartych przestrzeni;
występowanie rzadko spotykanego zjawiska ciągłości linii horyzontu na styku nieba z ziemią aż do zamknięcia widoku w idealny krąg
(ryc. 1.); uregulowany system cieków wodnych; sztucznie
uporządkowaną roślinność w postaci nasadzeń linearnych (ryc. 2.);
kwadratową siatkę dróg, krzyżujących się ze sobą pod kątem prostym.
131
Fot. 1. Otwarta przestrzeń Żuław Wiślanych
wraz z widoczną linią horyzontu
Źródło: fotografia własna
To względy bezpieczeństwa wymagały ciągłego przekształcania
środowiska przyrodniczego aż do całkowitego zaniku elementów
naturalnych. W rezultacie powstała specyficzna dla regionu Żuław
Wiślanych postać krajobrazu, którego wszystkie składniki zostały
zorganizowane z geometryczną niemal precyzją na wzór obiektów
skomponowanych [Lipińska 2011].
Zgoła odmienne oblicze prezentuje Warmia – historyczna
kraina, leżąca w północno-wschodniej Polsce, na wschód od Żuław
Wiślanych. Obecna nazwa wywodzi się od plemienia pruskiego
i dotyczy terytorium dawnego dominium biskupiego, którego granice
określono w XIV wieku [Szorc 1990]. Przybliżając charakter tego regionu, należy zwrócić uwagę zwłaszcza na specyficzne uwarunkowania
fizjograficzne, bowiem one w głównej mierze wpłynęły na jego dalsze kształtowanie. Bogata topografia całego obszaru, przejawiająca
się urozmaiconą rzeźbą powierzchni oraz występowaniem licznych
zbiorników i cieków dała wyraz dzisiejszej postaci warmińskiego krajobrazu [Januszko, Kiełczewska-Zaleska 1955]. Człowiek chcąc się tu
132
osiedlić i gospodarować, zmuszony był do akceptacji istniejących warunków przyrodniczych. Nie mógł ich dowolnie kształtować i zmieniać. Musiał dostosować się do naturalnego środowiska. Ta wyjątkowa
relacja zaowocowała równie wyjątkowym krajobrazem kulturowym,
w którym przyroda występuje w idealnej niemal równowadze z elementami pochodzenia antropogenicznego [Drej 2007].
Charakterystyczne cechy krajobrazu kulturowego Warmii to:
częsta zmiana kompozycji elementów tworzących krajobraz; wieloplanowość widoków; brak dużych płaszczyzn i linii prostych;
zamknięcie przestrzeni roślinnością wysoką a praktycznie brak horyzontu; drogi z nasadzeniami alejowymi; bioróżnorodność; harmonia elementów antropogenicznych z elementami przyrodniczymi
[Liżewska, Knercer 2003].
Fot. 2. Pofalowana rzeźba terenu Warmii,
zamknięcie przestrzeni roślinnością wysoką oraz brak horyzontu
133
Tab. 1. Porównanie cech krajobrazów kulturowych Żuław i Warmii
Charakterystyczne
cechy krajobrazu kulturowego Żuław
Ukształtowanie
powierzchni
Charakterystyczne
cechy krajobrazu kulturowego Warmii
• płaski teren
•bogata topografia
Ekspozycja obszaru
• rozległe, otwarte
przestrzenie;
• zjawisko ciągłości linii horyzontu na styku
nieba z ziemią aż do
zamknięcia widoku w
idealny krąg
• brak dużych
płaszczyzn
• zamknięcie przestrzeni roślinnością
wysoką a praktycznie
brak horyzontu;
• wieloplanowość
widoków
Ogólna kompozycja
krajobrazu
• krajobraz zorganizowany z geometryczną niemal
precyzją na wzór
obiektów skomponowanych.
• brak linii prostych w
krajobrazie
• częsta zmiana kompozycji elementów
tworzących krajobraz
System komunikacyjny
• kwadratowa siatka
dróg, krzyżujących
się ze sobą pod kątem
prostym
• kręte drogi z nasadzeniami alejowymi;
Woda w krajobrazie
• uregulowany system
cieków wodnych;
• występowanie
licznych cieków i zbiorników wodnych w
ich naturalnej postaci
Stopień zantropogeni- • całkowity zanik elezowania krajobrazu
mentów naturalnych
134
• harmonia elementów
antropogenicznych z
elementami przyrodniczymi
• bioróżnorodność;
Wnioski
Na podstawie uzyskanych wyników można sformułować kilka podstawowych wniosków. Przede wszystkim wskazane różnice pomiędzy
krajobrazem kulturowym Żuław Wiślanych i Warmii dowodzą,
że zarówno człowiek, jak i naturalne uwarunkowania siedliskowe
wywierają ogromny wpływ na kształtowanie fizjonomii środowiska.
W zależności od tego, który z tych czynników oddziaływał silniej, krajobraz zdominowany jest przez formy kulturowe, stanowiące
rezultat rozwijającej się cywilizacji, tak jak to widać na Żuławach
Wiślanych, bądź prezentuje równowagę tychże z elementami środowiska naturalnego, czego przykładem jest Warmia. Jednocześnie
należy zwrócić uwagę na to, iż elementy przyrodnicze i kulturowe
w jednakowym stopniu mogą pozytywnie wpłynąć na budowanie
fizjonomii środowiska. Wykazują one odmienne, lecz równie wysokie
wartości estetyczne, co skutkuje bogactwem form krajobrazowych,
urozmaicających wizualnie przestrzeń.
Reasumując, należy mieć świadomość wartości krajobrazu kulturowego. Każdy region prezentuje inny jego rodzaj, czego najlepszym przykładem są Żuławy Wiślane i Warmia. Trzeba wyraźnie
podkreślić, że zarówno elementy kulturowe, jak i przyrodnicze
zasługują na ochronę i ciągłą opiekę dla zachowania różnorodności
krajobrazowej naszego kraju. Obecny poziom wiedzy nie pozwala
na dowolne kształtowanie przestrzeni, lecz obliguje nas do świadomego, zrównoważonego kreowania przestrzeni, z jednoczesnym
poszanowaniem zastanych wartości przyrodniczo-kulturowych.
Bibliografia
Cebulak K. 2010. Delta Wisły powyżej i poniżej poziomu morza. Stowarzyszenie Żuławy,
Lokalna Grupa Działania Żuławy i Mierzeja. Nowy Dwór Gdański.
Drej Sz. 2007. Święta Warmia. ElSet. Olsztyn.
Januszko Z., Kiełczewska-Zaleska M. 1955. Województwo olsztyńskie.
Zarys geografii gospodarczej. PWN. Warszawa.
Kotliński A. i in. 1994. Walory krajobrazowe województwa elbląskiego.
Agencja Reklamowo-Wydawnicza A. Grzegorczyk. Warszawa.
Lipińska B. 2011. Żuławy Wiślane. Ochrona i kształtowanie zabytkowego
krajobrazu. Stowarzyszenie Żuławy. Nowy Dwór Gdański, Gdańsk.
135
Liżewska I., Knercer W. 2003. Zachowane - ocalone? O krajobrazie kulturowym i sposobach jego kształtowania. Borussia. Olsztyn.
Małachowicz E. 2007. Konserwacja i rewaloryzacja architektury w środowisku kulturowym. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej.
Wrocław.
Szorc A. 1990. Dominium Warmińskie 1243-1772. Olsztyn.
mgr inż. arch. kraj. Katarzyna Ruszczycka
mgr inż. arch. kraj. Anna Mazur
dr inż. arch. kraj. Mariusz Antolak
Opiekun naukowy: dr hab. Maria Lubocka Hoffmann, prof. UWM
136
Magda Pluta
Bartosz Mitka
EPISTEME
22/2014, t. II
s. 137-146
ISSN 1895-2241
MOŻLIWOŚCI MODELOWANIA 3D NA PODSTAWIE
DANYCH ZE SKANINGU LASEROWEGO
POSSIBILITIES OF 3D MODELLING BASED
ON DATA FROM LASER SCANNING
Abstrakt. Praca prezentuje możliwości modelowania 3D na podstawie
danych ze skaningu laserowego, wykorzystując dostępne na rynku oprogramowanie. Prace wykonano dla terenu zurbanizowanego skupiając się na
modelowaniu zabudowy miejskiej. Wykorzystano dane zarówno z naziemnego i lotniczego skaningu laserowego. Omówiona została problematyka
dokładności modelowania 3D, czasochłonności oraz kompatybilności
danych. Dodatkowo zwrócono uwage na wady i zalety dostępnych programów, dedykowanych dla modelowania 3D.
Słowa kluczowe: modelowanie 3D, naziemny skaning laserowy, lotniczy skaning laserowy, integracja danych
Summary. This paper presents possibilities of 3D modelling based on data
derived from laser scanning, using software available on market. The research was done for urban area, focused on 3D modelling of urban buildings.
Data from terrestrial laser scanning and airborne laser scanning were used.
This paper discussed accuracy of 3D modelling, time consuming of work and
issue of data integration. In addition, the advantages and disadvantages of
available software were taken into account.
Key words: 3D modeling, terrestrial laser scanning, airborne laser scanning,
data integration
137
Wstęp
Tematyka modelowania 3D na podstawie danych z naziemnego
i lotniczego skaningu laserowego jest coraz częściej podejmowana
zarówno w literaturze krajowej jak i zagranicznej. Coraz częściej
trójwymiarowe modele pozyskane ze zdjęć lotniczych czy satelitarnych zastępowane są modelami opracowanymi na podstawie
lotniczego skaningu laserowego (ASL) [Kędzierski i Fryśkowska
2010]. Biorąc pod uwagę rozmiar danych pochodzących ze skaningu laserowego , modele 3D stanowią pewnego rodzaju uproszczenie,
zapewniając większe możliwości użytkowania, w tym przechowywania danych czy możliwość szybkiej wizualizacji. Dodatkowo, informacja o geometrii obiektów zapisana w postaci chmur punktów
często jest niepraktyczna z punktu widzenia odbiorcy dokumentacji obiektu. Istnieje zatem potrzeba translacji wyników pomiarów
i chmur punktów na modele wektorowe obsługiwane przez oprogramowanie typu CAD [Mitka i in. 2013]. Aktualnie, wiele publikacji
naukowych podejmuje tematykę modelowania 3D terenów zurbanizowanych dla potrzeb właściwego gospodarowania przestrzenią, zarządzania, administracji, analiz przestrzennych czy promocji miasta
lub regionu [Borkowski i Józków 2012], [Kraszewski 2012], [Kędzierski i in. 2008]. W tym celu niezbędna jest integracja naziemnego oraz lotniczego skaningu laserowego, z uwagi na braki w danych
dla poszczególnych metod pomiarowych. [Kędzierski i Fryśkowska
2010], [Borkowski i Józków 2012]. [Kędzierski i Fryśkowska 2010]
zauważa, iż dane z lotniczego skaningu laserowego, niejednokrotnie
charakteryzują się brakiem informacji o przyziemiu, często o elewacji,
lub o obiektach przysłoniętych innymi, wyższymi obiektami. Chcąc
budować model 3D terenu zurbanizowanego niezbędne jest zatem
zagęszczenie danych pochodzących z lotniczego skaningu laserowego danymi z naziemnego skaningu laserowego. Autor [Kędzierski
i Fryśkowska 2010] jako podstawowe ograniczenia integracji danych
wskazuje: niekompatybilność danych, niejednoznaczność punktów
wiążących oraz transformację do PUWG. Modelowanie 3D wymaga spełnienia wielu warunków, w szczególności dotyczących ilości
i jakości danych, wspólnego układu odniesienia oraz kompatybilności
formatów danych. Na uwagę zasługuje również dokładność modelowania, na która składa się: dokładność danych, błędy integracji
138
Możliwości modelowania 3d na podstawie danych ze skaningu laserowego
danych, generalizacja modelu, błędy wynikające z korekty topologii
oraz błędy teksturowania [Borkowski i Józków 2012].
Materiały i metody
W pracy wykorzystano dane z lotniczego skaningu laserowego pozyskane z Centralnego Ośrodka Dokumentacji Geodezyjnej i Kartograficznej dla budynku dydaktycznego Wydziału Inżynierii Środowiska
i Geodezji. Numeryczne Dane Wysokościowe udostępnione zostały
jako sklasyfikowana chmura punktów w formacie .las. o gęstości 12
punktów/m2. Dodatkowo, dla tego samego obiektu wykonano pomiar naziemnym skanerem laserowym Z+F Imager 5006. Dane zarejestrowane zostały w postaci chmur punktów z 17 stanowisk pomiarowych, pomierzonych w układzie lokalnym skanera, zapisane w formacie .zfs. W pracy przeanalizowano dostępne metody tworzenia
modelu 3D budynku w oparciu o dane zarówno z naziemnego jak
i lotniczego skaningu laserowego. Pierwsza metodą jest automatyczna detekcja konturów budynku na podstawie sklasyfikowanych
danych z ALS, w oparciu o zadane parametry funckji vectorize buildings programu TerraScan.
Ryc. 1. Parametry funckji vectorize buildings programu TerraScan
Źródło Opracowanie własne
139
W tym celu należy zdefinować podstawowe parametry :maximum
gap jako największy dystans pomiędzy fragmentami budynku
przynależnymi do tego samego modelu, planarity tolerance
określający jak ściśle punkt musi pasować do równania płaszczyzny,
aby do niej należał, maximum area oznaczający minimalną wielkość
zabudowy, max roof slope definiujący maksymalny kąt nachylenia
dachu. W oparciu o zdefinowanie parametry generowany jest model
3D budynku.
Ryc.2. Model 3D budynku wygenerowany na podstawie danych z ALS,
w oparciu o zdefiniowane parametry.
Z uwagi na fakt, iż, dane z lotniczego skaningu laserowego, charakteryzują się niską gęstością chmury punktów oraz brakiem informacji o przyziemiu, w celu budowy dokładnego modelu 3D obiektu,
należy je zagęścić danymi z naziemnego skaningu laserowego.
W tym celu, w pierwszej kolejności należy wykonać integrację chmur
punktów pozyskanych z obu metod pomiarowych. Integrację chmur
punktów można wykonać na kilka różnych sposobów. Pierwszą metodą jest orientacja na znaczki pomiarowe, odczytane na chmurze
z ALS oraz TLS, lub inne punkty jednoznacznie identyfikowalne na
obu zbiorach danych. Wówczas georeferencja nadana jest na podstawie danych z lotniczego skaningu laserowego, wyrażonych w PUW
1992. Georeferencję dla danych z naziemnego skaningu laserowego, można również nadać wykonując tradycyjny pomiar geodezyjny
140
znaczków pomiarowych usytuowanych na skanowanym obiekcie,
nawiązując pomiar do państwowej osnowy geodezyjnej. Z uwagi na
to, iż chmury punktów z lotniczego i naziemnego skaningu laserowego posiadają inny format danych, w pierwszej kolejności należy
wykonać odpowiednie konwersje. Integrację chmur punktów wykonano w programie Cyclone 8.1, wykorzystując punkty jednoznacznie
identyfikowalne na obu zbiorach danych. W tym celu zaimportowano
pliki z TLS w formacie .zfs a następnie zapisano je do formatu .pts.
Dane z ALS, udostępnione w formacie .las, należy przekonwertować
do formatu .txt, w tym celu wykorzystano darmowy program Lastool. Kolejno, plik .txt zaimportowano do programu Leica Cyclone
8.1 jako chmurę punktów i zapisano w formacie .pts. Mając chmury
punktów z lotniczego i naziemnego skaningu laserowego wyrażone
w jednym wspólnym formacie .pts możliwa była ich integracja.
(1)
(2)
Ryc. 3. Chmura punktów z lotniczego skaningu laserowego w skali
szarości (1) oraz chmura punktów po integracji lotniczego skaningu
laserowego z naziemnym skaningiem laserowym w intensity (2).
141
Zagęszczona chmura punktów zwiększa możliwości modelowania
3D budynku, w oparciu o zintegrowaną chmurę punktów przeanalizowano modelowanie z wykorzystaniem linii szkieletowych oraz
płaszczyzn.
1. Linie szkieletowe
Modelowanie 3D na podstawie linii szkieletowych wykonano w programie Dephos oraz SketchUp. W tym celu, zintegrowaną chmurę
punktów należy przekonwertować z formatu danych .pts (format
Cyclone) do formatu .ascii, tak by możliwy był jej import do programu Dephos. Praca na chmurze punktów w programie Dephos możliwa jest poprzez moduł ScanView. Wyświetlenie chmury punktów
w trzech widokach (widok z góry, z przodu oraz z boku) daje możliwość
rysowania linii szkieletowych. W tym celu, w pierwszej kolejności należy zdefiniować układ lokalny oraz odpowiednią głębokość rysowania, a następnie można rozpocząć rysowanie linii szkieletowych. Rysunek, wykonany w programie Dephos należy zapisać w formacie .dxf
Ryc. 4. Definowanie układu lokalnego chmury punktów
w programie Dephos
W kolejnym etapie należy zaimportować linie szkieletowe do
programu Google SketchUp. Program Google Sketch umożliwia
wpasowywanie płaszczyzn na podstawie linii szkieletowych, nakładanie tekstur udostępnionych przez program, lub na podstawie
wykonanych zdjęć. Po zaimportowaniu linii szkieletowych, zauważyć
można pewne niedokładności, wynikające z błędnej interpretacji chmury punktów, które można edytować.
142
Ryc. 5. Błąd linii szkieletowych, wynikający z błędnej interpretacji
chmury punktów
Ponieważ rysowanie linii szkieletowych, dla obiektów o skomplikowanej bryle jest bardzo czasochłonne, lepszym rozwiązaniem
może okazać się wyrysowanie linii szkieletowych w dwuwymiarze
np. dla przyziemia budynku a następnie zczytanie dokładnych miar
obiektu na chmurze punktów oraz dalsze modelowanie obiektów
blokowych w programie SketchUp.
2. Płaszczyny
Model 3D budynku można wykonać poprzez wpasowanie płaszczyzn
w wybrany obszar. W programie Cyclone 8.1 dostępnych jest kilka
funkcji, zostały one szerzej opisane w artykule [Biłka i in. 2013]. Do
modelowania obiektu architektonicznego najbardziej funkcjonalną
opcją jest algorytm wzrostu regionów (Region Grow), gdzie możemy
kontrolować parametry wpasowywanych płaszczyzn. Dla funkcji
Region Grow można zdefiniować Region Thickness jako grubość przekroju chmury puntków, branej do interpolowania płaszczyzny;
maximum gap to span, który określa maksymalną odległość pomiędzy
punktami, pomimo której płaszczyzna będzie interpolowana; angle size - wartość średnicy okręgu dla którego interpolowana będzie
płaszczyzna. Manipulowanie parametrami pozwala na modelowanie
elementów, które nie znajdują się na jednej płaszczyźnie. Opcja Region Grow pozwala na wpasowanie dodatkowo elementów jak walec
czy sfera.
143
Dyskusja i wnioski
Integracja danych z naziemnego i lotniczego skaningu laserowego
znacząco podnosi możliwości modelowania 3D z wykorzystaniem
opisanych opcji, zagęszczając chmury punktów i lidwidując martwe
pola. Jednakże proces integracji, wymaga licznych konwersji danych
w celu ich sprowadzenia do jednego wspólnego formatu. W opisanym
artykule integracja wykonywana była w oparciu o wybór punktów
charakterystycznych dla obu zbiorów danych, natomiast georeferencja nadana została na podstawie pozyskanych danych LIDAR.
Wybór punktów charakterystycznych nie jest zadaniem oczywistym
ze względu na duże różnice w gęstości chmur punktów z lotniczego
i naziemnego skaningu laserowego. Uzyskano dokładność wpasowania chmur punktów na poziomie 0,10m. Znacznie dokładniejszym
rozwiązaniem jest nadanie osobnej georeferencji dla chmur punktów
z TLS na podstawie dokładnego pomiaru geodezyjnego, a następnie
integracja zorientowanych chmur punktów. W artykule opisano
metody tworzenia modeli 3D korzystając z automatycznej detekcji
budynków w programie TerraScan, na podstawie linii szkieletowych,
wykorzystując programy Dephos oraz Google SketchUp, oraz w programie Leica Cyclone 8.1 z wykorzystaniem metody wzrostu regionu
(region grow),
Rysowanie linii szkieletowych jest procesem czasochłonnym,
gdzie na dokładność wpływa właściwy dobór grubości przekroju chmury punktów oraz odpowiedni dobór głębokości rysowania. Zadowalającą dokładność uzyskamy jedynie dla elementów skanowanych z dużą
gęstością, w przypadku naziemnego skanera laserowego rysowanie elementów konstrukcji dachu lub górnych części budynku może okazać się
niemożliwe. W takich sytuacjach konieczna może okazać się integracja
chmur punktów z lotniczego i naziemnego skaningu laserowego.
Modelowanie 3D z wykorzystaniem programu Google SketchUp
z wykorzystaniem linii szkieletowych uzyskanych na podstawie
chmury punktów powinno być dedykowane w szczególności dla
obiektów o nieskomplikowanej bryle. Z powodzeniem można uzyskać model budynku o stopniu szczegółowości LoD2. Dla obiektów
o bardziej złożonej bryle efektywniejsze będzie rysowanie linii szkieletowych dla dwuwymiaru a następnie modelowanie 3D w programie
SketchUp na podstawie zczytanych z chmury punktów miar.
144
Program Leica Cyclone 8.1 oferuje różne narzędzia do modelowania 3D, aczkolwiek najoptymalniejsze to metoda wzrostu regionu (region grow), gdzie możemy definiować parametry wpasowywanej powierzchni. Modelowanie tą funkcją daje dobre efekty, jednocześnie szybkie rezultaty dla obiektów o nieskomplikowanej
bryle. Chmura punktów o małej gęstości nie stanowi problemu,
jeśli zadamy odpowiedni parametr maximum gap to span, który
określa maksymalną odległość pomiędzy punktami, pomimo której
płaszczyzna będzie interpolowana. Funkcja, daje najlepsze rezultaty
dla dużych płaskich powierzchni, modelowanie detali okazuje się
bardzo czasochłonne.
Opisane metody modelowania 3D są optymalne dla modeli
3D budynków na poziomie szczegółowości LoD2, reprezentującym
oteksturowany model z rozróżnieniem typu dachu oraz jego kubatury. Pomimo tego, iż materiał w postaci zintegrowanych chmur
punktów stanowi niezwykle dokładne odwzorowanie rzeczywistej
geometrii obiektów, to przetworzenie ich do postaci modeli 3D o stopniu szczegółowości większym niż LoD2 jest bardzo czasochłonne.
Bibliografia
Biłka P. Mitka B. Pluta M. 2013. Wykorzystanie nowoczesnych technik pomiarowych w monitorowaniu dużych obiektów hydrotechnicznych.
Episteme Czasopismo Naukowo-Kulturalne, ISSN 1895-4421, ss. 437443
Borkowski A. Józków G. 2012. Ocena dokładności modelu 3D zbudowanego
na podstawie danych skaningu laserowego – przykład zamku Piastów
śląskich w brzegu. Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji,
Vol. 23, 2012, s. 37–47
Fryśkowska A. Kędzierski M. 2010. Wybrane aspekty integracji danych naziemnego i lotniczego Skaningu laserowego. Archiwum Fotogrametrii,
Kartografii i Teledetekcji Vol. 21, 2010, s. 97–107
Kędzierski M. Walczykowski P. Fryśkowska J. 2008. Wybrane aspekty opracowania dokumentacji architektonicznej obiektów zabytkowych. Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, Vol. 18a, s. 221–230
Kraszewski B. 2012.Wykorzystanie naziemnego skaningu laserowego do
inwentaryzacji pomieszczeń biurowych. Archiwum Fotogrametrii,
Kartografii i Teledetekcji, Vol. 23, s. 187–196
145
Mitka B. Mikołajczyk Ł. Noszczyk T. 2013. Modelowanie obiektów przemysłowych na podstawie danych z naziemnego skaningu laserowego
Infrastruktura i Ekologia terenów wiejskich. Nr2/II/2013
WIŚiG, KGRKiF
WIŚiG, KGRKiF
146
Marzena Płaza
Anna Mazur
EPISTEME
22/2014, t. II
s. 147-154
ISSN 1895-2241
PRZEKSZTAŁCENIA UKŁADU KOMPOZYCYJNYGO
WSCHODNIOPRUSKIEGO ZAŁOŻENIA PAŁACOWO
– OGRODOWEGO W WIELEWIE
TRANSFORMATION OF COMPOSITIONAL
ARRANGEMENT OF EASTERN PRUSSIA PALACE
GARDEN COMPLEX IN WIELEWO
Abstrakt. Swoistym elementem krajobrazu kulturowego dawnych Prus
Wschodnich są założenia dworsko/pałacowo-ogrodowe. Wysokie walory,
choćby historyczne czy przyrodniczo-kulturowe stawiają ten rodzaj zieleni
komponowanej na niezwykle wysokiej pozycji. Chcąc chronić dziedzictwo
regionu przed degradacją, zanikiem i zapomnieniem trzeba wyraźnie zaznaczyć potrzebę analiz układów kompozycyjnych założeń. Zespół pałacowofolwarczny w Wielewie charakteryzuje zarówno ciekawa kompozycja układu
przestrzennego, osobliwa forma architektoniczna, jak i interesująca zieleń części parkowej. Duch miejsca oraz w ostatnich latach drastycznie pogarszający się stan zachowania założenia są istotnym powodem, dla którego
podjęto analizy układu przestrzennego tego założenia.
Słowa kluczowe: przekształcenia układu kompozycyjnego, Prusy Wschodnie,
krajobraz kulturowy, konserwacja i rewaloryzacja historycznych ogrodów
Summary. Manor/palace garden complex is the peculiar element of the cultural landscape of former East Prussia. High historical, natural and cultural
values place this type of managed green areas at an exceptionally high position. It ought to be strongly emphasized that compositional arrangements
of thys complex need to be analyzed in order to protect the regional heritage against degradation, vanishing and sinking into oblivion. Palace garden
complex in Wielewo is characterized by both an interesting composition of
spatial arrangement, peculiar architectural form as well as interesting green
forms in the park section. The “genius loci” and rapidly deteriorating condition of the complex prompted this analysis of its spatial arrangement.
Key words: historic manor and palace gardens, transformations of compositional arrangement, East Prussia, cultural landscape, conservation and restoration
of historic gardens
147
Wstęp
Zabytkowe zespoły rezydencjonalne dawnych Prus Wschodnich
odzwierciedlają wielowiekowe przemiany społeczno-ekonomiczne
i gospodarcze, poglądy, idee oraz stosunek człowieka do przyrody
w przeszłości. Zachowane nawarstwienia stylowe ogrodów wzorowanych na francuskie i angielskie stanowią obecnie szczególnie
cenne świadectwo przeszłości, któremu winni jesteśmy należytą
uwagę i ochronę [Liżewska, Knercer 2003].
Podstawowym zagrożeniem dla zabytkowych założeń, jakie
zauważa Majdecki, jest utrata wartości historycznych i estetycznych
przez silną degradację tkanki architektonicznej oraz roślinnej [Majdecki 1993]. Wszelkie działania obejmujące konserwację lub rewaloryzację zabytkowych założeń opierają się na dogłębnej analizie
układu kompozycyjnego[Lisowska 2010].
Materiał i metody
Badania przeprowadzono w założeniu pałacowo-ogrodowym w Wielewie, położonym w gminie Barciany, powiat Kętrzyński, województwo warmińsko-mazuraskie. Dawniej obszar ten znajdował
się na terenie Prus Wschodnich.
Analizie poddano materiał źródłowy dotyczący obiektu. W skład
dokumentacji wchodziła literatura przedmiotu oraz materiały kartograficzne i ikonograficzne, archiwalne oraz współczesne. Ujęcie
procesu przekształceń układu kompozycyjnego w czterech fazach
wykonano między innymi w oparciu o analizę wschodniopruskich
map topograficznych w skali 1:25000. Wykonano również wizje terenowe, podczas których za metodę badawczą przyjęto obserwację
oraz inwentaryzację obszaru opracowania. Zasadniczym celem wizji
było zapoznanie się z aktualnym stanem zachowania założenia,
a w szczególności próba lokalizacji w przestrzeni poszczególnych elementów układu kompozycyjnego ogrodu. Badanie in situ pozwoliły
również na określenie obecnego stopnia zatarcia kompozycji.
Wyniki i dyskusja
Dzięki badaniom możliwe było wyodrębnienie czterech faz rozwoju
założenia pałacowo-ogrodowego.
148
Przekształcenia układu kompozycyjnygo wschodniopruskiego założenia pałacowo...
Faza I - 1797- 1890 rok. W końcu XVIII w. powstał zespół pałacowofolwarczny w Wielewie. Rokokowy pałac wzniesiono w roku 1797
z inicjatywy Friedricha Ludwiga von Rauterr na miejscu wcześniejszej warownej rezydencji [Karta Ewidencyjna nr 7610]. Układ
przestrzenny założenia możliwy jest do odczytania ze wschodniopruskiej mapy topograficznej z 1865 r. Pozwala ona stwierdzić, iż
park rozciągał się z północnej i zachodniej części pałacu przyjmując
kształt zbliżony do prostokąta. Wjazd do folwarku był tylko jeden
i prowadził pomiędzy dwoma zbiornikami wodnymi. Wyraźnie
widoczne były dwa główne ciągi piesze w granicach parku. Biegły one
wzdłuż dłuższej osi założenia (północ-południe). Pierwsza z dróg
rozpoczynała się przy zabudowaniach folwarcznych i biegła w głąb
parku, druga równoległa prowadziła natomiast od frontu pałacu ma
północ. Ciągi komunikacyjne podrzędne prowadzone były pod kątem
45 stopni do dróg głównych. Układ parku zawierał sześć wnętrz ogrodowych wydzielonych przez ścieżki. Wnętrza wypełniała wysoka
roślinność skupiona w grupach. W obrębie parku znajdowały się trzy
połączone ze sobą zbiorniki rodne.
Ryc. 1. Założenie pałacowo-ogrodowe w Wielewie na mapie topograficznej
z 1865 roku. Źródło: Staatsbibliothek zu Berlin
Faza II - 1890- 1925 rok. W tym okresie nastąpił silny rozwój majątku.
Impulsem zmian był ślub ówczesnego właściciela majątku Chrostopha von Rautter z Berti Brayley Fischer (rok 1890). To właśnie ona
przekształciła późnobarokowy układ w park o formie krajobrazowej.
Sprowadziła do Wielewa również liczne egzotyczne gatunki roślin,
na przykład dąb kanadyjski (Quercus canadensis). Wzniesiona w połowie XIX wieku oranżeria z wierzą widokową mieściła kolekcję roślin
śródziemnomorskich. Do stworzenia ogrodu w części południowej
majątku zatrudniono ogrodnika Gustawa Triedke. [Karta Ewidencyj149
na nr 7610]. Założenie w tej fazie rozwoju zachowało swoje dawne
granice. Wjazd do folwarku pozostał jeden, lecz zauważono brak
stawu po południowej stronie drogi. Ciągi komunikacyjne w parku
zyskały formę bardziej naturalną i swobodną. Wyraźnie widoczne
były dwa owalne wnętrza ogrodowe z kępami zadrzewień. Główny
ciąg komunikacyjny w parku miał formę sectio. Po stronie zachodniej
założenia, w lekkim oddaleniu od granic parku, pojawiła się linia kolejowa oraz dwie drogi ją przecinające.
Ryc. 2 . Założenie pałacowo-ogrodowe w Wielewie
na mapie topograficznej z 1897 roku
Źródło: Mapster, przeglądarka skorowidzów [stan na 15.02.2014 r.]
Faza III - 1925 - 1945 rok. W pierwszej ćwierci XX wieku zmodernizowano budynki majątku i folwarków. W 1925 roku pałac uległ
przebudowie zyskując między innymi boczne skrzydła [JackiewiczGarniec, Garniec 1999]. Układ kompozycyjny tej fazy widoczny jest
na archiwalnej mapie z 1928 roku. Na jej podstawie można stwierdzić,
iż park zachował swe granice. Pojawił się drugi ciąg komunikacyjny
prowadzący do majątku, biegnący pomiędzy stawem północnym,
a środkowym. Po stronie południowej od głównego wjazdu do folwarku powstał ogród o charakterze użytkowym. Przekształceniu uległ
również układ ciągów komunikacyjnych mających formę wachlarza.
Wszystkie cztery ścieżki swobodnie biegły do punkty węzłowego
położonego na północnym wjeździe do założenia, nieopodal dwóch
stawów. Układ komunikacyjny wyznaczał w parku trzy wyraźne
wnętrza ogrodowe.
150
Ryc. 3. Założenie pałacowo-ogrodowe w Wielewie
na mapie topograficznej z 1928 roku
Źródło: Karta Ewidencyjna Zabytków Architektury i Budownictwa nr 7610
Faza IV – po 1945 roku. Po Drugiej Wojnie Światowej na terenie
dość dobrze zachowanego majątku powstała jednostka wojskowa
OTK (Obrona Terytorium Kraju), która funkcjonowała do 1967 r.
Następnie utworzono tam PGR (Państwowe Gospodarstwo Rolne)
działający do roku 1989 [Karta Ewidencyjna nr 7610]. Kolejnym
właścicielem majątku była AWRSP (Agencja Własności Rolnej Skarbu
Państwa) oddział Olsztynie, w roku 2003 przekształcona w ANR
(Agencję Nieruchomości Rolnych) [Jackiewicz-Garniec, Garniec
1999]. W roku 2004 obiekt wystawiono na licytację. Założenie kupiła
osoba prywatna [Karta Ewidencyjna nr 7610]. Obecnie układ przestrzenny całego majątku jest trudny do odczytania. Również kompozycja części rezydencjonalnej, w wyniku braku pielęgnacji, uległa
w znacznym stopniu zatarciu. Najwyraźniej czytelny jest układ
wodny, choć dwa ze stawów wyraźnie spłyciły się i zarosły roślinnością.
Ciągi komunikacyjne w części parkowej są trudno dostrzegalne ze
względu na bujny samosiew w partii podszytu parku. Wyraźna jest
jedynie droga biegnąca od pałacu w poprzek parku, przecinająca tory
na północno-zachodnim skraju parku. Ciąg ten jest obecnie
użytkowany przez mieszkańców wsi i jedynie w części odpowiada
dawnemu traktowi. Dzięki wizji lokalnej możliwa była identyfikacja
dwóch wnętrz ogrodowych, które stanowią dwie polany, silnie po151
rośnięte roślinnością podszytu. W parku zachowały się pojedyncze
okazy starodrzewu między innymi: Sosna zwyczajna (Pinus sylvestris
L.), Modrzew europejski (Larix decidua Mill.), Cis pospolity (Taxus
baccata L.), Żywotnik zachodni (Thuja occidentalis L.) [Seneta, Dolatowski 2006]. W roku 2013 dach i strop pierwszej kondygnacji
w części centralnej bryły pałacu uległ zawaleniu. Wyraźnie wpłynęło
to na pogorszenie stanu zachowania założenia.
Fot. 1. Stan zachowania założenia w Wielewie, rok 2013
Wnioski
Historia założenia pałacowo-ogrodowego w Wielewie warunkowała
przekształcenia układu kompozycyjnego. Analiza materiałów
źródłowych oraz badania in situ pozwoliły na zobrazowanie przemian układu ujętych w czterech fazach rozwoju. Kompozycja ulegała przemianom od zgeometryzowanych form późnobarokowych
w kierunku swobodnie kształtowanego parku krajobrazowego.
Nawarstwienia stylowe, przekształcenia układu, szczątkowo zachowany starodrzew i nadal czytelny układ wodny bez wątpienia dają podstawę do pojęcia procesów konserwacyjno-rewaloryzacyjnych założenia. Szybko pogarszający się stan zachowania obiektu powinien stanowić dodatkowy impuls do radykalnych działań ochronnych. Zespół
pałacowo-folwarczny w Wielewie, mimo niezbędnych ogromnych
kosztów rewaloryzacji, mogłoby stanowić niezwykle cenny element
152
tamtejszego krajobrazu kulturowego pełniąc jednocześnie różne
funkcje, np. turystyczną, rekreacyjną czy edukacyjną.
Bibliografia
Jackiewicz - Garniec M., Garniec M., 1999. Pałace i dwory dawnych Prus
Wschodnich, Borussia, Olsztyn
Lisowska M. 2010, Badania w ogrodach zabytkowych [w:] Kurier Konserwatorski nr 7.18
Liżewska I., Knercer W. 2003 r. Zachowane - ocalone? O krajobrazie kulturowym i sposobach jego kształtowania,. Borussia, Olsztyn
Majdecki L. 1993. Ochrona i konserwacja zabytkowych założeń ogrodowych,
Warszawa
Seneta W., Dolatowski J. 2006 r. Dendrologia, PWN, Warszawa
Karta Ewidencyjna Zabytków Architektury i Budownictwa nr 7610. Zespół
pałacowo-folwarczny w Wielewie. Ośrodek Dokumentacji Zabytków
w Warszawie, WUOZ Olsztyn.
mgr inż. ach. kraj. Katarzyna Ruszczycka
mgr inż. ach. kraj. Anna Mazur
153
Cristina Maria TIMOFTE
Ilona Joanna ŚWITAJSKA
Angela POTASZNIK
Żaneta BANASZEK
Supervisor: dr hab. Katarzyna Glińska-Lewczuk
EPISTEME
22/2014, t. II
s. 155-161
ISSN 1895-2241
ASSESMENT OF POLLUTANT DISPERTION
IN BAHLUI RIVER USING MATHEMATICAL
MODELING AND SIMULATION
Abstract. This paper presents the dispersion of the main compounds in the
Bahlui River using available hydrologic and water quality monitoring data.
The overall goal is to develop monitoring assessment and approaches in order to facilitate decision making regarding the management requirements.
The evolution of these water quality parameters were studied using Mike11
software (version of the software Mike developed by the Danish Hydraulic
Institute). Taking into consideration that the Bahlui River belongs entirely
to Iasi County, one of the most important industrial and tourist area of the
north-east part of Romania, the surface water quality is one of the biggest
priorities of the local environmental authority.
Key words: expert system, Mike 11 modelling system, HD module, AD module,
Bahlui River
INTRODUCTION
The subject of water resources management has a major impact in
our days. Surface waters such as streams, rivers, lakes, artificial lakes, seas and oceans are used for various activities such as household
consumption of drinking water, irrigation, industrial and recreational activities. At the same time, these water bodies are used as a receiving environment for the discharge of untreated or partially treated wastewater from different industrial and agricultural sources.
In addition, these water bodies get polluted water from rainfall and
from agricultural drains. As a result, the water becomes polluted and
improper for use. Consequently, the management of surface water
quality is important for maintaining various beneficial uses of water
resources (Water Framework Directive [WFD], 2000).
155
Cristina Maria Timofte, Ilona Joanna Switajska, Angela Potasznik...
The aim of modeling and monitoring water quality is to determine the current status and quality of water bodies, to presume the
variability of it in space and time, to improve the methods of conserving the unpolluted water bodies, treating the polluted one and
to evaluate effectiveness of water management/remedial measures
(Ani E.C., 2010).
METHODS AND MATERIALS
The catchments area of the Bahlui river basin it measures 1,917 km2
and belongs entirely to the county of Iasi. The length of the Bahlui
river between its spring and the confluence with Jijia river is about
119 km. The biggest urban area crossed by the river is Iasi City, with
relatively high industrial, economical and agricultural activities
(Craciun I, 2002). The area of the river under examination is between
the cities Podu Iloaiei (6,000 inhabitants) and Iasi (380,000 inhabitants) with a length of 25 km. The experimental data (flow rate, discharge, temperature and pH) were performed along the main channel of the river, at two monitoring sites: Targu Frumos (km 82.956)
and Miroslava (km 57851.70) (Fig. 1.).
Fig. 1. Study area (river sector Targu Frumos – Miroslava)
Regarding the developed expert system of the software module
for simulation of flows, water quality and evolution of water quality
parameters in estuaries, rivers and channels is based on the use of
156
Assesment of pollutant dispertion in bahlui river using mathematical modeling and...
Mike 11, a professional engineering software package developed by
the Danish Hydraulic Institute (DHI, 2008). The Mike 11 modeling
system solves vertically integrated equations for conservation of
continuity and momentum, i.e. the Saint Venant equations.
Open channel flow- Saint Venant equations (1 Dimension)
∂Q
∂x
+
∂A
= q (1)
∂t
⎛ Q 2 ⎞
⎟
∂⎜⎜ α
(2)
A ⎟⎠
∂Q
∂h gQ Q
⎝
+
+ gA + 2
=0
∂t
∂x
∂x C AR
where: x [m] is the distance along the channel; t [s] is the time,
Q [m3 s-1] is the discharge; A [m2] wetted area; q [m2s-1] lateral flow
per unit length; h [m] depth above datum; C [m1/2s-1] Chezy resistance coefficient; R [m] hydraulic radius; a momentum distribution
coefficient and g [ms2] is the acceleration due to gravity.
In order to create time series and boundary conditions for the
river network, it has to be inputted at a water level downstream and
an inflow upstream. In our case we have two boundary conditions:
the upstream inflow and downstream water level.
The advection-dispersion equation (3) is solved numerically
using an implicit finite difference scheme, which, in principle, is
unconditionally stable and has negligible numerical dispersion (Benchea R.E., 2011).
(3)
where C is the concentration, D the dispersion coefficient, A the
cross-sectional area, K the linear decay coefficient; C2 the source/sink
concentration, q the lateral inflow, x the space coordinate and t the
time coordinate.
157
RESULTS
After the hydrodynamic simulation we get the 1 dimension result,
which, using MIKE View allows us to visualize the results using different diagrams.
Analyzing the figure 2 we can see that the water level respects
the same trend in both cross sections and the maximum value was
reached when the maximum discharge was recorded. Taking into
consideration the short distance between the monitoring sites and
the flooding that occurred during in the simulated period, the data
have been simulated satisfactorily.
Fig. 2. Simulation of water level, water level animation and Q-H curve
on studied river sector
The results of the hydrodynamic module (variation of water velocity) were used to simulate the dispersion of nitrate and for a dispersion coefficient of 12 m2. In the simulated scenario we consider
that in the third monitoring site a concentration equals to 100 mg•l-1
NH4NO3. Discharge of the pollutant occurred due to the failure of
the treatment plant located in Targu Frumos city during the flood
event, on the maximum discharge. Taking into consideration the
previous equation the time series used for simulation will contain
the concentrations of nitrogen ammonium and nitrate. Until the failure of treatment plant takes place the concentration of the nutrients
158
is constant. The boundary advection dispersion conditions were given taking in consideration of the fields measurements (Tab. 1).
Tab. 1. Advection dispersion boundary conditions for nitrogen ammonium
and nitrate.
Boundary
Boundary
Pollutant
Chainage
River
Ammonium
Nitrate
Bahlui
0.06
0.33
82.956
(km 25)
Bahlui
0.02
0.13
70.000
(km 13)
Bahlui
TS File
TS File
Description
Type
Open
Inflow
57.85170
(km 0)
Open
Water
Level
Point Source
Concentration
*TS File contain the time series regarding the pollutant discharge
Source: Mike 11 software – Input advection-dispersion module
T ime S e rie s C once tration
3
[mu-g/m ]
0, 06 0
0, 05 5
Time S eries C once tration
3
[mu-g/m ]
0, 06 0
0, 06 0
0, 05 5
0, 05 0
0, 05 0
0, 04 5
0, 04 5
0, 04 0
0, 04 0
0, 03 5
0, 06 0
0, 03 5
0, 03 0
0, 03 0
0, 02 5
0, 02 5
0, 02 0
0, 02 0
0, 01 5
0, 01 5
0, 01 0
0, 01 0
0, 00 5
0, 00 5
0, 00 0
08 :0 0:0 0
10 :0 0:0 0
12 :0 0:0 0
14 :0 0 :0 0
16 :0 0:0 0
18 :0 0:0 0
0, 00 0
08 :0 0:0 0
10 :0 0:0 0
12 :0 0:0 0
14 :0 0 :0 0
16 :0 0:0 0
18 :0 0:0 0
Fig. 3. Nitrogen ammonium and nitrate concentration in cross section
57.85170 (km 0)
T ime S eries C once tration
3
[mu-g/m ]
0, 06 0
0, 05 5
0, 06 0
0, 05 0
0, 04 5
0, 04 0
0, 03 5
0, 03 0
0, 02 5
0, 02 0
0, 01 5
0, 01 0
0, 00 5
0, 00 0
08 :0 0:0 0
10 :0 0:0 0
12 :0 0:0 0
14 :0 0 :0 0
16 :0 0:0 0
18 :0 0:0 0
Fig. 4. Nitrogen ammonium and nitrate concentration in cross section
82.956 (km 25)
159
The concentration of the pollutants (in this case nitrogen ammonium and nitrate) has a Gaussian distribution in time and suffers
a shift depending on the distance. Figure 3 presents the situation
in the first cross section when pollutants concentration increases
till reaching the concentration that have been inputted in boundary
condition 0.06 mg•L -1 for nitrogen ammonium respective 0.33 mg•L 1
for nitrogen nitrate. When the maximum discharge is reached the
treatment plant suffers a defection fact that leads to a discharge of
pollutants equal with 100 mg•L -1 for each nitrogen ammonium and
nitrate. Figure 4 shows dispersion during the accidental discharge, it
can be observed that the maximum concentration (maximum peak)
in both situations is reached approximately 5 hours after the discharge occurs.
Continuing the above reasoning, we can estimate pollutant behavior depending on time and space for a given initial concentration,
respectively, for a given flow rate. This behavior, in terms of concentration, can be estimated using Mike 11 software.
CONCLUSIONS AND DISCUSSIONS
The variation of nutrient concentration during the transport in the
river is strongly connected with hydrological and meteorological conditions fact that hampers analyze. For example the nitrate concentration can be decreased during an intense rainfall due to the high
amount of water which enters to the river stream, but on the other
hand a long-drawn rainfall could increase the concentration due to
leaching of water through the soil. Unfortunately, the lack of daily
rainfall time series did not allow us to calibrate and validate a rainfall-runoff model which could have provided us with an accurate flow
stream prediction and the basin response to rainfall and snowmelt
events.
Using this program we can make simulations to determine how
long and in which concentration the pollutant will come in any section and any place away from pollution point. Nevertheless a main
advantage of the software is the ability to cater for a wide variety of
initial and boundary conditions. This makes it possible to use it for
the other kinds of releases of pollutants, such as the steady or un160
steady releases over finite time intervals in contrast to the ‘‘sudden
release’’ case presented in this paper.
BIBLIOGRAPHY
Ani, E.C., Hutchins, M.G., Kraslawski, A., Agachi, P.S., 2010. Assessment
of pollutant transport and river water quality using mathematical models. Revue Roumanie de Chimie, 55, 285-291.
Benchea, R.E., Cretescu, I., Macoveanu, M., 2011. Monitoring of water quality indicators for improving water resources of Bahlui River. Environmental Engineering and Management Journal, 10 (3), 327-332.
Craciun, I., 2002. Water quality management of the Bahlui river using the
Mike 11-3.01 model, Ovidius University Annals of Constructions,
3, 4(1), 679-682.
DHI (2008), Mike 11 - a modeling system for rivers and channels, reference
manual. Danish Hydraulic Institute, Hørsholm.
WFD, (2000), Directive 2000/60/EC of the European Parliament and of the
Council establishing a framework for the Community action in the field
of water policy (Water Framework Directive), adopted on 23.10.2000,
Official Journal of the European Communities, L 327, 1-72.
161
Adam Piasecki
EPISTEME
22/2014, t. II
s. 163-171
ISSN 1895-2241
Poziom infrastruktury kanalizacyjnej
na obszarach wiejskich województwa
warmińsko-mazurskiego
Sanitation level in rural areas
of the Warmińsko-Mazurskie Voivodeship
Abstrakt. W artykule przeprowadzono analizę rozwoju infrastruktury
kanalizacyjnej na obszarach wiejskich województwa warmińsko-mazurskiego w latach 1995-2012. W wyniku przeprowadzonej analizy stwierdzono
znaczący wzrost zarówno wśród infrastruktury liniowej (przyrost długości
kanalizacji o 782%) jak i punktowej (wybudowanie 104 oczyszczalni zbiorczych i ponad 2,2 tys. oczyszczalni przyzagrodowych). Stwierdzono, że
w poszczególnych obszarach poziom rozwoju analizowanej infrastruktury
był różny co spowodowane było uwarunkowaniami naturalnymi
(ukształtowanie i deniwelacje terenu) i antropogenicznymi (gęstość zaludnienia, typ sieci osadniczej). Zwrócono uwagę, na istotne znaczenie środków
finansowych pozyskanych z funduszy zewnętrznych, charakteryzując ich
strukturę i źródło. Podsumowując wskazano, że mimo znaczącego wzrostu
w zakresie analizowanej infrastruktury nadal w wielu regionach badanego
obszaru występują istotne jej braki, które powinny zostać w kolejnych latach wyeliminowane.
Słowa kluczowe: infrastruktura kanalizacyjna, oczyszczalnie ścieków, warmińsko-mazurskie
Summary. The paper analyzes the development of wastewater management infrastructure in rural areas in Warminsko-Mazurskie Province in
Poland in the period 1995 – 2012. Research has shown that the length of
sewer lines has increased 782%. In addition, 104 community wastewater
treatment plants and 2,200 home wastewater treatment units have been
constructed. The level of development varies across the province due to
human factors such as population density and community type as well as
natural factors such as local relief and differences in elevation. The paper
also discusses the importance of external funding by structure and source.
163
Adam Piasecki
In summary, despite significant progress in the development of wastewater
management infrastructure in Warminsko-Mazurskie Province, more work
needs to be done in many parts of the province in order to bring all residents
online.
Key words: wastewater management infrastructure, wastewater treatment
plants, Warminsko-Mazurskie Province
Wstęp
W Polsce od wielu lat obserwowana jest tendencja wzrostowa
inwestycji w zakresie gospodarki wodno-ściekowej. W dużej części
wynika to z konieczności dostosowania istniejącej infrastruktury do
przepisów unijnych [NFOŚiGW 2011]. Podstawową dyrektywą wyznaczającą działania w tym obszarze jest Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady Europy tzw. Ramowa Dyrektywa Wodna (RDW)
[Piasecki 2013]. W najbardziej ogólnym ujęciu RDW ma na celu
osiągniecie dobrego stanu ekologicznego wszystkich rodzajów wód
i redukcje ładunków zanieczyszczeń biodegradowalnych do 2015
roku [Wałęga 2009].
W Polsce szczególnie duże braki w kwestii odpowiedniego zagospodarowania nieczystości ciekłych obserwowane były na obszarach wiejskich. Z ekologicznego punktu widzenia było to szczególnie
niekorzystne, ponieważ ścieki te zawierały prócz zdyspergowanych
różnego rodzaju substancji organicznych i nieorganicznych, także niebezpieczne dla zdrowia mikroorganizmy roślinne i zwierzęce, w tym
bakterie, wirusy i pasożyty [Heidrich i in. 2008].
W pracy podjęto temat rozwoju infrastruktury kanalizacyjnej
na obszarach wiejskich województwa warmińsko-mazurskiego
w latach 1995-2012. Prócz ilościowego ujęcia obiektów punktowych
i liniowych uwzględniono także dostępność mieszkańców do badanej
infrastruktury, a także procent ścieków oczyszczonych. Zwrócono
również uwagę na wielkość nakładów finansowych przeznaczonych
na rozwój badanej infrastruktury.
Materiał i metody
Dane wykorzystane na potrzeby niniejszego opracowania zostały
zaczerpnięte z Banku Danych Lokalnych (GUS) i Roczników Ochrony
164
Poziom infrastruktury kanalizacyjnej na obszarach wiejskich województwa
Środowiska. Na ich podstawie określono dynamikę zmian w rozwoju infrastruktury kanalizacyjnej obszarów wiejskich badanego województwa. Wyznaczono zmianę długości sieci kanalizacyjnej i jej
nasycenia w odniesieniu do obszarów wiejskich poszczególnych powiatów. Uwzględniono również liczbę oczyszczalni ścieków i odsetek
mieszkańców korzystających z analizowanej infrastruktury. Określono ponadto strukturę finansowania przeprowadzonych inwestycji
i wielkość poniesionych kosztów.
Obszar badań
Województwo warmińsko-mazurskie położone jest w północno
wschodniej Polsce. Utworzono je w 1999 roku w wyniku reformy
administracyjnej kraju. Początkowo liczyło 19 powiatów, jednak od
2002 roku w wyniku rozdzielenia powiatu giżyckiego (na giżycki
i węgorzewski) i olecko-gołdapskiego (na giżycki i węgorzewski),
liczy ich 21. Województwo zajmuje obszar ponad 24 tys. km2 co
daje mu czwarte miejsce w Polsce. Zamieszkuje go jedynie 1,4 mln
ludzi, czego efektem jest najniższy wskaźnik gęstości zaludnienia wśród wszystkich województw (61 osób na km2). Stosunkowo
słabo rozwinięty przemysł przy niewielkiej gęstości zaludnienia,
umożliwił w dużym stopniu zachowanie naturalnych walorów przyrodniczych tego obszaru. Największą atrakcją i jednocześnie cechą
charakterystyczną tego regionu jest duża liczba jezior głównie polodowcowych (Świstak i in. 2013). Młodoglacjalna rzeźba tego obszaru charakteryzuje się dużym urozmaiceniem form morfologicznych.
W rezultacie warunki przyrodnicze w tym głównie ukształtowanie terenu zadecydowało na wielu obszarach o rozmieszczeniu i typie sieci
osadniczej. Wymienione czynniki mają jednocześnie bezpośredni
wpływ na funkcjonowanie i wyposażanie poszczególnych jednostek
osadniczych w badaną infrastrukturę.
Wyniki i dyskusja
Infrastruktura kanalizacyjna obszarów wiejskich województwa warmińsko-mazurskiego w analizowanym okresie rozwijała się bardzo
dynamicznie. Długość sieci kanalizacyjnej wzrosła niemal ośmiokrotnie z 416 do ponad 3,6 tys. km. Średnie roczne tempo wzrostu
165
Adam Piasecki
wyniosło ponad 13,5%. Wzrosła również liczba punktowych elementów badanej infrastruktury w tym przed wszystkim oczyszczalni
ścieków o charakterze zbiorczym i indywidualnym. Na szczególną
uwagę zasługuje znaczący wzrost liczby indywidualnych wiejskich
oczyszczalnie ścieków, o ponad 2,2 tys. obiektów. Ich budowa w wielu
regionach badanego obszaru była uzasadniona zarówno względami
ekonomicznymi jak i technicznymi.
Rozwój badanej infrastruktury w latach 1995-2012 wykazywał silne zróżnicowanie przestrzenne. Dobrym miernikiem
umożliwiającym w tym przypadku analizę jest wskaźnik nasycenia
siecią kanalizacyjną. Wartości wspomnianego wskaźnika wykazywały
znaczne zróżnicowanie, zarówno w poszczególnych latach jak i obszarach. W roku 1995 nasycenie siecią kanalizacyjną na obszarach
wiejskich w poszczególnych powiatach nie przekraczało 5 km na 100
km2. W kolejnych latach wartość wskaźnika systematycznie wzrastała
we wszystkich powiatach, jednak najsilniej w tych zlokalizowanych
w centralnej i południowej części województwa. W rezultacie nasycenie siecią kanalizacyjną na tych obszarach przekracza obecnie wartość 10, a w centralnej części 20 km na 100 km2 (ryc.1).
Przyczyn najintensywniejszego rozwoju sieci kanalizacyjnej
w centralnej i południowej części badanego województwa jest wiele. Do najważniejszych należy zaliczyć większą gęstość zaludnienia,
bliskie sąsiedztwo większych ośrodków miejskich oraz warunki przyrodnicze. Większa gęstość zaludnienia sprzyja rozbudowie analizowanej infrastruktury obniżając jej koszty jednostkowe, zapewniając
zarazem opłacalność jej późniejszej eksploatacji. Bliskość większych
ośrodków miejskich sprzyja również intensywnej rozbudowie badanej infrastruktury, ze względu na powszechny w Polsce proces migracji ludności z miast na wieś. Taka sytuacja ma miejsce w przypadku
powiatu olsztyńskiego w którego centrum zlokalizowane jest miasto
Olsztyn. W wielu regionach warunki naturalne w tym zróżnicowana
rzeźba terenu i znaczne jej deniwelacje uniemożliwiły budowę kanalizacji. W tych obszarach najczęściej jedynym rozwiązaniem była
budowa wspomnianych już przydomowych oczyszczalni ścieków.
Podkreślić należy również znaczenie typu zabudowy występującej
w poszczególnych regionach. Powiaty w obrębie których zabudowa
miała charakter w dużym stopniu rozproszony charakteryzowały się
166
stosunkowo mniejszym rozwojem badanej sieci. Wynika to głównie
z faktu braku ekonomicznego uzasadnienia dla budowy tak kosztownej infrastruktury na tych obszarach.
Ryc. 1. Nasycenie siecią kanalizacyjną na obszarach wiejskich powiatów
województwa warmińsko-mazurskiego
Intensywny rozwój sieci kanalizacyjnej, a co za tym idzie jej
nasycenia spowodował wzrost dostępności badanej infrastruktury.
Bezpośrednio przełożyło się to na dynamiczny przyrost liczby osób
z niej korzystających (ryc. 2). W roku 2002 z kanalizacji korzystało
18,7% mieszkańców wsi województwa warmińsko-mazurskiego,
a obecnie odsetek ten wynosi ponad 31%. W przypadku poszczególnych regionów, największy udział ludności wiejskiej korzystającej
z analizowanej infrastruktury mają obecnie powiaty mrągowski,
giżycki i gołdapski (ponad 40%).
167
Adam Piasecki
Ryc. 2. Udziału ludności wiejskiej korzystającej z kanalizacji
w roku 2002 i 2012
Zwiększona dostępność do badanej infrastruktury spowodowała
podniesienie standardu życia mieszkańców, a także zmniejszenie presji na środowisko przyrodnicze. Ilość ścieków oczyszczonych w latach
1996-2012 zwiększyła się o ponad 98% (ryc. 3). Jest to niezwykle
istotne, ze względu na walory turystyczne i rekreacyjne tego obszaru, w tym głównie te związane z jeziorami. Turyści odwiedzający ten
region liczą bowiem głównie na czyste i nieskażone środowisko naturalne, w tym przede wszystkim akweny wodne.
Ryc. 3. Ilość ścieków oczyszczona na obszarach wiejskich województwa
warmińsko-mazurskiego w latach 1996-2012
168
Tak duża liczba i zakres przeprowadzonych inwestycji nie byłby możliwy, gdyby nie wsparcie finansowe uzyskane przez poszczególne gminy i powiaty z zewnątrz. Środki finansowe pochodziły z
kilku źródeł, a do najważniejszych należy zaliczyć fundusze ochrony
środowiska i unii europejskiej. W ostatnich latach w sposób istotny
wzrostowi uległa zwłaszcza wielkość funduszy unijnych (ryc. 4).
Ich udział w kosztach całkowitych przeprowadzonych inwestycji
zwiększył się z 29% w 2004 roku do 47% w roku 2012.
Ryc. 4. Struktura nakładów na infrastrukturę kanalizacyjną
w województwie warmińsko-mazurskim. Objaśnienia: 1-budżet państwa,
2-samorząd, 3-mieszkańcy, 4-fundusz ochrony środowiska i gospodarki
wodnej, 5- fundusze strukturalne UE, 6-inne.
Wnioski
W wyniku przeprowadzonej analizy stwierdzono intensywny rozwój infrastruktury kanalizacyjnej w badanym województwie.
Zaobserwowano duży wzrost zarówno wśród infrastruktury liniowej (przyrost długości kanalizacji o 782%) jak i punktowej (wybudowanie 104 oczyszczalni zbiorczych i ponad 2,2 tys. oczyszczalni
przyzagrodowych). Podkreślono zróżnicowanie przestrzenne rozwoju analizowanej infrastruktury, wskazując na obszary centralne
województwa jako te w których zaobserwowano największy postęp.
Podano również główne przyczyny wspomnianych różnic, do których
zaliczono zarówno uwarunkowania naturalne (ukształtowanie i deniwelacje terenu) jak i antropogeniczne (gęstość zaludnienia, typ
sieci osadniczej).
Wskazano na pozytywne efekty przeprowadzonych inwestycji
zarówno dla miejscowej ludności (podniesienie standardu życia) jak
i środowiska naturalnego (zwiększenie ilości ścieków oczyszczanych).
169
Adam Piasecki
Zwrócono uwagę, na istotne znaczenie środków finansowych pozyskanych z funduszy zewnętrznych. Bez nich rozbudowa i modernizacja badanej infrastruktury na wielu obszarach byłaby niemożliwa.
Podsumowując, rozwój jaki nastąpił w zakresie badanej infrastruktury na obszarach wiejskich województwa warmińskomazurskiego należy ocenić pozytywnie. Niewątpliwe jednak nadal
występują jej braki, które powinny zostać w najbliższych latach wyeliminowane. Jest to niezwykle istotne ponieważ gospodarka regionu oparta jest w znacznym stopniu na obsłudze szeroko rozumianej branży turystycznej i rekreacyjnej. Dlatego też wydaje się, że we
wspólnym interesie władz samorządowych i prywatnych przedsiębiorców jest minimalizowanie ilości zanieczyszczeń mogących wpłynąć
na walory turystyczne tej części Polski.
Bibliografia
Bank Danych Lokalnych GUS (http://www.stat.gov.pl/bdl/app/strona.
html?p_name=indeks).
Świstak E., Sawicka B., Świątkowska M., 2013, Baza noclegowa jako czynnik
rozwoju turystyki w województwie warmińsko-mazurskim, Studia
i Materiały CEPL, z. 37(4), 313-320.
Heidrich Z., Kalenik M., Podedworna J., Stańko G. Sanitacja wsi. Wyd. Seidel-Przywecki, Warszawa 2008.
Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej, 2011, Gospodarka wodno-ściekowa, Warszawa.
Ochrona Środowiska, Informacje i opracowania statystyczne. Główny Urząd
Statystyczny, Warszawa 1995-2013.
Piasecki A., 2013, Ramowa Dyrektywa Wodna a rozwój infrastruktury wodno-kanalizacyjnej – w województwie kujawsko-pomorskim, Zeszyty
Naukowe SGGW Polityka Europejska, Finanse i Marketing, nr 9(58),
351-360.
Portal Wrota Warmii i Mazur, http://invest.warmia.mazury.pl/pl/region.
html
Wałęga A., Chmielowski K., Satora S., 2009, Stan gospodarki wodnościekowej w Polsce aspekcie wdrażania ramowej dyrektywy wodnej,
Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich, nr 4, s. 57–72.
170
Adam Piasecki
Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu
Wydział Nauk o Ziemi
Promotor pracy doktorskiej: dr hab. Rajmund Skowron
171
Grażyna Łaska
Aneta Sienkiewicz
EPISTEME
22/2014, t. II
s. 173-180
ISSN 1895-2241
MODELOWANIE MATEMATYCZNE WPŁYWU
TEMPERATURY POWIETRZA NA STAN ZACHOWANIA
I ZAGROŻENIE POPULACJI PULSATILLA PATENS
(L.) MILL. W PUSZCZY KNYSZYŃSKIEJ
MATHEMATICAL MODELLING OF THE INFLUENCE
OF AIR TEMPERATURE ON THE CONSERVATION
STATUS AND THREAT OF PULSATILLA PATENS (L.)
MILL. POPULATION IN THE KNYSZYŃSKA FOREST
Abstrakt. Czynniki abiotyczne w głównym stopniu wpływają na biologię
rozwoju i rozmieszczenie roślin. Celem pracy jest ocena wpływu temperatury powietrza na osobniki sasanki otwartej Pulsatilla patens (L.) Mill.
w Puszczy Knyszyńskiej. Model matematyczny zależności pomiędzy zmiennymi oparty na prawdopodobieństwie zbudowano z zastosowaniem sieci
bayesowskich w programie GeNIe 2.0. W badaniach stwierdzono istotną
statystycznie zależność pomiędzy liczbą pędów, fazą rozwoju i wysokością
osobników w populacji a analizowanym czynnikiem. Oznacza to, że temperatura powietrza jest ważną zależną wpływającą na cechy morfologicznorozwojowe tego gatunku w Puszczy Knyszyńskiej.
Słowa kluczowe: gatunek zagrożony, proces reprodukcji, sieci bayesowskie,
wnioskowanie probabilistyczne
Summary. Abiotic factors are the most important elements influencing the
life history and distribution of the plant species. The aim of this study was
to evaluate the influence of air temperature on the number and condition
of individuals of Pulsatilla patens (L.) Mill. in the Knyszyńska Forest. The
mathematical model of relationships between variables based on probability was built using Bayesian Networks (BNs) in GeNIe 2.0 software. Result
of the present study show statistically significant relationship between the
number of shoots, the development phase and height of individuals and
analyzed factor. This means that the air temperature is an important depen173
dent affecting the morphological and developmental features of this species
in the Knyszyńska Forest.
Key words: threatened plant, reproduction process, Bayesian networks, probabilistic inference
Wstęp
P. patens jest gatunkiem zagrożonym w Europie, notowanym w Załączniku II Dyrektywy Siedliskowej [92/43/EWG] oraz w Załączniku I Konwencji Berneńskiej. W Polsce podlega ścisłej ochronie
gatunkowej od 1958 roku i wymaga ochrony czynnej [Dz.U. 2004,
nr 168, poz. 1764]. Gatunek ten wymaga także ochrony w formie
wyznaczania obszarów Natura 2000 [Dz.U. 2005, nr 94, poz. 795].
Jednym z czynników stwarzających istotne zagrożenie dla egzystencji
tego taksonu w północno-wschodniej Polsce jest duża niestabilność
warunków termicznych w okresie wczesnowiosennym [Rysina 1981;
Wójtowicz 2000]. Poznanie optymalnych warunków środowiska
przyrodniczego staje się zatem głównym celem w procesie reprodukcji
zagrożonych roślin. Celem niniejszej pracy jest ocena wpływu temperatury powietrza na stan zachowania i zagrożenie populacji P. patens
w Puszczy Knyszyńskiej, na podstawie opracowanego modelu matematycznego z zastosowaniem sieci bayesowskich. Modelowanie matematyczne z zastosowaniem metod uczenia maszynowego w postaci
sieci bayesowskich umożliwia wnioskowanie na temat funkcjonowania zagrożonych gatunków roślin i ich odpowiedzi na zachodzące
zmiany warunków środowiska przyrodniczego. Stanowi także cenne
narzędzie do wspomagania procesu decyzyjnego w zakresie zarządzania cennymi zasobami środowiska przyrodniczego w warunkach
niepewności [Marín i in. 2003; Newton i in. 2007; Pollino i in. 2007].
Teren badań
Badania populacji P. patens prowadzono w północno-wschodniej
Polsce, na terenie 6 Nadleśnictw Puszczy Knyszyńskiej (Supraśl,
Dojlidy, Knyszyn, Żednia, Waliły i Krynki). Teren ten reprezentuje
Specjalny Obszar Ochrony Siedlisk „Ostoja Knyszyńska” PLH200006
i Obszar Specjalnej Ochrony Ptaków „Puszcza Knyszyńska”
PLB200003 w sieci obszarów Natura 2000 [Łaska 2009].
174
Modelowanie matematyczne wpływu temperatury powietrza na stan zachowania ...
Materiał i metody
Badania terenowe prowadzono w sezonie wegetacyjnym 2011 i 2012
roku łącznie na 33 stanowiskach [Łaska, dane niepubl.; baza RDLP
w Białymstoku]. Stanowiska, na których występowała P. patens podzielono na kwadraty podstawowe o wielkości 1 m2, skartowano na
nich wszystkie osobniki oraz oceniono stan zachowania każdej populacji. Na podstawie cech morfologiczno-rozwojowych, rozpoznawano
i odnotowano liczebność osobników w poszczególnych fazach rozwoju (juwenilnej, wegetatywnej i generatywnej). Określono również
wysokość osobników, średnicę rozet i liczbę pędów. Pomiaru temperatury powietrza przy użyciu wielofunkcyjnego urządzenia Voltcraft
DT8820 dokonano jednokrotnie na każdym stanowisku badawczym
pomiędzy godziną 9.00 a 18.00, w odstępach co 1 m od krawędzi
drogi, w kierunku zwartego okapu lasu. W celu ustalenia wartości reprezentatywnych dla jednokrotnych pomiarów temperatury powietrza, obliczono poprawkę (p), na podstawie jednogodzinnego okresu
uśredniania wyników pomiarów temperatury powietrza ze stacji
meteorologicznej w Borsukowiźnie (WIOŚ, Białystok). Jest to stacja
na terenie kompleksu puszczańskiego o warunkach klimatycznych
reprezentatywnych do warunków panujących na stanowiskach badawczych. Uzyskane wyniki badań cech morfologiczno-rozwojowych
P. patens i skorygowanych wartości temperatury powietrza poddano procesowi dyskretyzacji i opracowano model matematyczny
zależności pomiędzy zmiennymi w postaci sieci bayesowskich
w programie GeNIe 2.0 (University of Pittsburgh, USA), z zastosowaniem algorytmu Bayesian Search na poziomie istotności α=0,1. Na
podstawie wyników symulacji komputerowej ustalono optymalny
poziom badanego czynnika abiotycznego, wpływający korzystnie na
stan i zachowanie P. patens w kompleksie puszczańskim.
Wyniki i dyskusja
W badaniach stwierdzono obecność 843 osobników, w tym 42 osobników juwenilnych, 676 osobników wegetatywnych i 125 osobników generatywnych. Najwyższy osobnik osiągnął wysokość 44 cm,
a najniższy 2 cm, średnia wysokość osobników w populacji wynosiła
11,67±7,62 cm. W budowie osobników średnica przyziemnej rozety
175
osiągnęła maksymalnie 37 cm, a minimalnie 0,5 cm, średnia rozpiętość rozety osobników wynosiła 3,72±3,66 cm. W badanych populacjach określono łącznie obecność 4487 pędów, w tym 200 pędów
generatywnych, 3244 pędów wegetatywnych i 1043 pędów juwenilnych. Na podstawie badań cech morfologiczno-rozwojowych P.
patens i skorygowanych wartości temperatury powietrza (p=-1,8oC)
skonstruowano sieć przyczynowo-skutkową, której węzły wyrażają
analizowane zmienne, a połączenia obrazują probabilistyczne zależności między nimi (Ryc. 1).
T ime S eries C once tration
3
[mu-g/m ]
0, 06 0
0, 05 5
0, 06 0
0, 05 0
0, 04 5
0, 04 0
0, 03 5
0, 03 0
0, 02 5
0, 02 0
0, 01 5
0, 01 0
0, 00 5
Ryc. 1. Model sieci bayesowskiej wpływu temperatury powietrza na cechy
0, 00 0
morfologiczno-rozwojowe P. patens
08 :0 0:0 0
10 :0 0:0 0
12 :0 0:0 0
14 :0 0 :0 0
16 :0 0:0 0
18 :0 0:0 0
Wyniki modelowania matematycznego wykazały, że istnieje
istotna statystycznie zależność pomiędzy temperaturą powietrza
a liczbą pędów generatywnych i juwenilnych, fazą rozwoju
i wysokością osobników w populacji (Ryc. 1). Założenie czterech
przedziałów wartości w procesie dyskretyzacji zmiennych wskazuje,
że prawdopodobieństwo odnotowania temperatury powietrza poniżej 15oC jest największe i wynosi 0,72 (Ryc. 2). Przy temperaturze powietrza poniżej 15oC prawdopodobieństwo wystąpienia osobników generatywnych w badanej populacji jest niewielkie i wynosi
0,15. Wzrasta natomiast do 0,8 prawdopodobieństwo wystąpienia
osobników wegetatywnych. Ponadto, przy wskazanym poziomie temperatury powietrza prawdopodobieństwo stwierdzenia obecności
u osobników od 1 do 5 pędów juwenilnych i wysokości poniżej 10 cm
wynosi 0,52 (Ryc. 2).
176
T ime S e rie s C once tration
3
[mu-g/m ]
0, 06 0
0, 05 5
0, 06 0
0, 05 0
0, 04 5
0, 04 0
0, 03 5
0, 03 0
0, 02 5
0, 02 0
0, 01 5
0, 01 0
0, 00Ryc.
5
2. Warunkowe rozkłady prawdopodobieństw analizowanych
0, 00 0
czynników w modelu sieci bayesowskiej
14 :0 0 :0 0
12 :0 0:0 0
16 :0
0:0 0
18 :0 0:0
0
przyczynowo-skutkowe
pomiędzy
analizowanymi czynnikami potwierdzają wyniki wcześniejszych badań.
Na zboczach o ekspozycji południowej, określono 3-krotnie większą
liczbę osobników generatywnych i 5-krotnie większą liczbę pędów generatywnych w stosunku do liczby osobników na zboczach o wystawie
zachodniej, gdzie wyraźnie dominują osobniki wegetatywne (85%)
[Łaska i Sienkiewicz 2013]. Stwierdzono też pozytywną reakcję
P. patens na wzrost temperatury powietrza, temperatury gleby i intensywności światła słonecznego wraz z oddalaniem się od zwartego
okapu lasu [Sienkiewicz 2012].
Wyniki symulacji komputerowej wykazały, że przy temperaturze powietrza poniżej 15oC prawdopodobieństwo wystąpienia osobników juwenilnych i pędów juwenilnych jest największe. Stwierdzono
także, że temperatura powietrza od 15oC do 30oC jest to optymalny
zakres, w którym prawdopodobieństwo wystąpienia osobników generatywnych z pędami generatywnymi i osiągających maksymalne
wysokości w badanej populacji jest największe. W warunkach temperatury powietrza powyżej 30oC wzrasta prawdopodobieństwo
wystąpienia osobników wegetatywnych z pędami wegetatywnymi, co
w konsekwencji skutkuje wzrostem rozpiętości przyziemnej rozety
i niższą wysokością osobników. Jest to szczególnie ważne, gdyż faza
generatywna i juwenilna są to dwie najważniejsze fazy decydujące
10 :0 0:0 0
08 :0 0:0 0zależności
Uzyskane
177
o dalszych losach populacji, których liczebność jest ściśle uzależniona od korzystnych warunków termicznych w okresie wczesnowiosennym. W sprzyjających latach pod względem warunków klimatycznych
obserwuje się wówczas nagły, skokowy wzrost liczebności populacji
P. patens. Zwykle jednak, w kolejnych sezonach, następuje szybki
powrót do stanu wyjściowego [Uotila 1996; Wójtowicz 2000, 2004].
Wnioski
Modelowanie matematyczne z wykorzystaniem sieci bayesowskich
jest skutecznym narzędziem oceny stanu zachowania i zagrożenia
P. patens na terenie kompleksu puszczańskiego, w warunkach wpływu
zmiennej temperatury powietrza. Stwierdzono istotny statystycznie
wpływ temperatury powietrza na obecność pędów juwenilnych i generatywnych oraz wzrost i rozwój P. patens. Oznacza to, że temperatura powietrza jest ważną zależną wpływającą na cechy morfologiczno-rozwojowe tego gatunku w Puszczy Knyszyńskiej.
Podziękowania
Serdecznie dziękujemy prof. M. Drużdżelowi i dr A. Drużdżel za konsultacje w zakresie sieci bayesowskich.
Opracowanie współfinansowane w ramach Programu Operacyjnego
Kapitał Ludzki ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
„Podniesienie potencjału uczelni wyższych jako czynnik rozwoju gospodarki opartej na wiedzy”.
Bibliografia
Łaska G. 2009. Europejska sieć ekologiczna Natura 2000 a ocena oddziaływania na środowisko przyrodnicze. [w:] Łaska G. (red.) Ochrona
środowiska. Perspektywy i strategie rozwoju gospodarczego Puszczy
Knyszyńskiej oraz ochrona przyrody na Litwie. Stowarzyszenie
Uroczysko, Białystok, 51-68.
Łaska G., Sienkiewicz A. 2013. Stan zachowania i zagrożenie populacji Pulsatilla patens (L.) Mill. pod wpływem zmiennych warunków środowiska przyrodniczego w Puszczy Knyszyńskiej. [w:] Ciereszko I, Bajguz
178
A. (red.) Różnorodność biologiczna – od komórki do ekosystemu.
Rośliny i grzyby w zmieniających się warunkach środowiska, Wyd. PTB,
Białystok, 143-154.
Marín J.M., Diez R.M., Insua D.R. 2003. Bayesian methods in plant conservation biology. Biol. Conserv., 113: 379–387.
Newton A.C., Stewart G.B., Diaz A., Golicher D., Pullin A.S. 2007. Bayesian
Belief Networks as a tool for evidence-based conservation management. J. Nat. Conserv., 15: 144-160.
Pollino C.A., Woodberry O., Nicholson A., Korb K., Hart B.T. 2007. Parameterisation and evaluation of a Bayesian network for use in an ecological
risk assessment. Environ. Modell. Softw., 22: 1140-1152.
Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 16 maja 2005 roku w sprawie
typów siedlisk przyrodniczych oraz gatunków roślin i zwierząt, wymagających ochrony w formie wyznaczania obszarów Natura 2000 (Dz. U.
2005, Nr 94, poz. 795).
Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 lipca 2004 roku w sprawie
gatunków dziko występujących roślin objętych ochroną (Dz. U. 2004,
Nr 168, poz. 1764).
Rysina G.P. 1981. On the biology of Pulsatilla patens (L.) Mill. in the environs of Moscow. Bull. Mosc. Nat. Soc., 86: 129–134.
Sienkiewicz A. 2012. Pulsatilla patens (L.) Mill. in the Knyszyńska Forest on
background of abiotic disorders. [w:] Łaska G. (red.) Różnorodność biologiczna – od komórki do ekosystemu, Wyd. PTB, Białystok, 103-116.
Uotila P. 1996. Decline of Anemone patens (Ranunculaceae) in Finland. Acta
Univ. Ups. Symb. Bot. Upsal., 31: 205-210.
Wójtowicz W. 2000. Biologia, wymagania siedliskowe i możliwości uprawy
zachowawczej Pulsatilla patens (L.) Mill. Biul. Ogr. Bot., 9: 45–54.
Wójtowicz W. 2004. Pulsatilla patens (L.) Mill. Sasanka otwarta. [w:]
Werblan-Jakubiec H., Sudnik-Wójcikowska B. (red.) Poradnik ochrony
siedlisk i gatunków Natura 2000, 9: 168–171.
179
dr hab. Grażyna Łaska, prof. nzw.
Katedra Ochrony i Kształtowania Środowiska
Politechnika Białostocka
mgr inż. Aneta Sienkiewicz
Katedra Ochrony i Kształtowania Środowiska
Politechnika Białostocka
ul. Wiejska 45A, 15-351 Białystok
180
Joanna Aleksiejuk
Liliia Martyniuk
EPISTEME
22/2014, t. II
s. 181-190
ISSN 1895-2241
THE OVERVIEW OF RENEWABLE ENERGY
SOURCES IN UKRAINE ON THE EXAMPLE
OF SOLAR SYSTEMS
PRZEGLĄD ŹRÓDEŁ ENERGII ODNAWIALNYCH
NA UKRAINIE NA PRZYKŁADZIE SYSTEMÓW
SŁONECZNYCH
Abstract. The paper presents general overview of the usage of renewable
energy sources (RES) in Ukraine. It is particularly shown on the example of
solar systems. There is presented the participation of solar energy (i.e. standard solar systems for heating domestic hot water, hybrid systems, photovoltaic systems etc.) among the other renewable sources of energy. One
particular standard solar system is analyzed. This system was constructed as
a research object of Education and Research Institute of Energetics and Automatics (NULES of Ukraine). It included vacuum solar collector, pump set
and storage tank. All the measuring data are saved by the solar controller.
Key words: solar energy, collector efficiency, vacuum tube solar collector
Streszczenie. W artykule przedstawiono ogólny przegląd wykorzystania
odnawialnych źródeł energii (OZE) na Ukrainie. Jest to szczególnie pokazane na przykładzie układów słonecznych. Przedstawiono udział energii słonecznej (czyli standardowych systemów słonecznych do ogrzewania ciepłej
wody użytkowej, systemy hybrydowe, systemy fotowoltaiczne, etc.) wśród
innych odnawialnych źródeł energii. Przeanalizowano jeden ze standardowych systemów słonecznych. System ten został zbudowany jako obiekt
badań Edukacji i Badań Naukowych Instytutu Energetyki i Automatyki
(NULES). Zawierał próżniowy kolektor słoneczny, zestaw pomp oraz zbiornik. Wszystkie dane pomiarowe są zapisywane przez kontroler naświetlania
słonecznego.
Słowa kluczowe: energia słoneczna, sprawność kolektora, kolektor rury próżniowej
181
Introduction
Ukraine has one of the most energy-intensive economies in the world
(3 to 5 times higher than other Eastern European countries), but significant sources of savings are available. The share of renewables in
total energy supply is still very low (below 2%) but the number of
companies engaged in this sector is increasing.
Tab. 1. The potential of renewable energy in Ukraine (2012)
№
Areas of RES
Annual technically achievable energy
potential
bn kWh/year
mln t c.e*/year
1.
Wind Power
79,8
28,0
2.
Solar Energy, including:
38,2
6,0
2.1.
– electric
5,7
2,0
2.2.
– thermal
32,5
4,0
3.
Small Hydropower
8,6
3,0
4.
Bioenergy, including:
178
31,0
4.1.
– electric
27
10,3
4.2.
– thermal
151
20,7
5.
Geothermal heat
energy
97,6
12,0
6.
Power environment
146,3
18,0
548,5
98,0
Total amount of substitution of resources
*coal equivalent
The highest country’s technical potential is in bioenergy and
power environment [Institute for Renewable Energy of Ukraine
2012]. But in 2013, the total installed capacity of solar power plants
has increased by 51,4% and reached 494 MW. As of July 1 in Ukraine
there were 23 photovoltaic solar power plants connected to the public network. Actual production of renewal heating energy is 11 428
182
The overview of renewable energy sources in ukraine on the example of solar systems
447 Gcal with 96,5 % level of consumption [State Statistics Service
of Ukraine 2013]. It is still increasing; the solar panel installations on
the roofs of houses become more and more common.
Material and methods
The problem occurs with the design process of solar panels installations. Proper selection of devices, their connection and control is the
base for an efficient system [Kozyrskyi and Martyniuk 2012]. The verification of the standard solar system for heating domestic hot water presents Pic. 1. This system was constructed as a research object
of Education and Research Institute of Energetics and Automatics
(National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine).
It included:
• vacuum solar collector (with operating temperature range from
30°C to 170°C),
• pump set,
• storage tank.
Pic. 1. Standard solar system.
The solar system is controlled by solar controller SR1188. Controller compares the temperature between collector T1 and storage
T2 ( ‘bottom part’), if the temperature difference (’DT’) rises up to
the preset switch-on ‘DT’ (’DTon’) or is over it, circuit pump ‘P1’ is
triggered , and then storage is heated until ‘DT’ drops to the switch183
off ‘DT’ (‘DToff’) or when the storage temperature rises up to its preset maximum temperature. Then circuit pump ‘P1’ is ceased. All the
sensors and main points of the system are described in Table 2 [Operation Manual of SR1188 Controller].
Tab. 2. Description of the main points of solar system
Temperature sensor
Description
T0
Temperature on the solar circuit
pump
T1
Temperature on the collector
T2
Temperature on the bottom part of
storage
T3
Temperature on the upper part of
storage
Output relay
Description
P1
Solar circuit pump
For the reliable analysis the data about the daily temperature
and dose of solar radiation are also needed. The daily temperatures
are read from Central Geophysical Observatory in Kiev (Ukraine).
The average daily solar irradiance is calculated by on-line calculator
from the International Geographical Information System site.
There were analyzed autumn/winter period in terms of working
conditions for the solar system. There were chosen and compared
only three days of the most effective work. Solar collector efficiency was determined for each day selected for analysis [Nakorczewsyj
2009, Viessmann 2000]:
(1)
ηs.c – solar collector efficiency,
ηo – solar collector optical efficiency,
k1, k2 – empirical coefficients,
qc – heat flux density (the monthly average dependent on the
geographical location) [W/m2],
184
Ts.c – output temperature of solar collector [°C],
Ta – ambient temperature [°C].
Results and discussion
The results of three compared days (18.11.2013, 14.12.2013 and
07.01.2014) were presented by charts and table. There were chosen
days with very good weather conditions. The charts with the input
and output temperature of solar collector (Pic. 2-4) were presented
from 9 a.m. to 5 p.m., because of the highest operational conditions
for the solar system [Aleksiejuk and Obstawski 2011].
Pic. 2. Inlet (Tin) and outlet (Tout) temperature
of the vacuum tube collector on 18.11.2013
185
Pic. 3. Inlet (Tin) and outlet (Tout) temperature of the vacuum tube
collector on 14.12.2013
Pic. 4. Inlet (Tin) and outlet (Tout) temperature of the vacuum tube
collector on 07.01.2014
Parameters like solar collector optical efficiency and empirical
coefficients (collector efficiency parameters related to aperture area)
are constant for each kind of solar collector. For vacuum tube solar
collector with 30 tubes and aperture area 2,81 m2 [Atmosfera 2013]
they are shown in the Table 3. Output temperature of the solar col186
lectors for each day was about 65 °C. The ambient temperature was
different for each day. The solar irradiance (G) has average value from
746 to 843. Solar collector efficiency oscillated from 0,67 to 0,69.
Tab. 3. Parameters and appearance of the solar collector
for each investigated day
ηo
0,76
k1
1,362
k2
0,002
qc [W/m2]
1000
Ts.c [°C]
65
Ta [°C]
ηs.c
8
07.01.2014
14.12.2013
Parameter
18.11.2013
Date
Appearance of the investigated vacuum tube solar collector
-1,4
0,1
0,69 0,67
0,68
Conclusions
Ukraine has high technical potential of renewable energy sources
and it is still increasing.
For the autumn-winter period the solar collector efficiency for
the days with very good weather conditions reached nearly 70%. The
highest efficiency was at particular point (or period, as ‘DT’ was almost constant from 10 a.m. to 3 p.m.) of the day, when operational
conditions of solar collector were the highest. The average efficiency
of the solar system for the all autumn-winter period will be probably
about 30%, maybe less, because of different and hard weather conditions (mostly cloudy, windy and cold days). About 20% of all days
from this period can achieve high efficiency, but it is possible.
For the home water heating evacuated tube solar collector
can achieve efficiency (Pic. 5) close to 80% (within solar radiation
187
1000W/m2). Our investigation was conducted using the real experimental data. Solar system for heating the domestic water with one
vacuum tube collector has also high efficiency (almost 70%). So it is
well verified.
Pic. 5. Graph of efficiency and temperature ranges of various types
of collectors (radiation 1000 W/m2)
Source: own study based on The Encyclopedia of Alternative Energy and
Sustainable Livinghttp://www.daviddarling.info/encyclopedia/S/AE_solar_collector.html, 2014
The ambient temperatures for each investigated day were from
-1,4 to 8 °C with the solar radiation from 746 to 843 W/m2. High
efficiency depends mostly on solar dose of radiation. Vacuum tube
collector (compared with flat plate solar collector) passively tracks
the sun through the day. Besides special reflector behind the tubes
with an optimally located focus point directs solar radiation onto the
absorber tubes in an ideal way, even when the radiation angles are
different.
Bibliography
Aleksiejuk J., Obstawski P. 2011. The use of parametric identification in modelling the dynamic labor of the vacuum tube collectors. Polish Solar
Energy 2-3/2011: 27-32 (in Polish)
Atmosfera. 2013. Technical passport of a vacuum tube solar collector
(in Ukrainian)
188
Institute for Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine.
2012. Prospects for the development of renewable energy in Ukraine
in 2013. Kiev (in Ukrainian)
Kozyrskyi V., Martyniuk L. 2012. Method for determining the total thermal
resistance of envelope solar collector. Research Journal of Energetics
and Automatics 2/2012: 5-7 (in Ukrainian)
Nakorczewsyj A.Y. 2009. The calculation of the absorbing ability of solar
collecotors area. Industrial Thermal Engineering. 31/2: 70-75 (in Russian)
Operation Manual of SR1188 Controller
State Statistics Service of Ukraine. 2013. Fuel and Energy Resources of Ukraine. Statistical Publication, Kiev
Viessmann. 2000. Heat pump systems. Engineering Instructions (in Russian)
Scientific supervisors: prof. dr hab. inż. Andrzej Chochowski and Doctor of
Engineering, Professor Volodymyr Kozyrskyi
mgr inż. Joanna Aleksiejuk
Department of Fundamental Engineering
Warsaw University of Life Sciences
Nowoursynowska 164, 02-787 Warsaw
postgraduate student Liliia Martyniuk
Education and Research Institute of Energetics and Automatics
National University of Life and Environmetal Sciences of Ukraine
Heroyiv Oborony 12 building 8, 03041 Kiev, Ukraine
189
Łukasz Borek
Tomasz Stachura
EPISTEME
22/2014, t. II
s. 191-200
ISSN 1895-2241
HYDROMORFOLOGICZNA OCENA WÓD POTOKU
RYGLICZANKA WEDŁUG METODY RIVER HABITAT
SURVEY (RHS)
ASSESSMENT OF HABITAT QUALITY AND EXTENT
OF CHANNEL MODIFICATION „RYGLICZANKA”
STREAM USING RIVER HABITAT SURVEY METHOD
Abstrakt. Badania hydromorfologicznej oceny potoku Rygliczanka, na
którym planowana jest budowa zbiornika małej retencji, przeprowadzono w maju 2011 roku. Oceny dokonano według metody River Habitat Survey (RHS) pozwalającej na zebranie około 400 parametrów, określających
warunki hydromorfologiczne koryta, które zbierano w 10 profilach kontrolnych rozlokowanych co 50 m oraz w opisie syntetycznym, który
uwzględniał elementy nie zarejestrowane w profilach. Analizę parametrów
jakościowych opisujących cechy morfologiczne, przeprowoadzono w oparciu o dwa syntetyczne indeksy jakości cieku: wskaźnik naturalności siedliska
(Habitat Quality Score - HQA) oraz wskaźnik przekształcenia siedliska (Habitat Modification Score - HMS). Na podstawie przeprowadzonych badań
terenowych wyliczono, że HQA dla potoku Rygliczanka wynosi 59 punktów,
natomiast wartość wskaźnika HMS – 2 punkty, co świadczy o bardzo małej
antropopresji zlewni.
Słowa kluczowe: hydromorfologia, potok, hydromorfologiczna ocena wód
płynących (RHS)
Summary. Studies of the hydromorphological assessment of water stream
“Rygliczanka”, where is planned to build retention reservoir, was performed
in May 2011. Assessment was made according to the method of River Habitat Survey (RHS). This method gathering of about 400 parameters defining
the hydromorphological conditions of the trough, which was collected in
10 control profiles stationed every 50 meters, and in the description of the
synthetic, which included items not recorded in the profiles. The analysis of
qualitative parameters describing the morphological characteristics based
191
on two synthetic indices of the quality of the watercourse: Habitat Quality
Score - HQA and Habitat Modification Score - HMS. Based on the field studies calculated that HQA to stream “Rygliczanka” is 59 points, while the
value of the indicator HMS - 2 points, which indicates a very low anthropogenic catchment.
Key words: hydromorfology, stream, River Habitat Survey (RHS)
Wstęp
Określenie wskaźników jakości wód odnoszących się do jednolitej
części wód powierzchniowych w ciekach naturalnych jest ważnym
elementem służącym ocenie ich przydatności na różne cele –
w tym na wybór lokalizacji budowy zbiorników małej retencji. Sprawy
związane z gospodarką wodną na terenie Unii Europejskiej reguluje
Ramowa Dyrektywa Wodna [RDW 2000], która wymusza niejako na
krajach członkowskich przeciwdziałanie pogorszeniu się stanu części
wód i osiągnięciu dobrego stanu ekologicznego wszystkich wód do
2015 roku. Dziś już wiadomo, że założenie to z rożnych względów
w Polsce nie zostanie spełnione. W polskim ustawodawstwie klasyfikacji stanu ekologicznego jednolitej części wód powierzchniowych
dokonuje się w drodze interpretacji wyników badań wskaźników
jakości wchodzących w skład elementów fizykochemicznych i hydromorfologicznych wspierających biologiczny element jakości [RMŚ
2008; 2009]. Aby sprostać wymogom stawianym przez RDW koniecznym staje się włączenie hydromorfologicznego wskaźnika jakości
wód przy ocenie jednolitej części wód powierzchniowych. Na świecie jest kilka metod pozwalających ocenić hydromorfologię cieku,
w Polsce coraz bardziej popularna staje się metoda zaadaptowana
z Wielkiej Brytanii o nazwie River Habitat Survey (RHS)[AdynkiewiczPiragas 2006; Szoszkiewicz i Gebler 2011; Radecki-Pawlik 2011].
Celem artykułu jest hydromorfologiczna ocena wód potoku
Rygliczanka w oparciu o metodę River Habitat Survey na odcinku
powyżej miejsca planowanego zbiornika wodnego, który ma być realizowany w ramach programu małej retencji województwa małopolskiego [Program 2004].
192
Hydromorfologiczna ocena wód potoku rygliczanka według metody...
Materiał i metody
Miejsce badań położone jest w województwie małopolskim około
30 km od miasta Tarnowa w zachodniej części gminy Ryglice oraz
wschodniej części gminy Tuchów.
Zakres badań obejmował pomiary terenowe na odcinku potoku
Rygliczanka - należącego do cieku V rzędu - Wisła, Dunajec, Biała,
Szwedka, prowadzone powyżej miejsca w którym planowana jest
budowa zbiornika w ramach Programu małej retencji województwa
małopolskiego [Program 2004].
Hydromorfologiczną ocenę wód płynących (River Habitat Survey – RHS) przeprowadzono w maju 2011 r. Badaniu poddano 500 m
odcinek powyżej miejsca planowanej zapory. Analizowany odcinek
został podzielony na 10 profili kontrolnych, w których zbierano dane
z 10 m transeku (ryc. 1).
Ryc. 1. Wymiary transektów w profilu kontrolnym
Źródło: Czarniawska-Kusza I., Szoszkiewicz K. 2007. s. 42
Zebrany materiał zgromadzono w komputerowej bazie danych
River Habitat Survey Database [Raven i in. 1998]. Przeprowadzono
analizę parametrów jakościowych opisujących cechy morfologiczne,
na podstawie krórych dla wszystkich badanych odcinków obliczono
dwa syntetyczne indeksy jakości cieku:
193
• wskaźnik naturalności siedliska (Habitat Quality Score – HQA),
który bazuje na obecności oraz różnorodności naturalnych elementów cieku i doliny rzecznej,
• wskaźnik przekształcenia siedliska (Habitat Modification Score
– HMS), który określa zakres przekształceń w morfologii cieku [Raven i in. 1998].
Wartości wskaźnika naturalności siedliska – HQA dla danego odcinaka oblicza się na podstawie sumy wartości cząstkowych kategori
z poniższej listy:
• typ przepływu (wodospad, przelewowy, kipiel, rwący, chaotyczny, wartki, wznoszący, gładki, niedostrzegalny, suche koryto);
• materiał dna koryta (wychodnie skalne, głazy, kamienie,
kamyki/żwir, piasek, muł, glina/ił, torf/mursz, beton, gabiony siatkowo-kamienne, okładziny i bruki, narzut kamienny, pokrycie syntetyczne);
• naturalne elementy morfologiczne koryta (wychodnia skalna,
odsłonięte głazy, porośnięte wychodnie skalne/głazy, odsyp śródkorytowy nieutrwalony roślinnością, odsyp śródkorytowy utrwalony
roślinnością, wyspa, naturalne spiętrzenie);
• naturalne elementy morfologiczne brzegów (erodujące podcięcie brzegu, stabilne podcięcie brzegu, odsyp meandrowy nieutrwalony roślinnością, odsyp meandrowy utrwalony roślinnością, odsyp
brzegowy nieutrwalony roślinnością, odsyp brzegowy utrwalony
roślinnością, naturalny nasyp);
• struktura roślinności brzegowej (brak, jednolita, prosta, złożona);
• odsypy meandrowe (utrwalone i nie utrwalone roślinnością);
• grupy roślin wodnych, (wątrobowce i mchy, wynurzone szerokolistne, wynurzone wąskolistne, zanurzone o liściach
pływających, swobodnie pływające oraz zakorzenione na brzegu
z pędami płożącymi się w wodzie, zanurzone szerokolistne, zanurzone wąskolistne oraz o liściach silnie podzielonych),
• użytkowanie terenu w pasie 50 m od szczytu brzegu (lasy liściaste/mieszane, lasy iglaste, tereny podmokłe);
• zadrzewienia i elementy morfologicznie im towarzyszące (odizolowane/rozproszone, regularnie rozmieszczone, ciągłe i półciągłe);
• cenne elementy środowiska rzecznego (wodospad, kanał
boczny, sterty liści, naturalny akwen, szuwar brzegowy, torfowisko,
trzęsawisko).
194
Natomiast wartość wskaźnika przekształcenia siedliska – HMS,
opiera się na sumie wartości cząstkowych kategori z poniższej listy:
• przekształcenia zaobserwowane w profilach kontrolnych
(umocnienia brzegów; umocnienia koryta; wyprofilowanie brzegów
lub dna; koryto wielodzielne; obwałowanie na skarpie brzegowej; przepust; budowla piętrząca; przeprawa; brzeg rozdeptany przez zwierzęta hodowlane),
• budowle niezaobserwowane w profilach kontrolnych (kładka
dla pieszych; most drogowy lub kolejowy; ostroga; budowla piętrząca;
przeprawa; przepust),
• przekształcenia zaobserwowane podczas oceny syntetycznej
nie zarejestrowane w profilach kontrolnych (materiał dna koryta
pochodzenia antropogenicznego; umocniony cały profil brzegu; profilowany brzeg; wielodzielny profil brzegu; obwałowanie na skarpie
brzegowej; obwałowanie poza skarpą brzegową; usuwanie roślin
z koryta; wykaszanie brzegów) [Szoszkiewicz i in. 2010].
Wyniki i dyskusja
Koryto potoku jest dobrze wykształcone, średnia wysokość brzegów
wynosi 2,5 m; średnia szerokość zwierciadła wody brzegowej równa
się 5,7 m; a szerokość lustra wody przy głębokości 0,25 m wynosiła
2,5 m. Materiał dna koryta to głównie muł i kamyki oraz żwir. Swoje źródła potok Rygliczanka ma na wysokości 322,5 m n.p.m. Długość cieku do miejsca planowanej zapory stanowi 4,42 km, a średni
spadek dna to 2,0% .Sieć hydrograficzna zlewni jest bardzo silnie rozwinięta, w jej skład oprócz potoku głównego wchodzą 4 dopływy
prawobrzeżne i 1 lewobrzeżny.
Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że w potoku Rygliczanka występują 4 naturalne elementy morfologiczne dna koryta (tab. 1). Na cieku tym zaobserwowano erodujące
podcięcia brzegów, co związane jest z częstymi wahaniami stanów
wody oraz piaszczystym materiałem budującym brzegi cieku.
W większości struktura roślinności brzegowej potoku była złożona,
co oznacza, że występowały tam co najmniej 3 różne typy roślinności
(tab. 1). Występowało kilka odsypów meandrowych nieutrwalonych
roślinnością. Koryto potoku było bardzo ubogie w roślinność, na195
tomiast obserwowano duży odsetek odcinków użytkowanych rolniczo, graniczących bezpośrednio z tym ciekiem (tab. 1). Zadrzewienia i elementy morfologicznie im towarzyszące, głównie zwisające
konary drzew, powalone drzewa i rumosz drzewny, występowały
prawie w takim samym stopniu na obu brzegach koryta cieku. Zaobserwowano cenne przyrodniczo elementy środowiska rzecznego
w postaci żerowiska bobra (tab. 1). Na podstawie zebranych danych
obliczono wskaźnik naturalności siedliska – HQA, który wyniósł 59
(tab. 1). Teoretyczne wskaźnik może przyjmować wartości od 0 do
150, jednak w polskich rzekach zwykle waha się w przedziale 15–80.
Wysokie wartości wskaźnika HQA świadczą o dużym zróżnicowaniu
naturalnych elementów morfologicznych w korycie i otoczeniu cieku
[Szoszkiewicz i in. 2010].
Tab. 1. Zestawienie punktów składowych wskaźnika
naturalności siedliska – HQA
Badane elementy
Rygliczanka
Typ przepływu
dominujący typ przepływu w profilach kontrolnych
5
dodatkowe typy przepływu zaobserwowane w ocenie syntetycznej
2
Materiał dna koryta
dominujący naturalny rodzaj materiału dna
6
Naturalne elementy morfologiczne koryta
naturalne elementy morfologiczne koryta w profilach kontrolnych
3
naturalne elementy morfologiczne koryta zaobserwowane w
ocenie syntetycznej
1
Naturalne elementy morfologiczne brzegów
naturalne elementy morfologiczne brzegu lewego w profilach
kontrolnych
2
naturalne elementy morfologiczne brzegu prawego w profilach kontrolnych
4
196
naturalne elementy morfologiczne brzegów zaobserwowane w
ocenie syntetycznej
0
Struktura roślinności brzegowej
struktura roślinności brzegowej - stoku lewego
1
struktura roślinności brzegowej - stoku prawego
2
struktura roślinności brzegowej - szczytu lewego
3
struktura roślinności brzegowej - szczytu prawego
3
Odsypy meandrowe
odsypy meandrowe utrwalone i nieutrwalone roślinnością
1
Grupy roślin wodnych
wątrobowce i mchy
0
wynurzone szerokolistne
0
wynurzone wąskolistne
0
zanurzone o liściach pływających, swobodnie pływające oraz
zakorzenione na brzegu z pędami płożącymi się w wodzie
0
zanurzone szerokolistne
0
zanurzone wąskolistne oraz o liściach silnie podzielonych
0
Użytkowanie terenu w pasie 50 m od szczytu brzegu
naturalne obszary użytkowania lewego brzegu
2
naturalne obszary użytkowania prawego brzegu
2
Zadrzewienia i elementy morfologicznie im towarzyszące
zadrzewienia na lewym brzegu
3
zadrzewienia na prawym brzegu
3
elementy morfologicznie towarzyszące zadrzewieniom
11
Cenne elementy środowiska rzecznego
Cenne obiekty
5
∑ HQA
59
Syntetyczny wskaźnik przekształcenia siedliska – HMS charakteryzujący sumaryczny stopień zmian antropogenicznych w hydromorfologii cieku dla badanego odcinka wyniósł 2 punkty
(tab. 2). Wskaźnik HMS może przyjmować wartości w przedziale 0–100. Bierze on pod uwagę wszystkie formy przekształceń
197
rejestrowanych w odcinku koryta rzeki. Wysokie wartości tego
wskaźnika wskazują na duże przekształcenia hydromorfologiczne
cieku [Szoszkiewicz i in. 2010]. Bardzo niską wartością wskaźnika
HMS obliczona dla Rygliczanki (tab. 2), co świadczy o znikomym
przekształceniu antropogenicznym potoku. Jednak w korycie cieku
zaobserwowano dużo śmieci, które je zanieczyszczały.
Tab. 2. Zestawienie punktów składowych wskaźnika przekształcenia
siedliska – HMS
Badane elementy
Rygliczanka
Przekształcenia zaobserwowane w profilach kontrolnych
0
Budowle niezaobserwowane w profilach kontrolnych
0
Przekształcenia zaobserwowane podczas oceny syntetycznej nie zarejestrowane w profilach kontrolnych
2
Σ HMS
2
Wnioski
Odcinek Rygliczanki powyżej miejsca planowanej zapory charakteryzuje się dobrym wynikiem zróżnicowania pod względem
występowania elementów morfologicznych (HQA 59) i praktycznie
nie jest on przekształcony przez działalność człowieka (HMS 2).
Metoda RHS może być wykorzystana jako element pomocniczy
w ogólnej ocenie jakości wód powierzchniowych w Polsce.
Bibliografia
Adynkiewicz-Piragas M. 2006. Hydromorfologiczna ocena cieków wodnych
w krajach Unii Europejskiej jako element wspierający ocenę ekologicznego stanu rzek zgodnie z wymogami Ramowej Dyrektywy Wodnej.
Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich. Nr 4/3/2006, Polska
Akademia Nauk, Oddział w Krakowie, s. 7–15.
Program małej retencji województwa małopolskiego. 2004. Załącznik nr
1 do Uchwały nr XXV/344/04 Sejmiku Województwa Małopolskiego
z dnia 25 października 2004 r.
Ramowa Dyrektywa Wodna 2000/60/WE (RDW) z dnia 23 października
2000 r.
198
Radecki-Pawlik A. 2011. Hydromorfologia rzek i potoków górskich. Działy
wybrane. Wydawnictwo Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie.
Raven P.J., Holmes N.T.H., Dawson F.H., Fox P.J.A., Everard M., Fozzard I.R.,
Rouen K.J. 1998. River Habitat Quality – the physical character of rivers and streams in the UK and the Isle of Man. Environment Agency,
Bristol.
Rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 20 sierpnia 2008 r. w sprawie
klasyfikacji stanu jednolitych części wód powierzchniowych (Dz. U. Nr
162 poz. 1008).
Rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 22 lipca 2009 r. w sprawie
klasyfikacji stanu ekologicznego, potencjału ekologicznego i stanu
chemicznego jednolitych części wód powierzchniowych (Dz. U. Nr 122
poz. 1018).
Szoszkiewicz K., Gebler D. 2011. Ocena warunków hydromorfologicznych
rzek w Polsce metodą River Habitat Survey. Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych, Nr 47.
Szoszkiewicz K., Zgoła T., Jusik Sz., Hryc-Jusik B., Hugh Dawson F., Raven P. 2010. Hydromorfologiczna ocena wód płynących. Podręcznik do
badań terenowych według metody River Habitat Survey w warunkach
Polski. Bogucki Wydawnictwo Naukowe, Poznań.
mgr inż. Łukasz Borek
dr inż. Tomasz Stachura
al. Mickiewicza 24/28 30-059 Kraków
199
Łukasz Borsuk
Opiekun naukowy: dr hab. inż. Leszek Opyrchał
EPISTEME
22/2014, t. II
s. 201-208
ISSN 1895-2241
Proposal of application CWs – FWS within
Rożnów water reservoir – forecast
of the impact of used technology
on the water quality
Zastosowanie CWS - FWS w zbiorniku wodnym
w Rożnowie - prognoza wpływu używanych
technologii na jakość wody
Abstract. The aim of the paper is to propose using the method of pollutants
retention in case study of Rożnow water reservoir. Second goal is to identify
the most important factors which have the biggest impact on the pollutants
retention and appointment of an optimal variant of implementation. After
analysis of many years of research about constructed wetlands (CWs) it is
possible to pick factors with the biggest impact on effectiveness of presented solutions. When these factors will be included the optimal technology
for a hypothetical reservoir will be shown. Calculation have been made for a
reservoir placed near the Rożnow water reservoir. Estimated inflow to CWs
is 0.2 m•s-1 and the area which will carry out investment is 1 ha. The used
assumptions suggest that, in proposed reservoir, reduction of nutrient concentration is at approximately 60%. After consideration of comprehensive
amounts of nutrients which are flowing through Rożnow water reservoir,
used technology can catch 10% of nitrogen and phosphorus compounds by
mass.
Key words: Pollutants Concentration, CWs, FWS, Rożnów water reservoir.
Abstrakt. Celem pracy jest przedstawienie w oparciu o metodę zatrzymywania zanieczyszczeń w studium przypadku zbiornika wodnego
w Rożnowie. Drugim celem jest zidentyfikowanie najważniejszych
czynników, które mają największy wpływ na zatrzymywanie zanieczyszczeń. Po analizie wieloletnich badań dotyczących budowanych mokradeł
(CWS), mozna wskazać czynniki o największym wpływie na efektywność
proponowanych rozwiązań. Po uwzględnieniu powyższych czynnikow zos201
Łukasz Borsuk
tanie przedstawiona optymalna technologia dla zbiornika hipotetycznego.
Obliczenia zostały wykonane na zbiorniku umieszczonym w pobliżu zbiornika wodnego Rożnów. Szacowane wpływy do CW wynosi 0,2 m • s-1, obszar, który przeprowadzi inwestycję jest 1 ha. Z badań wynika, że w proponowanym zbiorniku zmniejszenie stężenia składników stanowi w przybliżeniu 60%. Po rozpatrzeniu kompleksowych ilości składników odżywczych,
które są przepływających w zbiorniku wodnym w Rożanowie, stosowana
technologia może zredukować ilość związków azotu i fosforu o 10%.
Słowa kluczowe: zanieczyszczenia, koncentracja, oczyszczalnie hydrofitowe,
FWS, zapora wodna Rożnów
Introduction
1.Definition of constructed wetlands. Constructed wetlands which are considering in this paper known as free water surface constructed wetlands (FWS CWs), contain areas of open water
and floating, submerged and emergent plants (Kadlecand Wallace,
2008). As the water flows through the wetland, it is treated by physical (sedimentation, filtration, UV exposure), chemical (precipitation, adsorption, volatilization) and biological (microbial degradation,
microbial nutrient transformations, uptake from the water column
and the root zone, microbial competition and bacterial die-off) processes (Vymazal, 2011). The shallow water depth, low flow velocity
and the presence of the plant stalks and litter regulate water flow
and, especially in long, narrow channels, ensure plug-flow conditions
(Crites et al., 2005). The FWS CWs are very effective in the removal
of organics through microbial degradation and the removal of suspended solids through filtration and sedimentation (Vymazal et al.,
1998). The removal of nitrogen is variable, and the magnitude of reduction depends on many factors including inflow concentration, the
chemical form of nitrogen, water temperature, the season, organic
carbon availability and dissolved oxygen concentration (Kadlec and
Wallace, 2008; Vymazal,2011). FWS CWs provide sustainable removal of phosphorus, but at relatively slow rates. Phosphorus removal
occurs from adsorption and precipitation, but in the FWS system it
is limited by the limited contact between the water column and the
soil (Vymazal et al., 1998).
202
Proposal of application cws – fws within rożnów water reservoir...
2. Characteristic of proposed location. Rożnow water reservoir,
with was created as the effect of damming Dunjec river by a dam in
Rożnów city, is one of the best places for investment of this type.
South outskirts is characterized by low water depth and numerous
meanders. This type of terrain is perfect for placing free water surface constructed wetlands. Another advantage of the selected area
is a well examined average content of nutrients in Dunajec waters.
For example two most important pollutants have an approximate
level of 2 mg N dm-3 for nitrates and 0,1 mg P dm3 for phosphates
(Wiśniowska-Kielian and Niemiec 2006). Area of designed FWS have
a surface of 1 ha and it’s placed south of Zbyszyce village. Due to favourable terrain conditions in case of significant reduction of nutrients in surface waters there is a possibility of reservoir development
or creating few independent FWS.
3. Considered pollutants. Basic thread to inland water reservoirs is eutrophication, defined by polish water law act (Ustawa Prawo
Wodne) as “enrichment of water witch nutrients, particularly compounds of nitrogen and phosphorus, causing accelerated grow of
the phytoplankton and upper form of flora live, in result of witch
follow undesirable interference of biological connections in water
environment and depravation of water quality”(Ustawa Prawo Wodne). According to Liebig’s law of the minimum one of this elements
should be limiting, in following paper only Nitrogen and Phosphorus
will be considered. But proposed FWS has the ability to reduce also
other pollutants like suspended solids or heavy metals.
Materials and Methods
1. Parameters taken into account for picking the reservoirs size
Described in literature (Kadlec 2009) FWS typically have a surface
from 0.1 to 100 ha, but such big amplitude makes optimization difficult. Flow, which can be achieve, needs to be taken under consideration but the most important, in this case, are costs of investments. In
our case particularly they can be describe by a formula:
C= 194×A0.69
Where : C – cost of investment in 1000 USD•ha-1 , A – surface in ha.
203
Łukasz Borsuk
2. Influence of reservoirs shape on the amount of absorbent
pollutants
In designing the shape it seems to be reasonable to assume rule that
the length of the filtration is directly proportional to nutrients absorption (Tsung-Min et al., 2009). Not whiteout meaning is also the
way in which the water stream will be led. Profitable for system efficacy are frequent changes of flow direction.
3. Influence on vegetation on the level on absorbed pollutants
Implemented vegetation has significant influence on installation
efficacy. In Europe the most common solution is planting bulrush
(Typha L.) and a common reed (Phragmites australis) (Vymazal
2013). The level of water purification is very similar and it is swinging between 70-77% (Irini et al., 2010). The fact that this plants
occurs in Poland naturally stands for using this type of vegetation so
they will not have any problems with acclimatization.
4. Inflow type and the quality of installation work
Commonly used systems can be divided into three main groups. First
are installations without an inflow regulation device, second is using
thinner metal plates to control the level of water inside and third
works with pumps to artificially fill the reservoir with water. Current
research (Austina 2009) shows that systems of the second and third
type are more efficient in pollution removal but only in cases when
inside the installation, for a long period of time, the temperature persists above 25° C.
According to above factors and costs, proposed reservoir has a big
chance of achieving high efficacy, if the following solutions will be
provide¬d. Magnitude of the installation should be 1 ha, because
this is an optimal compromise between costs of investment and the
amount of absorbed pollutants. It is true that a bigger reservoir can
decrease the costs for ha, but they also increases the total price (fig.1).
For example, a five times bigger installation will approximately increase the costs three times. Other important factor is the possibility to
204
compare results with already existing FWS because vast majority of
installation have this size. In this case possible comparison is crucial
due to very small reference group in central Europe.
Fig. 1. Correlation between area and costs.
Fig. 2. Proposed FWS shape
205
Łukasz Borsuk
Optimal shape of the reservoir is a rectangle with sides length ratio 1:4 (fig. 2), in described case it will give dimensions 5x20
a (Tsung-Min et al., 2009). Inflow to the reservoir should be equal to
the width of the shorter side of the rectangle, whereas outflow points
placed on the middle of the opposite side will allow the most favourable water circulation inside (Tsung-Min et al., 2009). Increased
efficiency can be achieved by artificially extending the path of filtration inside FWS but it will be connected with significant increase of
spadework costs. Adopted vegetation should be an equal compound
of reed and bulrush, it is possible to use plants with similar properties but there will be a risk of lack of their acclimatization in moderate polish climate. The only plant that can be used without that
risk is sedge (Carex) but because of a low amount of studies about
this plant, its influence cannot be clearly predicted (Vymazal 2013).
Another big issue is also choosing the system of entering water to
the installation, systems which enforce pulse flow are aiding in nitrogen compounds removal but energy necessary to keep these systems
in motion significantly increases the costs of investment. Following
arguments which spoke for not using that type of device is their controversial efficacy in water temperatures below 20 °C (Austina 2009)
and the fact that full width inflow has a positive effect on pollutants
absorption (Tsung-Min et al., 2009).
Selected area contains several advantages: it is placed in backwater zone of Rożnow water reservoir which can be characterized by
low water level and slow inflow. Another advantage is the big surface of the area, after running the following experiment it is possible
to perform, without any problems, a similar investment on a major
scale. Well described levels of nutrients in Dunajec river allow to estimate influence on the environment. To do this we must make a few
assumptions, firstly that he level of pollutants has not changed since
the last measurements published by WIOŚ in Kraków (Ciećko 2010)
2 mg N dm-3 for nitrates and 0,1 mg P dm-3 by average, secondly the
speed of the water flow on this part of the river is 0,2 m•s-1 (Błachuta, Picińska-Fałtynowicz 2009), thirdly the efficiency of absorbed
pollutants will be near 60%. This level of absorption is indicated by
three main factors, type of vegetation, type of inflow and shape of
reservoir. According to research (Tsung-Min et al., 2009) proposed
206
inflow and shape will decrease maximum FWS absorption to 80%.
Reed and bulrush can absorb to 77% of pollutants so after considering influence of shape and inflow absorption level of 60% can be
assumed. Predicted amount of stopped nutrients can be described by
the following formula:
X =a•Q•S
Where: a - percent of absorbed pollutants; Q - Flow through the FWS;
S - concentration of pollutants in water
Inflow to FWS is determined by river flow rate 0,2m•s-1 and
size of the reservoir 50m•1m. According to assumptions 0,2m•s1
•50m•1m=10m3•s-1 which, after substituting to the formula gives
378 Mg/year absorbed nitrogen and 19 Mg/year absorbed phosphorus. After comparison to the flowing in to Rożnow water reservoir:
3784 Mg N•year-1 i 189 Mg P•year-1 results show a reduction by 10%.
Conclusions
Using the proposed installation CWs-FWS will allow the reduction of
nutrients flowing through the Rożnow water reservoir by 10%. This
type of action can optimize the reduction compared to the costs of
investments. The backwater area of Rożnow water reservoir allows to
run an experiment in order to verify previously presented assumptions and also allows the further development of FWS.
Bibliography
Błachuta J., Picińska-Fałtynowicz J., Metodyka badań i oceny potencjału
ekologicznego zbiorników zaporowych, Projekt nr PL0302, Zakłąd
Ekologii IMGW OWr 2009.
Ciećko P., Raport o stanie środowiska w województwie małopolaskim 2009,
Wojewódzki Inspektorat Ochrony środowiska w Krakowie.
Crites, R.W., Middlebrooks, E.J., Reed, S.C., 2005. Natural Wastewater
TreatmentSystems. CRC Press, Boca Raton, FL, pp. 552.
Austina D., Nivalab J. 2009 Energy requirements for nitrification and biological nitrogen removal in engineered wetlands. Ecological Engineering
Volume 35, Issue 2, 9 February 2009, Pages 184–192
Dz.U. 2001 Nr 115 poz. 1229 z późniejszymi zmianami USTAWA z dnia 18
lipca 2001 r. Prawo wodne
207
Łukasz Borsuk
Irini P. Kotti, Georgios D. Gikas, Vassilios A. Tsihrintzis. 2010 Effect of operational and design parameters on removal efficiency of pilot-scale
FWS constructed wetlands and comparison with HSF systems Ecological Engineering Volume 36, Issue 7, July 2010, Pages 862–875
Kadlec R.H. 2009 Comparison of free water and horizontal subsurface
treatment wetlands Ecological engineering 3 5 159–174
Kadlec, R.H., Wallace, S.D., 2008. Treatment Wetlands, 2nd ed. CRC Press,
Boca Raton,FL, p. 1016.
Tsung-Min Su, Sheng-Chi Yang, Shang-Shu Shihb, Hong-Yuan Lee. 2009
Optimal design for hydraulic efficiency performance of free-water-surface constructed wetlands: Ecological Engineering Volume 35, Issue 8,
August 2009, Pages 1200–1207
Wiśniowska-Kielian B., Niemiec M., 2006 Estimation of nitrates concent in
the Dunajec River water. Annales Univesitatis Marie Curie-Skłodowska, Lublin Polonia, vol. LXI Sectio E.
Vymazal, J., 2011. Constructed wetlands for wastewater treatment: five decades of experience. Environ. Sci. Technol. 45 (1), 65–69.
Vymazal, J., Brix, H., Cooper, P.F., Haberl, R., Perfler, R., Laber, J., 1998.
Removal mechanisms and types of constructed wetlands. In: Vymazal,
J., Brix, H., Cooper, P.F.,Green, M.B., Haberl, R. (Eds.), Constructed
Wetlands for Wastewater Treatment in Europe. Backhuys Publishers,
Leiden, The Netherlands, pp. 17–66.
Vymazal J., 2013 Emergent plants used in free water surface constructed
wetlands: A review Ecological Engineering Volume 61, Part B, December 2013, Pages 582–592
mgr Inż. Łukasz Borsuk
Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie
al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków
Wydział Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska
Katedra Kształtowania i Ochrony Środowiska
Opiekun naukowy: dr hab. Inż. Leszek Opyrchał
208
Mateusz Cuske
Anna Karczewska
Bernard Gałka
Leszek Gersztyn
EPISTEME
22/2014, t. II
s. 209-216
ISSN 1895-2241
METHODOLOGICAL ASPECTS INVOLVED
IN EXAMINING THE DYNAMICS OF HEAVY METALS
CONCENTRATIONS IN SOIL SOLUTIONS
EXTRACTED FROM CONTAMINATED SOILS
METODYCZNE ASPEKTY BADANIA DYNAMIKI
STĘŻEŃ METALI CIĘŻKICH W ROZTWORACH GLEBOWYCH POZYSKIWANYCH Z GLEB
ZANIECZYSZCZONYCH
Summary. The paper presents methodological issues and recommendations for collecting soil solutions from soils contaminated with heavy metals
of metallurgical origin, in a pot experiment. Differently contaminated soil
material used in the experiment was collected from the area adjacent to the
Copper Smelter „Legnica”. Each soil sample was divided into two parts: untreated one and supplied with the organic matter to modify mobilization of
heavy metals into the soil solution. Examined were hourly and long-term
dynamics of copper, zinc and basic macronutrients concentrations in soil
solutions collected by MacroRhizon samplers. These results provide the
basis for planning incubation experiments, the aim of which is to investigate the dynamics of heavy metals release into soil solution in different
conditions.
Key words: soil solution, heavy metals, contaminated soils, MacroRhizon samplers.
Abstrakt. Artykuł prezentuje problematykę oraz zalecenia metodyczne
dotyczące poboru roztworów glebowych w doświadczeniu wazonowym,
z gleb zanieczyszczonych metalami ciężkimi pochodzącymi z emisji hutniczych. W doświadczeniu użyto materiał glebowy o różnym stopniu zanieczyszczenia z obszarów ograniczonego użytkowania Huty Miedzi „Legnica”, z dodatkiem modyfikującym mobilizację metali ciężkich do roztworu
209
glebowego. Badano godzinową i długookresową dynamikę zmian stężeń
miedzi i cynku oraz podstawowych makroelementów w roztworach pozyskanych przy pomocy próbników MacroRhizon. Uzyskane wyniki stanowią
podstawę do planowania doświadczeń inkubacyjnych, których celem jest
poznanie dynamiki uwalniania metali ciężkich do roztworu glebowego,
w zróżnicowanych warunkach.
Słowa kluczowe: roztwór glebowy, metale ciężkie, gleby zanieczyszczone,
próbniki MacroRhizon
Introduction
Soil contamination with heavy metals is a significant problem which
affects the environmental risk of degraded areas. However, the mere
presence of heavy metals in soil does not necessarily determine the
risk level for other components of the environment: plants, soil biota, groundwater or surface water. Therefore, in the light of changing
law of environmental and soil protection in Poland, environmental
risk assessment is important to overall evaluate the state of the environment. There are many factors that influent heavy metals speciation in soil environment. The most significant factors determining the
mobility of heavy metals in soil are: soil reaction, presence of organic
matter and clay content. Compilation of these elements can efficiently reduce desorption of heavy metals into soil solution or radically
increase mobility of pollutants [Glenn, Sutter 2007, Kabata-Pendias ,
Pendias 1999, Kicińska 2011]. To determine real environmental and ecological risk caused by
the presence of heavy metals in soil, soil solution should be analyzed
for heavy metals content. Recognition of the dynamics of heavy metals desorption from soil solid phase into solution is a crucial element
of reliable risk assessment. The paper presents methodological issues
for collecting soil solutions from soils contaminated by metallurgical
industry. This issue is a major problem because the soil contamination in the vicinity of “Legnica” Copper Smelter reaches a high level
(soil contamination with zinc reaches the value above 300 mg∙kg-1
and copper above 800 mg∙kg-1) [Karczewska et. al 2010, Raport…
2007].The time needed to reach equilibrium of sorption-desorption
processes, as well as possible dilution effect resulting from adding
distilled water after collecting certain amount of solution should be
210
Methodological aspects involved in examining the dynamics of heavy metals...
thoroughly examined [Alloway 1995, Glenn, Sutter 2007, KabataPendias, Pendias 1999, Karczewska 2002, McBride 1994].
Differently contaminated soil material was collected form two forested sites adjacent to the Copper Smelter “Legnica” at a distance of
150 m and 900 m from the smelter. Soil samples had similar texture
of silty loam. Air-dried soil material was used in a pot experiment.
For this purpose, MarcoRhizon samplers were installed in pots filled
with untreated soil (control samples) and with soil material treated
with organic matter (compost) modifying the speciation of heavy
metals. Soil material was supplemented with water to reach water
field capacity and soil solution was collected using a syringe in specified time interval, in four replicates. Analyzed was hourly and longterm dynamics of copper, zinc and basic macronutrients concentrations in the soil solution. The solutions were collected after hourly (2,
4, 8, 12, 24, 48 ) and long (7 days, 14 days and 30 days from the start
of incubation) periods of time. For examination of hourly dynamics,
water was supplemented in the amount equal to that of collected solution. In the experiment focusing on long-term dynamics, soil moisture was stabilized at the level of water field capacity 24 h before
solution collection.
Following parameters of soil solutions were determined: pH by
potentiometric method, copper ions Cu2+ by ion-selective electrode,
the total content of copper and zinc, by flame AAS spectrometer. The
results were subjected to statistical verification using Duncan’s test
[Ostrowska et. al 1991].
The results showed that there were significant differences in heavy
metals concentrations in soil solution depending on the time of solution equilibration and the type of metal. There was inadequately low
concentrations of copper and zinc in solution in the second hour of
incubation as analyzed in relation to pH value. Two hours of incubation is probably for the soils examined in this study insufficient time
interval for efficient equilibration and desorption of the complete
211
quantity of total copper and zinc. Moreover, in first day of incubation
the highest zinc concentration was noted after 8 hours in both soils.
In the case of the copper it was in the 4th hour (soil No. 2) and 24th
hour (soil No. 1) (Fig. 1, 2). The differences between particular metals
result from various desorption rates of individual components into
soil solution. The second cause was probably a dilution effect observed when collecting the soil solution too frequently. The changes in
soil solution pH due to dilution seem to be quite significant as well.
It appears that a dilution effect is noticeable in copper desorption in
8th (soil No. 2 with addition) and 12th (soil No. 1 with addition) hour
of soil solution collection (Fig. 1 and Fig. 2). But this effect was not
statistically confirmed. The similar relationships were observed for
copper ion (Cu2+) desorption [Kabała, Singh. 2001].
Fig. 1. Copper desorption in 2-48 h (soil No. 1)
The results indicate that the maximum quantities of zinc and
copper were desorbed during 4-8 hours (soils with the compost) and
in 12th hour (soils without addition) after stabilization of soil moisture at field water capacity.
212
Fig. 2. Copper desorption in 2-48 h (soil No. 2)
If carrying out the pot experiments, in this period of time (4-12
hours), one should expect the strongest eco-toxicological effect. Also
this time period is the most appropriate to collect soil solution for
further ecotoxicological research.
In long-term incubation, gradual reduction in copper concentration in soil solution was observed. Copper desorption stabilized in
14th day of incubation (Fig. 3). In the case of zinc
desorption, a slight (but not confirmed by statistic) increase in
the concentration of this element was observed in 30th day of incubation. However desorption of copper and zinc in long-term incubation was exhibited in constant level (Fig. 3).
Fig. 3. Copper desorption in 1-30 days (soil No. 1 and No. 2)
213
An important aspect of a pot experiment was analysis of the ratio: ionic copper to the pool of total copper in soil solution. Radical
decrease of this ratio in soil No. 1 with compost addition, as compared with the ratio determined for control soil, was observed in first
hours of incubation. Moreover, this type of decrease was observed
between 8th and 12th hour in the case of soil No. 2 (Fig. 4). Probably,
at this moment, the processes of copper complexation with compost
organic matter, were initiated [Plavšic´ et al. 1991, Tachibana et al.
2013].
Fig. 4. The percentage of copper ion in the total pool of Cu in 2-48 h
(soil No. 2)
Situation noted during the experiment evidence of the need for
appropriate selecting of additions which mobilize or inhibit heavy
metals desorption into soil solution.
Conclusions
The analysis provides the basis for planning incubation experiments.
Hourly dynamics of copper and zinc showed that the maximum
concentrations of these elements occured in 4-12 hours after soil
moisture stabilization at water field capacity.
In hourly dynamics, four hours was found to be the optimal time
interval to collect soil solution by MarcoRhizon samplers. Collecting soil
solution more frequently may affect soil pH and cause a dilution effect.
Small variations in soil solution composition, below 10%, should
be considered as statistically irrelevant. ,
214
In long-term (1-30 days) dynamics, there were no significant variations in zinc and copper concentrations in soil solution.
Bibliography
Alloway B. 1995. Heavy metals in soils. Blackie Academic and Professional.
Glasgow: 124-176.
Glenn W., Sutter I. 2007. Ecological Risk Assesment. CRC Press in an imprint of Taylor & Francis Group: 428-482.
Kabała C., Singh B. 2001. Fractionation and mobility of copper, lead, and
zinc in soil profiles in the vicinity of a copper smelter. Journal of Environmental Quality, 30(2): 485-492.
Kabata-Pendias A., Pendias H. 1999. Biogeochemia pierwiastków śladowych. Wydawn. Nauk. PWN, Warszawa 56-89.
Ostrowska A., Gawliński Z., Szczubiałka Z. 1991. Metody analizy i oceny
właściwości gleb i roślin. IOŚ. Warszawa 106-167.
Plavšic´ , M., C´ osovic´ , B., Muletic´ , S. 1991. Comparison of the behaviours of copper, cadmium and lead in the presence of humic acid in
sodium chloride solutions. Anal. Chim. Acta 255, 15–21.
Tachibana N., Nagasawa K., Wang B., Nishiya K., Fukushima M., Kanno H.,
Shinano T., Okazaki K. 2013. Mitigation of peroxidative stress for barley exposed to cadium in te presence of water-extractable organic matter from compost-like materials. Chemosphere 93: 695-700.
Karczewska A. 2002. Metale ciężkie w glebach zanieczyszczonych emisjami
hut miedzi – formy i rozpuszczalność. Rozprawa habilitacyjna. Zeszyty
Naukowe AR we Wrocławiu. Rozprawy CLXXXIV, 432: 65-78.
Karczewska A., Kaszubkiewicz J., Jezierski P., Kabała C., Król K. 2010. Stan
zanieczyszczenia miedzią, ołowiem i kadmem gleb strefy ochronnej
Huty Miedzi Legnica w 1982 i 2005 roku. Roczniki Gleboznawcze, tom
LXI: 45-51.
Kicińska A. 2011. Formy występowania oraz mobilność cynku, ołowiu
i kadmu w glebach zanieczyszczonych przez przemysł wydobywczometalurgiczny. Ochrona Środ. i Zasob. Nat., 49: 152-162.
McBride M. 1994. Environmental chemistry of soils. Oxford University Press. New York: 142-167.
Raport o stanie środowiska województwa dolnośląskiego w 2007 r., Wojewódzki Inspektorat Ochrony Środowiska we Wrocławiu, Wrocław,
2008 r.Research supervisor: Prof. Anna Karczewska PhD., Eng.
215
mgr inż. Mateusz Cuske
[email protected]
prof. dr hab. inż. Anna Karczewska
[email protected]
dr inż. Bernard Gałka
[email protected]
mgr inż. Leszek Gersztyn
[email protected]
Instytut Nauk o Glebie i Ochrony Środowiska
ul. Gurnwaldzka 53, 50-357 Wrocław
216
Marcin Czora
Jerzy Wieczorek
EPISTEME
22/2014, t. II
s. 217-226
ISSN 1895-2241
BIOMONITORING KADMU I OŁOWIU
NA OBSZARZE BORÓW STOBRAWSKICH
Z WYKORZYSTANIEM MCHÓW PLEUROZIUM
SCHREBERI
BIOMINITORING OF CADMIUM AND LEAD
IN THE BORY STOBRAWSKIE FORESTS USING
MOSSES PLEUROZIUM SCHREBERI
Abstrakt. Biomonitoring z użyciem metod pasywnych jest szeroko rozpowszechniony i często używany do oceny depozycji atmosferycznej, tak
w warunkach lokalnych, jak i w skali kraju, a nawet kontynentu. Metody
pasywne polegają na oznaczaniu zawartości zanieczyszczeń w mchach oraz
na obserwacji wpływu środowiska na ich wzrost i rozwój w miejscu ich wegetacji. Cyklicznie prowadzone badania umożliwiają ocenę czasowych zmian
zachodzących w środowisku. Celem badań była analiza zawartości ołowiu
i kadmu (metodą ASA) na obszarze Borów Stobrawskich. Wyniki wskazują,
że najbardziej zanieczyszczonym obszarem jest obszar położony w kierunku
północno-wschodnim i wschodnim od miasta Opola. Badania potwierdziły
zasadność wykorzystania mchów Pleurozium schreberi, jako biomonitorów
zanieczyszczenia ekosystemów leśnych.
Słowa kluczowe: biomonitoring, ASA, kadm, ołów, Pleurozium schreberi
Summary. Biomonitoring using passive methods are widespread and often used to assess atmospheric deposition, in terms of local, as well as in
the country or even continent. Passive methods rely on determination of
the pollutant content of mosses and observing the impact of the environment on their growth and development at the point of vegetation. Repeated
conducted studies allow an assessment of temporal changes in the environment. The aim of the study was to analyze the content of lead and cadmium
(by AAS) in the area of Bory Stobrawskie forests. The results indicate that
the most polluted area is located north-east and east of Opole. These studies
have confirmed the legitimacy of the use of mosses Pleurozium schreberi, as
biomonitoring pollution of forest ecosystems.
Key words: biomonitoring, AAS, cadmium, lead, Pleurozium schreberi
217
Wstęp
Mchy są organizmami, które już od ponad 50 lat są wykorzystywane
w badaniach zanieczyszczenia aerozolu atmosferycznego [Grodzińska 1983; Berg i Steinnes 1997; Ruhling i Tyler 2004; Ruhling i in.
1987]. W Europie od 1990 r., co 5 lat, prowadzone są metodyczne
badania dotyczące metali ciężkich zakumulowanych w mchach. Badania te prowadzone są w ramach International Cooperative Programme on Effects of Air Pollution on Natural Vegetation and Crops [Harmens
i in. 2013].
Metody wykorzystujące mchy, jako biomonitory zanieczyszczenia środowiska, dzielą się na pasywne i aktywne. Metody pasywne
polegają na oznaczaniu zanieczyszczeń w mchach oraz na obserwacji
wpływu środowiska na ich wzrost i rozwój w miejscu ich wegetacji.
Biomonitoring z użyciem metod pasywnych jest szeroko rozpowszechniony i często używany do oceny depozycji atmosferycznej, tak
w warunkach lokalnych, jak i w skali kraju.
Przykładem badań pasywnych z zastosowaniem mchów są badania prowadzone przez Ruhlinga na obszarze Europy Północnej
[Ruhling i Tyler 2004]. Badania prowadzono na mchach Pleurozium
schreberii. Porównanie zawartości pierwiastków w próbkach mchów
pobieranych przez okres 25 lat pokazały pozytywny obraz zmian
zachodzących w środowisku Szwecji i pozostałych krajów Europy Północnej. Średnie stężenie metali ciężkich zakumulowanych
w mchach w okresie badań zmniejszyło się prawie trzykrotnie.
Innym przykładem badań pasywnych są badania prowadzone
w Finlandii w latach 1985-2000 [Poikolainen i in. 2004]. Do badań
wykorzystano dwa gatunki mchów: Hylocomium splendens i Pleurozium schreberi. Dane z wielolecia wskazywały na zmiany zachodzące
w środowisku Finlandii. Średnie stężenia wszystkich metali ciężkich
w mchach zmniejszyło się w okresie objętym badaniami. Największe
zmniejszenie zawartości metali w mchach odnotowano w przypadku
Pb (o 78%), V (o 70%) i Cd (o 67%). Stężenia innych metali ciężkich w
tkankach mchów zmniejszyły się od 16 do 34 %. Stężenia Cr, Cu i Ni
w mchach były wyraźnie związane z lokalnych źródeł emisji. Stężenia As i Hg, które były mierzone po raz pierwszy podczas badania
w 1995, zmniejszyły się średnio o 26% i 10% do 2000 roku.
218
Biomonitoring kadmu i ołowiu na obszarze borów stobrawskich z wykorzystaniem...
Kolejnym przykładem wykorzystania metod pasywnych są badania, które prowadzono w krajach przylegających do Morza Barentsa:
Norwegii, Finlandii i Rosji [Caritat i in. 2001]. Do badań wykorzystano mchy: Hylocomium splendens i Pleurozium schreberi. Stwierdzono
m. in., że zanieczyszczenia zakumulowane w mchach pochodzą z gleby.
Materiał i metody
Próbki mchów rokietnika pospolitego (Pleurozium schreberi) pobrano
z 21 miejsc zaznaczonych na mapie, na rys. 1.
Rys. 1. Miejsca pobierania próbek mchów w Borach Stobrawskich
Próbki mchów pozyskiwano w lasach mieszanych, co najmniej
300 m od głównej drogi, 100 m od drogi leśnej i 5 m od najbliższego drzewa, aby uniknąć efektu spływającej wody deszczowej z koron drzew. Na każdym miejscu zbierano trzy mniejsze subpróbki
z przestrzeni 20 - 30 m2, a następnie łączono, tworząc złożone próbki
[Grodzińska 1983]. Powierzchnia, z której zebrano subpróbke mchu,
wynosiła od 0,5 do 1 m2. Masa każdej próbki mchów wynosiła około
100 g i była wystarczająca do przeprowadzenia analiz. Mchy pobierano do plastikowych torebek z użyciem jednorazowych rękawiczek.
Zebrane mchy niezwłocznie po przetransportowaniu do laborato219
rium czyszczono ręcznie z zabrudzeń i materiału obcego. Mchów nie
myto. Następnie przy użyciu plastikowych nożyczek, odseparowano szczytowe, zielone części gametoforu o długości około 2 cm. Do
czasu zakończenia preparacji, mchy przechowywano w lodówce, w
temperaturze 277 K. Tak przygotowane części gametoforów suszono w temperaturze 323 K do stałej wagi, po czym rozdrabniano w
moździerzu agatowym i umieszczano w eksykatorze, w papierowych
torebkach. Naważkę o wadzę 1 grama wsypywano do naczyń teflonowych i zalewano 5 cm3 spektralnie czystego HNO3 (Merck). Zawartość zmineralizowano w zamkniętych naczyniach teflonowych, w
piecu mikrofalowym MARS-X firmy CEM. Po mineralizacji i ostudzeniu naczyń teflonowych roztwór przenoszono ilościowo do szklanych
kolbek miarowych i uzupełniano wodą redestylowaną do pojemności
50 ml. Do czasu wykonania oznaczeń próbki przechowywano w temperaturze pokojowej. W tak sporządzonych roztworach za pomocą
spektrometru absorpcji atomowej (AAS – Atomic Absorption Spectrometry) SOLAAR 969 firmy UNICAM oznaczono stężenie kadmu
i ołowiu. Analizę statystyczną wykonana z pomocą programu STATISTICA 9.0.
Wyniki
Wyniki oznaczeń metali ciężkich w mchach pobranych na obszarze
Borów Stobrawskich przedstawiono w tabeli 1, a histogramy rozkładu przedstawiono na rysunku 2 i 3.
Największe stężenie kadmu w mchach odnotowano w próbce pobranej w okolicach Masowa (miejsce 6; 0,88 mg Cd•kg-1 s.m),
a najmniejsze w próbkach pobranych w okolicy Bazan (miejsce 20;
0,10 mg Cd•kg-1 s.m). Duże stężenia kadmu w próbkach mchów
stwierdzono w centralnej i zachodniej części Borów Stobrawskich.
Największe stężenie ołowiu odnotowano w próbce pobranej
w okolicach Kosorowic (miejsce 15; 11,9 mg Pb•kg-1 s.m), a najmniejsze w próbkach pobranych w okolicy Olesna (miejsce 18; 1,38 mg
Pb•kg-1 s.m). Duże stężenia ołowiu w próbkach mchów wykazano
w centralnej i zachodniej części Borów Stobrawskich.
220
Tab. 1. Zawartość analizowanych metali ciężkich w mchach [mg•kg-1 s.m.]
Nr próbki
Najbliższa miejscowość
Cd
Pb
BS1
Lubsza
0,17
2,42
BS2
Świerczów
0,18
2,23
BS3
Siołkowice
0,29
2,50
BS4
Pokój
0,38
5,34
BS5
Zagwiździe
0,40
2,67
BS6
Masów
0,88
3,58
BS7
Kotórz
0,78
5,41
BS8
Kadłub
0,43
3,74
BS9
Krasiejów
0,49
4,02
BS10
Łazisko
0,82
6,20
BS11
Kolonowskie
0,49
3,21
BS12
Jemielnica
0,43
8,88
BS13
Żędowice
0,84
8,07
BS14
Grudzice
0,68
7,51
BS15
Kosorowice
0,80
11,9
BS16
Klekotna
0,82
6,01
BS17
Knieja
0,25
7,17
BS18
Olesno
0,37
1,38
BS19
Szumirad
0,42
2,28
BS20
Bazany
0,10
1,83
BS21
Oś
0,30
4,09
Średnia aryt.
0,49
4,78
SD
0,25
2,74
Średnia geom.
0,42
4,10
Mediana
0,43
4,02
Skośność
0,28
0,98
Kurtoza
-1,25
0,62
Minimum
0,10
1,38
Maksimów
0,88
11,9
221
Rys. 2. Histogram rozkładu stężeń kadmu w próbkach mchów
Rys. 3. Histogram rozkładu stężeń ołowiu w próbkach mchów
222
Wnioski
Zawartości metali w mchach korespondują z wynikami otrzymanymi
przez innych autorów [Harmens i in. 2013]. Średnia zawartość
ołowiu w badanych mchach (4,78 mg Pb•kg-1 s.m) rosnących na terenie Borów Stobrawskich była zbliżona do średniej zawartości tego
pierwiastka w mchach rosnących na terenie Europy, która wyniosła
3,57 mg Pb•kg-1 s.m. Dodatni współczynnik skośności świadczy
o prawostronnej asymetrii rozkładu. Pozwala to wnioskować
o przewadze punktów zawierających mniejsze ilości ołowiu od średniej. Wniosek ten znajduje potwierdzenie w znacznym zmniejszeniu
średniej geometrycznej (w stosunku do średniej arytmetycznej),
która w mniejszym stopniu odzwierciedla wpływ wartości ekstremalnych.
Średnia zawartość kadmu w mchach (0,49 mg Cd•kg-1 s.m) była
ponad dwukrotnie większa niż średnia zawartość tego pierwiastka
w mchach rosnących na terenie Europie (0,20 mg Cd•kg-1 s.m). Niska
kurtoza świadczy o spłaszczeniu rozkładu w stosunku do rozkładu
normalnego i dużej ilości punktów o wartościach ekstremalnych.
Wyniki przedstawione na rysunkach 2 i 3 wskazują, że największe stężenia Cd i Pb występowały w mchach pobranych do badań na
terenie położonym w kierunku północno-wschodnim od miasta
Opola, co może świadczyć o zwiększonej depozycji badanych metali
w tym miejscu. Ma to swoje uzasadnienie w odniesieniu do warunków
meteorologicznych występujących na tych terenach. W okolicach
Opola przeważają wiatry z kierunku zachodniego i południowego,
co wskazuje, że zanieczyszczenia badanego obszaru mogą pochodzić
z emisji miejskiej i przemysłowej z miasta Opola.
223
W Opolu głównym źródłem emisji metali ciężkich są cementownie zlokalizowane w mieście Opolu, w miejscowości Górażdże,
oddalonej o ok. 20 km w kierunku południowo - wschodnim od miasta oraz cementownia w Strzelcach Opolskich, oddalona o ok. 30
km od Opola także w kierunku południowo - wschodnim. Poważnym
źródłem emisji badanych metali jest również emisja miejska, głównie wywołana spalaniem paliw stałych, emisja komunikacyjna, ale
także emisja z licznych na omawianym terenie mniejszych zakładów
przemysłowych.
Bibliografia
Berg T. Steinnes E. 1997. Use of mosses (Hylocomium splendens and Pleurozium schreberi) as biomonitors of heavy metal deposition: from relative to absolute deposition values. Environ. Pollut. 98: 61-71.
Caritat P. Reimann C. Bogatyrev I. Chekushin V. Finne TE. Halleraker J.H.
Kashulina G. Niskavaara H. Pavlov V. Ayras M. 2001. Regional distribution of Al, B, Ba, Ca, K, La, Mg, Mn, Na, P, Rb, Si, Sr, Th, U and Y
in terrestrial moss within a 188,000 km2 area of the central Barents
region: infuence of geology, seaspray and human activity. Applied Geochemistry. 16: 137-159.
Grodzinska K. 1983. Mchy i kora drzew jako czułe wskaźniki skażenia środowiska gazami i pyłami przemysłowymi. Bioindykacja skażeń przemysłowych i rolniczych. PAN, str. 67-86. Wrocław.
Harmens H. Mills G. Hayes F. Norris D. 2013. ICP Vegetation annual report
2012/2013. http://icpvegetation.ceh.ac.uk
Poikolainen J. Kubin E. Piispanen J. Karhu J. 2004. Atmospheric heavy metal deposition in Finland during 1985–2000 using mosses as bioindicators. The Science of the Total Environment. 318: 171–185.
Ruhling A. Rasmussen L. Pilegaard K. Makinen K. Steinnes E. 1987. Survey
of atmospheric heavy metal deposition in Nordic countries in 1985 –
monitored by moss analysis. Nordic Council of Ministers
Ruhling A. Tyler G. 2004. Changes in the atmospheric deposition of minor
and rare elements between 1975 and 2000 in south Sweden, as measured by moss analysis. Environmental Pollution. 131: 417-423.
224
mgr Marcin Czora
dr inż. Jerzy Wieczorek
Katedra Chemii Rolnej i Środowiskowej
Opiekun naukowy: Prof. dr hab. Florian Gambuś
225
Agata Dulska-Jeż
Kamila Musiał
EPISTEME
22/2014, t. II
s. 227-234
ISSN 1895-2241
ROŚLINNOŚĆ NIEKOSZONYCH ŁĄK
PŁASKOWYŻU KOLBUSZOWSKIEGO
MEADOWS VEGETATION IN THE KOLBUSZOWA
PLATEAU AFTER THE ABANDONMENT
OF MANAGEMENT
Abstrakt. Badania prowadzono w 2010 oraz 2011 roku na łąkach znajdujących się na terenie gminy Głogów Małopolski, obejmujący fragmenty
obszaru Płaskowyżu Kolbuszowskiego. Tereny objęte badaniami to łąki
nieużytkowane przez ponad 10 lat. Celem pracy była ocena bioróżnorodności gatunkowej łąk oraz występowanie gatunków inwazyjnych i leśnych.
Wykonano łącznie 28 zdjęć fitosocjologicznych metodą Braun-Blanqueta. Dla opisanych płatów fitosocjologicznych obliczono również wskaźniki
ekologiczne - wilgotność i kwasowość gleby. Na badanych zbiorowiskach
łąkowych zanotowano gatunki charakterystyczne dla zarośli wierzbowo-brzozowych oraz duży udział nawłoci późnej, co świadczy o zaawansowaniu
sukcesji wtórnej na tych terenach.
Słowa kluczowe: sukcesja ekologiczna, łąki niekoszone, Płaskowyż Kolbuszowski
Summary. The study was carried out in 2010 and 2011 in the selected meadows located in the area of Głogów Małopolski in the Kolbuszowa Plateau.
That meadows have been abandoned for the last ten years and progress of
the ecological succession is now clearly visible. The research included 28
phytosociological releves, that were done in wet meadows from Molinietalia
order. The aim of the study was to estimate species diversityv in the study
area, and evaluate the number of species that are not typical for meadows,
but are migrants from the neighboring habitats. Some ecological indicator
values were also calculate. In the area of study some species from e.g. the
riparian vegetation like Salix caprea were noticed. In this area Solidago gigantea occurred very frequently, which is considered to be an invasive plant
species for the area of Poland. The abandonment of the management resul227
Agata Dulska-Jeż, Kamila Musiał2
ted in disappearing of some valuable meadow species, and spreading some
tree species, as an effect of ecological succession.
Key words: abandoned meadows, ecological succession, Kolbuszowa Plateau
WSTĘP
Łąka to bezdrzewne zbiorowisko roślinne, porośnięte zwartą runią
traw z towarzyszącymi w naszym klimacie roślinami jednoliściennymi oraz wieloletnimi ziołami i mszakami [Nawara 2006]. Istnienie
łąk, jako zbiorowisk półnaturalnych, zależy od ich systematycznego wykaszania. Korzenie i rozłogi roślinności łąkowej tworzą darń,
dzięki czemu budujące ją gatunki mogą się odradzać po każdym
skoszeniu i zimie. Według Kucharskiego [1999] i Kryszak i in. [2005],
przyczynami zanikania gatunków łąkowych jest między innymi
osuszanie dolin rzecznych, jak również zaprzestanie użytkowania
łąk. W wyniku zaniechania użytkowania kośnego, obserwuje się ich
przekształcanie na wskutek postępującej sukcesji. Uwidacznia się
to stopniowym wkraczaniem roślinności krzewiastej a wycofywaniem się światłolubnej roślinności zielnej, składającej się z rzadkich,
a przez to cennych gatunków roślin naczyniowych.
Celem pracy była ocena różnorodności gatunkowej niekoszonych
łąk w rejonie Głogowa Małopolskiego.
MATERIAŁ I METODY
Obszar objęty badaniami znajduje są w gminie Głogów Małopolski,
w obrębie mezoregionu Płaskowyżu Kolbuszowski. Zbiorowiska
łąkowe zlokalizowane są na północny – wschód od miasta Głogów
Małopolski, w miejscowościach Przewrotne i Styków, oraz południowy – zachód, w miejscowości Rogoźnica, co przedstawione zostało na rycinie 1. Łąki ulokowane są pomiędzy dopływami Wisły
– Łęgu i Sanu, na ich terenie źródliskowym. Średnia powierzchnia
badanych łąk wynosiła około 20 ha. Zbiorowiska objęte badaniami
nie były koszone przez około 10 lat, co zostało potwierdzone przeprowadzonym wywiadem środowiskowym.
228
Roślinność niekoszonych łąk płaskowyżu kolbuszowskiego
Ryc. 1. Rozmieszczenie badanych zbiorowisk łąkowych na terenie gminy
Głogów Małopolski 1–Przewrotne, 2-Styków, 3-Rogoźnica
(źródło: opracowanie własne na podstawie mapy www.targeo.pl).
W latach 2010 – 2011 w sezonie wegetacyjnym przeprowadzono
badania terenowe łąk tego obszaru. Wykonano 28 zdjęć fitosocjologicznych metodą Braun-Blanqueta w płatach o powierzchni 100 m2
[Dzwonko 2007]. Klasyfikację fitosocjologiczną wyróżnionych zespołów przyjęto w oparciu o pracę Matuszkiewicza [2002], natomiast
nazewnictwo gatunków przyjęto za Mirkiem i in. [1995]. Gatunki
chronione sklasyfikowano na podstawie Piekoś-Mirkowa i Mirek
[2006]. Na podstawie wykonanych zdjęć, oszacowano: ogólną liczbę
gatunków roślin naczyniowych występujących na łąkach tego terenu, średnią liczbę gatunków w zdjęciu. Zbiorowiska łąkowe zostały
zaklasyfikowane pod względem fitosocjologicznym, a także wyliczono wskaźniki ekologiczne według Zarzyckiego i in. [2002]: wilgotność gleby (W) oraz kwasowość gleby (R).
WYNIKI I DYSKUSJA
Roślinność badanych obszarów zaliczono do zbiorowisk klasy z Molinio-Arrhenatheretea, które obejmowały wilgotne łąki z rzędu Molinietalia. Inwentaryzacja florystyczna wykazała, że flora badanych terenów liczy łącznie 93 gatunki należące do 24 rodzin botanicznych.
229
Najbogatsze w gatunki były rodziny Poaceae, Asteraceae, Cyperaceae,
Lamiaceae oraz Rosaceae (ryc. 2). Skład florystyczny poszczególnych
płatów badanych łąk był w dużej mierze podobny, różnił się tylko
proporcją gatunków w nich występujących.
Ryc. 2. Procentowy udział gatunków w rodzinach botanicznych.
Najbogatsze w gatunki były płaty łąk usytuowane w Rogoźnicy,
a najuboższe w Stykowie. Pokrycie powierzchni przez gatunki
w badanych zbiorowiskach było podobne i wyniosło średnio 81.44%.
Pokrycie gatunków drzew i krzewów było największe na łące
w miejscowości Styków (tab. 1).
W badanych płatach dominującym gatunkiem traw była trzęślica
modra (Molinia caerulea). Duży udział miały również gatunki z klasy
dwuliściennych, takie jak: wiązówka błotna (Filipendula ulmaria),
krwawnica pospolita (Lythrum salicaria), tojeść pospolita (Lysimachia
vulgaris), czyściec błotny (Stachys palustris). W zbiorowisku w Rogoźnicy trzęślica modra i wiązówka błotna były gatunkami dominującymi, występowały na około 35% badanej powierzchni. Podobne
zjawisko, zwiększania się liczebności tych gatunków na łąkach po
zaprzestaniu koszenia, stwierdzono w Środkowym Basenie Biebrzy
w Biebrzańskim Parku Narodowym [Sienkiewicz-Paderewska i in.
2012].
230
Tab. 1. Charakterystyka florystyczna badanych zbiorowisk łąkowych
Wyszczególnienie
Przewrotne
Styków
Rogoźnica
Liczba zdjęć fitosocjologicznych
10
9
9
Łączna liczba gatunków w badanych płatach
63
48
68
Średnie pokrycie gatunków
charakterystycznych dla Molinietalia
80.5
84.6
79.3
Średnie pokrycie drzew i krzewów
15.1
28.5
11.5
Średnia liczba gatunków w płacie
37
25
36
W badanych zbiorowiskach zaobserwowano pojawienie się
nawłoci późnej (Solidago gigantea). W Rogoźnicy zanotowano jej
obecność tylko w niektórych płatach, natomiast w Stykowie pojawiała się w każdym. Jest to kenofit pochodzący z kontynentu
amerykańskiego, a jego dominacja na nieużytkowanych łąkach świadczy o jego dużej konkurencyjności, względem gatunków rodzimych
w przypadku braku koszenia. Rozprzestrzenianie się Solidago gigantea może prowadzić do wypierania rodzimej flory i fauny. Owady
chętniej zapylają okazałe kwiatostany nawłoci [Moroń i in. 2009 ].
Zanotowano również gatunki z klasy Alnetea glutinosae tworzące
zarośla wierzbowo-brzozowe. Są to najczęściej: wierzba iwa (Salix
caprea), wierzba szara (Salix cinerea), brzoza omszona (Betula pubescens) i olsza czarna (Alnus glutinosa). Najwyższy udział gatunków charakterystycznych dla klasy Alnetea glutinosae ma łąka w Stykowie,
a najniższy w Rogoźnicy. Na podstawie stanu odnowień drzew oraz
krzewów można przypuszczać, że najpóźniej zaprzestano użytkowania łąki w Rogoźnicy, a najwcześniej w Stykowie. Podobne zmiany
zachodzące w wyniku procesu sukcesji wtórnej, gdy gatunki łąkowe
są wypierane przez synantropijne, a następnie leśne i zaroślowe zaobserwowano na nieużytkowanych łąkach i polach w dolnie Sanu
[Trąba i in. 2004].
231
Na podstawie analizy wskaźników ekologicznych według Zarzyckiego i in. [2002] stwierdzono, że średni wskaźnik wilgotności
gleby wynosi ok. 4, co oznacza, że jest to siedlisko wilgotne. Gleby
badanych łąk są umiarkowanie kwaśne, a ich pH wynosi 5-6 (tab. 2).
Odnotowane przez Sienkiewicz-Paderewską i in. [2012] zbiorowisko
Molinietalia w Środkowym Basenie Biebrzy wykształciło się również
na glebach kwaśnych. Takie warunki glebowe wpływają dobrze na rozwój tego typu zbiorowiska łąkowego.
Tab. 2. Średnie wartości wskaźników ekologicznych
w badanych zbiorowiskach łąkowych
Wyszczególnienie
Przewrotne
Styków
Rogoźnica
Wskaźnik wilgotności gleby - W
4
4
4
Wskaźnik kwasowości gleby - R
3
3
3
Na badanych łąkach zanotowano gatunek chroniony kukułka
szerokolistna (Dactylorhiza majalis) w Przewrotnem. Według Trąby
i in. [2004] za Szoszkiewiczem i Szoszkiewiczem [1998] poprzez
obecność rośliny chronionej, łąka w Przewrotnem posiada najwyższą
wartość przyrodniczą.
WNIOSKI
Zaprzestanie koszenia spowodowało znaczącą zmianę składu gatunkowego zbiorowisk łąkowych z rzędu Molinietalia na badanych
łąkach.
Na nieużytkowanych łąkach gatunki rodzime wypiera zwiększa
się udział gatunków z klasy Alnetea glutinosae.
Badane zbiorowiska zajmują siedliska wilgotne i gleby umiarkowanie kwaśne.
BIBLIOGRAFIA
Dzwonko Z. 2007. Przewodnik do badań fitosocjologicznych. Sorus, Instytut Botaniki Uniwersytetu Jagiellońskiego. Poznań - Kraków.
Kucharski L. 1999. Szata roślinna łąk Polski Środkowej i jej zmiany w XX
stuleciu. Wyd. Uniw. Łódzkiego.
232
Kryszak A. Kryszak J. Czemko M. 2005. Degradacja zbiorowisk łakowych
w dolinie rzeki Samicy. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych, Z. 507: 307-313.
Matuszkiewicz W. 2002. Przewodnik do oznaczania zbiorowisk roślinnych
Polski. PWN. Warszawa
Mirek Z. Piękoś-Mirkowa H. Zając A. Zając M. 1995. Vascular plants of Poland. A checklist. Krytyczna lista roślin naczyniowych Polski. Kraków.
Inst. Bot. im. W. Szafera. PAN. Kraków.
Piękoś-Mirkowa H. Mirek Z. 2006. Flora Polski. Rośliny chronione. Oficyna
Wydawnicza MULTICO. Warszawa.
Moroń D. Lenda M. Skórka P. Szentgyorgyi S.J. Woyciechowski M. 2009.
Wild pollinator communities are negatively affected by invasion of alien goldenrods in grassland landscapes. Biol. Conserv., 142: 1322-1332.
Nawara Z. 2006. Flora Polski. Rośliny łąkowe. Oficyna Wydawnicza MULTICO.Warszawa.
Sienkiewicz-Paderewska D. Borawska-Jarmułowicz B. Mastalerczuk G.
Chodkiewicz A. Stypiński P. 2012. Wpływ zaprzestania koszenia na
roślinność łaki trzęślicowej (Molinietum caerulae). Woda-ŚrodowiskoObszary Wiejskie, t.12 z 1 (37): 167-179.
Szoszkiewicz K., Szoszkiewicz J. 1998. Ocena różnorodności gatunkowej
pratacenoz na przykładzie wybranych zbiorowisk. Pozn. Tow. Przyj.
Nauk., Wydz. Nauk Rol. i Len., 85: 47–51.
Trąba C. Wolański P. Oklejewicz K. 2004. Zbiorowiska roślinne
nieużytkowanych łąk i pól w dolinie Sanu. Łąkarstwo w Polsce,
Grassland Science in Poland, 7: 207–238.
Zarzycki K. Trzcińska-Tacik H. Rożański W. Szeląg Z. Wołek J. Korzeniak
U. 2002. Ecological indicator values of vasular plants of Poland. [W:]
Mirek Z. (red.) Biodiversity of Poland, vol. 2 – W. Szafer Institute of
Botany Polish Academy of Sciences. Kraków.
233
mgr Agata Dulska-Jeż
Katedra Biologii Środowiska
Uniwersytet Rzeszowski w Rzeszowie
ul. Zelwerowicza 4, 35-601 Rzeszów
mgr Kamila Musiał
Katedra Łąkarstwa
Al. Mickiewicza 21, 31-120 Kraków
Opiekun naukowy: dr hab. Idalia Kasprzyk, prof. UR
234
Krzysztof Dziedzic
Bogusława Łapczyńska-Kordon
EPISTEME
22/2014, t. II
s. 235-242
ISSN 1895-2241
OCENA MOŻLIWOŚCI WYKORZYSTANIA
POZOSTAŁOŚCI Z BIOGAZOWNI
NA CELE ENERGETYCZNE
EVALUATION OF THE APPLICABILITY OF DIGESTATES
FROM BIOGAS PRODUCTION FOR ENERGY PURPOSES
Abstrakt. W pracy przedstawiono wyniki badań dotyczące oznaczenia
zawartości popiołu, części lotnych, ciepła spalania i wartości opałowej
wybranych pofermentów z produkcji biogazu. Materiał badawczy stanowiły
cztery mieszanki kiszonki z kukurydzy oraz wytłoków z jabłek o różnym
udziale procentowym. Wyniki zostały porównane z wcześniejszymi badaniami pofermentów: łuski ziarna słodu, rzęsy wodnej oraz wysłodków
buraczanych. Pomiary zostały przeprowadzone zgodnie z obowiązującymi
normami. Świeży materiał pofermentacyjny charakteryzował się wysoką
zawartością wody (na poziomie 90%) co czyniło go nieprzydatnym do
celów energetycznych (spalania) bez wcześniejszego suszenia do wilgotności rzędu 14-17%.
Słowa klucz: biomasa, poferment, biopaliwa
Summary. The paper presents results of research on the determination of
ash content, volatile components, heat of combustion and calorific value of
selected digestates from biogas production. Material consisted of four mixture of corn silage and apple pomace with different participation rates. The
results were compared to previous studies of digestates: malt grain hulls,
duckweed (Lemna sp. L.) and beet pulp. The measurements were carried out
in accordance with the applicable standards. Fresh material digestate was
characterized by a high content of water (at 90%) which made it unsuitable for energy purposes (combustion) without drying to a moisture content 14-17%.
Key words: biomass, digestates, biofuels
235
Wstęp
W 2009 roku Rada Europejska przyjęła nowy pakiet klimatyczny dla
krajów członkowskich. Pakiet ten został nazwany 20:20:20 co oznacza, że obowiązuje do roku 2020. Zakłada on następujące zadania:
• emisja CO2 musi zostać zredukowana o 20% w stosunku do
roku 1990;
• efektywność energetyczna musi wzrosnąć o 20% w stosunku
do roku 2009;
• udział energii odnawialnej bazującej na biopaliwach, energii wiatru, słońca, wody oraz geotermalnej musi wzrosnąć z 8,5% w roku
2005 do 20% w roku 2020 [Havrland i Pobedinschi 2011].
W warunkach geograficzno - klimatycznych Polski praktycznie
najbardziej dostępne i obfite zasoby odnawialnego źródła energii
stanowi biomasa. W literaturze naukowej i fachowej stosowane są
różne pojęcia i określenia biomasy. Zgodnie z definicją stosowaną w
dokumentach krajów UE za biomasę należy uznać wszelką substancję
organiczną roślinną lub zwierzęcą i wszelkie podobne substancje
uzyskane z przetworzenia (transformacji) surowców pochodzenia
roślinnego lub zwierzęcego [Dreszer i inni 2003].
Energia pozyskiwana z biomasy stanowi obecnie dwie trzecie
energii odnawialnej i jak przewidują prognozy, również w przyszłości
odgrywać będzie kluczową rolę w przyjaznym dla środowiska europejskim systemie energetycznym. Konieczne będzie więc wprowadzenie wydajnych łańcuchów użytkowych - począwszy od etapu produkcji surowców, poprzez transformację energetyczną, skończywszy
na zużyciu energii przez odbiorców końcowych [Frączek i inni 2010].
Według Raportu o Energii Odnawialnej wydanego przez Agencję Restrukturyzacji i Modernizacji Rolnictwa w Polsce funkcjonuje
(stan na rok 2013) 20 biogazowni rolniczych z czego 9 osiągnęło pełną
zdolność produkcyjną. Ich nadrzędnym celem jest produkcja biogazu,
ale istotne znaczenie ma też utylizacja materii organicznej, w wyniku
której otrzymywany jest produkt pofermentacyjny mogący z powodzeniem być wykorzystany do celów opałowych lub nawozowych.
Właściwości fizyko-chemiczne biomasy powodują, że jest ona
paliwem różniącym się od tradycyjnych paliw kopalnych. Co za tym
idzie, przed wdrożeniem paliwa pochodzącego z biomasy, należy
dokładnie ustalić jego parametry stosując te same metody co przy
236
Ocena możliwości wykorzystania pozostałości z biogazowni na cele energetyczne
ocenie paliw kopalnych [Więcławski 2010, Winnicka i in. 2005]. Celem pracy była analiza możliwości wykorzystania masy pofermentacyjne z fermentacji metanowej jako biomasy przeznaczonej na cele
energetyczne, poprzez określenie właściwości energetycznych takich
jak: wilgotność, wartość opałowa i ciepło spalania, zawartość części
lotnych oraz popiołu.
Materiał i metody
Materiał badawczy stanowiły cztery mieszanki kiszonki z kukurydzy
oraz wytłoków z jabłek w różnym udziale procentowym będące masą
pofermentacyjną z laboratoryjnej instalacji do produkcji biogazu zlokalizowanej na terenie Wydziału Inżynierii Produkcji i Energetyki.
Udział procentowy poszczególnych frakcji w mieszankach przedstawia tabela 1.
Tab. 1. Udział procentowy poszczególnych frakcji
w masie pofermentacyjnej
Kiszonka z kukurydzy
[%]
Wytłoki z jabłek [%]
Mieszanka M I
50
50
Mieszanka M II
10
90
Mieszanka M III
25
75
Mieszanka M IV
75
25
Materiał po wysuszeniu do wilgotności rzędu 14-17% został rozdrobniony na frakcję o wielkości ziarna 0,5 -1 mm a następnie poddany analizą.
Wilgotność materiału została wyznaczona zgodnie z normą PNEN 14774-3:2010 jako stosunek masy wody zawartej w próbce do
masy próbki wilgotnej (1):
gdzie:
m1 - masa pustego tygla [g];
m2 - masa pustego tygla i próbki przed suszeniem [g];
m3 - masa pustego tygla i próbki po suszeniu [g];
Mad - wilgotność materiału [%]
237
Oznaczenie zawartości popiołu zostało wykonane wg PN-EN
14775:2010 poprzez spalanie próbki w piecu muflowym w temperaturze 550oC przez 90 minut a następnie wyliczone jako stosunek
masy próbki przed i po procesie spalania (2):
gdzie:
m1 - masa pustego tygla [g];
m2 - masa pustego tygla i próbki[g];
m3 - masa pustego tygla i popiołu [g];
Ad - zawartość popiołu [%]
Oznaczenie zawartości części lotnych zostało wykonane wg PNEN 15148:2010. Oznaczenie zawartości części lotnych w paliwach
stałych przeprowadzono poprzez prażenie odważki pobranej
z próbki analitycznej w temperaturze 850°C przez 7 minut bez
dostępu powietrza. Zawartość części lotnych została wyliczona zgodnie z równaniem 3:
gdzie:
m1 - masa pustego tygla[g];
m2 - masa pustego tygla i próbki przed prażeniem[g];
m3 - masa pustego tygla i próbki po prażeniu [g];
Vd - zawartość części lotnych [%]
Ciepło spalania zostało wyznaczone metodą kalorymetryczną
zgodnie z normami PN–81/G–04515 i PN–ISO 1928. Oznaczenie
zostało przeprowadzone na odważce o masie 1 ± 0,1g umieszczonej
w bombie kalorymetrycznej w postaci sprasowanej pastylki. Zapłonu próbki dokonany został za pomocą stalowego drutu o średnicy
0,1mm wprasowanego w pastylkę. Wartość opałowa została obliczana za pomocą programu komputerowego sterującego pracą kalorymetru (zgodnego z normami PN – 80 / G – 04511, PN – ISO 1928,
PN-EN 14918:2010).
238
Wyniki i dyskusja
Masę pofermentacyjną cechuje wysokie uwodnienie sięgające nawet
90%. Czyni ją to nieprzydatną do celów energetycznych bez wcześniejszego suszenia. W tabeli 2 przedstawiono wybrane właściwości
fizyko-chemiczne badanej masy pofermentacyjnej dla wilgotności
w przedziale 14-17%.
Tab. 2. Wybrane właściwości fizyko-chemiczne badanej biomasy
Parametr
Rodzaj biomasy
MI
M II
Mad [%]
M III
M IV
14-17
Ad [%]
4,26
4,21
5,21
10,24
Vd [%]
70,28
73,07
96,01
69,38
Qi [MJ∙kg-1]
15,34
18,41
17,14
17,11
Qs [MJ∙kg-1]
16,42
19,69
18,55
18,31
Objaśnienia symboli:
Mad - wilgotność materiału
Ad - zawartość popiołu
Vd - zawartość części lotnych
Qi - wartość opałowa
Qs - ciepło spalania
Z pośród badanych mieszanek biomasa M IV charakteryzuje się
największą zawartością popiołu (10,24%) przy stosunkowo wysokiej wartości opałowej (17,11 MJ∙kg-1). Wysoka zawartość popiołu
jest zapewne spowodowana dużym udziałem procentowym kiszonki
kukurydzy (75%), która wchodziła w skład mieszanki M IV. Należy
wspomnieć, że popiół stanowi tzw. balast paliwa i wpływa bezpośrednio na jego wartość opałową. Mieszanka M III charakteryzuje
się zawartością części lotnych przekraczającą 90% i jednocześnie
wartością opałową rzędy 17 MJ∙kg-1. Ilość części lotnych ma istotne znaczenie do oceny przydatności energetycznej paliwa. Paliwa
o dużej ilości części lotnych dają podczas spalania długi płomień oraz
wymagają doprowadzenia dodatkowych ilości powietrza w celu zu239
pełnego bezdymnego spalania. Mieszanki M I i M II charakteryzują
się zbliżoną zawartością części lotnych (ok. 70%) oraz popiołu
(ok. 4%) jednak wartość opałowa mieszanki MI jest zauważalnie
niższa (15,34 MJ∙kg-1) w porównaniu do M II (18,41 MJ∙kg-1).
Ocena materiałów biologicznych wykazała, że wszystkie przebadane mieszanki charakteryzują się podobnymi właściwościami. Jedyne odstępstwa od średniej można zaobserwować w przypadku zawartości popiołu w mieszance M IV, która znacznie przewyższa średnią.
Niemniej nie dyskwalifikuje jej to do użycia na cele energetyczne.
Wnioski
Metodyka oraz stanowisko badawcze wykorzystane przy ocenianiu
możliwości energetycznych badanego materiału może być z powodzeniem wykorzystane do badania innych materiałów pochodzenia
roślinnego z przeznaczeniem na cele energetyczne.
Przeprowadzona ocena uzyskanych wyników badań wykazała,
że biomasa pofermentacyjna z proces produkcji biogazu może być
używana do celów energetycznych np. jako uzupełnienie zapotrzebowania na biomasę w elektrociepłowniach.
Konieczne są dalsze badania mające na celu określenie, jak biomasa pofermentacyjna zachowa się w procesach przetwarzania na
biopaliwa stałe.
Bibliografia
Dreszer K., Michałek R., Roszkowski A. 2003. Energia odnawialna możliwości jej pozyskiwania i wykorzystania w rolnictwie. Polskie
Towarzystwo Inżynierii Rolniczej. Kraków.
Frączek J. i inni 2010. Produkcja biomasy na cele energetyczne. Polskie
Towarzystwo Inżynierii Rolniczej. Kraków.
Havrland B., Pobedinschi V.M 2011, Biomass processing to biofuel. Czech
University of Life Sciences. Prague.
Więcławski A. 2010. Parametry energetyczne biomasy malwy pensylwańskiej
– zrębki. BIOTEK
Winnicka G., Tramer A., Swieca G. 2005. Badanie właściwości biomasy do
celów energetycznych. IChPW. Zabrze. Maszynopis
240
mgr inż. Krzysztof Dziedzic
Wydział Inżynierii Produkcji i Energetyki
Katedra Inżynierii Mechanicznej i Agrofizyki
ul. Balicka 120, 30-149 Kraków
dr hab. inż. Bogusława Łapczyńska-Kordon
Katedra Inżynierii Mechanicznej i Agrofizyki
ul. Balicka 120, 30-149 Kraków
Opiekun naukowy: dr hab. inż. Bogusława Łapczyńska-Kordon
241
Grażyna Kaczyńska
Agata Borowik
Angelika Szudrewicz
Rafał Strachel
EPISTEME
22/2014, t. II
s. 243-250
ISSN 1895-2241
LICZEBNOŚĆ BAKTERII CELULOLITYCZNYCH
I AMYLOLITYCZNYCH W GLEBIE
ZANIECZYSZCZONEJ METALAMI CIĘŻKIMI
THE NUMBER OF CELLULOLYTIC AND AMYLOLYTIC
BACTERIA IN SOIL CONTAMINATED
WITH HEAVY METALS
Abstrakt. Celem badań była ocena wpływu zanieczyszczenia gleby metalami ciężkimi na liczebność bakterii celulolitycznych i amylolitycznych.
Doświadczenie wykonano w trzech powtórzeniach w warunkach kontrolowanych. Do badań wykorzystano piasek gliniasty o pHKCl 6,6. Czynnikami zmiennymi były: rodzaj metalu ciężkiego: cynk, miedź, kadm; stopień
zanieczyszczenia gleby: 0, 120, 240 i 480 mg Me2 +• kg-1 s.m. gleby; czas
inkubacji gleby: 7, 70, 140 i 280 dni. Próbki gleby inkubowano w temperaturze 25˚C utrzymując przez cały okres inkubacji wilgotność na poziomie
50% maksymalnej kapilarnej pojemności wodnej.Wykazano, że głównym
czynnikiem limitującym liczebność badanych mikroorganizmów glebowych
był poziom zanieczyszczenia metalami ciężkimi oraz czas zalegania ich
w glebie. Bakterie celulolityczne okazały się bardziej oporną grupą drobnoustrojów na zanieczyszczenie niż bakterie amylolityczne. Szereg toksyczności metali przedstawiał się następująco: Cd > Cu > Zn.
Słowa kluczowe: toksyczność, cynk, kadm, miedź, bakterie celulolityczne,
bakterie amylolityczne
Summary. The objective of study was to determine the effect of soil contamination with heavy metals on soil community of cellulolytic bacteria and
amylolytic bacteria. Laboratory experiment was carried out in three replications, using samples of sandy loam of pHKCl 6,6. The experimental variables were: types of heavy metals: zinc, copper, cadmium; degree of soil
contamination: 0, 120, 240, and 480 mg Me2+ • kg-1 d.m. soil, time of soil
incubation: 7, 70, 140 and 280 days. Soil samples were incubated at 25°C
243
Grażyna Kaczyńska, Agata Borowik, Angelika Szudrewicz, Rafał Strachel
and 50% maximum water-holding capacity. Toxicity of heavy metal to microorganisms depends mainly on the degree of soil contamination and soil
incubation time. Cellulolytic bacteria were more resistant to contamination
by heavy metals than amylolytic bacteria. Results of investigation proved
that relative negative effects on the number of selected groups of microorganisms can be ranked as follows: Cd > Cu > Zn.
Key words: toxicity of heavy metals, copper, zinc, cadmium, cellulolytic bacteria, amylolytic bacteria
Wstęp
Postęp przemysłowy, gospodarczy i techniczny, powoduje wzrost zanieczyszczeń środowiska. Metale ciężkie z uwagi na wysoką
toksyczność, niezwykle długi czas półtrwania w glebie, właściwości
kancerogenne czy hydrofobowość, są poważnym zagrożeniem dla
wszelkich form życia na Ziemi, w tym mikroorganizmów [Poli i in.
2009]. Nadmierna kumulacja pierwiastków śladowych ma niebagatelny wpływ na kształtowanie się populacji bakterii środowisk gruntowo-wodnych. Stopień rozwoju drobnoustrojów w glebie zależy od
wielu zmiennych. Szczególnie istotna jest zasobność gleby w materię
organiczną, która stanowi źródło energii i składników biogennych.
Dekompozycja biomasy roślinnej zachodzi z udziałem wielu grup
drobnoustrojów. Różnorodność mikroorganizmów, zależy również
od strefy klimatycznej [Badura 2006; Przybulewska i in. 2010]. Liczebność mikroorganizmów sklasyfikowanych do grup fizjologicznych,
rozkładających w glebie białko, tłuszcz oraz polimery węglowodanowe, kształtuje się na poziomie od 106 do 107 jtk • kg–1 s.m. gleby
[Buléon i in. 2007, Niewolak i in. 2008, Przybulewska i in. 2010].
Mikrobiologiczny rozkład wyżej wymienionych polimerów odgrywa
ważną funkcję w przyrodzie. Wpływa on na poprawę stanu gleby poprzez udział w przemianie węgla [Donnelly i in. 1990]. W związku
z tym podjęto badania, których celem było określenie wpływu cynku,
miedzi i kadmu na liczebność bakterii amylolitycznych i bakterii celulolitycznych.
Materiał i Metody
Doświadczenie laboratoryjne zostało założone w trzech powtórzeniach. Próbki gleby o składzie granulometrycznym piasku gliniaste244
Liczebność bakterii celulolitycznych i amylolitycznych w glebie zanieczyszczonej..
go o pHKCl – 6,6, po 100 g powietrznie suchej masy, umieszczono
w szklanych zlewkach o pojemności 150 cm3. Następnie glebę zanieczyszczono wodnymi roztworami ZnCl2, CuSO4•5 H2O, CdCl2•21\2
H2O w ilości: 120, 240, 480 mg Me2+ • kg-1 s.m. gleby. Po dokładnym
wymieszaniu próbek gleby z roztworami metali uwilgotniono ją do
poziomu 50% kapilarnej pojemności wodnej. Tak przygotowany materiał glebowy inkubowano w temperaturze 25°C przez 280 dni. W 7,
70, 140 i 280 dniu trwania doświadczenia w glebie metodą płytkową
określono liczebność bakterii celulolitycznych i amylolitycznych.
Bakterie amylolityczne określono na podłożu według Waksmana [Kucharski i Wyszkowska 2005] a bakterie celulolityczne - według Winogradskiego [Kucharski i Wyszkowska 2005]. Liczbę drobnoustrojów
ustalono wykorzystując licznik kolonii. Liczebność drobnoustrojów
podano w jtk w 1 kg s.m. gleby. Uzyskane wyniki zostały opracowane
statystycznie, z wykorzystaniem analizy wariancji trzyczynnikowej
ANOVA. Obliczono również współczynniki korelacji prostej Pearsona między stopniem zanieczyszczenia gleby metalami ciężkimi
a liczebnością drobnoustrojów oraz wykorzystując metodę ɳ2 procentowy udział czynników zmiennych. Analizę statystyczną wykonano pakietem Statistica 10.0. [STATSOFT 2011].
Wyniki i Dyskusja
Aktywność mikrobiologiczna gleb zanieczyszczonych metalami
ciężkimi jest uzależniona od szeregu czynników, do których można
zaliczyć m.in.: pH gleby, stopień zanieczyszczenia, wilgotność, temperaturę oraz czas ich zalegania w glebie. W omawianym eksperymencie liczebność drobnoustrojów w największym stopniu była determinowana czasem zalegania metali ciężkich w glebie oraz stopniem zanieczyszczenia gleby cynkiem, miedzią i kadmem (tab. 1). Analiza zmienności wykazała, że liczebność bakterii celulolitycznych była
aż w 45% modyfikowana czasem inkubacji gleby, a w 19% - stopniem
zanieczyszczenia gleby. Z kolei liczebność bakterii amylolitycznych
– w 37% czasem inkubacji gleby, a w 23% - dawką metali. W każdym
z analizowanych terminów, tj. w 7., 70., 140. i 280. dniu trwania
doświadczenia wszystkie metale ciężkie zakłócały namnażanie się
bakterii. Znajduje to odzwierciedlenie w ujemnych współczynnikach
korelacji między stopniem zanieczyszczenia gleby cynkiem, miedzią
245
i kadmem a liczebnością bakterii celulolitycznych i amylolitycznych.
Zanieczyszczenie gleby cynkiem największe zmiany w liczebności
bakterii celulolitycznych powodowało w 280. dniu trwania badań,
bakterii amylolitycznych w 70. dniu, kadmem – odpowiednio w: 7.
i 70. dniu, a miedzi był to dzień 7 w przypadku obydwu grup mikroorganizmów. Abstrahując od czasu inkubacji gleby, cynk zaaplikowany
do gleby w ilości 480 mg Zn ∙ kg-1 s.m. gleby powodował zmniejszenie liczby bakterii celulolitycznych o 40% i amylolitycznych – o 34%,
a miedź zastosowana w takiej samej dawce odpowiednio o 43% i 55%,
natomiast kadm o: 60% i 64%.
Jak wynika z przeprowadzonych badań, metalami ciężkimi,
które mogą zakłócać równowagę mikrobiologiczną gleby są cynk,
miedź i kadm. O negatywnym wpływie metali ciężkich na autochtoniczne drobnoustroje glebowe dowodzi również bogata literatura [Wyszkowska i Wyszkowski 2002, Badura 2006, Przybulewska i
in. 2010, Wyszkowska i in. 2013]. Ze względu na wysoką toksyczność metali ciężkich, uważa się je za jedne z najbardziej trwałych
zanieczyszczeń zniekształcających procesy biochemiczne wszystkich ekosystemów. Stopień kumulacji pierwiastków śladowych oraz
negatywne oddziaływanie na mikroorganizmy uwarunkowane jest
czynnikami środowiskowymi, podatnością na degradację oraz ich
zawartością w roztworze glebowym [Wyszkowska i Kucharski 2003].
Destrukcyjne działanie metali ciężkich na drobnoustroje,
które obserwowano w niniejszych badaniach, mogło być wynikiem
uszkodzenia systemów kontroli regulowanych przez białka regulatorowe i sygnałowe, do których zalicza się: rozwój komórki, apoptozę, regulację cyklu komórkowego [Beyersmann i Hartwig 2008].
Według Wyszkowskiej i i in. [2013] różnorodne oddziaływanie
kadmu, miedzi i cynku na poszczególne grupy drobnoustrojów jest
wynikiem ich specyficznych właściwości fizjologicznych, morfologicznych i genetycznych. Poziom szkodliwości metali ciężkich wobec
mikroorganizmów zależy od możliwości blokowania dróg transportu metalu. Zdaniem Kucharskiego i Wyszkowskiej [2004] zmiany
w liczbie bakterii mogą być wywołane nie tylko przez wysokie stężenie omawianych ksenobiotyków, ale również przez wzajemne oddziaływanie pomiędzy grupami mikroorganizmów. Wszystkie grupy
drobnoustrojów są narażone na negatywne działanie metali ciężkich.
246
Rodzaj metalu
Tab. 1. Liczebność bakterii celulolitycznych i amylolitycznych
w glebie zanieczyszczonej metalami ciężkimi, 107 jtk • kg-1 s.m. gleby
Zn2+
Zn2+
Cu2+
Cd2+
Dawka
metalu
Bakterie amylolityczne
Czas inkubacji gleby, dni
7
70
140
280
7
70
140
280
0
25,03
18,68
12,32
7,01
42,88
27,19
20,23
3,19
120
23,12
13,71
10,07
3,90
19,70
18,02
20,59
3,17
240
16,85
13,36
8,61
2,94
13,29
4,96
19,14
4,24
480
13,70
16,28
8,57
1,99
26,34
2,83
11,68
4,28
x
19,68
15,51
9,89
3,96
25,55
13,25
17,91
3,72
r
-0,96
-0,24
-0,85
-0,89
-0,42
-0,91
-0,92
0,85
0
25,03
18,68
12,32
7,01
42,88
27,19
19,90
3,19
120
8,63
16,54
10,86
5,50
15,05
33,57
18,98
2,84
240
6,65
10,60
10,19
3,32
4,93
10,95
19,82
4,69
480
7,43
11,95
9,87
3,83
11,59
7,79
11,68
2,13
x
11,94
14,44
10,81
4,92
18,61
19,88
17,60
3,21
r
-0,71
-0,80
-0,89
-0,81
-0,69
-0,82
-0,88
-0,32
0
25,03
18,68
11,47
7,01
42,88
27,19
19,90
3,19
120
9,50
16,94
10,92
3,37
23,22
10,55
17,80
2,11
240
9,10
16,47
9,19
2,40
14,72
10,97
15,69
1,43
480
4,51
13,26
6,38
1,17
9,91
4,24
14,66
1,06
x
12,03
16,34
9,49
3,49
22,68
13,24
17,01
1,95
-0,84
-0,99
-0,99
-0,90
-0,89
-0,86
-0,95
-0,92
r
NIR0,01*
Drobnoustroje
Bakterie celulolityczne
a – 1,62; b – 1,87; c – 1,87;
ab – 3,23; ac – 3,23; bc – 3,73;
abc – 6,47
a – 2,37; b – 2,74; c – 2,74;
ab – 4,74; ac – 4,74; bc – 5,48;
abc – 9,49
*NIR0,01 dla: a – rodzaju metalu ciężkiego; b – dawki metalu ciężkiego,
c – czasu inkubacji gleby; r – współczynnik korelacji
Badania Nguyen Thi [2007] mające na celu określenie oddziaływania różnych dawek miedzi, ołowiu i cynku na rozwój populacji
bakterii wykazały, że najsilniejsze działanie inhibicyjne wykazała
miedź, a następnie cynk i ołów. Badania własne również wskazują, że
247
miedź silniej hamowała namnażanie bakterii celulolitycznych i amylolitycznych niż cynk.
Wnioski
Zanieczyszczenie gleby cynkiem, miedzią i kadmem w ilości od 120
do 480 mg Me2+ ∙ kg-1 gleby istotnie naruszało jej równowagę mikrobiologiczną przez 280 dni.
Największe zaburzenia w namnażaniu bakterii celulolitycznych
i amylolitycznych powodował kadm, a mniejsze miedź i cynk.
Bakterie celulolityczne były bardziej oporne na metale ciężkie
niż bakterie amylolityczne.
Bibliografia
Badura L. 2006. Rozważania nad rolą mikroorganizmów w glebach. Zeszyty
Naukowe Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu. Rolnictwo,
546: 13-24.
Beyersmann D. Hartwig A. 2008. Carcinogenic metal compounds: recent insights into molecular and cellular mechanisms. Archives of Toxicology,
82: 493–512.
Buléon A. Veronese G. Putaux J. L. 2007. Self-association and crystallization of amylose. Australian Journal of Chemistry, 60: 706–718.
Donnelly P.K. Entry J. A. Crawford D. L. Cromack K. 1990. Cellulose and
lignin degradation of forest soils in response to moisture, temperature
and various physiochemical factors on microbial activity acidity. Microbial Ecology, 20: 289-295.
Kucharski J. Wyszkowska J. 2004. Inter-relationship between number of
microorganisms and spring barley yield and degree of soil contamination with copper. Plant Soil Environment, 50(6): 243–249.
Kucharski J. Wyszkowska J. 2005. Ćwiczenia z Mikrobiologii środowiskowej.
Zakład Poligraficzny Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie, ss: 84.
Nguyen Thi B. L. 2007. Wrażliwość bakterii Bacillus, Pseudomonas, Sarcina na różne stężenia miedzi, ołowiu i cynku. Zeszyty Problemowe
Postępów Nauk Rolniczych, 518: 127 - 131.
Niewolak S. Brzozowska R. Czechowska K. Filipkowska Z. Korzeniewska E. 2008. Sezonowe zmiany liczebności tlenowych i beztlenowych
bakterii celulolitycznych w wodzie, glebie i na powierzchni roślinności
śródleśnych mokradeł w okolicy Olsztyna. Woda-Środowisko-Obszary
Wiejskie, 8 (22): 231-245.
248
Poli A. Salerno A. Laezza G. di Donato P. Dumontet S. Nicolaus B. 2009. Heavy metal resistance of some thermophiles: potential use of a-amylase
from Anoxybacillus amylolyticus as a microbial enzymatic bioassay. Research in Microbiology, 160: 99-106.
Przybulewska K. Kupiec M. Łysko A. Cyglicki R. 2010. Liczebność i aktywność mikroorganizmów w glebie spod uprawy kukurydzy w dolinie
rzeki Dayi na terenie Ghany. Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie, 10
(30): 153-158.
STATSOFT, INC. STATISTICA (data analysis software system), version 10.0
www.statsoft.com, 2011.
Wyszkowska J. Kucharski J. 2003. Liczebność drobnoustrojów w glebie
zanieczyszczonej metalami ciężkimi. Zeszyty Problemowe Postępów
Nauk Rolniczych, 492: 427-433.
Wyszkowska J. Wyszkowski M. 2002. Effect of cadmium and magnesium on
microbiological activity in soil. Polish Journal of Environmental Studies, 11(5): 585-591.
Wyszkowska J. Borowik A. Kucharski M. Kucharski J. 2013. Effect of
cadmium, copper and zinc on plants, soil microorganisms and soil
enzymes. Journal of Elementology, 18(4): 769–796.
prof. dr hab. Jadwiga Wyszkowska
mgr inż. Grażyna Kaczyńska, dr Agata Borowik,
mgr inż. Angelika Szudrewicz, mgr inż. Rafał Strachel
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie,
Katedra Mikrobiologii,
Plac Łódzki 3, 10-727 Olsztyn
Opiekun naukowy: prof. dr hab. Jadwiga Wyszkowska
249
Anna Karbowniczak
Maria Szczuka
Weronika Pasternak
EPISTEME
22/2014, t. II
s. 251-256
ISSN 1895-2241
ENERGETIC EFFICIENCY OF POLICRYSTALLINE
PANELS AGAINST OTHER TYPES
OF PHOTOVOLTAIC PANELS
Efektywność energetyczna PŁYT polikrystalitowych przed innymi typami
Paneli fotowoltaicznych
Summary. Measurements of the surrounding climate, eg. solar radiation
intensity, wind speed and surrounding temperature were made at a laboratory stand equipped with policrystalline silicon panels of 470Wp total power
and control-measurement devices. The amount of energy on policrystalline
panels was monitored thanks to a computer measuring system. The data
obtained was calculated and analysed and the value of the obtained electric
energy was assembled in monthly cycles. Afterwards, the developed data
was compared with literature data for other types of photovoltaic panels.
The presented results will be used for chosing a proper type of photovoltaic
panels, meeting the specific requirements of crop production.
Key words: Photovoltaic, polycrystalline panels, power engineering
Abstrakt. Pomiary otaczającego klimatu, np. natężenia promieniowania
słonecznego, prędkości wiatru i temperatury otoczenia zostały wykonane
na stanowisku laboratoryjnym wyposażonym w panele polikrystalitowych
krzemowych urządzeń o mocy 470Wp. Ilość energii na panelach polikrystalitowych monitorowano za pomocą komputera. Uzyskane dane obliczono i analizowano i wartości otrzymanej energii elektrycznej montowano
w cyklu miesięcznego. Następnie opracowane dane porównano z danymi
zaczęrpniętymi z literatury dla innych typów paneli fotowoltaicznych.
Przedstawione wyniki zostaną wykorzystane do dobrania odpowiedniego
rodzaju paneli fotowoltaicznych, spełniających specyficzne wymagania produkcji roślinnej.
Słowa kluczowe: fotowoltaika, polikrystaliczne panele, energetyka
251
Introduction
There has been a significant increase in the share of renewable
energy sources in the Polish energy balance in recent years. So far,
electric energy from alternative energy sources has originated mainly from co-combustion of biomass. At the end of 2012 there were
nine installations connected to electric power system in Poland (called ON-GRID). Their power was 1,35MWp. Taking into consideration the photovoltaic power stations that were not connected to the
system (OFF-GRID), there were 3,6 MWp installed altogether (the
actual number and power of OFF-GRID installations may be higher) [www.e-czasopismo.pl/575,numer-7-8-2013-polski-instalator.
html]. Photovoltaic cell that is the basic element of photovoltaic installation converts solar energy into electric energy. We can notice
a good progres in modules technology and photovoltaic systems year
by year. The modules produced presently have power ranging from
tens to hundreds of watts and can be combined together what enables the usage of photovoltaic systems both in local arrangements
and larger energy systems. Nowadays, photovoltaic cells used are
mainly based on a technology which uses silicon crystals. This constitute 80% of the whole production. The efficiency of solar energy conversion into electric energy for those sources ranges from 12 to 15%
[Solar generation 6 2011]. The remaining part consists of sources
which are based on thin-layer technology. However, their efficiency
is significantly lower compared with the sources based on crystalline silicon. A so-called small power engineering enables the usage
of photovoltaic systems. The small power engineering is connected
mainly with agriculture where photovoltaic panels may be used in
energy-intensive processes, such as drying and greenhouse production [Adamiec et al. 2002]. Using a photovoltaic source solves the problem of power supply in a decentralised and distracted way playing
a key role in making a balanced system of managing energy [Latała
2011]. Being aware of the energy needs of given devices which may
be powered by photovoltaic panels is the basis for chosing the power
supply system. However, there is a question as to which system of
solar energy conversion that is: policrystalline, CIGS or amorphous
silicon, will bring more benefits while producing electric energy used
in agriculture.
252
Energetic efficiency of policrystalline panels against other types of photovoltaic panels.
The measurements were made at a laboratory stand equipped with
panels made of policrystalline silicon type: YL235 P-29B / 1650X990
with a total power of 470 Wp set at a 45° angle and an inspectionmeasurement devices. The surrounding climate was measured, that
is: the intensity of solar energy, wind speed, temperature of the
surroundings. Computer measurement system enabled monitoring
of the available amount of energy at pollicrystalline panels. This data
was subject to further calculations. Input voltage Us and input current Is were estimated and the power obtained from photovoltaic
panels (PS) was calculated according to:
Ps = Us• Is
where:
US – value of voltage gained from photovoltaic cells [V],
IS – value of current gained from photovoltaic cells [A],
Afterwards, electric energy gain was put together in monthly
cycles and compared with the measurements made after using other
photovoltaic panels. An analysis was made of the average gain of
electric energy from three types of panels: policrystalline, CIGS and
amorphous silicon.
Fig. 1. A scheme of a laboratory stand
253
Results and Discussion
On the basis of the accepted methodology of examinations, a monthly
gain of electric energy for policrystalline panels was calculated fig. 2.,
the highest gain of electric energy for square meter of a panel is possible in May. Its value may reach over 18 kWh, the lowest possible
gain of electric energy occurs in December and is estimated at 4kWh.
Policrystalline panels are nowodays most common and available on
the photovoltaic market and are characterized by the highest efficiency of over 13% between March to October.
Fig. 2. Monthly gain of electric energy from policrystalline panels
[kWh•kWp-1]
An annual gain of energy was established in order to compare
the gain from policrystalline panels with panels of the second generation made in CIGS technology and of amorphous silicon, fig. 3.
The analysis made for three installations showed that the difference between the least efficient in our climate panels from amorphous
silicon and the most efficient panels from policrystalline silicon is
2,5% which translates into
26 kWh•kWp-1. Moreover, the difference between annual electric
energy gain for amorphous panels, which are more efficient during
summer months, and the modules made in CIGS technology, which perfectly develop low-energy scattered radiation, thanks to what
they are able to work more efficiently in the winter, is 17 kWh•kWp-1
representing 1% in the annual account.
254
Energetic efficiency of policrystalline panels against other types of photovoltaic panels.
Fig. 3 . Comparison of installation’s energy efficiency [kWh•kWp-1]
for different technologies.
Conclusions
The highest electric energy gain on a square meter of policrystalline
panels is possible to obtain in May and equals 18 kWh.
The analysis of photovoltaic panels efficiency in an annual set
showed that the average difference in electric energy gain for installations made in different technologies is 2%
The most efficient are the policrystalline panels with the annual
energy gain of 1009 kWh•kWp-1
Installations made of modules of crystalline silicon are prefered
due to the highest energy gain within a year and the fact that policrystalline panels are the most common as well as the fact that the
technology they are made in is the best developed.
Bibliography
Adamiec M., Kuna-Broniowski M., Kuna-Broniowska I.2002. Badania nad
wykorzystaniem ogniw fotowoltaicznych w rolnictwie i przemyśle rolno-spożywczym. Część I – podstawy teoretyczne Technica Agraria 1(1)
2002, 41-51
Latała H., Kurpaska S. (2011): Analiza teoretyczna uzysku energetycznego
krzemowych ogniw fotowoltaicznych w warunkach solarnych Małopolski. Inżynieria Rolnicza, 4(129), 183-189.
Solar generation 6. Solar photovoltaic electricity empowering the world.
2011. The European Photovoltaic Industry Association and Greenpeace International. 6th edition of the report “Solar Generation: Solar
Photovoltaic Electricity Empowering the World”. EPIA. www.epia.org.
255
www.e-czasopismo.pl/575,numer-7-8-2013-polski-instalator.html Numer
7-8/2013 - Polski Instalator
mgr inż. Anna Karbowniczak
Instytut Inżynierii Rolniczej i Informatyki
ul. Balicka 116B 30-149 Kraków
mgr inż. Maria Szczuka
mgr inż. Weronika Pasternak
Opiekun naukowy: dr hab. inż. Hubert Latała
256
Tomasz Koniarz
Agnieszka Baran
Marek Tarnawski
EPISTEME
22/2014, t. II
s. 257-264
ISSN 1895-2241
WYKORZYSTANIE WSKAŹNIKÓW
GEOCHEMICZNYCH I TESTU PHYTOTOXKIT
W OCENIE JAKOŚCI OSADÓW DENNYCH
USE OF GEOCHEMICAL INDICES
AND PHYTOTOXKIT TEST FOR ASSESSMENT
OF BOTTOM SEDIEMIENT QUALITY
Abstrakt. Celem badań była ocena zawartości metali ciężkich oraz toksyczności osadów dennych Jeziora Sieniawskiego. W powietrznie suchych
próbkach osadów dennych oznaczono ogólna zawartość metali ciężkich: Cr,
Pb, Cu, Zn, Ni, Cd metodą ICP-AES. Ocenę toksyczności osadów dennych
wykonano przy wykorzystaniu testu Phytotoxkit. Średnie zawartości metali ciężkich w osadach były zróżnicowane, ale nie przekraczały granicznych
zawartości odpowiadających II klasie – osad słabo zanieczyszczony (wg
PIG). Wyniki z przeprowadzonego testu Phytotoxkit wykazały inhibicje wzrostu korzeni rośliny testowej na poziomie od 36 do 56%.
Słowa kluczowe: osad denny, zbiornik wodny, metale ciężkie, Phytotoxkit
Summary. The research aimed to assess the content of heavy metals and
the toxicity of bottom sediments of the Sieniawskie Lake. Total contents of
the following heavy metals: Pb, Cd, Cu, Zn, Ni, Cr were determined in air-dry
samples of bottom sediments using ICP-AES method. Toxicity assessment
of the sediment samples was performed using Phytotoxkit tests. Mean contents of heavy metals in the sediment were highly diversified. Bottom sediments were classified II class quality (moderately polluted). Results from
Phytotoxkit test showed that inhibition of root growth was within 36÷56%
in all analyzed sediment samples.
Key words: bottom sediments, dammed reservoir, Phytotoxkit, heavy metals
257
Tomasz Koniarz, Agnieszka Baran, Marek Tarnawski
Wstęp
Proces zamulania jest zjawiskiem naturalnym, a jego intensywność
zależy od czynników zlewniowych i skutkuje zmniejszaniem się pojemności martwej, użytkowej oraz prze-ciwpowodziowej zbiorników,
co ostatecznie zmienia wcześniejszą morfologię doliny [Łajczak
1995]. Nie możliwość uniknięcia procesu zamulania i problemów
w eksploatacji wypłacających zbiorników, skłania do podejmowania prób kontroli intensywności tego zjawiska. Chcąc zwiększyć
pojemność zbiorników należy wydobyć nadmiar materiału dennego i w odpowiedni sposób go zagospodarować bez szkody dla środowiska [Förstner, Salomons, 2010, Stephens i in. 2001]. Ważne
jest przeprowadzenie oceny deponowanych osadów pod względem
ich toksyczności, właściwości chemicznych i fizycznych. Analiza
wyników może dać odpowiedź o potencjalnych możliwościach ich zagospodarowania na lądzie po wydobyciu.
Celem badań była ocena stopnia zanieczyszczenia metalami
ciężkimi osadów dennych Jeziora Sieniawskiego (zbiornik Besko)
przy wykorzystaniu wskaźników geochemicznych i ekotoksykologicznych.
Materiał i metody
Zbiornik Besko zwany jeziorem Sieniawskim zamyka zlewnię rzeki Wisłok (w 172,8 km jej biegu) o powierzchni 207 km2. Przy
maksymalnym piętrzeniu zbiornik gromadzi ponad 15 mln m3 wody,
a zwierciadło wody pokrywa obszar prawie 126 ha. Średnia głębokość
akwenu to 12 m. Zbiornik ma rozwiniętą linię brzegową (Ryc. 1), a obszar przylegający do zbiornika jest głównie porośnięty lasami. Pobór
próbek osadów dennych wykonano w trzech strefach, które uznano
za reprezentatywne dla danych obszarów zbiornika: wlotowej – strefa 1, środkowej – strefa 2, przy zaporowej – strefa 3 (Ryc. 1).
258
Wykorzystanie wskaźników geochemicznych i testu phytotoxkit w ocenie jakości...
W celu uśrednienia materiału, próbki pobierane były z kilku miejsc
w promieniu 5-6 metrów od wyznaczonej lokalizacji.
Ryc. 1. Lokalizacja obiektu badań
Pobrany materiał przewieziono do laboratorium, wysuszono oraz
przesiano przez sito o średnicy oczek 2 mm. W powietrznie suchych
próbkach osadów dennych oznaczono całkowite zawartości metali
ciężkich: Cu, Zn, Ni, Cr, Pb, Cd. Zawartość pierwiastków w osadach
oznaczono po mineralizacji na gorąco w mieszaninie kwasów HNO3
i HClO3 (3:2). W uzyskanych roztworach stężenia metali oznaczono
za pomocą aparatu ICP-OES (Pekin Elmer Optima 7300 DV).
Kolejnym etapem badań było określenie toksyczności osadów
dennych przy wykorzystaniu testu Phytotoxkit [Phytotoxkit 2004].
Toksyczność określono na podstawie pomiaru inhibicji wzrostu młodych korzeni w badanej próbce w stosunku do reakcji roślin
w próbce kontrolnej (osad kontrolny). Test przeprowadzono na
roślinie testowej: Sorghum saccharatum. Test wykonano wg standardowej procedury podanej przez producenta [Phytotoxkit 2004]. Czas
inkubacji roślin w badanym osadzie wyniósł 72 godz. w temperaturze
25ºC. Test przeprowadzono na osadzie powietrznie suchym.
259
Wyniki/Dyskusja
Zawartości metali ciężkich w osadach zbiornika Besko mieściły się
w przedziałach: 80÷148 mg (Zn); 17÷43 mg (Cu); 30÷70 mg (Ni);
37÷72 mg (Cr); 23÷56 mg (Pb); 0,5÷1,2 mg (Cd) • kg-1 s.m. Generalnie zawartości metali ciężkich w osadach zależały od miejsca poboru
próbek osadów, najmniejsze ich zawartości zaobserwowano w części
wlotowej zbiornika, a największe w strefie 3 – przy zaporze.
Klasyfikację jakości osadów dennych pod względem zawartości
metali ciężkich dokonano wg klas opracowanych przez Państwowy Instytut Geologiczny (PIG) [Bojakowska 2001] (Tab. 1). W pracy obliczono również indeks geoakumulacji Müller’a (Igeo) oraz inne wskaźniki
geochemiczne takie jak: współczynnik zanieczyszczenia (Cf) oraz
stopień zanieczyszczenia (Cdeg) (Ryc. 2 a, b), który jest równy sumie
współczynników zanieczyszczenia [Müller 1969]. Do obliczeń przyjęto
wartość tła geochemiczne wyznaczone dla osadów dennych na obszarze Polski [Lis, Pasieczna 1995]. Szczegółowy opis metodyki obliczania
wskaźników geochemicznych znajdują się w pracy Koniarz i in. [2013].
Wg klasyfikacji PIG, osady zbiornika Besko zostały zaklasyfikowane do II klasy jako osad miernie zanieczyszczony (Tab. 1). Pierwiastkami, których zawartość zadecydowała o sklasyfikowaniu osadu do
II klasy były: Zn, Cu, Ni oraz Cr
Tab. 1. Ocena zanieczyszczeń osadów dennych zbiornika Besko metalami
ciężkimi wg PIG
Strefa
Cd
Pb
Zn
Cu
Ni
Cr
1
I
I
I
II
II
II
2
I
I
I
II
II
II
3
I
I
II
II
II
II
Wartości indeksu geoakumulacji Müller’a, dla oznaczonych metali ciężkich, przedstawiono na Wyk. 1a. Największe wartości indeksu zaobserwowano dla niklu i chromu w części przyzaporowej,
a najmniejsze dla kadmu, w części wlotowej zbiornika. Ostatecznie
osad został sklasyfikowany do trzeciej klasy, wg klasyfikacji Müller’a
(2 < Igeo < 3 – osad umiarkowanie do silnie zanieczyszczony). Na podstawie wartości wskaźnika stopnia zanieczyszczenia, stwierdzono, że
osady pobrane w strefie 3 (przy zaporze) były w największym stopniu zanieczyszczone metalami ciężkimi (Wyk. 1b). Na podstawie
260
otrzymanych wyników zaobserwowano, że w zbiorniku Besko zanieczyszczenie osadów metalami ciężkimi postępuję zgodnie z kierunkiem przepływu wody.
strefa 1
strefa 2
strefa 3
Wyk. 1. Wartości indeksu zanieczyszczenia wg Müller’a (a) oraz stopnia
zanieczyszczenia (b) osadów zbiornika Besko.
Procentowe zahamowanie wzrostu korzeni rośliny testowej Sorghum saccharatum (Wyk.1). Inhibicja wzrostu korzeni S. saccchartum w zależności od miejsca poboru osadów wynosiła od 36 do 56%.
W licznych badaniach stwierdzono, że procentowy efekt toksyczny
PE < 20% świadczy o braku istotnego efektu toksycznego (próbka
jest nietoksyczna), natomiast gdy procentowy efekt toksyczny mieści
się pomiędzy 20% ≤PE< 50% uważa się próbkę za niskotoksyczną. Za
toksyczne uznaje się próbki, których procentowy efekt toksyczny
mieści w granicach 50% ≤PE< 100% [Persoone i in. 2003]. Otrzymane wyniki świadczą o niskiej toksyczność osadów dennych pobranych
ze strefy 1. Z kolei próbki osadów pobrane w strefach 2 i 3 były
toksyczne dla rośliny testowej (Wyk. 2).
Wyk. 2. Inhibicja wzrostu korzeni S. saccchartum w osadach pobranych
z poszczególnych stref zbiornika Besko
261
Wnioski
Zawartość metali ciężkich w osadzie (w szczególności w strefie
przyzaporowej) może stanowić potencjalne źródło zagrożenia dla organizmów żywych co w konsekwencji może prowadzić do włączenia
metali ciężkich do łańcucha pokarmowego i stanowić zagrożenie dla
zdrowia człowieka.
Zanieczyszczenie osadów metalami ciężkimi w zbiorniku Besko
postępuję zgodnie z kierunkiem przepływu wody co wykazano również na zwiększających się wartościach analizowanych wskaźników
geochemicznych.
Według klasyfikacji Państwowego Instytutu Geologicznego osady denne sklasyfikowano do II klasy (miernie zanieczyszczone).
Test roślinny Phytotoxkit wykazał zahamowanie wzrostu korzeni rośliny testowej, poddanej inkubacji na osadzie w porównaniu
z glebą kontrolną, co świadczy o wpływie metali ciężkich na rozwój
roślin kontrolnych, jak również może świadczyć o małej zawartości
związków biogennych (fosfor, azot, potas).
Bibliografia
Bojakowska I. 2001. Kryteria oceny zanieczyszczeń osadów wodnych. Przegląd Geologiczny, 49: 213–218.
Hakanson L. 1980. An ecological risk index for aquatic pollution control.
A sedimentological approach. Water Research, 14: 975-1001.
Koniarz T., Tarnawski M., Baran A., 2013. Content of heavy metals and
phytotoxkit of bottom sediments collected from the Chańcza reservoir, Science for Sustainability, Proceedings, University of West Hungary
Press Sopron, Hungary, 188-193.
Łajczak A. 1995. Studium nad zamulaniem wybranych zbiorników zaporowych w dorzeczu Wisly. Mon. Komitetu Gospodarki Wodnej PAN,
8: 108.
Lis J. Pasieczna A. 1995b. Atlas geochemiczny Polski. Skala 1:250 000. PIG,
Warszawa.
Müller G. 1969. Index of geoaccumulation in sediments of the Rine River.
Geojournal, 2: 108-118.
PhytotoxkitTM. 2004. Seed germination and early growth microbiotest
with higher plants. Standard Operational Procedure. Nazareth, Belgium, MicroBioTest Inc, 24.
262
Stephens S.R. Alloway B.J. Parker A. Carter J.E. Hudson M.E. 2001. Changes in the leachability of metals from dredged canal sediments during
drying and oxidation. Environ Pollut. 114: 407-413.
dr inż. Marek Tarnawski
mgr inż. Tomasz Koniarz
Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki
al. Mickiewicza 24/28, 30-059 Kraków
e-mail: [email protected], [email protected]
dr inż. Agnieszka Baran
Opiekun naukowy: dr hab. inż. Bogusław Michalec, prof. UR
263
Marta Kupryś-Caruk
Sławomir Podlaski
Grzegorz Wiśniewski
EPISTEME
22/2014, t. II
s. 265-272
ISSN 1895-2241
BADANIE PRZYDATNOŚCI SŁONECZNIKA
BULWIASTEGO(HELIANTHUS TUBEROSUS L.)
DO PRODUKCJI BIOGAZU
EVALUATION OF JERUSALEM ARTICHOKE
(HELIANTHUS TUBEROSUS L.) SUITABILITY
FOR BIOGAS PRODUCTION
Abstrakt. Celem badań była ocena przydatności nadziemnej biomasy słonecznika bulwiastego, zebranej dwukrotnie w ciągu roku, do produkcji biogazu. Termin zbioru miał wpływ na plon oraz skład chemiczny biomasy topinamburu, która pomimo wysokiej zawartości włókna surowego i celulozy
wykazała podatność na zakiszanie. Z tony suchej masy organicznej kiszonek
otrzymano z pierwszego i drugiego zbioru odpowiednio 365 i 525 m3 gazu
o zawartości metanu 57-62%, co czyni badaną roślinę dobrym źródłem biogazu.
Słowa kluczowe: topinambur, słonecznik bulwiasty (Helianthus tuberosus L.),
biogaz, kiszonka
Summary. The aim of the study was to evaluate of jerusalem artichoke suitability for biogas production. Biomass was harvested twice a year. Time
of harvesting influenced on yield and chemical composition of biomass. In
spite of high content of crude fibre and cellulose, jerusalem was susceptible
for ensiling. 365 and 525 m3 of biogas per ton of volatile solids of ensiled
biomass from the first and the second harvest were obtained respectively,
with 57-62% of methane content, which makes Helianthus tuberosus L. suitable for biogas production.
Key words: jeruzalem artichoke (Helianthus tuberosus L.), biogas, silage
265
Wstęp
Biomasa, która w Polsce jest najbardziej liczącym się źródłem energii odnawialnej, może być wykorzystana do produkcji energii między
innymi poprzez jej przetworzenie na paliwo gazowe (biogaz) [Komorowicz i in. 2009]. Przewiduje się, że w przyszłości biogazownie
rolnicze będą odgrywać istotną rolę w produkcji „zielonej” energii,
połączonej z jednoczesną utylizacją różnego rodzaju odpadów biodegradowalnych.
Biogaz rolniczy powstaje w wyniku beztlenowego rozkładu biomasy pochodzącej z produkcji zwierzęcej, odpadów z przemysłu rolno-spożywczego oraz z celowych upraw energetycznych [Ledakowicz
i Krzystek 2005]. W technologii produkcji biogazu, jaka została
wdrożona w Polsce na wzór innych krajów UE, najczęściej stosuje się
kiszonkę z kukurydzy. Zastosowanie kukurydzy gwarantuje stabilny
przebieg fermentacji metanowej [Podkówka 2006]. Niemniej jednak
stosowanie na cele energetyczne roślin spożywczych i paszowych
budzi wiele kontrowersji i zastrzeżeń [Michalski i Gładysiak 2012].
Poza tym wzrost zapotrzebowania na kiszonkę z kukurydzy spowodował w ostatnim czasie znaczny wzrost jej ceny, dlatego należy
poszukiwać wydajnych energetycznie roślin, które stanowić mogą
uzupełnienie lub nawet alternatywę dla kukurydzy, a których uprawa
byłaby również bardziej przyjazna środowisku.
Mało poznanym substratem do produkcji biogazu jest słonecznik bulwiasty, popularnie zwany topinamburem (Helianthus tuberosus L.). Topinambur pochodzi z Ameryki Północnej. Doskonale nadaje się do uprawy w polskich, zmiennych warunkach klimatycznych
[Wiśniewski i Podlaski 2008]. Może być wykorzystywany na cele
energetyczne na różne sposoby: zielonka do produkcji biogazu,
łodygi do spalania, bulwy do produkcji etanolu.
O zastosowaniu danej rośliny energetycznej do produkcji biogazu decyduje, oprócz jej biogazodochodowości, również podatność na zakiszanie. Kiszenie uznawane jest za lepszy sposób konserwowania roślin w porównaniu z suszeniem, gdyż zachodzą wtedy
mniejsze straty składników pokarmowych [Wróbel 2001]. Poza tym
z kiszonych roślin, z powodu zawartości w nich różnych kwasów
i alkoholi oraz częściowej hydrolizy polisacharydów strukturalnych,
uzyskuje się więcej biogazu niż z roślin świeżych, czy suszonych
[Podkówka i Podkówka 2010].
266
Badanie przydatności słonecznika bulwiastego(helianthus tuberosus l.) do produkcji...
Celem pracy była ocena przydatności słonecznika bulwiastego
do produkcji biogazu. Zakres badań obejmował analizę parametrów
ilościowych i jakościowych biomasy topinamburu w zależności od
terminu jego zbioru, badanie podatności na zakiszanie oraz uzysk
i skład biogazu z kiszonki.
Materiał i metody
W pracy wykorzystano nadziemną biomasę topinamburu pochodzącą z kolekcji roślin energetycznych Wydziału Rolnictwa i Biologii Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego, która prowadzona
jest w Wydziałowej Stacji Doświadczalnej SGGW w Skierniewicach.
Roślina zebrana została w czerwcu i październiku 2011 r., tuż po zbiorze pocięta na kawałki o długości 2 cm i zakiszona w ilości 10 kg
w plastikowych beczkach. Po upływie 8 tygodni kiszenia ze środka
beczek pobrano ok. 1 kg próby, które, po dokładnym wymieszaniu,
poddano analizom.
Po zbiorze oznaczono suchą masę topinamburu po wysuszeniu próbek rośliny w temp. 105ºC do stałej masy; suchą masę organiczną po spaleniu w temp. 550ºC wysuszonych uprzednio próbek;
zawartość węgla całkowitego metodą detekcji w podczerwieni po
spaleniu próbek na katalizatorze platynowym (aparat TOC 5000
A, Shimazu); zawartość azotu metodą Kjeldahla; zawartość fosforu
metodą spektrometrii absorpcyjnej (AAS); zawartość włókna surowego według normy PN-ISO 5498:1996; białko ogólne, popiół surowy, cukry proste i celulozę metodą NIRS (aparat NIR Flex N-500).
W kiszonkach oznaczono dodatkowo zawartość kwasów: mlekowego, octowego i masłowego metodą enzymatyczną przy użyciu testów
firmy r-Biopharm.
Analizę uzysku biogazu z kiszonek przeprowadzono przy
użyciu zestawu OxiTop® z funkcją mierzenia ciśnienia. Fermentację prowadzono przez 21 dni, w temperaturze 39°C w szklanych
butelkach o pojemności 1300 ml, zaopatrzonych w boczne tubusy
umożliwiające podłączenie analizatora gazu COMBIMASS®GA-m
i badanie składu gazu w układzie zamkniętym. Butelki wypełnione
materiałem roślinnym i osadem zaszczepowym, który pochodził
z fermentora wtórnego z biogazowni w Konopnicy (woj. łódzkie),
zaopatrzone w mieszadło magnetyczne oraz zakończone głowicami
267
pomiarowymi OxiTop®, umieszczone były na platformach magnetycznych w szafie termostatycznej. Czujniki manometryczne wbudowane w obudowę głowic pomiarowych rejestrowały wartość wzrastającego ciśnienia gazu wewnątrz butelek, która następnie przeliczona została na ilość biogazu (w molach) z zastosowaniem równania
gazu doskonałego:
pV = nRT
gdzie: p – ciśnienie [Pa]; V – objętość butelki [m3]; T – temperatura procesu [K]; R – stała gazowa 8,31 [J (mol K)-1]; n – mole gazu.
Ilość biogazu przeliczona została następnie na objętość wyrażoną
w metrach sześciennych, odnoszących się do ciśnienia 1013,25 hPa
i temperatury 0°C.
Wyniki i dyskusja
Termin zbioru topinamburu miał wpływ na parametry jakościowe
i ilościowe biomasy. Plon świeżej masy topinamburu zebranego
w czerwcu wyniósł 45,5 t • ha-1 przy zawartości suchej masy 22,2%
(tab.1 i 2.). W drugim zbiorze uzyskano ponad trzykrotnie niższy
plon świeżej masy, ale o wyższej zawartości suchej masy (38%).
Tab. 1. Plony biomasy topinamburu w zależności od terminu zbioru
termin
zbioru
plon świeżej
masy (t • ha-1)
plon suchej
masy (t • ha-1)
plon suchej
masy organicznej (t • ha-1)
czerwiec
45,50±3,95
10,10±1,23
8,60±1,06
październik
14,50±0,98
5,51±0,53
5,08±0,49
Tab. 2. Parametry fizyko-chemiczne biomasy topinamburu w zależności od
terminu zbioru
parametry
zbiór
czerwiec
październik
sucha masa (%)
22,2±0,5
38,0±0,6
sucha masa organiczna
(% s.m.)
85,6±0,8
92,3±0,3
268
C/N
28,1
45,1
fosfor (g/kg s.m.)
2,14±0,02
1,58±0,05
białko ogólne (% s.m.)
10,8±0,9
3,7±0,4
włókno surowe (% s.m.)
35,3±0,8
47,0±1,2
popiół surowy (% s.m.)
10,6±0,1
6,4±0,2
cukry proste (% s.m.)
10,5±0,7
4,6±0,5
celuloza (% s.m.)
30,0±1,2
37,1±2,1
W technologii produkcji biogazu znaczenie ma zawartość suchej masy organicznej, która ulega rozkładowi beztlenowemu. Biomasa topinamburu z drugiego zbioru charakteryzowała się wyższą
zawartością suchej masy organicznej (92,3% s.m.). Roślina z drugiego zbioru charakteryzowała się również wyższą zawartością włókna surowego i celulozy (odpowiednio 47 i 37,1% s.m.) oraz niższą
zawartością cukrów prostych (4,6% s.m.) w porównaniu do biomasy
w pierwszego zbioru. W technologii produkcji kiszonek, wysoka sucha masa (powyżej 35%) przy niskiej zawartości cukrów prostych,
to parametry niekorzystne dla procesu kiszenia. Niemniej jednak
kiszonki uzyskane z biomasy z pierwszego i drugiego zbioru charakteryzowały się dobrą jakością, która wyrażała się niskim pH kiszonek (3,9-4,3), brakiem kwasu masłowego, którego obecność świadczy
o psuciu się kiszonki oraz wyższą zawartością kwasu mlekowego
w stosunku do kwasu octowego, co świadczy o prawidłowo
zachodzącej fermentacji mlekowej (tab.3).
Tab. 3. Charakterystyka kiszonek z topinamburu w zależności
od terminu zbioru
parametry
zbiór
czerwiec
październik
pH
4,3±0,1
3,9±0,1
sucha masa (%)
18,8±0,3
31,4±0,5
sucha masa organiczna
(% s.m.)
83,6±0,4
91,0±0,3
kwas mlekowy (% s.m.)
5,40±0,3
5,50±0,6
kwas octowy (% s.m.)
2,40±0,8
0,64±0,2
kwas masłowy (% s.m.)
n. o.*
n. o.*
włókno surowe (% s.m.)
30,0±1,3
44,0±2,2
* n.o.- nie oznaczono (poniżej granicy oznaczalności metody)
269
Podkówka i Podkówka [2010] sugerują natomiast, że w kiszonkach przeznaczonych do produkcji biogazu korzystna jest
zwiększona zawartość kwasu octowego, z którego bakterie metanowe bezpośrednio wytwarzają metan.
Niska sucha masa kiszonki ze zbioru czerwcowego (poniżej 20%)
może jednak powodować wyciek soku z kiszonki w trakcie jej przechowywania, dlatego sugeruje się zakiszanie biomasy topinamburu
po jej podsuszeniu.
W wyniku fermentacji metanowej kiszonek z topinamburu uzyskano, w przeliczeniu na tonę suchej masy organicznej, 365±26,5 m3
biogazu o zawartości 62% CH4 (pierwszy zbiór) oraz 525,5±38,9 m3
biogazu o zawartości 57,5% CH4 (drugi zbiór) (ryc.1) Dla porównania
uzysk biogazu z tony suchej masy organicznej kiszonki kukurydzy
wynosi 500-700 m3 [Podkówka 2006]. Niższy uzysk biogazu
z kiszonki z topinamburu ze zbioru pierwszego może być wynikiem
niższej zawartości suchej masy organicznej w porównaniu do biomasy z drugiego zbioru.
Ryc. 1. Uzysk biogazu i metanu z kiszonki topinamburu w zależności
od terminu zbioru biomasy.
Oszacowano uzysk metanu w przeliczeniu na hektar uprawy.
Z pierwszego zbioru uzyskano 1946,2 m3 , a z drugiego zbioru 1540,3
m3 CH4.
Badania Maja i in. [2013] wskazują, że zawartość metanu w biogazie pozyskanym z zielonki topinamburu waha się w przedziale
57%-76%. Biogaz z topinamburu daje możliwość uzyskania 65-105
GJ•ha-1 energii. Uzyskana ilość biogazu z 1 ha uprawy topinamburu
wynosi około 3000 – 5000 m3, co według autorów, stawia tę roślinę
jako bardzo dobre źródło biogazu.
270
Wnioski
Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że słonecznik bulwiasty wykazuje przydatność do produkcji biogazu, ze
względu na:
• możliwość dwukrotnego w ciągu roku zbioru biomasy topinamburu, co może stanowić zabezpieczenie dostaw surowca do biogazowni w momencie niedoboru innych substratów,
• podatność biomasy topinamburu na konserwację poprzez
zakiszanie,
• wysoki uzysk biogazu z kiszonek z topinamburu oraz wysoką
zawartość metanu w uzyskanym biogazie.
Bibliografia
Komorowicz M. Wróblewska H. Pawłowski J. 2009. Skład chemiczny
i właściwości energetyczne biomasy z wybranych surowców odnawialnych. Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych, Nr 40, s.402-410.
Ledakowicz S. Krzystek L. 2005. Wykorzystanie fermentacji metanowej
w utylizacji odpadów przemysłu rolno-spożywczego. Biotechnologia
3(70), 165-183.
Maj G. Słowik T. Piekarski W. 2013. Topinambur substratem do produkcji
biogazu. Gaz, Woda, Technika Sanitarna. 2/2014.
Michalski T, Gładysiak S. 2012. Porównanie wydajności kukurydzy i topinamburu uprawianych na potrzeby biogazowni. Materiały z konferencji: Kukurydza i sorgo-Produkcja, Wykorzystanie, Rynek, PoznańDymaczewo Nowe 9-11 maja 2012.
Podkówka W. 2006. Kukurydza jako substrat do produkcji biogazu, Kukurydza 12: 26-29.
Podkówka Z. Podkówka W. 2010. Substraty dla biogazowni rolniczych. Redakcja Agro- Serwis. Warszawa.
Wiśniewski G. Podlaski S. 2008. Agrotechnika roślin uprawianych na cele
energetyczne. Monografia: Energia odnawialna. Płońsk.
Wróbel B. 2001. Ocena różnych technologii zbioru i zakiszania runi łąkowej
w aspekcie jakości i wartości pokarmowej kiszonek. Pam. Puł. z. 125,
209-214.
271
mgr inż. Marta Kupryś-Caruk
prof. dr hab. Sławomir Podlaski
mgr inż. Grzegorz Wiśniewski
Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie
Wydział Rolnictwa i Biologii, Katedra Fizjologii Roślin
ul. Nowoursynowska 159, 02-776 Warszawa
Instytut Biotechnologii Przemysłu Rolno-Spożywczego
im. Wacława Dąbrowskiego w Warszawie
Zakład Technologii Fermentacji
ul. Rakowiecka 36, 02-532 Warszawa
Opiekun naukowy: prof. dr hab. Sławomir Podlaski
272
Beata Kuziemska
Wiesław Wieremiej
Joanna Trębicka
Paulina Klej
Beata Bik
EPISTEME
22/2014, t. II
s. 275-285
ISSN 1895-2241
ZAWARTOŚĆ MANGANU I LITU W KUPKÓWCE
POSPOLITEJ (DACTYLIS GLOMERATA L.)
UPRAWIANEJ NA GLEBIE ZANIECZYSZCZONEJ
NIKLEM W WARUNKACH ZRÓŻNICOWANEGO
ODCZYNU I NAWOŻENIA ORGANICZNEGO
THE CONTENT OF MANGANESE AND LITHIUM
IN THE COCKSFOOT (DACTYLIS GLOMERATA L.)
CULTIVATED ON SOIL CONTAMINATED WITH NICKEL
AT CONDITIONS DIFFERENTIATED SOIL pH
AND ORGANIC FERTILIZATION
Abstrakt. W eksperymencie badano wpływ wapnowania, oraz stosowania materiałów organicznych, na zawartość manganu i litu w biomasie
kupkówki pospolitej (Dactylis glomerata L.) uprawianej na glebie zanieczyszczonej różnymi dawkami niklu. Analizowano cztery pokosy trawy,
w trzecim roku doświadczenia wazonowego. W doświadczeniu uwzględniono następujące czynniki: 1. zanieczyszczenie gleby niklem (0, 75, 150
i 225 mgNi∙kg-1 gleby); 2. wapnowanie (0 Ca i Ca w dawce wyliczonej wg
1 Hh gleby); 3. nawożenie organiczne (bez nawożenia, słoma żytnia i węgiel
brunatny). Średnia zawartość manganu w suchej masie kupkówki pospolitej (Dactylis glomerata L.) wyniosła 126,2 mg∙kg-1, a litu 5,85 mg∙kg-1.
Wzrastająca ilość niklu w glebie zwiększała zawartość manganu oraz niejednoznacznie różnicowała zawartość litu w roślinie testowej. Największą
średnią ilość manganu stwierdzono w biomasie roślin zebranych z obiektów
nawożonych słomą żytnią, litu z obiektów, na których nie stosowano materiałów organicznych. Najmniejsze średnie ilości obu metali oznaczono w suchej masie trawy zebranej z obiektów, gdzie zastosowano węgiel brunatny.
Słowa kluczowe: wapnowanie, nawożenie organiczne, nikiel w glebie,
kupkówka pospolita, mangan, lit
275
Beata Kuziemska, Wiesław Wieremiej, Joanna Trębicka, Paulina Klej ...
Abstract. In the pot experiment the effect of liming and organic materials
added to the soil on manganese and lithium contents in cocksfoot (Dactylis
glomerata L.) cultivated on soil contaminated with different doses of nickel,
was examined. Four swaths of grass in the third year pot experiment, were
analyzed. The factors considered in the experiments were: 1. soil contamination with nickel (0, 75, 150 and 225 mg Ni∙kg-1 soil); 2. liming (0 Ca and
Ca according to 1 Hh of soil); 3. organic fertilization (no fertilization, rye
straw and brown coal). The average manganese and lithium content in the
dry matter of cocksfoot (Dactylis glomerata L.) was 126,2 mg∙kg-1 and 5,85
mg∙kg-1 respectively. Increasing the amount of nickel in the soil increased
the manganese content and ambiguously differentiated the lithium content
in the test plant. The greatest average amount of manganese was determined in plant biomass harvested from objects fertilized with rye straw. In
case of lithium with objects where have not been applied organic materials.
The smallest average content of both metals was determined in dry matter
of harvested grass from objects, where brown coal was used.
Key words: liming, organic fertilization, nickel in soil, cocksfoot, manganese,
lithium
Wstęp
Nadmierna zawartość w glebie, zarówno metali ciężkich niezbędnych, jak i tych w przypadku których nie stwierdzono funkcji
metabolicznych, ma niekorzystny wpływ na wzrost i plonowanie
roślin ze względu na możliwość ich bioakumulacji [Kobierski 2013].
Biodostępność metali zostaje znacznie ograniczona wraz ze wzrostem zawartości w glebie frakcji ilastych, próchnicy, jak również alkalizacji środowiska glebowego [Dube i in. 2001; Kuziemska, Kalembasa
2009]. Ograniczenie ich dostępności to między innymi dostarczenie
do gleby substancji organicznej. Potencjalnym źródłem materii organicznej w glebie mogą być odpowiedniej jakości odpadowe materiały organiczne, zwane także niekonwencjonalnymi substancjami
nawozowymi, takie jak osady ściekowe, węgiel brunatny [Kwiatkowska – Malina, Maciejewska 2011].
Celem niniejszej pracy była ocena wpływu wapnowania oraz
wprowadzenia do gleby materiałów organicznych (słomy żytniej
i węgla brunatnego) na zawartość manganu i litu w biomasie poszczególnych pokosów kupkówki pospolitej (Dactylis glomerata L.), zebranych w III roku prowadzenia doświadczenia wazonowego, w warunkach zróżnicowanego zanieczyszczenia gleby niklem.
276
Zawartość manganu i litu w kupkówce pospolitej (dactylis glomerata l.) uprawianej...
Materiał i metody
Doświadczenie wazonowe przeprowadzono w obiekcie doświadczalnym Uniwersytetu Przyrodniczo – Humanistycznego w Siedlcach w latach 2008 – 2011.
Eksperyment prowadzono w czterech powtórzeniach i uwzględniono w nim następujące kombinacje:
1.Zanieczyszczenie gleby niklem (w formie wodnego roztworu
NiSO4∙7H2O): 0 Ni (bez stosowania niklu); 75 mg Ni∙kg-1 gleby; 150
mg Ni∙kg-1 gleby; 225 mg Ni∙kg-1 gleby.
2.Wapnowanie (w formie CaCO3): 0 Ca (bez wapnowania); Ca wg 1
Hh (wapnowanie w dawce wyliczonej według 1 kwasowości hydrolitycznej gleby).
3.Nawożenie organiczne – odpadowe materiały organiczne: bez dodatku odpadowych materiałów organicznych (0); węgiel brunatny
pochodzący z kopalni węgla w Turowie w dawce 40 Mg∙ha-1, czyli 13,3
g∙kg-1 gleby; słoma żytnia pochodząca z gospodarstwa indywidualnego w Gminie Siedlce w dawce 4 Mg∙ha-1, czyli 1,33 g∙kg-1 gleby.
Utwór glebowy użyty w doświadczeniu został pobrany z warstwy
0 - 20 cm gleby płowej typowej o następujących właściwościach: pH
w 1 molowym roztworze KCl – 5,5; zwartość makroelementów: azot
ogółem – 0,98 g∙kg-1 gleby; węgiel organiczny – 7,9 g∙kg-1 gleby; fosfor przyswajalny – 69 mg∙kg-1 gleby; potas przyswajalny – 75 mg∙kg-1
gleby. Całkowita zawartość niklu, manganu i litu w omawianej glebie
wynosiła odpowiednio: Ni – 5,67; Mn – 60,02 i Li – 0,59 mg∙kg-1 gleby.
Ogólna zawartość manganu, litu i niklu w odpadowych materiałach organicznych zastosowanych w eksperymencie wynosiła: dla
słomy Mn – 486,97 mg∙kg-1 s.m.; Li – 11,08 mg∙kg-1 s.m.; Ni – 3,84
mg∙kg-1 s.m.; węgla brunatnego Mn – 32,65 mg∙kg-1 s.m.; Li – 3,19
mg∙kg-1 s.m.; Ni – 5,10 mg∙kg-1 s.m.
Wapnowanie, odpadowe materiały organiczne (słomę pociętą na
sieczkę i węgiel brunatny) oraz nikiel wprowadzono do gleby jednorazowo w listopadzie 2008 roku. W tak przygotowanych wazonach
o pojemności 15 dm3, zawierających 10 kg materiału glebowego
wiosną 2009 roku wysiano kupkówkę pospolitą (Dactylis glomerata
L.), której w każdym roku badań zbierano po cztery pokosy (odrosty co 30 dni). Wazony umieszczono na powietrzu, pod zadaszeniem
277
i utrzymywano w nich wilgotność na poziomie 60% PPW. Analizowano rośliny zebrane w trzecim roku eksperymentu.
Do oznaczenia zawartości ogólnej manganu, litu i niklu w materiale roślinnym, glebie oraz odpadowych materiałach organicznych
zastosowano metodę ICP - AES, po wcześniejszej mineralizacji w piecu muflowym w temperaturze nieprzekraczającej 4500 C rozpuszczeniu popiołu w 10% roztworze HCl.
Uzyskane wyniki badań zostały opracowane statystycznie metodą analizy wariancji z wykorzystaniem rozkładu F- Fischera-Snedecora przy użyciu programu Statistica 10 PL, a wartość NIR(0,05)
wyliczono wg testu Tukey’a.
Wyniki i dyskusja
Gawrońska – Krzywy i Gutkowska [2007] podają, że zawartość manganu w trawie waha się w granicach od 45 do 160 mg Mn∙kg-1s.m.,
a optymalna zawartość w trawach przeznaczonych na paszę powinna
wynosić od 50 do 100 mg Mn∙kg-1s.m. Według Kopcia i in. [2006]
zawartość tego metalu w paszy z użytków zielonych poniżej 50
mg∙kg-1s.m. jest niedostateczna ze względów żywieniowych.
Średnia z czterech pokosów zawartość manganu w biomasie
kupkówki pospolitej wyniosła 126,2 mg∙kg-1 s.m. Najwięcej tego
pierwiastka oznaczono w biomasie trawy uprawianej w warunkach
badań własnych, zebranej w pokosie pierwszym 138,8 mg∙kg-1 s.m.,
najmniej w pokosie czwartym 109,7 mg∙kg-1 s.m. (tab. 1). Podobne
rezultaty uzyskali w swoich badaniach Gibczyńska i in. [2011].
Wraz ze wzrastającą ilością niklu w glebie stwierdzono zwiększenie średniej ilości omawianego pierwiastka w roślinie testowej, co
potwierdziła przeprowadzona analiza statystyczna. Tendencji tej nie
wykazano jedynie w przypadku roślin zebranych w trzecim pokosie.
Świadczyć to może o opisywanych w literaturze relacjach synergistycznych pomiędzy niklem a manganem [Badora i Kozłowska –
Strawska 2011].
Wapnowanie w sposób istotny powodowało zmniejszenie
średniej zawartości manganu w plonie rośliny testowej. Zależność
tę zaobserwowano w roślinach zebranych w pokosie I, II oraz IV.
W przypadku trawy zebranej w pokosie III stwierdzona zależność była
278
odwrotna. Wpływ wapnowania na ograniczenie pobierania manganu
przez rośliny stwierdziły też Badora i Kozłowska – Strawska [2011].
Niezależnie od terminu pobrania roślin do analizy, słoma żytnia
powodowała zwiększenie ilości manganu w ich składzie chemicznym,
co należy wiązać z dużą ilością tego metalu wprowadzoną wraz ze
słomą do gleby. W przypadku węgla brunatnego stwierdzono zależność odwrotną, co łączy się z jego alkalizującym działaniem.
Uzyskane wyniki wzrostu zawartości manganu w suchej masie
kupkówki pospolitej wraz ze zwiększaniem się ilości niklu w glebie,
oraz zmniejszania się zawartości tego pierwiastka w roślinie pod
wpływem wapnowania, są zbieżne z wynikami uzyskanymi w latach
wcześniejszych [Kuziemska, Kalembasa 2010].
Ruń łąkowa o dobrym, z punktu widzenia żywienia zwierząt
składzie chemicznym powinna zawierać minimum 1 mg Li∙kg-1 s.m.
[Woźniak i in. 2007], za graniczną uważana jest zawartość 50 mg
Li∙kg-1 s.m. [Gorlach 1991]. W literaturze brak jest prac wskazujących
na niezbędność litu dla roślin ale wielu badaczy [Lutyński 1997]
zwraca uwagę na jego dużą rolę fizjologiczną w organizmach żywych
m. in. wpływa korzystnie na układ krążenia i układ krwiotwórczy.
Średnia z czterech pokosów zawartość litu w biomasie kupkówki
pospolitej wyniosła 5,85 mg∙kg-1 s.m. Najwięcej tego pierwiastka
stwierdzono w roślinach zebranych w pokosie III 6,57 mg∙kg-1 s.m.,
najmniej w roślinach zebranych w pokosie II 5,09 mg∙kg-1 s.m. (tab. 2).
Wpływ zróżnicowanego zanieczyszczenia gleby niklem na
zawartość litu był niejednoznaczny. Jedynie zanieczyszczenie gleby najniższą dawką zastosowaną w doświadczeniu spowodowało
zwiększenie zawartości omawianego metalu w analizowanej roślinie.
Przeprowadzona analiza statystyczna wykazała, że zastosowane
wapnowanie spowodowało zmniejszenie średniej ilości omawianego
metalu w roślinach I, III i IV pokosu. Wpływ wapnowania na omawianą cechę wykazali również Jurkowska [1997] oraz Malinowska
i Kalembasa [2011], którzy również stwierdzili zmniejszenie ilości
litu w roślinach testowych pod wpływem wapnowania.
Zastosowane materiały organiczne, zarówno słoma żytnia, jak
i węgiel brunatny spowodowały zmniejszenie średniej z czterech
pokosów zawartości litu w biomasie kupkówki pospolitej, co może
świadczyć o jego unieruchomieniu.
279
Tab. 1. Zawartość manganu w biomasie kupkówki pospolitej [mg∙kg-1 s.m.]
Nawoże-
Wapnowanie organie
niczne
Bez naw.
org.
0 Ca
Słoma
Dawki niklu
[mg∙kg-1
s.m.]
0
75
150
225
0
75
150
225
0
75
0 Ca
150
225
0
Bez naw.
75
org.
150
225
0
75
Ca wg 1Hh
Słoma
150
gleby
225
0
Węgiel
75
brunatny
150
225
0 Ca
Średnie dla wapnowCa wg 1Hh
ania
gleby
Bez
Średnie dla nawożenia
nawożenia
organicznego
Słoma Węgiel
brunatny
0
75
Średnie dla dawek niklu
150
225
Średnia w doświadczeniu
Węgiel
brunatny
280
Nr pokosu
I
II
III
IV
Średnia
90,4
165,9
200,3
190,1
77,1
187,9
205,6
189,0
134,9
263,6
123,1
181,4
117,0
166,4
167,6
213,5
91,7
108,6
70,2
141,4
138,7
155,7
134,6
160,5
101,1
142,1
92,4
144,6
112,0
170,6
130,0
113,5
104,5
170,0
121,5
164,4
111,2
170,2
159,5
169,1
50,2
77,0
161,6
162,6
84,3
119,0
121,7
146,1
105,7
83,9
188,6
231,2
89,2
129,4
138,8
134,5
126,0
118,3
73,6
131,1
58,8
132,7
70,7
106,1
162,1
102,4
176,5
195,9
61,4
53,8
72,1
109,6
97,7
113,7
95,3
108,4
121,4
146,6
149,1
120,9
182,3
119,8
174,8
229,8
114,7
82,7
100,7
73,7
60,4
100,6
97,3
105,5
99,7
110,9
99,8
95,6
171,2
87,1
208,4
110,6
73,7
68,3
61,6
76,0
83,6
102,4
107,0
126,9
91,0
127,3
110,3
117,2
155,3
98,3
187,1
191,9
84,8
83,5
93,3
98,5
146,5
131,0
151,4
108,5
118,0
134,7
114,2
105,2
132,5
119,9
139,7
158,6
117,9
133,9
162,7
93,2
118,7
162,0
98,4
110,8
137,9
80,4
125,8
155,3
97,5
82,8
127,2
169,4
175,6
138,8
110,1
139,5
113,9
156,3
129,9
124,4
121,2
120,8
139,1
126,4
103,0
113,3
114,9
107,6
109,7
105,1
125,3
129,8
144,7
126,2
NIR0,05 dla:
I pokos
II pokos
III pokos
IV pokos
dawek niklu:
11,127
14,058
n.i.
7,124
wapnowania:
5,887
7,438
12,355
3,770
nawożenia
organicznego:
8,725
11,023
18,309
5,586
Tab. 2. Zawartość litu w biomasie kupkówki pospolitej [mg∙kg-1 s.m.]
Nr pokosu
Wapnowanie
Nawożenie
organiczne
Dawki niklu
[mg∙kg-1
s.m.]
0 Ca
Bez naw.
org.
0
75
150
225
12,91
8,63
5,97
8,31
Słoma
0
75
150
225
3,45
6,68
6,53
5,79
Węgiel
brunatny
0
75
150
225
2,60
2,14
10,14
2,94
4,32
3,57
4,43
3,05
0
75
150
225
0
75
150
225
0
75
150
225
5,00
7,64
5,34
2,46
3,99
3,53
5,04
7,60
4,80
5,59
4,49
8,63
0 Ca
Bez naw.
org.
Ca wg 1Hh
gleby
Słoma
Węgiel
brunatny
I
II
III
IV
Średnia
5,05 6,56 12,43 9,24
4,14 4,48 13,38 7,66
4,24 13,81 7,42 7,86
5,08 5,69 7,40 6,62
7,01
5,99
7,09 5,89
11,25
3,71
11,00 8,16
11,59
4,49
2,97 6,40
8,31
3,57
3,56 5,31
1,90
5,39
1,91
4,15
4,89
3,09
4,08
4,19
2,88
5,39
3,47
3,96
8,91 10,91 3,19
4,01 12,64 5,17
6,62 6,99 5,11
4,32 4,21 5,98
7,38 2,92 7,78
5,76 7,85 5,84
7,13 5,90 5,14
8,07 3,86 6,80
5,55 1,76 1,61
3,63 3,01 2,18
7,82 8,15 3,87
4,97 7,37 3,55
7,00
7,37
6,02
4,24
5,52
5,75
5,80
6,58
3,43
3,60
6,08
6,13
281
Średnie dla wapnowania
Średnie dla nawożenia
organicznego
Średnie dla dawek niklu
0 Ca
Ca wg 1Hh 6,65
gleby
5,34
Bez
nawożenia
Słoma
Węgiel
brunatny
0
75
150
225
Średnia w doświadczeniu
4,00
6,18
6,84
6,30
6,79
4,69
6,07
5,63
7,03
5,33
5,63
5,30
5,76
4,21
8,16
7,34
4,21
7,51
6,27
3,43
7,00
6,18
4,37
5,46
7,04
5,28
6,20
5,84
4,03
5,65
4,84
5,18
7,44
8,06
5,60
6,17
6,78
4,77
5,25
5,66
6,32
5,94
5,47
5,99
5,09
6,57
5,74
5,85
NIR0,05 dla:
I pokos
II pokos
III pokos
IV pokos
dawek niklu:
1,441
1,284
1,397
1,645
wapnowania:
0,762
0,680
n.i.
0,870
nawożenia
organicznego:
1,130
1,007
1,095
1,290
Przeprowadzone doświadczenie wazonowe oraz wykonane analizy chemiczne wykazały istotny wpływ badanych w eksperymencie czynników – zróżnicowanej ilości niklu w glebie, wapnowania
i nawożenia organicznego na zawartość manganu i litu w kupkówce
pospolitej.
Wnioski
Wzrastająca ilość niklu w glebie powodowała zwiększenie średniej
ilości manganu w roślinie testowej, nie różnicując jednocześnie
w sposób jednoznaczny średniej zawartości litu.
Wapnowanie powodowało na ogół zmniejszenie średniej ilości
manganu i litu w biomasie kupkówki pospolitej.
282
Zastosowana w doświadczeniu słoma żytnia spowodowała
zwiększenie, natomiast węgiel brunatny zmniejszenie średniej
zawartości manganu w biomasie rośliny testowej.W przypadku litu
oba wprowadzone do gleby materiały organiczne przyczyniły się do
zmniejszenia jego średniej ilości w suchej masie kupkówki pospolitej.
Bibliografia
Badora A., Kozłowska – Strawska J. 2011. Wybrane wskaźniki roślin
uprawnych. Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych, Nr 48: 439452.
Dube A., Zbytniewski R., Kowalkowski T., Cukrowska E., Buszewski B. 2001.
Adsorption and migration of heavy metals in soil. Pol. J. Environ. Stud,
vol. 10, 1: 1–10.
Gawrońska – Krzywy E., Gutkowska I. 2007. Zawartość makro- i mikroskładników w życicy trwałej po zastosowaniu kompostów z wycierki ziemniaczanej i komunalnego osadu ściekowego. Woda Śr. Obsz. Wiejskie,
7. 2a: 231-244.
Gibczyńska M., Hury G., Romanowski M., Brzostowska – Żelechowska D.,
Tarasewicz D. 2011. Zmiany zawartości żelaza i manganu w podkładach wykonanych z osadów ściekowych, słomy pszennej i popiołów
fluidalnych z węgla kamiennego w połączeniu z efektywnymi mikroorganizmami (EM – 1) oraz w uprawianej na nich trawie Festulolium
braunii odmiany Felopa. Folia Pomer. Univ. Technol. Stetin., Agric.,
Aliment., Pisc., Zootech, 283 (17): 15-24.
Gorlach E. 1991. Zawartość pierwiastków śladowych w roślinach pastewnych jako miernik ich wartości. Zesz. Nauk. AR Kraków 262, Ses.
Nauk 34: 13–22.
Jurkowska H. 1997. Z badań nad litem (synteza z okresu 1990 – 1996).
Zesz. Probl. Post. Nauk Rol., z. 448b: 101 – 109.
Kobierski M. 2013. Evaluation of the total concentration of iron, manganese, cadmium and nickel and their dtpa extractable forms in the common dandelion rhizospheric and non-rhizospheric soil of the lower
Vistula river floodplain grasslands. Ochrona Środowiska i Zasobów
Naturalnych, Vol. 24, No 3(57): 19–24. DOI 10.2478/oszn-2013-0030.
Kopeć M., Zarzycki J., Kaczmarczyk-Przetaczek M. 2006. Wpływ wybranych
elementów siedliska na zawartość manganu w runi górskich użytków
zielonych. Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie, t. 6, z. 2(18): 203 –
211.
283
Kuziemska B., Kalembasa S. 2009. Influence of soil contamination with
nickel and liming on lead and manganese contents in red clover biomass. Arch. Environ. Prot, Vol. 35, No 1: 95-105.
Kuziemska B., Kalembasa S. 2010. Wpływ zanieczyszczenia gleby niklem
oraz stosowania wapnowania i substancji organicznych na zawartość
żelaza, manganu i cynku w kupkówce pospolitej (Dactylis glomerata
L.). Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych, Nr 42: 100 – 108.
Kwiatkowska-Malina J., Maciejewska A. 2011. Pobieranie metali ciężkich
przez rośliny w warunkach zróżnicowanego odczynu gleb i zawartości
materii organicznej. Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych,
Vol. 49: 43–51.
Lutyński R. 1997. Kadm, nikiel i lit a zdrowie człowieka. Zesz. Probl. Post.
Nauk Rol., z. 448b: 175-182.
Malinowska E., Kalembasa S. 2011. Wpływ dawek osadu ściekowego oraz
wapnowania na zawartość Li, Ti, Ba, Sr i As w roślinach testowych.
Inżynieria Ekologiczna, Nr 27: 110 – 119.
Woźniak L., Kud K., Ziółkowski B. 2007. Lit w glebach napływowych i roślinach łąk Doliny Sanu. Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych, Nr
31: 165 – 169.
dr hab. Beata Kuziemska, prof. UPH w Siedlcach
mgr inż. Wiesław Wieremiej
mgr inż. Joanna Trębicka
mgr Paulina Klej
mgr Beata Bik
Katedra Gleboznawstwa i Chemii Rolniczej
Uniwersytet Przyrodniczo – Humanistyczny w Siedlcach
ul. B. Prusa 14, 08 – 110 Siedlce
e-mail: [email protected], [email protected]
Opiekun naukowy: dr hab. Beata Kuziemska, prof. UPH w Siedlcach
284
Justyna Małyszko
Maria Ostrowska – Dudys
Karolina Kolasińska
EPISTEME
22/2014, t. II
s. 287-294
ISSN 1895-2241
BADANIA TRANSPORTU RUMOWISKA
UNOSZONEGO URZĄDZENIEM ISCO 3700
NA WYBRANYM ODCINKU RZEKI
SUSPENDED SEDIMENT TRANSPORT STUDIES
UNIT ISCO 3700 ON THE SELECTED SECTION
OF THE RIVER
Abstrakt. Transport rumowiska unoszonego brany jest pod uwagę przy
projektowaniu jak i eksploatacji urządzeń oraz obiektów hydrotechnicznych. Aspekt ten jest obszarem prac naukowych wielu autorów. Do
pomiarów wykorzystuje się batometry. Podczas realizacji opisywanych badań wykorzystano przyrząd ISCO 3700. Celem opracowania była analiza
transportu rumowiska unoszonego oraz analiza zależności zachodzących
pomiędzy parametrami hydrologicznymi i parametrami przepływu na
wybranym odcinku rzeki w przekroju poprzecznym rzeki Widawa (11+947).
Analiza wyników wykazała relacje pomiędzy pomiarami hydrologicznymi
a hydraulicznymi parametrami natężenia transportu rumowiska.
Słowa kluczowe: rumowisko, unoszenie, natężenie przepływu
Summary. The suspended load transport is taken into account in the design and operation of equipment and hydraulic engineering facilities. This
aspect is an area of scientific works of many authors. For the measurements
used bathometers. During the execution described research used of the instrument in the ISCO 3700. The aim of the study was to analyze the transport of suspended sediment and analysis of relationships between hydrological parameters and flow parameters on the selected section of the river in
cross section Widawa (11+947). Analysis of the results showed a relationship between measurements hydrologic and hydraulic parameters of the flow
of sediment transport.
Key words: sediments, suspension, discharge
287
Justyna Małyszko, Maria Ostrowska-Dudys, Karolina Kolasińska...
Wstęp
Współczesne badania spowodowały podział rumowiska transportowanego w rzekach w zależności od warunków reżimu transportu
i wielkości cząstek. Wg tego podziału rumowisko unoszone tworzą
cząstki piasków o średnicach od 0,063mm do 0,1mm. Wołoszyn,
Czamara, Eliasiewicz i Krężel [1994] podali przyczyny zmian mętności w ciekach. Według nich, jest ona zależna od własności fizjograficznych zlewni, zagospodarowania, warunków klimatycznych oraz
zmienności stanów i przepływów wody. Zauważyli oni także tendencję zwiększania mętności w czasie przyboru. Zwrócili także uwagę
na problem osadzania się rumowiska w przypadku zwiększenia się
przekroju poprzecznego cieku spowodowanym spiętrzeniem przez
stopnie, jazy oraz przegrody. Problem ten jest główną przyczyną
zamulania zbiorników wodnych. Tak samo jak w badaniach natężenia przepływu, również w badaniu rumowiska rozpatruje się masę
transportu odniesioną do jednostki czasu.
W przypadku transportu rumowiska unoszonego określa się
natężenie unoszenia. Oprócz tego stosowane są także względne miary transportu rumowiska. Dla rumowiska unoszonego określane
jest tzw. natężenie jednostkowe unoszenia, nazywane zmąceniem
lub koncentracją rumowiska unoszonego [Jarocki, 1957].
Materiał i metody
Przed przystąpieniem do pomiarów zmącenia wody oraz określenia
wielkości przepływów w pierwszej kolejności wytyczono i pomierzono geometrię przekroju poprzecznego oraz wyznaczono położenie pomiarowych pionów hydrometrycznych. Pomiary wykonano
w przekroju poprzecznym, zlokalizowanym na rzece Widawie w km
11+947. Do wykonania pomiaru przekroju poprzecznego koryta
cieku użyto sondy drążkowej z pręta aluminiowego o średnicy 30
mm z naniesioną podziałką. Punkty pomiarowe zlokalizowane zostały dzięki wykorzystaniu wycechowanej hydrometrycznej taśmy
pomiarowej. Sondowanie przeprowadzane było co 0,5 m. Zero podziałki szerokości zlokalizowane zostało na lewym brzegu rzeki. Po
określeniu geometrii przekroju poprzecznego koryta wyznaczono
6 pionów hydrometrycznych. W następnej kolejności dokonano po288
Badania transportu rumowiska unoszonego urządzeniem isco 3700 na wybranym...
miarów zmącenia wody w przekroju pomiarowym. Do wykonania pomiarów mętności posłużył mętnościomierz 2100P ISO, który działa
na zasadzie nefelometrycznej metody pomiaru mętności. Nefelometryczna metoda pomiaru, polega na określeniu koncentracji materiału zawieszonego w cieczy na podstawie pomiaru natężenia światła
rozpraszanego przez zawiesinę. W każdym pionie hydrometrycznym
przeprowadzono punktowe pomiary transportu rumowiska unoszonego. Próbki pobrane zostały na głębokości 5 cm na dnem oraz 10
cm pod zwierciadłem wody. Ze względu na niskie stany wyznaczono tylko 2 punkty pomiarowe w każdym z pionów. Pierwsze siedem
pomiarów zostało wykonane z wykorzystaniem batymetrycznej metody poboru prób transportu rumowiska [Byczkowski, 1996]. Metoda ta polega na opuszczaniu batometru do punktu pomiarowego
z użyciem drążka hydrometrycznego lub linki nośnej z obciążeniem. Po umieszczeniu batometru w punkcie poboru próby otwiera się
dopływ do butelki. Napełnianie butelki jest sygnalizowane przez wydostające się na powierzchnię pęcherzyki powietrza. Zanik pęcherzyków oznacza napełnienie się przyrządu. Zmącenie określa się za
pomocą metody wagowej bezpośredniej z użyciem sączków. Podczas
pomiaru nr VIII dokonano poboru prób za pomocą samplera ISCO
3700. Automat ISCO 3700 jest programowalnym urządzeniem przenośnym służącym do pobierania próbek wody. Dzięki wykorzystaniu
zaawansowanej technologii istnieją szerokie możliwości poboru prób.
Jest to automat mający możliwość współpracy z innymi urządzeniami takimi jak przepływomierze. Pierwszym etapem jest przygotowanie urządzenia do pomiarów. Do przewodu pompy perystaltycznej za pomocą złączki podłącza się przewód linii ssącej. Na końcu
linii umocowuje się kosz ssawny. Następnie umieszcza się sampler
w miejscu poboru tak, aby wysokość podnoszenia nie przekraczała
7,9 m. Kolejnym krokiem jest podłączenie samplera do źródła zasilania. Do pracy w terenie wykorzystuje się baterie niklowo-kadmowe.
Po podłączeniu należy zaprogramować sampler oraz wykalibrować
objętości próbek. Na koniec należy rozpocząć program poboru [OMC
ENVAG, 1992]. Po pobraniu każdej próbki wody wykonywano pomiar mętności laserowym mętnościomierzem HACH 2100P ISO. Analiza ta była wykonywana bezpośrednio po pobraniu każdej z prób.
Kolejnym etapem pomiarów były punktowe pomiary prędkości
289
przepływów. Punkty pomiarowe były zlokalizowane tak samo, jak
w przypadku poboru prób wody. W pomiarach wykorzystano młynek
elektromagnetyczny FlowMate 2000.
Analiza wyników badań
W każdym z sześciu pionów hydrometrycznych pomierzono
prędkości w dwóch charakterystycznych miejscach: 5 cm nad dnem
(hND = 5cm) oraz 10 cm pod powierzchnią zwierciadła wody (hPZW
= 10cm). W tych samych lokalizacjach punktów pomiarowych dokonano pomiarów zmącenia. Pomiary wykonywano w różnych warunkach przepływu.
W większości pionów pomiarowych prędkości przydenne są
mniejsze od prędkości przy zwierciadle wody. Rozkład prędkości
w profilu poprzecznym wykazuje, że główny nurt znajduje się w prawej
części przekroju koryta. Rozkład mętności w poszczególnych pionach hydrometrycznych wykazały małe zróżnicowane w porównaniu
z pomierzonym rozkładem prędkości. Pomiary natężenia unoszenia
w większości punktów pomiarowych nie różniły się od siebie. Wyraźne
rozbieżności stwierdzono w wynikach otrzymanych w pomiarze VIII.
Pomiary mętności w poszczególnych punktach wykazały tutaj różnice wartości zmieniające się w granicach od 0 do 15 NTU pomiędzy
próbami pobranymi batometrem i z zastosowaniem ISCO 3700. Fakt
ten może być spowodowany tym, że pomiar ten był wykonywany
w warunkach występującego najwyższego z pomierzonych stanów
wody, w wyniku czego mogło dochodzić do znacznej nierównomierności mętności w pionie, a co za tym idzie do nierównomierności
w całym przekroju poprzecznym. Można uznać, że prędkość nie
wpływa na wielkość koncentracji unosin w całym przekroju poprzecznym. W celu porównania dwóch metod pomiaru natężenia transportu rumowiska unoszonego: metody batymetrycznej oraz pomiaru
ISCO 3700, pomiar VIII w całości wykonano ISCO 3700. W pionach
hydrometrycznych numer V oraz VI dodatkowo pomierzono próby
referencyjne metodą batometryczną. Różnica w wielkości zmącenia
w przypadku pionu numer 5 nie jest znacząca, natomiast w przypadku pionu numer 6 wynosi około 10 NTU. Aby porównać dokładność pomiarów określono średnie odchylenie standardowe zarówno
290
dla dwóch metod. Odchylenie standardowe pozwoli na oszacowanie
błędu pomiarowego wartości mierzonej wielokrotnie. Im mniejsze
odchylenie tym dokładniejszy jest pomiar.
Analizę składu ziarnowego przeprowadzono za pomocą laserowego analizatora wielkości cząstek zawiesin firmy Malvern –
MasterSizer 2000, wykorzystującego technikę dyfrakcji laserowej.
W celu porównania wielkości cząstek rumowiska unoszonego z materiałem dennym pobrano także próbkę referencyjną zawierającą rumowisko wleczone. Rumowisko unoszone stanowią cząstki drobne,
które w większości stanowią cząstki rumowiska spławialnego nie
wchodzącego w skład typowego materiału dennego. Rozkład uziarnienia rumowiska unoszonego w przekroju poprzecznym pokrywa się
z rozkładem prędkości dla warunków przepływu panujących w dniu
wykonywania pomiaru VII.
Ryc. 1. Krzywa uziarnienia dla wszystkich pionów pomiarowych
W pionach, gdzie prędkości dochodziły do 0,80 [m•s(-1)], (pion
V i VI) można zauważyć różnicę w uziarnieniu transportowanego materiału w porównaniu do pozostałych pionów. Transportowane są większe cząstki niż w przypadku pozostałych pionów.
Średnica d10 wielkości cząstek wahają się w granicach od 9,53 do
13,608 μm. Średnice d50 wahają się między 34,043 a 49,344 μm.
Większe rozbieżności widać dopiero przy porównywaniu śred291
nic d90, które zawierają się w zakresie od 115,027 μm do 208,389
μm. Porównując składy uziarnienia w poszczególnych pionach
z próbą referencyjną, wykazano, że wielkości cząstek średnic charakterystycznych różnią się znacznie między sobą.
Wnioski
W wyniku pomiarów prędkości przepływu w pionach, stwierdzono, że w warunkach prowadzenia badań przy wzroście napełnienia koryta w analizowanym przekroju, nie dochodziło do istotnych
zmian prędkości przepływu, a co za tym idzie do znaczącego wzrostu
natężenia przepływu. Przeprowadzone pomiary wykazały, że mimo
niewielkich zmian przepływu przy niskich stanach nie dochodziło do
wzrostu natężenia transportu rumowiska unoszonego.
Zmieniające się warunki hydrologiczne (przepływy) w okresie
badań dały następujące wyniki pomiarów prędkości oraz natężenia
transportu unoszenia:
• prędkości przepływu w pomiarach, gdzie nie dochodziło
do znaczących przyborów stanu wody miały rozkład, który
wskazywał, że główny nurt rzeki znajduje się przy prawym
brzegu,
• przy nagłym wzroście napełnienia w korycie dochodziło do
wyrównania rozkładu prędkości w całym przekroju poprzecznym,
• wartości mętności w całym przekroju poprzecznym w pomiarach od I do VII dawały rozkład prawie jednorodny, zarówno na wysokości hND = 5cm oraz hPZW = 10cm. Nieregularność wystąpiła jedynie podczas pomiaru VIII.
Dla danych wielkości stanów wody wykazano, że przy wzroście
napełniania w korycie dochodzi do wzrostu ilości transportowanego materiału unoszonego. Uziarnienie rumowiska jest równomierne
w całym przekroju poprzecznym. Wielkości cząstek rumowiska
unoszonego są mniejsze od 1000 μm. W składzie granulometrycznym
rumowiska unoszonego pobranym w pionach V i VI unoszone były
cząstki o średnicach wynoszących ponad 1000 μm. W miejscach
tych prędkości przepływu wynosiły 0,8 [m•s(-1)]. Analiza składu rumowiska przepływającego przez przekrój hydrometryczny wykazała,
292
że w pionach (V i VI), gdzie prędkości przepływu były największe,
cząstki transportowanego materiału były większe od unosin transportowanych w pozostałych pionach, co można zauważyć na krzywej
uziarnienia (Ryc. 1).
Bibliografia
Byczkowski A.: Hydrologia tom I, SGGW, Warszawa 1996.
Jarocki W.: Ruch rumowiska w ciekach, Wydawnictwo Morskie, Gdynia
1957.
OMC ENWAG, Przenośny automat do poboru prób ISCO seria 3700 – instrukcja obsługi
i konserwacji.
Wołoszyn J., Czamara W., Eliasiewicz R., Krężel J.: Regulacja rzek i potoków,
Wydawnictwo AR we Wrocławiu, Wrocław 1994.
Opiekun naukowy dr inż. Tomasz Tymiński
mgr inż. Justyna Małyszko
mgr inż. Karolina Kolasińska
dr Justyna Kubicz
Instytut Inżynierii Środowiska
pl. Grunwaldzki 24, 50 – 363 Wrocław
mgr inż. Maria Ostrowska – Dudys
Instytut Budownictwa
293
Monika Mierzwa-Hersztek
Krzysztof Gondek
Kalina Orłowska
EPISTEME
22/2014, t. II
s. 295-302
ISSN 1895-2241
OCENA SKŁADU CHEMICZNEGO STAŁEGO
PRODUKTU PROCESU TERMICZNEGO
PRZEKSZTAŁCENIA WYBRANYCH MATERIAŁÓW
ORGANICZNYCH
EVALUATION OF THE CHEMICAL COMPOSITION
OF SOLID PRODUCT OF THE THERMAL TRANSFORMATION OF SELECTED ORGANIC MATERIALS
Abstrakt. Piroliza to proces termicznego przekształcenia materiałów organicznych prowadzący do powstania między innymi stałego produktu - biowęgla. Wartość nawozowa produktu konwersji termicznej zależy zarówno
od rodzaju i składu chemicznego wsadu, jak i sposobu prowadzenia procesu.
Ubytek materii organicznej podczas procesu może prowadzić do istotnych
zmian w składzie chemicznym produktu, w tym w zawartości pierwiastków
śladowych.Celem badań była ocena zawartości miedzi, cynku i manganu
w wybranych materiałach organicznych po termicznym przekształceniu,
przy zachowaniu różnego czasu ekspozycji. Wyniki badań wykazują, że
wydłużenie czasu procesu termicznego przekształcenia materiałów spowodowało zwiększenie zawartości Cu, Mn i Zn w biowęglu ze słomy z miskantusa i w trocinach drzew iglastych. Zmniejszenie zawartości badanych pierwiastków odnotowano w przypadku biowęgla ze słomy pszennej oraz kory
drzew iglastych.
Słowa kluczowe: pierwiastki śladowe, przekształcenie termiczne, biowęgiel
Summary. The pyrolysis is a process of thermal transformation of organic
materials leading to coming into existence among others of solid product
– biocarbon. The fertilizer value of the product of thermal conversion depends both on the kind of and the chemical composition of the batch, as
well as the way of conducting the process. Loss of organic matter during
the process can lead to significant changes in the chemical composition of
the product, content of trace elements included.The aim of this study was
295
Monika Mierzwa-Herszteki, Krzysztof Gondeki, Kalina Orłowskai
to evaluate the content of copper, zinc and manganese in selected organic
materials as a result of thermal transformation, the different time of the
exposition. The results show that the prolongation of thermal transformation time of materials resulted in increased the content of Cu, Mn and Zn
in biochar of straw from miscantus and sawdust of coniferous trees. The
reduction of the analyzed elements was observe in the case of biochar from
wheat straw and conifers of bark.
Key words: trace elements, thermal transformation, biochar
Wstęp
Narastające problemy związane z koniecznością zagospodarowania
odpadów ulegających biodegradacji skłaniają do poszukiwania sposobów umożliwiających rozwiązanie tego problemu zgodnie z zasadami zrównoważonego rozwoju. Jednym z obecnie proponowanych
rozwiązań jest biowęgiel - czyli stały produkt otrzymany na drodze
termicznego przekształcenia biomasy roślinnej i materiałów organicznych [Malińska 2012].
Wybór substratów do produkcji biowęgla uzależniony jest od
wielu czynników. Z powodów ekologicznych i ekonomicznych szczególnie uzasadniony wydaje się wybór trudnej do zagospodarowania
biomasy pozyskanej z materiałów organicznych pochodzenia rolniczego (słoma) i przemysłowego (kora, trociny) [Sànchez i in. 2009,
Kwapinski i in. 2010].
Skład chemiczny biowęgli jest mocno zróżnicowany i zależy
głównie od składu chemicznego substratów użytych do jego produkcji oraz parametrów procesu przekształcenia termicznego [Lehman 2007, Aigner i in. 2011]. Pomimo wielu korzyści związanych
z wykorzystaniem biowęgla w ochronie przyrody, produkt ten może
jednocześnie stanowić potencjalne zagrożenie dla środowiska naturalnego, wynikające z zawartych w nim toksycznych pierwiastków
śladowych [Malińska 2012].
Przeprowadzane badania miały na celu ocenę zawartości
miedzi, cynku i manganu w wybranych materiałach organicznych po
konwersji termicznej przy zachowaniu różnego czasu ekspozycji.
296
Ocena składu chemicznego stałego produktu procesu termicznego przekształcenia...
Materiał i metody
Obiekt badań stanowiły materiały organiczne pochodzące z rolnictwa: słoma pszenna, słoma rzepakowa, słoma miskantusa oraz
przemysłu drzewnego: trociny drzew iglastych i kora drzew iglastych. W materiale wyjściowym oznaczono zawartość suchej masy po
12 godzinach suszenia w temperaturze 70 ºC oraz zawartość materii
organicznej metodą termiczną. Po wysuszeniu materiały rozdrobniono w młynku laboratoryjnym (średnica sita 4 mm).
Proces przekształcenia termicznego rozdrobnionych materiałów prowadzono w zamkniętych wieczkiem pojemnikach,
które umieszczono w piecu komorowym z zabezpieczeniem uniemożliwiającym dostęp powietrza. Proces konwersji termicznej materiałów prowadzono osobno w temperaturze 300 ºC w dwóch wariantach czasowych: 15 i 45 minut. Po zakończeniu procesu materiał
pozostawiono do wystudzenia.
Zawartość miedzi, cynku i manganu w materiałach przed i po
przekształceniu termicznym, oznaczono po wyprażeniu w piecu
komorowym w temperaturze 450o C przez 12 godzin i mineralizacji
pozostałości w mieszaninie stężonych kwasów azotowego i nadchlorowego (3:2). Zawartość badanych pierwiastków śladowych w uzyskanych roztworach oznaczono metodą ICP-OES na aparacie Perkin
Elmer Optima 7300DV.
Przedstawione wyniki badań stanowią średnią arytmetyczną
z 2 powtórzeń. W celu potwierdzenia wiarygodności uzyskanych
wyników do każdej serii analitycznej dołączano próbkę laboratoryjną
o znanych parametrach. Dla uzyskanych wyników obliczono odchylenie standardowe (SD).
Wyniki i dyskusja
Wielu autorów podaje przykłady korzyści wynikających z wykorzystania biowęgla w ochronie środowiska, brakuje jednak informacji o potencjalnych zagrożeniach jakie może powodować wprowadzenie tego
produktu do środowiska naturalnego [Lehman 2007, Malińska 2012].
Szeroki zakres parametrów termicznej konwersji biomasy oraz jakość
przetwarzanego surowca w sposób zróżnicowany wpływają nie tylko
na właściwości fizyczne, ale także na właściwości chemiczne, w tym
297
skład pierwiastkowy otrzymanego produktu [Laird i in. 2010].
Wydajność procesu termicznego przekształcenia badanych
materiałów była zróżnicowana w zależności od rodzaju biomasy,
z której ją uzyskano oraz czasu ekspozycji. W przypadku 15-minutowej ekspozycji wydajność procesu wynosiła 415-763 g•kg-1
s.m., a w przypadku 45-minutowej ekspozycji 379-813 g•kg-1 s.m.
(tab. 1). Największy wpływ wydłużenia czasu ekspozycji stwierdzono w przypadku przekształcenia słomy miskantusa, gdzie pozostałość zmniejszyła się z 645 g•kg-1 s.m. (15 minut) do 386 g•kg-1 s.m.
(45 minut).
Zawartość suchej masy w badanych materiałach organicznych
była zróżnicowana i zależała od rodzaju badanego materiału (tab. 1).
Najmniejszą zawartość suchej masy stwierdzono w słomie miskantusa (466 g•kg-1). Zawartość suchej masy w pozostałych materiałach
organicznych była porównywalna i mieściła się w przedziale od 881
g do 980 g•kg-1.
Tab. 1. Zawartość suchej masy oraz pozostałości po procesie
przekształcenia termicznego materiałów organicznych.
Materiał
Sucha masa
Pozostałość
15 minut
[g•kg ]
45 minut
[g•kg s.m.]
-1
-1
Słoma pszenna
881
496
417
Słoma rzepakowa
969
415
404
Słoma miskantusa
466
645
386
Trociny drzew
iglastych
980
468
379
Kora drzew
iglastych
964
763
813
Zawartość materii organicznej w badanych materiałach przed
przekształceniem termicznym mieściła się w zakresie od 584 do 990
g•kg-1 s.m. (tab. 2). Największą zawartość omawianego składnika oznaczono w trocinach drzew iglastych (990 g•kg-1 s.m). Porównywalne
zawartości materii organicznej stwierdzono słomie pszennej (939
298
g•kg-1 s.m) i w słomie miskantusa (944 g•kg-1 s.m.). W wyniku termicznego przekształcania badanych materiałów, niezależnie od czasu ekspozycji stwierdzono zmniejszenie zawartości materii organicznej. Najbardziej widoczny efekt (przy wydłużonym czasie ekspozycji)
uzyskano w przypadku przekształcenia kory drzew iglastych, gdzie
zawartość materii organicznej po procesie zmniejszyła się o 12%
(15 minut) i o 17% (45 minut). Ponadto w przypadku słomy zbóż
wydłużenie cyklu spalania materiałów, spowodowało zwiększenie
zawartość materii organicznej w stosunku do zawartości uzyskanych
po cyklu 15 minutowym.
Tab. 2. Zawartość materii organicznej przed i po procesie przekształcenia
termicznego.
Materia organiczna
Materiał
Przed przekształceniem
Po przekształceniu
15 minut
45 minut
[g•kg s.m.]
-1
Słoma pszenna
939± 1,80
865± 5,00
889± 0,60
Słoma rzepakowa
893± 0,20
795± 5,20
804± 20,8
Słoma miskantusa
944± 10,0
882± 1,00
874± 0,00
Trociny drzew
iglastych
990± 2,00
991± 3,40
986± 3,20
Kora drzew
iglastych
584± 15,4
512± 10,8
483± 9,20
± odchylenie standardowe, n = 2
Ogólna zawartość miedzi w nieprzekształconych materiałach organicznych była porównywalna. Wyjątek stanowiła kora drzew iglastych, która zawierała średnio ponad 2,5-krotnie więcej tego pierwiastka (tab. 3). Najmniej miedzi stwierdzono w trocinach drzew iglastych (2,01 mg•kg-1 s.m.) oraz w słomie pszennej (2,78 mg•kg-1 s.m.).
Wydłużenie czasu procesu termicznego przekształcenia materiałów
organicznych spowodowało zwiększenie zawartości Mn w słomie
z miskantusa i trocinach drzew iglastych.
299
Ogólna zawartość manganu w nieprzekształconych materiałach
organicznych była zróżnicowana i mieściła się w przedziale od 36
do 243 mg•kg-1 s.m. (tab. 3). Termiczna konwersja badanych materiałów, niezależnie od czasu ekspozycji przyczyniła się do zwiększenia zawartości badanego pierwiastka. Wydłużenie czasu ekspozycji
do 45 minut wpływało na ogół na zwiększenie zawartości manganu.
Całkowita zawartość cynku w materiałach przed przekształceniem termicznym wynosiła od 15 mg•kg-1 s.m. (trociny drzew iglastych) do 72 mg•kg-1 s.m. (słoma miskantusa) (tab. 3). Zmniejszenie
zawartości cynku, na skutek wydłużenia czasu przekształcenia termicznego, stwierdzono w słomie pszennej, słomie rzepakowej oraz
korze drzew iglastych (odpowiednio o: 11%, 3% i 10%). W pozostałych materiałach nastąpiło zwiększenie zawartości omawianego
składnika.
Tab. 3. Zawartość miedzi, manganu i cynku w materiałach organicznych
przed i po procesie przekształcenia termicznego
300
15 minut
Po procesie przekształcenia termicznego
Przed procesem
przekształcenia
termicznego
Materiał
Cu
Mn
Zn
mg•kg s.m.
-1
Słoma miskantusa
3,95 ± 0,92
43 ± 3,04
71± 8,10
Słoma pszenna
2,78 ± 0,11
67 ± 1,78
56± 4,07
Słoma rzepakowa
3,34 ± 0,31
36± 7,00
43± 5,32
Kora drzew iglastych
8,18 ± 0,31
243± 1,98
47± 4,40
Trociny drzew iglastych
2,01 ± 0,07
138± 1,77
15± 0,41
Słoma miskantusa
6,02 ± 0,03
95± 3,13
Słoma pszenna
5,28 ± 0,34
157± 8,70 122± 2,67
Słoma rzepakowa
5,47 ± 0,10
69± 3,25
136± 9,52
84± 3,62
15 minut
9,36 ± 0,23
322± 3,39
63± 3,13
2,14 ± 0,08
268±
13,86
29± 5,59
Słoma miskantusa
45 minut
Po procesie przekształcenia termicznego
6,90 ± 0,20 104± 1,43 150± 0,64
Słoma pszenna
4,48 ± 0,11
141± 6,18 108± 3,46
Słoma rzepakowa
5,52 ± 0,20
67± 7,06
81± 3,07
8,66 ± 0,17
293± 8,77
57± 0,95
3,59 ± 0,10
341± 6,08
34± 1,95
± odchylenie standardowe, n = 2
Ogólna zawartość metali ciężkich w materiałach organicznych
pochodzenia rolniczego była znacznie mniejsza niż w przypadku biomasy pozyskanej z przemysłu drzewnego. Jak podaje Srogi [2007]
znaczący wpływ na zawartość metali ciężkich w produktach procesu termicznej konwersji ma jakość przetwarzanego surowca. Materiały organiczne pozyskiwane z rolnictwa zawierają na ogół większe
zawartości pierwiastków śladowych niż kora i trociny, co również
potwierdzają badania własne. Wynika to nie tylko z długości okresu wzrostu i rozwoju drzew, ale również z mniejszej wartości pH
podłoża gleb leśnych, które wpływa na zwiększenie rozpuszczalności
soli metali ciężkich [Rybak 2006].
Wnioski
Najmniejszą wydajność procesu, niezależnie od czasu ekspozycji
stwierdzono w przypadku trocin drzew iglastych, a największą
w przypadku kory drzew iglastych,
Na skutek termicznej konwersji biomasy (niezależnie od czasu
ekspozycji), nastąpiło zmniejszenie zawartości materii organicznej,
Wydłużenie czasu procesu termicznego przekształcenia materiałów organicznych spowodowało zwiększenie zawartości Cu, Mn
i Zn w słomie z miskantusa i trocinach drzew iglastych. Zmniejszenie
zawartości badanych pierwiastków odnotowano w przypadku słomy
pszennej oraz kory drzew iglastych.
301
Bibliografia
Aigner I., Wolfesberger U., Hofbauer H. 2011. Tar content and composition in producer gas of fluidized bed gasification and low temperature
pyrolysis of straw and wood – influence of temperature, Fuel (90) 7,
s. 2404-2412.
Kwapinski W., Byrne C.M.P., Kryachko E., Wolfram P., Adley C., Leahy J.J.,
Novotny E.H., Hayes M.H.B. 2010. Waste Biomass Valorization, 1,
s. 177-189.
Larid D.A., Rogovska N.P., Garcia-Perez M, Collins H.P., Streubel J.D., Smith
M. 2010. Chapter 16:. Pyrolysis and Biochar-Opportunities for Distributed Production and Soil Quality Enhancement.
Lehman J. 2007. Bio-energy in the black, Frontiers in Ecology and the Environment, 5(7), s. 381-387.
Malińska K. 2012. Biowęgiel odpowiedzią na aktualne problemy ochrony
środowiska, Inżynieria i Ochrona Środowiska, 2012 (15) 4, s. 387-403.
Rybak W. 2006. Spalanie i współspalanie biopaliw stałych. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław.
Sànchez M.E., Lindao E., Margaleff D., Martínez O., Morán A. 2009. Pyrolysis of agricultural residues from rape and sunflower: production
and characterization of bio-fuels and biochar soil management.
Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 85, s. 142-144.
Srogi K. 2007. Termiczne wykorzystanie biomasy w procesie pirolizy. Czysta
Energia 1, s. 21-23.
mgr inż. Kalina Orłowska
email: [email protected]
mgr inż. Monika Mierzwa-Herszteki
email: [email protected]
Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie,
al. Mickiewicza 21, 31 – 120 Kraków
Opiekun naukowy: dr hab. inż. Krzysztof Gondek, prof. UR
302
Włodzimierz Miernik
Dariusz Młyński
EPISTEME
22/2014, t. II
s. 303-310
ISSN 1895-2241
ANALIZA EFEKTYWNOŚCI PRACY OCZYSZCZALNI
ŚCIEKÓW W KRZESZOWICACH PO MODERNIZACJI
ANALYSIS OF THE EFFICENCY OF SEWAGE TREANMENT
PLANT IN KRZESZOWICE AFTER ITS MODERNIZATION
Abstrakt. Artykuł zawiera analizę i ocenę efektywności pracy oczyszczalni
ścieków w Krzeszowicach w okresie po jej modernizacji. Ocenę wykonano na
podstawie wyników oznaczeń wskaźników fizyko–chemicznych w próbkach
ścieków surowych i oczyszczonych, pobranych na przestrzeni roku 2013.
Zakres oznaczeń obejmował następujące wskaźniki zanieczyszczeń: zawiesinę ogólną, BZT5, ChZTCr, azot ogólny i fosfor ogólny.Z przeprowadzonej analizy wynika, że średnia redukcja wskaźników zanieczyszczeń wynosiła odpowiednio: dla zawiesiny ogólnej – 98,4%, BZT5 – 97,2%, ChZTCr
– 95,5%, azotu ogólnego – 78,0% i fosforu ogólnego – 73,8%. Oceniając
funkcjonowanie oczyszczalni w Krzeszowicach stwierdzono, że działa ona w
sposób prawidłowy o czym świadczy nie tylko bardzo wysoki poziom uzyskiwanej redukcji zanieczyszczeń, ale też skład ścieków oczyszczonych, każdorazowo spełniający warunki określone w pozwoleniu wodno–prawnym.
Słowa kluczowe: ścieki, oczyszczalnia, modernizacja, redukcja zanieczyszczeń
Summary. The article presents analysis of the efficiency of sewage treatment plant in Krzeszowice after its modernization. The assessment was carried out based on results of physical and chemical parameters in samples
of raw sewage and clean sewage which were collected through 2013. The
range of indications included the following indicators of pollution: BOD5,
CODCr, total suspended solids, total nitrogen and total phosphorus.Performed analysis shows that average reduction of indicators of pollution was
at level: BOD5 – 98,0%, CODCr – 96,0%, total suspended solids – 98,8%,
total nitrogen – 79,7%, total phosphorus – 79,0%. Basing of the performed
analysis it can conclude that sewage treatment plant in Krzeszowice works
correctly and composition of treated wastewater meet the requirements of
water – law permission.
Key words: wastewater, sewage treatment plant, modernization, pollution reduction
303
Wstęp
Oczyszczaniem ścieków nazywamy procesy prowadzące do zmiany
ich składu jakościowego, polegające na redukcji zanieczyszczeń takich jak: zawiesiny koloidalne i łatwo opadające, zanieczyszczenia
pochodzenia organicznego oraz związki biogenne, w taki sposób
aby chroniły wody odbiornika przed zanieczyszczeniem, a w konsekwencji ograniczyły do minimum zagrożenia dla zdrowia ludzi
i zwierząt [Łomotowski, Szpindor 2002]. Tylko prawidłowo funkcjonująca oczyszczalnia ścieków jest w stanie spełnić powyższe zadanie. Skuteczne oczyszczanie ścieków należy traktować, zwłaszcza
w naszym kraju, jako zadanie priorytetowe. Wynika to z ograniczonych zasobów wodnych Polski, które są bardzo ubogie – i w roku
przeciętnym wynoszą około 1600 m3 • mk-1 • rok-1 [Krajowy…2010].
Stąd zarówno władze jak i społeczeństwo jest zobligowane do
ochrony nie tylko ilościowej, ale i jakościowej wód [Bożek 2011]. Ponadto wraz z przystąpieniem do struktur Unii Europejskiej nasz kraj
został zobowiązany do wprowadzenia i przestrzegania standardów
ochrony środowiska, obowiązujące wszystkie państwa członkowskie
[Miernik 2007].
Celem niniejszej pracy była analiza i ocena skuteczności usuwania zanieczyszczeń w ściekach dopływających do oczyszczalni w Krzeszowicach po jej modernizacji.
Materiały i metodyka
Realizacji nakreślonego celu pracy dokonano w oparciu o materiały
udostępnione przez eksploatatora obiektu to jest Wodociągi i Kanalizacje Krzeszowice Sp. z.o.o. Udostępnione materiały stanowiły:
dokumentacja techniczna zmodernizowanej oczyszczalni ściekóww
Krzeszowicach, pozwolenie wodno – prawne oraz wyniki analiz
fizyko-chemicznych ścieków surowych i oczyszczonych w okresie od
stycznia do grudnia 2013 r. Zakres analiz obejmował następujące
wskaźniki zanieczyszczeń: zawiesinę ogólną, BZT5, ChZTCr, azot
ogólny i fosfor ogólny.
Dla każdego wskaźnika wyznaczono wartość minimalną, średnią i maksymalną.W przypadku ścieków oczyszczonych wartości te
porównano z dopuszczalnymi, określonymi w pozwoleniu wodno304
Analiza efektywności pracy oczyszczalni ścieków w krzeszowicach po modernizacji
prawnym. Obliczono także procentową redukcję każdego wskaźnika
zanieczyszczeń ze wzoru:
gdzie:
Sd – stężenie wskaźnika w ściekach surowych,
So – stężenie wskaźnika w ściekach oczyszczonych,
którą odniesiono do poziomu redukcji minimalnej zapisanej
w załączniku nr 1 do Rozporządzenia Ministra Środowiska z dn. 24
lipca 2006 r.
Charakterystyka obiektu
Oczyszczalnia ścieków dla miasta Krzeszowice zlokalizowana jest
w południowo – wschodniej jego części, na działce o powierzchni
5,03 ha. W latach 2010 – 2012 obiekt przeszedł gruntowną modernizację. Po jej zakończeniu oczyszczalnia może obsłużyć 35 200 RLM co
oznacza, że może oczyścić do 11 000 m3 ścieków na dobę. Dopływają
one z dwóch kierunków, a mianowicie: Krzeszowic i Woli Filipowskiej
tzw. kolektorem krzeszowickim oraz Tenczynka tzw. kolektorem
tenczyńskim.
Oczyszczalnia w Krzeszowicach to oczyszczalnia dwustopniowa mechaniczno–biologiczna (ryc. 1). Oczyszczanie mechaniczne
odbywa się na kratach mechanicznychi ręcznych, piaskownikach wirowych oraz osadnikach wstępnych. Proces oczyszczania biologicznego bazuje na wysokoefektywnej technologii osadu czynnego i jest
realizowanyw dwóch reaktorach biologicznych - starych (RBS) pracujących równolegle i współpracujących z reaktorem nowym (RBN)
oraz w osadnikach wtórnych.
305
Ryc. 1. Schemat technologiczny oczyszczalni ścieków w Krzeszowicach
[źródło: opracowanie własne]
Fig. 1. Technological scheme of sewage treatment plants
in Krzeszowice [source: own elaboration]
Odbiornikiem ścieków oczyszczonych jest potok Krzeszówka,
przepływający tuż obok oczyszczalni, wzdłuż jej południowej strony.
Wyniki i dyskusja
Analizując efektywność pracy zmodernizowanej oczyszczalni ścieków
w Krzeszowicach oparto się w pierwszym rzędzie na porównaniu
między sobą składu ścieków surowych i oczyszczonych. Ponadto
skład ścieków oczyszczonych porównano ze składem jaki na eksploatatora obiektu nakłada pozwolenie wodno-prawne (tab. 1).
306
Tab. 1. Skład ścieków surowych i oczyszczonych na tle wartości dopuszczalnych, określonych w pozwoleniu wodno – prawnym
[źródło: opracowanie własne]
Tab. 1. Composition of raw sewage and clean sewage with compare
to permitted values from water – law permission
[source: own elaboration]
Ścieki
Wartość dopuszczalna wg
pozwolenia wodno - prawnego
Wskaźnik zanieczyszczeń
surowe
Oczyszczone
Zawiesina ogólna [mg ∙ dm-3]
143,0-576,0
252,3
2,0 - 7,4
3,0
35
BZT5 [mgO2 ∙
dm-3]
89,7 - 281,7
179,6
1,4 - 6,6
3,6
15
ChZTCr [mgO2 ∙
dm-3]
283,0 - 753,0
487,8
12,0 - 25,0
19,5
125
Azot ogólny
[mgNog ∙ dm-3]
33,4 - 71,0
50,1
7,6 - 12,1
10,2
15
Fosfor ogólny
[mgPog ∙ dm-3]
3,2 - 10,7
6,7
0,8 - 1,9
1,4
2
Analizując skład fizyko–chemiczny ścieków surowych dopływających do oczyszczalni można stwierdzić, że zasadniczo nie
odbiega on od składu typowego dla ścieków bytowych podawanych
w literaturze [Błażejewski 2003]. W przypadku zawiesiny ogólnej
(jedynego oznaczanego wskaźnika fizycznego) można zauważyć, że
jej stężenie w ściekach surowych przyjmowało wartości z przedziału
od 143,0 do 576,0 mg • dm-3, a stężenie średnie wynosiło 252,3 mg •
dm-3. Z kolei zawartość związków organicznych w ściekach surowych,
wyrażana wskaźnikiem BZT5, wahała się w przedziale od 89,7 do
281,7 mgO2 • dm-3 oscylując wokół wartości średniej równej 179,6
mgO2 • dm-3. Wysokimi wahaniami charakteryzował się natomiast
drugi z oznaczanych wskaźników zanieczyszczeń organicznych jakim
jest ChZTCr. Jego wartości zawierały się w przedziale od 283,0 do
753,0 mgO2 • dm-3, a wartość średnia wynosiła 487,8 mgO2 • dm-3.
307
Zawartość związków biogennych w ściekach poddawanych procesowi
oczyszczania na oczyszczalni w Krzeszowicach przeanalizowano
przez pryzmat oznaczonych w nich stężeń azotu i fosforu ogólnego.
W przypadku azotu ogólnego wahały się one od 33,4 do 71,0 mgNog •
dm-3 (średnia 50,1 mgNog • dm-3), natomiast fosforu ogólnego od 3,2
do 10,7 mgPog • dm-3 (średnia 6,7 mgPog • dm-3).
Analizując skład ścieków oczyszczonych, odprowadzanych
z oczyszczalni w Krzeszowicach do odbiornika możemy ocenić, że
funkcjonowała ona bez zastrzeżeń. Ocenę taką potwierdzają wyniki
analiz fizyko-chemicznych. Oznaczane w nich wskaźniki zanieczyszczeń każdorazowo spełniały bowiem warunki określone w pozwoleniu
wodno–prawnym. W przypadku zawiesiny ogólnej jej średnie stężenie (3,0 mg • dm-3) stanowiło zaledwie 9% wartości dopuszczalnej,
średnia wartość BZT5 (3,6 mgO2 • dm-3) stanowiła 24%, średnia wartość ChZTCr (19,5 mgO2 • dm-3) stanowiła 16%, natomiast średnie
stężenie azotu ogólnego (10,2 mgNog • dm-3) stanowiło 68%, a średnie
stężenie fosforu ogólnego (1,4 mgPog • dm-3) 70%.
Tab. 2. Redukcja analizowanych wskaźników zanieczyszczeń na
oczyszczalni w Krzeszowicach [źródło: opracowanie własne]
Tab. 2. Reduction of selected indices on sewage treatment plant
in Krzeszowice [source: own elaboration]
308
Wskaźnik
zanieczyszczeń
Redukcja zanieczyszczeń w procesie
oczyszczania [%]
Minimalny % redukcji
wg rozporządzenia
z dn. 24 lipca 2006 r.
Zawiesina ogólna
96,8 - 99,7
98,4
90
BZT5
92,6 - 99,3
97,2
90
ChZTCr
92,9 - 97,6
95,5
75
Azot ogólny
68,0 - 85,1
78,0
80
Fosfor ogólny
54,3 - 88,5
73,8
85
Wysoką ocenę efektywności pracy krzeszowickiej oczyszczalni
ścieków potwierdza także poziom uzyskiwanej na niej redukcji analizowanych wskaźników zanieczyszczeń (tab. 2).
Z tabeli 2 wynika, że redukcja zanieczyszczeń na oczyszczalni
ścieków w Krzeszowicach utrzymywała się w roku 2013 na bardzo
wysokim poziomie. Średnia redukcja zawiesiny ogólnej w procesie
oczyszczania wyniosła bowiem 98,4%, BZT5 - 97,2%, ChZTCr - 95,5%,
a azotu ogólnego i fosforu ogólnego odpowiednio 78,0 i 73,8%.
W przypadku redukcji związków biogennych stwierdzono,
że jej wartości minimalne i przeciętne były mniejsze od wymaganej stosownymi przepisami. Jednakże nie dyskredytują one bardzo dobrej oceny jaką należy wystawić oczyszczalni w Krzeszowicach bowiem stężenia tych wskaźników w żadnej badanej próbce
ścieków oczyszczonych nie przekraczały wartości dopuszczalnych
określonych w pozwoleniu wodno-prawnym.
Wnioski
Na podstawie przeprowadzonej w pracy analizy i oceny
efektywności pracy oczyszczalni ścieków w Krzeszowicach w 2013
roku można przedstawić następujące wnioski:
Skład ścieków surowych, dopływających do oczyszczalni zasadniczo odpowiadał typowemu składowi ścieków bytowych. Średnie
stężenie zawiesiny ogólnej w ściekach surowych wynosiło 252,3 mg
• dm-3, BZT5 – 179,6 mgO2 • dm-3, ChZTCr - 487,8 mgO2 • dm-3, azotu
ogólnego - 50,1 mgNog • dm-3, a fosforu ogólnego - 6,7 mgPog • dm-3.
Oczyszczalnia ścieków w Krzeszowicach działała w sposób
prawidłowy i niezawodny. Potwierdziły to zarówno skład ścieków
oczyszczonych, odprowadzanych do odbiornika oraz bardzo wysoki poziom uzyskiwanej redukcji zanieczyszczeń. Skład ścieków
oczyszczonych każdorazowo odpowiadał wymogom określonym
w pozwoleniu wodno prawnym.
W świetle przedstawionej w niniejszej pracy analizy i oceny
funkcjonowania zmodernizowanej oczyszczalni ścieków w Krzeszowicach można stwierdzić, że stanowi ona skuteczną barierę chroniącą wody odbiornika przed zanieczyszczeniem.
309
Bibliografia
Błażejewski R. 2003. Kanalizacja wsi. PZITS Oddział Wielkopolski, Poznań
Bożek A., Strońska M., Szyjkowska U. 2011. Oczyszczone ścieki jako alternatywne źródło wody w świetle zmian klimatu w krajach Unii Europejskiej. Gaz, Woda i Technika Sanitarna, nr 10, 352 – 354
Dz. U. 2006, Nr 137, poz. 984. Rozporządzenie Ministra Środowiska
z dnia 24 lipca 2006 r. w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy
wprowadzaniu ścieków do wód lub ziemi, oraz w sprawie substancji
szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego
Krajowy Zarząd Gospodarki Wodnej 2010. Diagnoza aktualnego stanu gospodarki wodnej. Warszawa
Łomotowski J., Szpindor A. 2002. Nowoczesne systemy oczyszczania
ścieków. Wydawnictwo Arkady. Warszawa
Miernik. W. 2007. Skuteczność oczyszczania ścieków wiejskich w oczyszczalni z reaktorem o działaniu sekwencyjnym. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich, nr 2, 71 – 80
Pozwolenie wodno-prawne udzielone Wodociągom i Kanalizacjom Krzeszowice Spółka z o. o. w Krzeszowicach, przez Starostę Krakowskiego. na wprowadzanie oczyszczonych ścieków z centralnej oczyszczalni
ścieków w Krzeszowicach do potoku Krzeszówka
dr inż. Włodzimierz Miernik
Katedra Inżynierii Sanitarnej i Gospodarki Wodnej
mgr inż. Dariusz Młyński
Katedra Inżynierii Sanitarnej i Gospodarki Wodnej
Aleja 29 listopada 48b, 31 – 425 Kraków
Opiekun naukowy: dr hab. inż. Andrzej Walęga
310
Kamila Musiał
Agata Dulska - Jeż
EPISTEME
22/2014, t. II
s. 311-320
ISSN 1895-2241
FLORA ŁĄK NA TERENIE PYCHOWIC I KOSTRZA
FLORA OF MEADOWS IN PYCHOWICE AND KOSTRZE
Abstrakt. Przedmiot badań stanowiły łąki usytuowane w południowo zachodniej części Krakowa, w obrębie Pychowic i Kostrza. Materiał bazowy
tworzyło 50 zdjęć fitosocjologicznych, wykonanych w latach 2012 i 2013.
Florę naczyniową łąk scharakteryzowano pod względem takich cech jak:
ogólna liczba gatunków, rodzajów i rodzin botanicznych, liczba gatunków
objętych ochroną i zagrożonych. Posłużono się także wybranymi wskaźnikami ekologicznymi, wskazującymi stopień zagrożenia (C) i formę życiową
(f), jak również określono pochodzenie wg klasyfikacji historyczno - geograficznej. W wyniku przeprowadzonych badań zanotowano 245 gatunków
roślin naczyniowych, należących do 48 rodzin, z czego najliczniej reprezentowane były rodziny Poaceae i Fabaceae. Największą liczbę gatunków stanowiły apofity. Pod względem formy życiowej najliczniej występowały hemikryptofity.
Słowa kluczowe: flora łąk, klasyfikacja historyczno - geograficzna, wskaźniki
ekologiczne
Summary. The subject of the study were meadows located in the area of
Pychowice and Kostrze, within boundaries of Krakow. In July 2012 and
2013, 50 phytosociological releves by Braun – Blanquet method were done.
The flora of vascular plants in meadows was described according to its affiliation to family, habitat and historical - geographical groups. There were also
used some ecological indicator values of vascular plants in Poland, like type
of growth (f), and degree of threat (C). As a result of the study, there have
been documented occurrence of 245 species that belonged to 48 families,
within that dominated species from: Asteraceae, Poaceae and Fabaceae. The
biggest number of species according to the origin were apophytes. Wet meadows were the most common type of habitat. According to type of growth,
the most numerous were hemicryptophytes .
Key words: flora of meadows, historical - geographical groups, ecological indicator values
311
Wstęp
Łąki są ważnym elementem krajobrazu, charakteryzującym się dużą
różnorodnością fauny i flory [Kuszewska i Fenyk 2010]. Nie stanowią
one jednak w naszym klimacie stałego elementu krajobrazu, lecz
ulegają ciągłym przemianom, a ich dynamika związana jest z oddziaływaniem człowieka. W dzisiejszych czasach ochrona bioróżnorodności jest uważana za istotny element zachowania krajobrazu
przyrodniczego. Jej monitorowanie jest niezwykle ważne w środowisku tak mocno przekształconym przez człowieka, który wpływa
na liczebność, a także wycofywanie się różnorodnych gatunków
[Henle i in. 2012].Zbiorowiska łąkowe z jednej strony zbliżone są do
naturalnych, ale powstały one i istnieją dzięki działalności człowieka.
Przeobrażenia zachodzące pod wpływem czynnika antropogenicznego są skutkiem przeprowadzanych w przeszłości melioracji, jak
też intensywnego użytkowania lub odwrotnie, zupełnego zaprzestania gospodarowania. W zbiorowiskach łąkowych, które nie były
użytkowane od kilku lat może dochodzić do przemian, polegających
głównie na wypieraniu drobnych, słabo konkurencyjnych gatunków,
często cennych przyrodniczo lub zagrożonych. Dzieje się tak w wyniku stopniowego osiedlania się np. rodzimych gatunków synantropijnych, których szkodliwość przejawia się w dużej ekspansywności,
prowadzącej do uproszczenia struktury gatunkowej fitocenoz, a
także do pojawienia się gatunków obcych dla naszej flory [Kryszak i
in. 2007; Stosik 2006]. Celem badań była analiza różnorodności florystycznej, z uwzględnieniem gatunków chronionych, zagrożonych i
synantropijnych.
Obszar i metody badań
Teren Pychowic i Kostrza położony jest w południowo – zachodniej części Krakowa i według podziału geobotanicznego znajduje
się w obrębie działu Bałtyckiego, w Okręgu Południowym Wyżyny
Krakowskiej [Szafer 1977]. Fizjograficznie przypisany jest do
większej podjednostki, jaką stanowi makroregion Brama Krakowska, a w jej obrębie mezoregion Pomost Krakowski [Kondracki 2009].
W rejonie tym suma rocznych opadów osiąga średnie wartości w przedziale 650 - 700 mm, co sprawia że jest ona większa od średniej kra312
Flora łąk na terenie pychowic i kostrza
jowej o jakieś 90 mm. Dzięki temu na obszarze Pomostu Krakowskiego panują dosyć korzystne warunki opadowe [Twardosz 2007]. Wisła
w granicach Krakowa jest rzeką tranzytową i sezonowe wahania przepływów nawiązują do zmienności, jaką cechują się rzeki górskie,
podgórskie i wyżynne, które decydują o jej reżimie [Dynowska 1980].
Łąki tego terenu zajmują powierzchnię około 395 ha, a część z nich
została objęta programem Natura 2000 [Kasperczyk i in. 2008].
Przedmiotem badań były łąki zlokalizowane w obrębie tego obszaru, materiał bazowy stanowiło 50 zdjęć fitosocjologicznych, które
wykonano metodą Braun - Blanquetꞌ a [Szafer i in. 1977], w ciągu
dwóch sezonów wegetacyjnych (2012 - 2013). Florę naczyniową łąk
scharakteryzowano pod względem takich cech jak: ogólna liczba gatunków, rodzajów i rodzin botanicznych, liczba gatunków objętych
ochroną i zagrożonych. Przynależność fitosocjologiczna została podana wg Matuszkiewicza [2002], nomenklatura łacińska i przynależność do rodzin botanicznych wg Mirka i in. [2002]. Gatunki objęte ochroną zostały podane wg pracy Mirek i Piękoś – Mirek [2003].
Określono udział gatunków synantropijnych, takich jak, antropofity:
archeofity (Arch) [Zając 1979] i kenofity (K) [Tokarska - Guzik 2005],
a także apofity (Ap) [Zając i Zając 1992]. Spontaneofity, czyli rośliny
nie synantropijne zostały określone według „Multimedialnej encyklopedii zbiorowisk roślinnych Polski” [2009]. Posłużono się także
wybranymi wskaźnikami ekologicznymi, określającymi stopień zagrożenia (C) i formę życiową (f), według Zarzyckiego i in. [2002].
Wyniki i dyskusja
Na łąkach w obrębie Pychowic i Kostrza stwierdzono występowanie
245 gatunków roślin naczyniowych, należących do 48 rodzin botanicznych i 153 rodzajów. Najliczniej były reprezentowane rodziny:
Asteraceae i Poaceae, w liczbie 36 gatunków każda, a następnie Fabaceae (22), Lamiaceae (14), Apiaceae (13) i Rosaceae (13), co zostało przedstawione w tab. 1. Rodzaje o największej liczbie gatunków na tym
terenie to: Carex (11), Trifolium (7), Cirsium (6), Galium (6), Rumex
(6), Festuca (5) i Ranunculus (5). Łąki tego obszaru zdominowane są
przez następujące gatunki traw: Holcus lanatus, Festuca rubra, Dactylis
glomerata, Arrhenatherum elatius, a także Molinia caerulea. Zanotowa313
no tutaj 8 gatunków objętych ochroną, w tym 6 ścisłą, np.: Epipactis
palustris, Iris sibirica, Dianthus superbus i 2 częściową: Dianthus carthusianorum i D. deltoides. Niektóre gatunki chronione są zarazem gatunkami narażonymi na wyginięcie (V), co przedstawiono w tab. 2.
Tab. 1. Systematyka botaniczna gatunków występujących w badanym terenie
314
Lp.
Rodzina
L. rodz.
L. gat.
1
Asteraceae
25
36
2.
Poaceae
23
36
3.
Fabaceae
8
22
4.
Lamiaceae
11
14
5.
Apiaceae
12
13
6.
Rosaceae
8
13
7.
Cyperaceae
2
12
8.
Caryophyllaceae
5
9
9.
Polygonaceae
3
9
10.
Ranunculaceae
3
7
11.
Scrophulariaceae
4
7
12.
Juncaceae
2
6
13.
Rubiaceae
1
6
14.
Boraginaceae
3
4
15.
Brassicaceae
4
4
16.
Dipsacaceae
3
3
17.
Hypericaceae
1
3
18.
Balsaminaceae
1
2
19.
Convolvulaceae
1
2
20.
Equisetaceae
1
2
21.
Geraniaceae
1
2
22.
Iridaceae
2
2
23.
Onagraceae
1
2
24.
Orchidaceae
2
2
25.
Papaveraceae
2
2
26.
Plantaginaceae
1
2
27.
Primulaceae
1
2
28.
Salicaceae
1
2
29.
Alliaceae
1
1
30.
Campanulaceae
1
1
31.
Crassulaceae
1
1
32.
Cucurbitaceae
1
1
33.
Cuscutaceae
1
1
34.
Ericaceae
1
1
35.
Euphorbiaceae
1
1
36.
Fagaceae
1
1
37.
Gentianaceae
1
1
38.
Juncaginaceae
1
1
39.
Lythraceae
1
1
40.
Oxalidaceae
1
1
41.
Parnasiaceae
1
1
42.
Polygalaceae
1
1
43.
Rhamnaceae
1
1
44.
Solanaceae
1
1
45.
Urticaceae
1
1
46.
Valerianaceae
1
1
47.
Verbenaceae
1
1
48.
Violaceae
1
1
Pod względem fitosocjologicznym zbiorowiska łąkowe zostały
zaliczone głównie do związków Molinion caeruleae i Arrhenatherion
elatioris. W obrębie łąk wilgotnych dominujące były fitocenozy należące do Molinion, które obejmują tradycyjnie jednokośne zbiorowiska łąkowe, nienawożone i zmienno - wilgotne, celem użytkowania
których było pozyskanie ściółki [Denisiuk 1976; Szafer i in. 1977].
Obecnie łąki z tego związku są coraz rzadziej spotykane na terenie
całego kraju z powodu osuszania terenów, a także intensywnego
315
nawożenia mineralnego [Bator 2005; Kryszak 2001; Suder 2008;
Trąba i Wolański 2011; Tumidajowicz i Zubel 1978]. Zmniejszają one
również swój zasięg na obszarze i w okolicach Krakowa, ze względu
na lokalizację w atrakcyjnych dla zabudowy częściach miasta. Często postaciami degeneracyjnymi takich łąk mogą stać się asocjacje ze
związku Magnocaricion, jak również może dochodzić do przemian
w kierunku zbiorowisk ruderalnych, gdzie znaczną rolę odgrywają
gatunki towarzyszące człowiekowi, nierzadko obce florze krajowej
[Kryszak 2004; Kryszak i in. 2007]. Na terenie badań z gatunków
charakterystycznych dla związku Molinion występowały: Dianthus superbus, Galium boreale, Gentiana pneumonanthe, Gladiolus imbricatus,
Inula salicina, Laserpitium prutenicum i Succisa pratensis.
Tab. 2. Gatunki terenu badań objęte ochroną i zagrożone
Rodzina
F. o.
H
C
F. ż.
Kl. h.
-g.
Orchidaceae
OŚ
łw.
-
G
NS
OŚ
łw.
V
H
Ap
OCz
łś.
-
C
Ap
OCz
łś.
-
C
Ap
Orchidaceae
OŚ
łw.
V
G
NS
Gentiana pneuGentianaceae
monanthe
OŚ
łw.
V
H
Ap
OŚ
łw.
-
G
Ap
łw.
V
G
NS
łw.
V
H
NS
Nazwa gatunku
1.
Dactylorhiza
maialis
2.
Dianthus superbus
3.
D. carthusianorum
4.
D. deltoides
5.
Epipactis palustris
6.
7.
Gladiolus imbricatus
8.
Iris sibirica
9.
Ostericum
palustre
Caryophyllaceae
Iridaceae
Apiaceae
-
Objaśnienia do tabeli: F. o. - formy ochrony: OŚ - ochrona ścisła, OCz - ochrona częściowa; H - siedlisko: łw. - łąka wilgotna, łś. - łąka świeża; C - stopień
zagrożenia: V - gat. narażony; F. ż. - forma życiowa; Kl. h. - g - klasyfikacja
historyczno - geograficzna
316
Dosyć częste na tym terenie były również łąki świeże ze związku
Arrhenatherion, występujące w miejscach niezbyt wilgotnych, zwykle
w nieco wyższych partiach terenu niż łąki należące do związku Molinion. Dla tych łąk, typologicznie zaliczanych do grądów, zanotowane
zostały następujące gatunki charakterystyczne: Campanula patula,
Crepis biennis, Geranium pratense i Knautia arvensis.
Dominującą formę życiową analizowanej flory stanowiły hemikryptofity (H), zwłaszcza w obrębie rodziny Poaceae. W rodzinach Iridaceae i Orchidaceae dominowały geofity (G), które stanowiły
w większości gatunki objęte ochroną i uważane za zagrożone. Według
klasyfikacji historyczno geograficznej stanowiły je spontaneofity
i apofity, czyli krajowe rośliny towarzyszące człowiekowi. Spontaneofitów, czyli gatunków naturalnych dla danego obszaru zanotowano najwięcej na wilgotnych łąkach. W płatach łąk wilgotnych, gdzie
występowały gatunki obcego pochodzenia, zauważono brak takich
gatunków światłolubnych jak np.: Gentiana pneumonanthe, Dianthus
superbus czy Epipactis palustris, które są objęte ochroną na terenie
Polski i przez to uważane za cenne przyrodniczo.
Wskutek migracji gatunków z zewnątrz, początkowo dochodzi
do zwiększenia ogólnej liczby gatunków, jednakże z czasem różnorodność florystyczna zmniejsza się w rezultacie ekspansywnego charakteru roślin synantropijnych [Kryszak 2004]. Gatunki występujące
w miejscach zaburzonych, potrafiące z powodzeniem penetrować
zbiorowiska półnaturalne, w tym łąkowe, to kenofity, czyli „nowi”
przybysze [Tokarska - Guzik 2003]. Na terenie badań zanotowano
wśród nich np.: Solidago gigantea, Conyza canadensis, Chamomilla
suaveolens, Vicia grandiflora, Echinocystis lobata czy Oxalis fontana.
Dobrym przykładem gatunku o wysokiej konkurencyjności wydaje się być Solidago gigantea, kenofit pochodzenia amerykańskiego,
mający tendencje do rozprzestrzeniania się na dużych obszarach
w zbiorowiskach półnaturalnych. Gatunki synantropijne obcego pochodzenia, występujące na obszarze badanych łąk w łącznej liczbie
25 (13 gat. archeofitów i 12 gat. kenofitów), stanowią jedynie 10%
wszystkich gatunków roślin naczyniowych z tego terenu. Niewielki
udział antropofitów, w stosunku do apofitów świadczy o dosyć dobrym zachowaniu tych półnaturalnych zbiorowisk. Jednakże kenofit
Solidago gigantea posiada w niektórych miejscach bardzo duży udział
317
w pokryciu, przez co jest gatunkiem dominującym w zbiorowisku.
Większy udział antropofitów w runi łąk, zanotowany był w zdjęciach, które wykonano w płatach nie wykaszanych przez kilka sezonów
wegetacyjnych. Postępująca sukcesja przyczynia się do wkraczania
gatunków obcych, które na ogół szybko mogą być eliminowane na
skutek systematycznego koszenia.
Wnioski
Łąki terenu Pychowic i Kostrza charakteryzują się dużą bioróżnorodnością florystyczną.
Występowanie gatunków chronionych i zagrożonych, sprawia że
łąki te posiadają wysokie walory przyrodnicze.
Łąki wilgotne cechują się występowaniem większej liczby spontaneofitów niż łąki świeże, co świadczy o mniejszym przeobrażeniu
tych zbiorowisk przez człowieka.
Rozprzestrzenianie się gatunków obcego pochodzenia
przyczynia się do obniżenia bioróżnorodności na wskutek wycofywania się licznych gatunków z runi łąkowej.
Bibliografia
Bator I. 2005. Stan obecny i przemiany zbiorowisk łąkowych okolic Mogilan
(PogórzeWielickie) w okresie 40 lat. Fragm. Flor. et Geobot. Polonica.
Supplementum, 7: 10- 65.
Denisiuk Z. 1976. Łąki północnej części Puszczy Niepołomickiej. Studia Naturae – Seria A, nr 13: 9-61.
Dynowska I. 1980. Stosunki wodne miejskiego województwa krakowskiego.
Folia Geograpłs. s. geogr.-phys. vol. XIII: 51-73.
Henle K., Bell S., Brotons L., Clobert J., Evans D. 2012. Nature Conservation - a new dimension in Open Access publishing bridging science and
application. Nature Conservation 1: 1-10.
Kasperczyk M., Lipka K., Ostrowski K., Sroczyński W., Skrzypczak R.,
Wota A., Syposz – Łuczak B. 2008. Ocena możliwości utrzymania
we właściwym stanie ochrony siedlisk i gatunków na terenie Miasta
Krakowa w proponowanych obszarach Natura 2000. Kraków.
Kondracki J. 2009. Geografia regionalna Polski. PWN Warszawa, wyd. III
uzupeł.: 263-270.
Kryszak A. 2001. Różnorodność florystyczna zespołów łąk i pastwisk klasy
Molinio – Arrhenatheretea w Wielkopolsce w aspekcie ich wartości
318
gospodarczej. Rozprawy Naukowe Roczniki AR w Poznaniu., zeszyt
314: 181.
Kryszak A. 2004. Synantropizacja wybranych zbiorowisk łąkowych. Woda Środowisko - Obszary Wiejskie. t.4, z.1(10): 201-208.
Kryszak A., Kryszak J., Grynia M. 2007. Zmiany degradacyjne na łąkach
i pastwiskach wyłączonych z użytkowania. Acta Botanica Warmiae et
Masuriae 4: 205 - 214.
Kuszewska K., Fenyk M.A. 2010. Różnorodność biologiczna w krajobrazie
rolniczym. Acta Sci. Pol., Administratio Locorum 9(1): 57 - 68.
Matuszkiewicz W. 2002. Przewodnik do oznaczania zbiorowisk roślinnych
Polski. PWN Warszawa, wyd. III.
Mirek Z., Piękoś - Mirkowa H., Zając A., Zając M. 2002. Flowering plants and
pteridophytes of Poland, a checklist. (Krytyczna lista roślin naczyniowych Polski). IB PAN, Kraków.
Mirek Z., Piękoś - Mirkowa H. 2003. Atlas roślin chronionych. Oficyna
Wydawnicza Multico. Warszawa.
Multimedialna Encyklopedia Zbiorowisk Roślinnych Polski. 2009. W-wa.
Stosik T. 2006. Ekspansja Rumex confertus w kontekście jego biologii.
Pr. Komis. Nauk Rol. i Biol. BTN, seria B, nr 59: 71 - 81.
Suder A. 2008. Purple - moor grass meadows (alliance Molinion caeruleae)
in the eastern part of Silesia Upland: phytosociological diversity and
aspect of protection. Nature Conservation 65: 63-77.
Szafer W., Zarzycki K., Pawłowski B., Kornaś J., Medwecka - Kornaś A. 1977.
Skład i budowa zbiorowisk roślinnych oraz metody ich badania. Szata
roślinna Polski. PWN Warszawa, wyd. III, T1: 237-264.
Szafer W., Zarzycki K., Pawłowski B., Kornaś J., Medwecka – Kornaś A.
1977. Systematyka Polskich zbiorowisk roślinnych. Szata roślinna
Polski. PWN Warszawa, wyd. III, T1.: 269-350.
Tokarska - Guzik B. 2003. Habitat preferences of some alien plants (kenophytes) occurring in Poland. Phytogeographical problems of synanthropic plants. Institute of Botany University of Jagiellonian: 75-83.
Tokarska - Guzik B. 2005. The establishment and spread of alien plant species (kenophytes) in the flora of Poland. Wydawnictwo Uniwersytetu
Śląskiego, Katowice: 29-108.
Trąba Cz. Wolański P. 2011. Zróżnicowanie florystyczne łąk związków
Calthion i Alopecurion w Polsce - zagrożenia i ochrona. Woda – Środowisko – Obszary Wiejskie, t.11 z. 1(33): 299-313.
Tumidajowicz D., Zubel E. 1978. Zanikanie i przemiany łąk trzęślicowych
(Molinietum caeruleae) w dolinie Wisły koło Czernichowa (Polska
Południowa). Fragm. Flor. et Geobot. 24: 643-650.
319
Twardosz R. 2007. Opady atmosferyczne. W: Klimat Krakowa w XX wieku,
pod red. Matuszko D, Instytut Geografii i Gospodarki Przestrzennej
U J: 127 - 137.
Zając A. 1979. Pochodzenie archeofitów występujących w Polsce.
Uniwersytet Jagielloński, Kraków: 17- 156.
Zając M., Zając A. 1992. A tentative list of segetal and ruderal apophytes in
Poland. Zeszyty Naukowe Uniwersytetu Jagiellońskiego. Prace Botaniczne, z. 24: 7-23.
Zarzycki K., Trzcińska - Tacik H., Różański W., Szeląg Z., Wołek J., Korzeniak U. 2002. Ekologiczne liczby wskaźnikowe roślin naczyniowych
Polski. Instytut Botaniki im. W. Szafera PAN. Kraków.
mgr Kamila Musiał
Zakład Łąkarstwa, Instytut Produkcji Roślinnej
Uniwersytet Rolniczy wKrakowie,
Al. Mickiewicza 21, 31-120 Kraków.
Opiekun naukowy: prof. dr hab. Mirosław Kasperczyk
mgr Agata Dulska-Jeż
Uniwersytet Rzeszowski w Rzeszowie
ul. Zelwerowica 4, 35 - 601 Rzeszów
320
Maria Nawieśniak
Mateusz Strutyński
Józef Hernik
EPISTEME
22/2014, t. II
s. 321-328
ISSN 1895-2241
Charakterystyka zmian przebiegu koryta
Krzyworzeki oraz Potoku Niedźwiadek
na terenie gminy Wiśniowa
w ujęciu historycznym
Characteristics of changes in the beds
of Krzyworzeka River and Niedźwiadek
Stream in Wiśniowa community
in historical perspective
Abstrakt. Rzeki i potoki górskie charakteryzują się dużą dynamiką
przepływu, która w dłuższym okresie czasu wywołuje zmiany w układzie
poziomym przebiegu rzeki. Dodatkowymi czynnikami mającymi wpływ na
aktywność procesów hydromorfologicznych są urbanizacja zlewni i zmiana
zagospodarowania przestrzennego terenów znajdujących się w sąsiedztwie
koryta. W pracy przedstawiono zmiany koryta rzeki Krzyworzeki oraz potoku Niedźwiadek na terenie gminy Wiśniowa w powiecie myślenickim.
Do analizy wykorzystano dostępne historyczne podkłady mapowe (1907,
1934 rok), które porównano z aktualną mapą topograficzną i ortfotomapą.
Efektem analizy jest określenie zmian w przebiegu rzeki oraz próba oceny
wpływu działalności człowieka na te procesy. Na podstawie dostępnych materiałów historycznych wyznaczone zostały odcinki rzeki, które zmieniały
się w sposób naturalny, bez udziału człowieka.
Słowa kluczowe: procesy morfologiczne rzek, zagospodarowanie przestrzenne,
zmiana układu poziomego rzeki
Summary. Rivers and mountain streams are characterizing by high dynamics of the flow, which in the long term causes changes in horizontal layout
of the river. The activity of hydromorphological processes is affected by the
catchment urbanization and changes of the spatial planning areas in the
proximity of the channel. This paper presents the changes in the beds of
Krzyworzeka River and stream Niedźwiadek in Wiśniowa community, dis321
trict Myślenice. During the analysis, the available historical maps (1907,
1934) have been used. Then the historical maps were compared with the
current topographical map and orthophotomap. Determining changes in
the course of the river and the attempt of the assessment of the impact of
the human activity on these processes are an effect of analysis. Based on the
available historical materials have been designated sections of rivers that
have evolved naturally, without human intervention.
Key words: morphological processes of river, spatial planning, change the horizontal layout of the river
WSTĘP
Rzeki i potoki górskie są dynamicznymi strukturami, które ulegają ciągłym zmianom w czasie i przestrzeni. Zlewnie górskie charakteryzują się dużymi spadkami terenu, czego konsekwencją (często
przy mało przepuszczalnym gruncie) jest większy spływ powierzchniowy [Radecki- Pawlik 2011]. Na przekształcenia morfologiczne koryt
rzecznych oprócz czynników naturalnych mają także wpływ czynniki
antropogeniczne [Wiejaczka i Bochenek 2013, Korpak i in. 2008].
Najważniejszym czynnikiem antropogenicznym powodującym
zmiany w korytach cieków jest wprowadzanie zmian w użytkowaniu
dolin rzecznych. Urbanizacja zlewni powoduje dodatkowe zwiększenie spływu powierzchniowego, co skutkuje zwiększeniem fal wezbraniowych, które znacząco wpływają na zmianę przebiegu nurtu
głównego koryta rzeki.
Celem pracy jest przedstawienie zmian w układzie poziomym
koryta Krzyworzeki oraz potoku Niedźwiadek. Oba cieki przepływają
przez gminę Wiśniową, powiat myślenicki, w województwie małopolskim.
MATERIAŁY I METODY
Krzyworzeka jest prawobrzeżnym dopływem Raby, o całkowitej długości 18 km. Powierzchnia zlewni Krzyworzeki przy ujściu do Raby
w 55+900 km wynosi 80,2 km2. Początkiem tej rzeki jest potok
Kobielnik, który swoje źródła ma na północnych stokach Beskidu
Wyspowego. Krzyworzeka przepływając przez Pogórze Wiśnickie
przyjmuje trzy dopływy: Sikornicę, Lipnik i Olszynkę. Zlewnię
cieku tworzą utwory fliszowe kredy, które przykryte są płatami
322
Charakterystyka zmian przebiegu koryta krzyworzeki oraz potoku niedźwiadek...
piaskowców, łupków oraz glin zwietrzelinowych. Krzyworzeka
w swoim górnym biegu przepływa przez tereny o zwartej zabudowie,
a środkowym i dolnym biegu przez tereny o charakterze rolniczym
[www.wios.tarnow.pl].
Potok Niedźwiadek wpływa do Kasinki, która jest również
prawobrzeżnym dopływem Raby. Przepływa on przez miejscowość
Węglówka. Źródła potoku znajdują się na południowym stoku
w paśmie Lubomira i Łysiny.
Określenie zmian w układzie poziomym Krzyworzeki oraz potoku Niedźwiadek wykonano na podstawie analizy archiwalnych map
topograficznych oraz ortofotomapy.
Materiały, które zostały wykorzystane to:
1)mapa austriacka Spezialkarte der österreichisch-ungarischen Monarchie z 1907 roku, w skali 1:75 000,
2) Mapa Taktyczna z 1934 roku, w skali 1:100 000, opracowana
przez Wojskowy Instytut Geograficzny,
3)ortofotomapy o godłach: M34_77_CA2, M34_77_CA4,
M34_77_CB1, M34_77_CB3 wykonane w 2002 roku, z terenu Wiśniowej oraz ortofotomapa wsi Węglówka wykonana w 2006 roku.
W celu przeprowadzenia analizy skale wymienionych map zostały ujednolicone, jako skalę opracowania przyjęto 1:75 000. Bieżący
układ poziomy koryta rzeki wyznaczono na podstawie ortofotomapy.
W celu nawiązania poszczególnych podkładów mapowych do
warunków terenowych wykorzystano stałe punkty charakterystyczne (np. kościoły).
WYNIKI I DYSKUSJA
Na podstawie przeprowadzonej analizy można stwierdzić, że intensywne procesy hydromorfologiczne kształtujące zmiany w układzie poziomym koryta zachodzą na poszczególnych odcinkach rzeki,
a w układzie całościowym Krzyworzeka.
Jak również Potok Niedźwiadek, nie uległa większym przekształceniom (ryc. 1).
323
Ryc. 1. Przebieg układu poziomego koryta Krzyworzeki oraz Potoku
Niedźwiadek dla poszczególnych lat
W korycie Krzyworzeki zmiany dotyczą głównie starorzeczy,
które zostały całkowicie odcięte, bądź uległy przekształceniom,
z koryta roztokowego w koryta jednonurtowe (ryc. 2a i 2b). Dominujący wpływ na kształtowanie się układu poziomego tej rzeki ma
postępujące zagospodarowanie doliny rzecznej. Koryto Krzyworzeki uległo wyprostowaniu, a meandry uległy znacznym skróceniom. Wpływ na takie przekształcenia miała również budowa drogi
w pobliżu aktywnego koryta rzeki, która w sposób sztuczny zawęża
aktywny przekrój poprzeczny rzeki i ogranicza łączność rzeki z terenami zalewowymi. Na terenach zurbanizowanych aktywne koryto rzeki zawęża się za pomocą obwałowań lub koszy siatkowo– kamiennych, które ograniczają erozję boczną koryta cieku. W okresie
pomiędzy 1934 r. a 2002 i 2006 rokiem przeprowadzono liczne regulacje, których celem było skanalizowanie koryta poprzez nadanie
odpowiedniego spadku, wydłużenie odcinków prostych oraz skrócenia meandrów. Konsekwencją takich zabiegów jest szybszy spływ
wody w korycie cieku.
324
Ryc. 2a i 2b. Zmiany koryta Krzyworzeki w ujęciu historycznym
na wybranych odcinkach
Przebieg „starego” koryta Potoku Niedźwiadek przez tereny,
gdzie postępowała zabudowa mieszkaniowa oraz rozbudowa infrastruktury technicznej, wiązało się z dużym ryzykiem zagrożenia
powodziowego. Przebieg koryta uległ zmianie i w chwili obecnej Potok
Niedźwiadek płynie poza terenem zabudowanym, gdzie w przypadku
wezbrania, woda może swobodnie wylewać na tereny wykorzystywane rolniczo (ryc. 3). Analizując historyczne dane dotyczące układu
poziomego koryta Potoku Niedźwiadek można stwierdzić, że
w miejscu dotychczasowego koryta cieku przebiega droga.
325
Ryc. 3. Zmiany koryta Potoku Niedźwiadek w ujęciu historycznym
na wybranym odcinku
WNIOSKI
1.Posługiwanie się archiwalnymi mapami topograficznymi
obarczone jest pewną niepewnością. Mapy te zawierają błędy w odwzorowaniu kartograficznym, które po analizie porównawczej można wyeliminować.
2.Skala archiwalnych map w większości przypadków jest
zbyt duża do wykonywania porównań zmian przebiegu koryt rzecznych. Taką analizę można przeprowadzić jedynie w skali makro.
Dla dokładnego określenia zmiany biegu koryta rzeki konieczne jest
wykorzystanie innych materiałów źródłowych jak np. mapy katastralne o dużej dokładności odwzorowania.
3.Należy jednak stwierdzić, że dysponujemy ograniczoną
dostępnością danych archiwalnych, które dotyczą jedynie układu
poziomego koryta rzeki. W chwili obecnej za pomocą nalotów generowane są numeryczne modele terenu. Niestety również one, pomimo zastosowania nowoczesnych technik pomiarowych nie uwzględniają morfologii koryta rzecznego, ponieważ nie odczytują rzędnych
poniżej zwierciadła wody.
4.Układ pionowy zawierający informację o rzędnych dna
koryta rzecznego jest niezbędny do przeprowadzenia oceny hydrodynamicznej. Ocena ta umożliwia przeprowadzenie analizy sta326
bilności, co pozwala prognozować dalszą intensywność procesów korytotwórczych dolin rzecznych.
LITERATURA
Korpak J., Krzemień K., Radecki-Pawlik A. 2008. Wpływ czynników antropogenicznych na zmiany koryt cieków karpackich. Monografia 4. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich, Kraków.
Radecki-Pawlik A. 2011. Hydromorfologia rzek i potoków górskich. Działy
wybrane. Wydawnictwo Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie, Kraków.
Wiejaczka Ł., Bochenek W. 2013. Przekształcenie dna koryta rzeki górskiej
w czasie dużych wezbrań na przykładzie Ropy. Prace Geograficzne,
zeszyt 132, s. 27 – 38, Kraków.
www.wios.tarnow.pl/wios/raporty/ocena/region02/krzyworzeka.htm
mgr inż. Maria Nawieśniak
dr hab. inż. Józef Hernik
ul. Balicka 253c
30 – 149 Kraków
e-mail: [email protected],[email protected]
dr inż. Mateusz Strutyński
Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki
Opiekun naukowy: dr hab. Józef Hernik
327
Angela Potasznik
Sławomir Szymczyk
Ilona Świtajska
Żaneta Banaszek
Cristina Timofte
EPISTEME
22/2014, t. II
s. 329-338
ISSN 1895-2241
ZMIENNOŚĆ WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNYCH
W WODACH RZEKI SYMSARNY PRZEPŁYWAJĄCEJ
PRZEZ JEZIORO SYMSAR
VARIATION OF PHYSICAL PROPERTIES
OF SYMSARNA RIVER WATERS
FLOWING THROUGH OF LAKE SYMSAR
Abstrakt. Analiza właściwości fizycznych przeprowadzona została w wodach powierzchniowych jeziora Symsar oraz w jego dopływach (rzeka
Symsarna, Tolknicka Struga, rów odwadniający zlewnie leśno-rolniczą i rolniczo-leśną) oraz w odpływie (rzeka Symsarna) w okresie od listopada 2012
roku do października 2013 roku. Pomiary właściwości fizycznych wód (temperatura, przewodność elektrolityczna, pH oraz natlenienie) wykonywane
były raz w miesiącu bezpośrednio w terenie za pomocą sondy wieloparametrycznej YSI 556. Celem przeprowadzonych badań była ocena wpływu
zagospodarowania zlewni na jakość wód w rzece Symsarnie przepływającej
przez jezioro Symsar. Znaczący wpływ na pogorszenie parametrów fizykochemicznych wody w Symsar i przepływającej przez niego rzeki wywierał dopływ wód Tolknicką Strugą zanieczyszczonych ściekami bytowymi
odpływającymi z nieefektywnie działającej osiedlowej oczyszczalni ścieków
oraz dopływem zanieczyszczeń ciekiem ze zlewni rolniczo-leśnej.
Summary. The analysis of physical properties was carried out in the surface waters of the lake Symsar and its tributaries (river Symsarna, Tolknicka
Struga and two agro-forestry brooks I and II) and outflow (river Symsarna)
during the period from November 2012 to October 2013. The study included monthly sampling of surface waters representative for the examined
drainage basin to physical analyses (temperature, electrolytic conductivity,
pH and oxygenation) using a multi-parametric probe YSI 556. The aim of
the study was to assess the impact of catchment land use on water quality in
329
Angerla Potasznik, Sławomir Szymczyk, Ilona Świtajska, Żaneta Banaszek
the river Symsarna flowing through of the lake Symsar. Significant impact
on the deterioration quality (physical parameters) of water in Symsar and
the river flowing through it were exerting polluted waters of Tolknicką Struga (polluted of domestic waste leaving from operating inefficiently housing
estate sewage treatment plants) and tributary watercourse pollution from
the catchment agro-forestry .
WSTĘP
Ze względu na usytuowanie zbiorników jeziornych w obniżeniu terenu, jakość ich wód zależy przede wszystkim od rodzaju gleb, sposobu zagospodarowania i ukształtowania powierzchni zlewni, z której
odpływające składniki potencjalnie mogą prowadzić do ich degradacji.
Istotny wpływ na odczyn wód oraz zróżnicowanie wskaźników chemicznych mają warunki atmosferyczne – rozkład i zmienność opadów, a także temperatura powietrza [Świtajska i in. 2013, Szymczyk
2011]. W największym stopniu do eutrofizacji wód powierzchniowych mogą przyczyniać się składniki biogenne, jak azot i fosfor.
Temperatura wód jest istotnym czynnikiem modyfikującym przebieg
w nich różnych procesów chemicznych. Głównym czynnikiem ogrzewającym wody powierzchniowe jest bezpośrednie działanie światła
słonecznego. Jednak za wzrost ich temperatury odpowiadać mogą
inne czynniki, jak np. dopływ ścieków bytowych lub przemysłowych
w postaci wód pochłodniczych. Wzrost temperatury przyspiesza proces fotosyntezy, co powoduje szybszy wzrost roślin, ale również ich
obumieranie i rozkład. Wpływa to na większe zużycie tlenu przez organizmy wodne, co prowadzi do okresowo występujących deficytów
tlenowych [Neverova- Dziobak i in. 2011].
Celem przeprowadzonych badań była ocena wpływu zagospodarowania zlewni na jakość wód w rzece Symsarnie przepływającej
przez jezioro Symsar.
MATERIAŁ I METODY
Badania dotyczące wpływu rzeki Symsarny na zmienność temperatury, przewodności elektrolitycznej właściwej, pH oraz natlenienia
wody w jeziorze Symsar prowadzone były od listopada 2012 do października 2013 r. Symsar jest zbiornikiem przepływowym, ostatnim
330
Zmienność właściwości fizycznych w wodach rzeki symsarny przepływającej...
na trasie rzeki Symsarny przed jej ujściem do rzeki Łyna [Potasznik
i in. 2012]. Powierzchnia jeziora wynosi 135,5 ha (o głębokości max.
9,6 m), a jego zlewnia całkowita obejmuje 229,1 km2 (w tym ok. 2,2
km2 zajmuje zlewnia bezpośrednia). Oprócz rzeki Symsarna (rys.1),
jezioro zasilają także mniejsze cieki, między innymi rów melioracyjny,
tzw. Tolknicka Struga, do którego dopływają ścieki (tylko mechanicznie oczyszczone) z osiedla mieszkaniowego we wsi Klutajny oraz dwa
dopływy (ciek I – o zlewni leśno-rolniczej i ciek II – rolniczo-leśnej),
odwadniające zdrenowany obszar rolniczo-leśny.
Na obszarze zlewni bezpośredniej jeziora Symsar przeważają
tereny leśno-rolnicze. W jej północno-wschodniej oraz południowo-zachodniej i zachodniej części usytuowane są lasy zajmujące
45% powierzchni. Pozostałą część obszaru, z którego mogą nastąpić
spływy obszarowe, stanowią grunty orne (40%), użytki zielone (5%)
oraz tereny rekreacyjne – liczne domki letniskowe, które wraz z zabudowaniami zajmują ok. 10% powierzchni zlewni bezpośredniej jeziora. Wcześniej prowadzone badania pozwoliły zakwalifikować jezioro
do III klasy jakości wód i III kategorii podatności na degradację [Sidoruk i Potasznik 2011].
Omawiane w pracy wskaźniki jakości wód (temperatura, przewodność elektrolityczna, pH oraz natlenienie) oznaczano bezpośrednio w terenie za pomocą multiparametrycznej sondy YSI 556.
Rys. 1. Lokalizacja punktów pomiarowych
331
Badane parametry analizowano dla całego okresu badań oraz z
podziałem na sezon wegetacyjny (Sezon I) i pozawegetacyjny (Sezon
II). W tym celu obliczono wartości średnie badanych wskaźników
z uwzględnieniem wyróżnionych sezonów i całego okresu badawczego, dla którego obliczono odchylenie standardowe (SD) oraz
współczynnik zmienności (V).
WYNIKI
Spośród omawianych wskaźników największą zmiennością w okresie badań charakteryzowała się temperatura wody (V od 73% do 99
%), na co bezpośrednio wpływała aktualna temperatura powietrza
i intensywność nasłonecznienia (pora roku), a także charakter wód
(płynące lub stojące) oraz wielość przepływu i zacienienie (zlewnia leśno-rolnicza). W ciągu analizowanego okresu badawczego najwyższą
wartością temperatury (12,4±9,0˚C) charakteryzowały się wody cieku
rolniczo-leśnego II (tab. 1) oraz w zatoce jeziora (10,4±9,3˚C). Wyższe wartości temperatury były spowodowane ogrzewaniem się wód
płynących z niewielkim natężeniem (ciek odwadniający zlewnię rolniczo-leśną) oraz stojących (zatoka), które nie ulegały intensywnemu
mieszaniu i zasilaniu chłodniejszymi wodami płynącymi. Również
wody rzeki Symsarny charakteryzowały się wyższymi temperaturami
w porównaniu do pozostałych cieków, gdzie na dopływie jej wartość
wynosiła 9,6±8,7˚C, zaś na odpływie z jeziora 9,5±8,9˚C.
Tab. 1 . Zmienność wybranych wskaźników fizycznych w poszczególnych
punktach pomiarowych
Punkt pomiarowy
Sezon I
Sezon II
Min
Max
Średnia±SD
V [%]
Temperatura [˚C]
Rzeka
Symsarna
- dopływ
18,8
3,0
0,9
23,8
9,6±8,7
90
Tolknicka
Struga dopływ
17,0
2,5
-0,2
21,0
8,2±8,1
99
332
Ciek I dopływ
13,5
2,3
0,0
19,4
7,1±6,5
91
Ciek II dopływ
19,2
2,8
-0,2
25,2
12,4±9,0
73
Jezioro
Symsar
18,1
3,0
-0,2
22,9
8,8±8,8
99
Zatoka
Jeziora
Symsar
19,6
3,1
0,0
24,2
10,4±9,3
89
Rzeka
Symsarna
- odpływ
19,4
2,7
0,4
23,5
9,5±8,9
93
Przewodność [µS∙cm-3]
Rzeka
Symsarna
- dopływ
355
412
264
551
380±73,3
19
Tolknicka
Struga dopływ
467
415
237
701
461±136,1
29
Ciek I dopływ
335
278
180
454
319±95,0
30
Ciek II dopływ
308
362
213
440
347±64,4
19
Jezioro
Symsar
315
320
209
413
318±56,8
18
Zatoka
Jeziora
Symsar
283
342
210
467
326±75,8
23
Rzeka
Symsarna
- odpływ
562
398
232
919
417±162,0
39
8,62
7,53±0,75
9
pH
Rzeka
Symsarna
- dopływ
8,03
7,24
6,54
333
Tolknicka
Struga dopływ
7,64
7,08
6,54
8,24
7,25±0,46
6
Ciek I dopływ
7,62
7,09
6,35
8,67
7,18±0,65
9
Ciek II dopływ
7,86
7,23
6,88
8,48
7,51±0,51
7
Jezioro
Symsar
8,01
7,51
6,54
8,24
7,7±0,99
8,5
Zatoka
Jeziora
Symsar
8,20
7,24
6,55
8,61
7,66±0,67
9
Rzeka
Symsarna
- odpływ
8,21
7,10
6,56
9,41
7,57±0,82
11
Tlen [mg∙dm-3]
Rzeka
Symsarna
- dopływ
8,96
11,62
5,90
20,55
10,20±4,01
39
Tolknicka
Struga dopływ
7,07
11,21
3,46
19,59
9,13±4,18
46
Ciek I dopływ
10,28
11,29
6,98
17,03
10,62±2,50
24
Ciek II dopływ
8,46
9,17
3,94
11,88
8,15±2,99
37
Jezioro
Symsar
9,28
10,96
7,90
18,05
10,32±2,88
28
Zatoka
Jeziora
Symsar
8,84
9,83
6,16
14,83
9,25±2,68
29
Rzeka
Symsarna
- odpływ
8,23
10,32
6,58
16,60
9,34±2,84
30
Sezon I – wegetacyjny
Sezon II - pozawegetacyjny
334
Temperatura wody, która zależna jest od pory roku, ma decydujący
wpływ na intensywność i kierunek procesów zachodzących w wodach
powierzchniowych, a tym samym na koncentrację w nich substancji
organicznych i składników mineralnych wpływających na ich jakość.
Na podstawie badań przeprowadzonych od marca 2011 roku do lutego 2012 roku obserwowało się wyższe koncentracje form azotu
w sezonie pozawegetacyjnym, zwłaszcza w przypadku dopływu do
cieku mechanicznie oczyszczonych ścieków bytowych [Potasznik i in.
2013].
Za wartość przewodnictwa elektrolitycznego właściwego w wodzie (wskaźnik poziomu mineralizacji) odpowiada zawartość soli nieorganicznych, składających się z dodatnio naładowanych kationów oraz
ujemnie naładowanych anionów przewodzących prąd elektryczny.
Całkowicie czysta woda w temperaturze 25˚C charakteryzuje się
przewodnictwem rzędu 0,055 µS∙cm-1 z powodu obecności jonów wodorowych i wodorotlenowych. Zaś jego wartości w wodach płynących
mogą wynosić nawet kilka tysięcy µS∙cm-1 [Dojildo 1995]. W ciągu
okresu badawczego największe wartości przewodnictwa (średnio 461±136,1 µS∙cm-3) obserwowane były w wodach Tolknickiej
Strugi będącej odbiornikiem mechanicznie oczyszczonych ścieków
bytowych (tab. 1). Również duże przewodnictwo (średnio 417±162,0
µS∙cm-3) występowało w wodach wypływających z jeziora Symsar
(rzeka Symsarna - odpływ), w których stwierdzono jego największe wartości (średnio 562 µS∙cm-3) w sezonie wegetacyjnym. Większe przewodnictwo stwierdzane w wodzie odpływającej z jeziora niż
w dopływającej rzeką Symsarną w tym okresie mogło być związane
z dopływem zanieczyszczeń, szczególnie mniejszymi ciekami. Mogło również wynikać ono ze zwiększenia stężenia składników mineralnych w wodzie jeziora Symsar w skutek wewnętrznego wzbogacania wód (mineralizacja osadów dennych w okresie letnim) oraz
częściowo zatężeniem składników w wyniku parowania wody ze zbiornika.
Odczyn wód naturalnych powierzchniowych może wahać się
od pH 4 do pH 9 w zależności od zawartości w nich węglanów, wodorowęglanów i dwutlenku węgla. Wpływ na zakwaszenie wód
może mieć rodzaj podłoża glebowego, które może zawierać związki
o charakterze kwaśnym bądź zasadowym. Odczyn wody może rów335
nież zależeć od składu i pH opadów atmosferycznych oraz dopływu
zanieczyszczeń ze ściekami bytowymi, jak również od rodzaju
zlewni. I tak, np. wody w ciekach zasilanych spływami z terenów
leśnych czy bagiennych, zawierających kwasy humusowe mogą mieć
odczyn zbliżony do kwaśnego [Allan 1988; Dojildo 1995]. Analizowane wody charakteryzowały się odczynem od słabo kwaśnego
(pH 6,35 w dopływie ze zlewni leśno-rolniczej) do zasadowego (pH
9,41 w odpływie Symsarny), ale przeważnie miały one odczyn słabo zasadowy. Największą zmienność odczynu (V=6%) stwierdzono
w wodzie Tolknickiej Strugi będącej odbiornikiem mechanicznie
oczyszczonych ścieków, zaś największy (V=11) w odpływie z jeziora
Symsar. Stwierdzono również, że we wszystkich badanych wodach
większe wartości pH występowały w sezonie wegetacyjnym.
W badaniach przedstawionych w pracy Augustyna i in. [2012]
została podjęta próba oszacowania zależności przewodnictwa od wartości odczynu wód. Przewodność wód nie wykazywała zmienności
w skorelowaniu jej z odczynem: średnia wartość mineralizacji wód
wynosiła 494 µS∙cm-3 przy pH poniżej 7, a przy pH 7,1-7,5 wartość ta
zmniejszyła się do 455 µS∙cm-3. W przypadku badań przedstawionych
w pracy średnia wartość przewodnictwa wynosiła 369 µS∙cm-3 przy
pH średnim wynoszącym 7,45.
Temperatura oprócz bezpośredniego wpływu na przebieg
procesów chemicznych ma wpływ na ilość tlenu rozpuszczonego
w wodzie. Rozpuszczalność tlenu w zimnej wodzie jest większa
niż w wodzie ciepłej, a zatem jego rozpuszczalność maleje w miarę
wzrostu temperatury. W wodzie Tolknickiej Strugi obserwowano zależność tę zwłaszcza w sezonie wegetacyjnym (Sezon I) kiedy wyższa
temperatura wody (ok. 17˚C) sprzyjała zwiększeniu intensywności
rozkładu wprowadzanych wraz ze ściekami substancji organicznych
(zwiększenie wartości przewodnictwa), co spowodowało zubożenie
wody w tlen (średnio 7,07 mg∙dm-3). Jednak najmniejsze natlenienie (3,94 mg∙dm-3) w badanych wodach stwierdzono w rowie odwadniającym zlewnię rolniczo-leśną, zaś największe (20,55 mg∙dm-3)
w wodzie dopływającej do jeziora rzeką Symsarną (tab. 1). Stwierdzenie zbliżonych średnich wartości stężeń tlenu w wodzie dopływającej
rzeką Symsarną (10,20±4,01 mg∙dm-3), a także w jeziorze Symsar
(10,32±2,88 mg∙dm-3) wskazuje na pozytywny wpływ tej rzeki na
336
utrzymanie dobrego natlenienia w głównym akwenie zbiornika. Zaś
stosunkowo niskie stężenie tlenu rozpuszczonego w wodzie zatoki
jeziora, wskazuje na bardzo małą wymianę w niej wód, co szczególnie
w okresie wegetacji przyczynia się do spadku natlenienia, a w efekcie
do pogorszenia ich jakości.
WNIOSKI
1. Na temperaturę badanych wód wpływały głównie aktualne
warunki meteorologiczne (temperatura powietrza i intensywność
nasłonecznienia), a także rodzaj wód (płynące lub stojące) oraz
wielkość ich przepływu i zacienienie w rowie płynącym przez obszar
leśny.
2. Najważniejszymi czynnikami modyfikującymi przewodność
elektrolityczną właściwą, natlenienie i odczyn wód odpływających
z jeziora Symsar były temperatura wody, wpływająca na intensywność
procesów fizykochemicznych oraz sposób zagospodarowania zlewni
cieków zasilających zbiornik.
3.Znaczący wpływ na pogorszenie parametrów fizykochemicznych wody w Symsar i przepływającej przez niego rzeki wywierał
dopływ wód Tolknicką Strugą zanieczyszczonych ściekami bytowymi
odpływającymi z nieefektywnie działającej osiedlowej oczyszczalni
ścieków oraz dopływem zanieczyszczeń ciekiem ze zlewni rolniczoleśnej.
LITERATURA
Allan J.D. 1988. Chemizm wód płynących [W:] Ekologia wód płynących.
Wyd. Nauk. PWN, Warszawa: 36-59.
Augustyn Ł., Kaniuczak J., Stanek-Tarkowska J. 2012. Wybrane właściwości
fizykochemiczne i chemiczne wód powierzchniowych Wisłoki przeznaczonych do spożycia. Inżynieria Ekologiczna Nr 28: 7-19.
Dojlido J.R. 1995. Chemia wód powierzchniowych. Wyd. Ekonomia i środowisko, Białystok
Neverova-Dziobak E., Kowalczyk E., Bartoszek L., Koszelnik P. 2011. Ocena stanu troficznego zbiornika zaporowego Solina. Budownictwo
i Inżynieria Środowiska z. 58 (2/11) W: Zeszyty Naukowe Politechniki
rzeszowskiej Nr 276: 197-208.
337
Potasznik A., Świtajska I., Banaszek Ż. 2012. Czynniki wpływające na zanieczyszczenia azotem wód powierzchniowych. Nowe trendy w naukach
przyrodniczych 3: 18-25.
Potasznik A., Sidoruk M., Świtajska I., Banaszek Ż. 2013. Wpływ rolniczego
zagospodarowania zlewni na zawartość azotu w jeziorze Symsar. EPISTEME – Czasopismo Naukowo-Kulturalne, Kraków, Nr. 18, t. III: 225232.
Sidoruk M., Potasznik A. 2011. Stan trofii jeziora Symsar i możliwości jego
poprawy. Inżynieria Ekologiczna Nr 26: 221-229.
Szymczyk S. 2011. Zagroda wiejska jako źródło zanieczyszczenia wód [W:]
Ochrona zasobów i jakości wody w krajobrazie wiejskim. Współ. prob.
Kształ. i Ochr. Środ. Olsztyn: 107-121.
Świtajska I., Szymczyk S., Koc J. 2013. Wpływ sposobu użytkowania terenu
na jakość wód gruntowych. Proceedings of Ecopole 7(1): 259-265.
mgr. inż. Angela Potasznik
Uniwersytet Warmińsko – Mazurski w Olsztynie
Wydział Kształtowania Środowiska i Rolnictwa
Pl. Łódzki 2 10-719 Olsztyn
dr hab. inż. Sławomir Szymczyk
mgr. inż. Ilona Świtajska
mgr. inż. arch. kraj. Żaneta Banaszek
mgr.inz. Cristina Timofte
Opiekun naukowy: dr hab. inż. Sławomir Szymczyk
338
Magdalena Semla, Grzegorz Formicki
Agnieszka Greń, Zofia Goc
Edyta Kapusta, Aleksandra Lasa
Marta Batoryna, Kinga Kraska
EPISTEME
22/2014, t. II
s. 339-347
ISSN 1895-2241
Effects of UV-A and UV-B radiation on the
retina of Rana temporaria L. larvae.
Wpływ promieniowania UV-A i UV-B
na siatkówkę oka larw żaby trawnej,
Rana temporaria L.
Abstrakt. Celem pracy było określenie wpływu promieniowania UV-A i
UV-B na histopatologiczne zmiany w siatkówce oka larw żaby trawnej. Do
badań wykorzystano kijanki żaby trawnej, będące w 38-40 stadium rozwojowym wg. Gosnera (1960). Badania przeprowadzono w dwóch seriach (I
seria: UV-A; II seria: UV-B). W każdej serii wyznaczono grupę kontrolną,
w której kijanki nie były naświetlane UV i trzy grupy doświadczalne, które
różnicowała dawka działającego promieniowania UV. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że UV-A ma istotny wpływ na wzrost
grubości siatkówki oka badanych kijanek. Wraz ze wzrostem dawki promieniowania UV-A, wzrastała grubość siatkówki oka. Natomiast, w wyniku działania promieniowania UV-B oszacowano, że wraz ze wzrostem
dawki, zmniejszała się grubość siatkówki oka larw żaby trawnej. Ponadto
promieniowanie UV-B istotnie zmieniło strukturę poszczególnych warstw
budujących siatkówkę oka. Odnotowane zmiany mogą zaburzać proces
widzenia u larw płazów a przez to przyczyniać się do zmniejszenia ich przeżywalności i wzrostu śmiertelności żaby trawnej.
Słowa kluczowe: UV, siatkówka, płazy, oko
Summary. Energy of UV radiation absorbed by the light-sensitive structures of the eye damage them at the cellular, physiological and molecular level.
Cytotoxic effects of UV can be potentially negative to the retina of amphibians larvae. The aim of the study was to investigate the UV-A and UV-B
effects on histopathological changes in the retina of larvae of Rana temporaria. We segregated the animals into one control and three experimental
339
Magdalena Semla, Grzegorz Formicki, Agnieszka Greń, Zofia Goc, Edyta Kapusta
groups. Retinal measurements were performed in larvae representing stage
38-40 using the ocular micrometer. Our results indicate that UV has significant effect on the retinal thickness in larvae of Rana temporaria. UV-A
radiation causes an increase in the thickness of the retina. In contrast, UV-B
reduces the thickness of the retina and is the cause of pathologic disorders.
These studies suggest that UV radiation contribute to defects of the eye of
amphibian larvae and reduction in their survival.
Key words: UV, retina, amphibian, eye
INTRODUCTION
In recent years in many amphibian species all over the world there
has been a decrease in number of population detected. The reasons
for decreasing the amphibian population include the following: destruction of the natural environment, pesticides, climate change, parasites, introduction of alien species and UV radiation [Wake 1991,
Alford and Richards 1999; Blaustein and Kiesecker 2002; Blaustein
et al. 2003; Boone and James 2003; Lannoo 2005]. Among many factors of global reach there is UV radiation that has a great influence on
the amphibian embryonic development. The effect of UV radiation is
e.g. dissolution of the egg coats damage of the cell nuclei, disruption
of the metamorphosis, impairment of the induction process in the
development of the nervous system and notochord [Blaustein et al.
1994, Blaustein et al. 1997; Cummins 2003]. These phenomena are
the cause for the increased rate of embryo mortality as well as numerous malformations among larvae leaving the egg coats.
Very little is still known about the influence of UV radiation on
the amphibian sensory organs, in particular the eye. By virtue of
their functions, the photosensitive elements of the eye, including retina, are particularly exposed to the numerous functional and structural changes. Vision disorders among amphibian larvae can reduce
their survival in natural water reservoirs.
The aim of the research was to assess the influence of UV-A and
UV-B radiation upon histopathological changes in the retina of the
larvae of common frog Rana temporaria. We have particularly paid
attention to the changes in the retinal thickness, depending on the
dose rate of UV radiation.
340
Effects of uv-a and uv-b radiation on the retina of rana temporaria l. larvae.
MATHERIAL AND METHODS
Animals. The experiment was conducted on tadpoles Rana temporaria. Tadpoles used in the research were grown from eggs laid by
females in the laboratory (Department of Vertebrate Zoology and
Human Biology, Pedagogical University of Cracow). Pairs of frogs in
amplexus (5 pairs) were captured in ponds around Dojazdów, near
Cracow. Spawn of samples were taken following insemination (about
100 eggs/pair). The remaining spawn and frogs were returned to the
environment, which they were caught. Embryos and tadpoles were
cultured in 0.9 L crystallizers (15 specimen in each) filled with tap
water (20°C ± 2°C).
Exposure of larvaes to UV-A and UV-B ultraviolet light. In the I series,
the tadpoles three experimental group were irradiated with UV-A
(UV-A lamps, Sylwania WTS-30-A) for 3 h daily. In the second series,
animals of experimental groups were irradiated with UV-B lamps
(UV Stec Li-315 L) for 3 h daily. The tadpoles of control groups in
both series were irradiated with fluorescent lamps simulating solar
spectrum (Sunglo Japan 15W) for 12 hours per day. The doses of
UV-A and UV-B were calculated basing on the measurements of the
intensity of the ultraviolet radiation prevailing in the natural environment (radiometer Spektroline DRC-100X with DIX 365 sensor:
320-400 nm and DIX300 sensor: 310-340 nm). The determined values (μW•cm-2) were converted to potential average dose (kJ•m-2). The
applied doses of UV-A and UV-B for individual research groups are
presented in Tab. 1.
Tab. 1. Daily doses of UV-A and UV-B applied for experimental groups
of Rana temporaria tadpoles.
Characteristic
Doses of UV radiation [kJ•m-2/day]
UV-A
UV-B
0
0
Group I
54
0,8
Group II
109
1,6
Group III
217
3,2
Control group
K
Experimental group
341
Histochemical analysis. Tadpoles taken for histology represented 3840 stage by Gosner [1960]. The histological samples were immersed in paraffin and submitted to standard staining with eosin and
Meyer’s hematoxilin [Bancroft and Gamble 2008]. Measurements of
the retina was performed using an eyepiece micrometer (Approx.-15
HP, Polish Betting Optical) and a microscope (Nikon Labophot 2) at
a magnification of 600X. Photographic documentation was prepared
using (Pixelink PL-A662-KIT camera).
Statistical analysis. The results were not normally distributed. The differences among tested groups were estimated with Kruskal-Wallis
test. U Mann-Whitney test was used to determine the differences
between the effects of UV-A and UV-B radiations. Significance level
was established at the level 0.05. All calculations were performed
with Excel 2010 (Microsoft) and Statistica 10 (StatSoft).
RESULTS
UV-A effects on the thickness of the eye retina in larvae of Rana temporaria. UV-A irradiation have significant influence on the thickness
of eye retina in larvae of Rana temporaria (H = 66.3, p = 0). The
thickness of the tested eye structures was increased after irradiation
with of UV-A (Fig. 1). The highest thickness of the retina (46.36 µm
± 9.56 SD) was noted in the larvae irradiated with UV-A (dose 109
kJ•m-2). Similar results were observed in the larvae of the third experimental group irradiated with UV-A (dose 217 kJ•m-2). The increase
of the retina thickness in experimental groups II and III were statistically significant (p < 0.05) in comparison to control. In tadpoles
of the I experimental group irradiated UV-A (36.36 µm ± 7.61 SD;
dose 54 kJ•m-2), the average thickness of the retina was lower than
observed in II and III experimental groups. On the other hand, the
difference was statistically significant comparing to control group (p
< 0.05) (Fig. 1).
UV-B effects on the thickness of the eye retina in larvae of Rana temporaria. UV-B irradiation have significantly influence on the thickness of
eye retina in larvae of the test animals (H = 38.9, p = 0). The thickness
342
of the retina was decreased after exposure to UV-B (Fig. 2). The
lowest thickness of the retina was observed in III experimental group
(25.09 µm ± 7.84 SD, dose 3.2 kJ•m-2). Similar result was observed
in II experimental group (26.82 μm ± 6.08 SD; dose 1.6 kJ•m-2). The
differences were statistically significant in comparison to the control
group (p < 0.05) (Fig. 2). Reduced thickness of eye retina (31.72 µm ±
6.80 SD) also occurred in animals of the I experimental group (dose
0.8 kJ•m-2), compared to the control group (35.00 µm ± 5.87 SD).
However, these difference was not significant.
Fig. 1. The thickness of the retina in larvae of Rana temporaria (µm ± SD)
exposed to different doses of UV-A radiation. * Statistically significant
differences compared to the control group; # Statistically significant differences between the experimental groups
Fig. 2. The thickness of the retina in larvae of Rana temporaria (µm ± SD)
exposed to different doses of UV-B radiation. * Statistically significant
differences compared to the control group; # Statistically significant
differences between the experimental groups
343
DISSCUSION
The achieved results indicate that UV-A and UV-B radiation reaches
the retina of the larvae of Rana temporaria. This would imply that
the tadpoles of common frog have the ability to see in ultraviolet.
However, there are no literature data available on this topic. It is
known that the ability to see in ultraviolet is common among many,
but not all vertebrate species [Jacobs 1992].
UV radiation is a factor that gives rise to some histopathological
changes in the retina of the larvae of common frog. The radiation
cytotoxicity depends mostly on the radiation wavelength as well as
the exposure dose [Antwis and Browne 2009]. Our results indicate that UV-B radiation causes the retinal thickness to decrease. As
a consequence of the exposure to UV radiation the layer of the ganglion cells has been damaged and in the inner granular layer the so
called crypts appeared. In addition, the increase in the thickness of
the inner plexiform layer was noticed (Fot.1). The observed changes
may cause vision disorders among amphibian larvae and thereby lead
to the lower survival rate of the animals in their natural habitat. Moreover, the increased level of UV-B radiation may be dangerous for
the tadpoles due to the observed number of skin damage and lens
opacity [Flamarigue et al. 2000]. However, it should be kept in mind
that the laboratory conditions differ from typical conditions in the
natural environment, where larvae can actively avoid areas of too
much exposure to sunlight.
The research of Robert et al. [1996] showed the clear effect of
UV-A radiation on the mutagenesis in human cells. Furthermore,
UV-A radiation accelerates the ageing processes of the cells, causes
the destruction of the lens proteins and subsequently leads to cataract [Linetsky et al. 1996]. Interesting is also the impact of UV-A
radiation, which has caused the retinal thickness of common frog to
increase. Together with the increase of the UV-A dose, the thickness
of the examined layer also increases. However, UV-A radiation has
not caused any changes in the number of the cells that form individual retinal layers, which means that the examined increase in the
retinal thickness was connected with the functional changes, such
as higher activity of cells, increased blood flow in the back of the eye,
among others.
344
Fot. 1. Histopathological lesions in retina of larvae of Rana temporaria
exposed to 3.2 kJ•m-2 dose of UV-B radiation: A - the increase in the
thickness of the inner plexiform layer; B - the inner granular layer with
crypts; C – exfoliative cells of the ganglion cells; D - layer of rods and cones
CONCLUSION
UV-A and UV-B radiation reach the retina of the larvae of Rana temporaria. UV-A radiation causes an increase in the thickness of the retina, which was probably related to the functional changes e.g. increased blood flow in the back of the eye. UV-B reduces the thickness of
the retina probably thanks to its cytotoxic action. Thus the radiation
effects on the eye retina mostly depends on the radiation wavelength. The observed changes may cause vision disorders in amphibian
larvae and thereby may lead to the lower survival rate of the animals
in their natural habitat.
LITERATURE:
Alford R.A. Richards S.J. 1999. Global amphibian declines: a problem in
applied ecology. Annual Review of Ecology and Systematics, 30, 133-16
Antwis R. Browne RK. 2009. Ultraviolet radiation and Vitamin D3 in Amphibian Health, Behaviour, Diet and Conservation. Comparative Biochemistry and Physiology Part A, 154 (2): 184-190
345
Bancroft J.D. Gamble M. 2008. Theory and practice of histological techniques. Churchill Livingstone. Elsevier, 121-134
Blaustein A.R. Hoffman P.D. Hokit D.G. Kiesecker J.M. Walls S.C. Hays J.B.
1994. UV repair and resistance to solar UV-B in amphibian eggs: a link
to population declines? Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 91, 1791-1795.
Blaustein A.R. Kiesecker J.M. 2002. Complexity in conservation: lessons
from the global decline of amphibian populations. Ecology Letters,
5, 597-608
Blaustein A.R. Kiesecker, J.M. Hoffman P.D. Hays J.B. 1997. The significance of ultraviolet-B radiation to amphibian population declines. Reviews
in Toxicology, 1, 147-165
Blaustein A.R. Romansic J.M. Kiesecker J.M. Hatch A.C. 2003. Ultraviolet
radiation, toxic chemicals and amphibian population declines. Diversity and Distributions, 9: 123-140
Boone M.D. James S.M. 2003. Interactions of an insecticide, herbicide, and
natural stressors in amphibian community mesocosms. Ecological
Applications. 13(3), 829-841
Cummins C.P. 2003. UV-B radiation, climate change and frogs — the importance of phenology. Annales Zoologici Fennici, 40: 61-67
Flamarigue I.N. Ovaska K. Davis T.M. 2000. UV-B Induced Damage to the
Skin and Ocular System of Amphibians. The Biological Bulletin, 199,
187-188
Gosner K.L. 1960. A simplified table for staging an uran embryos and larvae
with notes on identification. Herpetologica, 16: 183-190
Jacobs GH. 1992. Ultraviolet Vision in Vertebrates. American Zoologist, 32
(4): 544-554
Lannoo M.J. 2005. Amphibian Declines: The Conservation Status of United
States Species of U.S. Amphibians. University of California Press, Berkeley, California. 1094 pp.
Linetsky M. James H.L. Ortwerth BJ. 1996. The generation of superoxide
anion by the UV-A irradiation of human lens proteins. American Zoologist, 63: 67-74
Robert C. Muel B. Benoit A. Dubertret L. Sarasin A. Stary A. 1996. Cell survival and shuttle vector mutagenesis induced by ultraviolet A and ultraviolet B in a human cell line. Journal of Investigative Dermatology,
106 (4): 721-728
Wake D.B. 1991. Declining amphibian populations. Science, 253, 860
346
mgr Semla Magdalena
e-mail: [email protected]*
dr hab. Formicki Grzegorz, prof. UP
mgr inż. Batoryna Marta
dr Goc Zofia ([email protected]*
dr Greń Agnieszka
mgr Kapusta Edyta
mgr Kraska Kinga
mgr Lasa Aleksandra*
Institute of Biology
Pedagogical University of Cracow
Podbrzezie 3, 31-054 Cracow, Poland
Opiekun naukowy: dr hab. Grzegorz Formicki, prof. UP
347
Aneta Sikora
EPISTEME
22/2014, t. II
s. 349-358
ISSN 1895-2241
TRZMIELOWATE (Hymenoptera: Apidae: Bombini)
NA OSIEDLACH MIESZKANIOWYCH WROCŁAWIA
BUMBLEBEES AND CUCKOO BUMBLEBEES
(Hymenoptera: Apidae: Bombini) ON WROCŁAW
HOUSING ESTATES
Abstrakt. Warunkiem występowania trzmieli w siedlisku jest obecność
pokarmu oraz odpowiednich miejsc gniazdowania. Trzmiele penetrują więc
różnorodne i rozległe obszary aglomeracji Wrocławia, zwabione jej szatą
roślinną. Badania podjęto celem określenia liczebności występujących tam
trzmieli i trzmielców oraz ich roślin pokarmowych. Zaobserwowane trzmielowate (1289 szt.) reprezentowały 9 gatunków oblatujących 91 gatunków
roślin. W zgrupowaniu dominowały: Bombus terrestris (L.), B. pascuorum
(Scop.) i B. lapidarius (L.). Mniej licznie występowały: B. hortorum (L.),
B. hypnorum (L.), B. lucorum (L.), B. pratorum (L.), B. sylvarum (L.), Psithyrus
rupestris (F.).Głównymi roślinami pokarmowymi były: Spiraea japonica L.
(Rosaceae), Lotus corniculatus L. (Fabaceae), Alcea rosea L. (Malvaceae) oraz
Lavandula angustifolia Mill. (Lamiaceae).
Słowa kluczowe: trzmielowate, miejskie osiedla mieszkaniowe, rośliny pokarmowe
Summary. The essential conditions for bumblebees occurrence in an environment are the food plants presence and suitable nesting sites. Therefore, the bumblebees attracted by designed flora, penetrate vast Wrocław
agglomeration areas. The surveys were conducted in order to determine
abundance of bumblebees, cuckoo-bumblebees and their food plants. In total 1289 specimens were observed, belonging to 9 species and foraging on
91 plant species. The most common species were: Bombus terrestris (L.), B.
pascuorum (Scop.) and B. lapidarius (L.). Less frequently occured: B. hortorum
(L.), B. hypnorum (L.), B. lucorum (L.), B. pratorum (L.), B. sylvarum (L.), Psithyrus rupestris (F.). The most preferred food plants were: Spiraea japonica L.
(Rosaceae), Lotus corniculatus L. (Fabaceae), Alcea rosea L. (Malvaceae) and
Lavandula angustifolia Mill. (Lamiaceae).
Key words: bumblebees. cuckoo bumblebees, town housing estates, food plants
349
Aneta Sikora
Wstęp
Od ponad 30 lat obserwowany jest drastyczny regres liczebności
oraz bogactwa gatunkowego owadów z rodzaju Bombus [Pawlikowski
i Pawlikowski 2012]. Za jedną z głównych przyczyn uważa się zmianę
w sposobie gospodarowania na obszarach wiejskich, a co za tym idzie, zanik odpowiednich siedlisk i roślin pokarmowych. Dodatkowo,
powszechna chemizacja upraw stanowi bezpośrednie zagrożenie
dla występujących trzmieli. Paradoksalnie, owady zapylające mają
w obecnej dobie lepsze warunki przetrwania w siedliskach miejskich,
aniżeli rolniczych. To właśnie na terenach zurbanizowanych znajdują
miejsca do gniazdowania i bogate w pożytki kwiatowe ostoje.
Zieleń miejska jest bardzo różnie kształtowana, od najbogatszych
ogrodów kwietnych do bardzo spontanicznie aranżowanych skwerów
osiedlowych. Dobór gatunków roślin do nasadzeń w najbliższym
otoczeniu mieszkańców uwzględnia głównie ich walory estetyczne.
Jednak z perspektywy pszczoły, takie cechy kwiatu jak kształt, kolor i zapach wyznaczają jedynie kierunek poszukiwania pokarmu,
a najistotniejszą kwestią pozostaje ich zasobność w pyłek i nektar.
Wiele gatunków roślin oferowanych dziś w centrach ogrodniczych
to sterylne hybrydy, które na drodze selekcji utraciły możliwość produkcji pyłku i nektaru [Goulson 2010]. A nie ulega wątpliwości, że
obecnie głównym czynnikiem ograniczającym liczebność wszystkich
gatunków trzmieli jest brak odpowiednich zasobów pokarmowych
[Edwards i Williams 2004].
Celem badań jest inwentaryzacja trzmielowatych i waloryzacja
atrakcyjności ich bazy pokarmowej na osiedlach mieszkaniowych
Wrocławia. Wyniki badań mogą służyć jako cenna wskazówka przy
projektowaniu nasadzeń zieleni miejskiej oraz ogrodów przydomowych, które obok funkcji estetycznej mogą, a wręcz powinny,
pełnić funkcję przyrodniczą.
Materiał i metody
Monitoring prowadzony był w okresie od maja do września w latach 2011-2013 na dziewięciu wybranych osiedlach miasta Wrocławia
(ryc.1). Osiedla zlokalizowane w trzech dzielnicach miasta, reprezentują trzy typy zabudowy: osiedle wielorodzinne wysokie, wielo350
Trzmielowate (hymenoptera: apidae: bombini) na osiedlach mieszkaniowych Wrocławia
rodzinne niskie i jednorodzinne. Podział administracyjny przyjęto
wg Uchwały nr XXIX/643/12. Powierzchnie osiedli wynosiły od 1 do
10 ha (ryc. 1). Każde osiedle stanowiło powierzchnię eksperymentalną, na której poruszano się losowo przez okres 30 minut, wzdłuż
terenów zielonych potencjalnie najbardziej atrakcyjnych dla owadów
zapylających, tzn. nasadzeń roślin kwitnących i trawników.
Metodyka badań polegała na obserwacji oblotów roślin
kwitnących przez trzmiele, identyfikacji gatunków trzmieli i ich
roślin pokarmowych oraz określaniu liczby napotkanych osobników
na każdym ze stanowisk. Obserwacje prowadzone były na każdym
stanowisku raz w miesiącu, w godzinach 10-16 przy sprzyjających lotom warunkach pogodowych. Trzmiele oznaczane były przyżyciowo
za pomocą klucza terenowego [Pawlikowski 1999]. Okazy wątpliwe
odławiano przy pomocy siatki entomologicznej i po rozpoznaniu gatunku wypuszczano.
Atrakcyjność roślin pokarmowych z podziałem na uprawiane
rośliny ozdobne i rośliny występujące naturalnie, określono na podstawie intensywności ich oblotu przez trzmiele.
Ryc. 1. Stanowiska badawcze w dzielnicach Wrocławia
I - osiedle Krzyki-Partynice, ulica Przyjaźni 4 ha; II - os. Ołtaszyn, ul. Motylkowa
1,5 ha; III - os. Powstańców Śląskich, ul. Komandorska 4 ha; IV - os. Oporów, ul. Emila Zoli 2,3 ha; V - os. Grabiszyn-Grabiszynek, ul. Inżynierska 3 ha; VI - os. GrabiszynGrabiszynek, ul. Odkrywców 10 ha; VII - os. Biskupin-Sępolno, ul. Orłowskiego 3 ha;
VIII - os. Ołbin, ul. Jaracza 5 ha; IX - os. Kowale, ul. Ełcka 1 ha.
351
Aneta Sikora
Wyniki
W zieleni osiedli mieszkaniowych Wrocławia wśród zaobserwowanych
1289 osobników trzmielowatych stwierdzono 9 gatunków: Bombus
hortorum L. trzmiel ogrodowy, B. hypnorum L. t. parkowy, B. lapidarius
L. t. kamiennik, B. lucorum L. t. gajowy, B. pascuorum Scop. t. rudy, B.
pratorum t. L. leśny, B. sylvarum t. L. rudoszary, B. terrestris L.t. ziemny, Psithyrus rupestris F. trzmielec czarny. Najliczniej reprezentowane były trzmiel ziemny (504), t. kamiennik (482) i t. rudy (263).
W skali regionalnej te trzy gatunki były powszechnie występującymi.
Jednocześnie w każdym ze zbiorowisk t. ziemny, t. kamiennik i t. rudy był eudominantem bądź dominantem (tab. 1).
Tab. 1. Gatunki trzmielowatych, ich liczebność, dominacja i częstość
występowania na stanowiskach badawczych
Lp
Gatunek
[szt]
1.
Bombus
hortorum
L.
16
D3 D2
2.
B. hypnorum L.
12
D2
3.
B. lapidarius L.
482
D5 D5 D5 D5 D5 D5 D5
4.
B. lucorum L.
4
5.
B. pascuorum
Scop.
263
6.
B. pratorum L.
1
7.
B. sylvarum L.
6
8.
B. terrestris L.
504
9.
Psithyrus
rupestris
F.
1
Razem
352
I
II
III
IV
V
VI
D1 D3
VII VIII
IX
Fi
D1
D1
5
D4 D1 D3 D1
D1
D1
D4
5
D5
D1 D1
D5 D4 D5 D4 D5 D4 D5
4
D5
D5
D1
D5 D5 D5 D5 D5 D5 D5
1289
6
6
3
D5
D2
3
D5
6
D1
3
Objaśnienia:
D - klasa dominacji wg: D5 – eudominant – powyżej 10,0% ogółu osobników, D4
– dominant 5,1-10,0%, D3 – subdominant 2,1 – 5,0%, D2 – recedent 1,1-2,0%, D1 –
subrecedent poniżej 1,0% (Kasprzak, Niedbała 1981);
[Fi] - częstość występowania w skali regionalnej wg: 6 - powszechny 80–100% stanowisk, 5 - pospolity 50-80%, 4 - częsty 20–50%, 3 - sporadyczny 5–20%, 2 - rzadki
1–5%, 1 - bardzo rzadki poniżej 1% (Czachorowski 2006)
Tab. 2. Liczba gatunków trzmieli, ich średnia liczebność oraz liczba
gatunków roślin pokarmowych na stanowiskach badawczych
Nr stanowiska
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
Liczba gatunków trzmieli [N]
5
4
4
5
6
6
4
5
6
Średnia liczebność trzmieli [n]
9
23
4
22
9
17
13
17
27
Liczba roślin
pokarmowych
[Rp]
16
17
13
19
22
17
23
17
33
n - liczba osobników przypadająca na 1 obserwację
Największe bogactwo gatunkowe trzmieli stwierdzono na
osiedlu Grabiszyn-Grabiszynek (V,VI) na stanowisku typu wielorodzinne wysokie oraz jednorodzinne, a także na osiedlu domków
jednorodzinnych zlokalizowanych na Kowalach (IX). Osiedle Kowale w okolicach ulicy Ełckiej charakteryzowało się również najwyższą
średnią liczebnością osobników trzmieli oraz gatunków roślin pokarmowych (tab. 2). Na tych trzech osiedlach zaobserwowano gatunki
trzmieli, które w pozostałych stanowiskach nie występowały. Były to
na Grabiszynie-Grabiszynku - trzmiel gajowy i t. leśny, a na Kowalach - trzmiel rudoszary i trzmielec czarny (tab. 1). Najniższą liczbę
gatunków trzmieli i ich roślin pokarmowych, a także najniższą liczebność trzmieli stwierdzono na osiedlu Powstańców Śląskich (III)
w dzielnicy Krzyki (tab. 2).
Trzmiele oblatywały kwiaty 91 gatunków roślin, z czego 74 to gatunki uprawiane jako ozdobne, natomiast 17 to rośliny występujące
naturalnie na trawnikach. Za najatrakcyjniejsze gatunki roślin pokarmowych trzmieli na osiedlach mieszkaniowych Wrocławia uznano 11 gatunków uprawianych roślin ozdobnych oraz 17 roślin po353
Aneta Sikora
jawiających się samorzutnie. Gatunki ozdobne odwiedzone zostały
przez 890 osobników trzmieli, natomiast rośliny drugiej grupy przez
ponad dwukrotnie mniejszą liczbę osobników (399). Częstotliwość
oblotów w obu grupach wykazuje, że rośliny ozdobne były jednak
rzadziej odwiedzane. (tab. 3).
Tabela. 3. Najatrakcyjniejsze gatunki roślin pokarmowych i liczebność ich
oblotów przez trzmiele (n) na osiedlach mieszkaniowych Wrocławia
Rośliny występujące naturalnie [Rpn]
Uprawiane rośliny ozdobne [Rpo]
n
1. Tawuła japońska Spiraea japonica
2. Malwa ogrodowa Alcea rosea
3. Lawenda wąskolistna Lavandula
angustifolia
4. Śnieguliczka biała Symphoricarpos
albus L.
5. Żurawka drżączkowata Heuchera
×brizoides
6. Róża pomarszczona Rosa rugosa
7. Wyżlin większy Antirrhium majus
8. Rozchodnik okazały Sedum
spectabile
9. Naparstnica purpurowa Digitalis
purpurea
10. Kocimiętka Fasseena Nepeta x
faassenii
11. Łubin ogrodowy Lupinus x
hybridus
Pozostałe 63 gatunki
125
74
69
Łącznie osobników [No]
890
Łącznie osobników[Nn]
399
Średnia częstotliwość oblotu [No /
Rpo]
12
Średnia częstotliwość oblotu
[Nn /Rpn]
23
56
50
32
31
20
16
n
90
1. Komonica zwyczajna
Lotus corniculatus
2. Koniczyna czerwona Trifo- 83
lium pratense
40
3. Mierznica czarna Ballota
27
nigra
18
4. Żmijowiec zwyczajny
Echium vulgare
16
5. Wyka Vicia L.
6. Ślaz dziki Malva sylvestris 12
7. Lnica pospolita Linaria
vulgaris
113
Pozostałe 10 gatunków
14
14
389
Dyskusja
Trzmiele powszechne i dominujące na osiedlach mieszkaniowych
Wrocławia są również w skali kraju bardzo pospolite, a ich preferencje skłaniają się ku środowiskom kulturowym i murawowym
[Pawlikowski, Pawlikowski 2012]. Wśród stwierdzonych gatunków
354
trzmieli pojawiły się jednak takie, które preferują tereny zadrzewione, jak trzmiel gajowy czy leśny, stwierdzone na osiedlu Grabiszyn-Grabiszynek. W pobliżu tych osiedli znajduje się Park Grabiszyński, który najprawdopodobniej jest ich siedliskiem bytowania.
Występowanie tych gatunków na terenach osiedli może świadczyć
o potrzebie poszukiwania przez nie alternatywnych źródeł pożywienia. Natomiast najwyższe wskaźniki bogactwa gatunkowego,
liczebności i gatunków roślin pokarmowych trzmieli na osiedlu
domków jednorodzinnych przy ul. Ełckiej tłumaczy obecność na przedłużeniu tej ulicy nieużytku z bogactwem porastających go roślin
zielnych. Takie nieużytki stanowią w krajobrazie kulturowym często
jedyną szansę dla przetrwania populacji owadów zapylających [Goulson 2010]. Tylko na tym stanowisku badawczym stwierdzono także
obecność trzmielca czarnego, który jest pasożytem gniazdowym trzmieli. Obecność tego pasożyta świadczy, że trzmiele są stałym elementem apifauny tego siedliska.
Aby sprostać wymaganiom czynnej ochrony trzmieli, jako gatunków zagrożonych, należy szukać wszelkich alternatywnych miejsc
i metod ich protekcji. Jeśli na osiedlach mieszkaniowych aglomeracji
Wrocławia występują trzmiele, to oznacza, że najistotniejszy warunek ich występowania, czyli obecność roślin pokarmowych, został
spełniony. Z drugiej strony mieszkańcy osiedli celowo wprowadzili
określone gatunki roślin, więc są one atrakcyjne również wizualnie.
Aranżując przestrzeń publiczną, a także prywatne ogrody, powinno
się więc dobierać rośliny ozdobne także pod kątem atrakcyjności dla
zapylaczy.
Gatunki roślin dwuliściennych, które samorzutnie pojawiają się
na terenach trawnikowych w miastach, są z założenia traktowane
jako element szkodliwy, konkurujący z trawami o życiodajne składniki [Domardzki, Badowski 2011]. Jednocześnie z definicji miejskiej
ochrony przyrody na terenach zielonych należy dążyć do powiększania wartości przyrodniczej, między innymi tworząc warunki do
wzrostu bioróżnorodności [Uchwała nr L/1467/10]. Skoro nawet niewielkie powierzchnie trawiaste, przy ograniczeniu stosowania herbicydów i zabiegów koszenia, mogą osiągać wysokie współczynniki
bioróżnorodności florystycznej i faunistycznej [Bertoncini i in.
2012], logiczną staje się konieczność zmian w podejściu do praktyk
355
Aneta Sikora
kształtowania i pielęgnacji tych niewielkich obszarów. Trawniki
w przestrzeni miejskiej wzbogacone chociażby w komonice i koniczynę, mogą cieszyć oko, a jednocześnie pełnić nieocenioną funkcję
dla przetrwania populacji trzmieli.
Wnioski
1. Bogactwo gatunkowe trzmielowatych w przestrzeni miejskiej
zależy od sposobu zaprojektowania, zarządzania i pielęgnacji szaty
roślinnej.
2. Zasoby pokarmowe trzmieli na osiedlach mieszkaniowych
mogą kształtować nie tylko odpowiednio dobrane, uprawiane rośliny
ozdobne ale w dużym stopniu także roślinność dwuliścienna naturalnie występująca na trawnikach, traktowana jako chwasty.
3. Rewaloryzacja szaty roślinnej osiedli mieszkaniowych pod
kątem jej atrakcyjności dla trzmieli, umożliwi czynną ochronę
zapylaczy w tych i podobnych siedliskach.
4. Polityka zarządzania przestrzenią miejską powinna uwzględniać także aspekty przyrodnicze w kierunku ochrony populacji bytujących trzmieli i innych melitofagów, a tym samym ochrony bioróżnorodności.
Bibliografia
Bertoncini A.P. Machon N. Pavoine S. Muratet A. 2012. Local gardening
practices shape urban lawn floristic communities. Landscape and
Urban Planning, 105(2012): 53–61.
Domardzki K. Badowski M. 2011. Problem niepożądanej roślinności na terenach zurbanizowanych i sposoby ograniczenia jej rozwoju. Zeszyty
Problemowe Postępów Nauk Rolniczych, 562: 49–58.
Edwards M. Williams P.H. 2004. Where have all the bumblebees gone, and
could they ever return? Brit. Wildl. June, 305–312.
Goulson D. 2010. Bumblebees, Behaviour, Ecology and Conservation. Oxford University Press, Second Edition.
Pawlikowski T. 1999. Przewodnik terenowy do oznaczania trzmieli i trzmielców Polski. Wydawnictwo Naukowe Uniwersytetu Mikołaja Kopernika, Toruń.
Pawlikowski T., Pawlikowski K. 2012. Trzmielowate Polski (Hymenoptera:
Apidae: Bombini). Wydawnictwo Naukowe Uniwersytetu Mikołaja Kopernika, Toruń.
356
Akty prawne:
Uchwała nr L/1467/10 Rady Miejskiej Wrocławia z dnia 20 maja 2010, Studium uwarunkowań i zagospodarowania przestrzennego Wrocławia,
Rada Miejska Wrocławia, http://wrosystem.um.wroc.pl/beta_4/
webdisk/135314/1467ru05z01.pdf
Uchwała nr XXIX/643/12 Rady miejskiej Wrocławia z dnia 5 lipca 2012 r.
w sprawie zmiany uchwały nr XX/110/91 Rady Miejskiej Wrocławia
w sprawie podziału Wrocławia na osiedla,
http://wrosystem.um.wroc.pl/beta_4/webdisk/154096/0643ru06.pdf
mgr inż. Aneta Sikora
Katedra Ochrony Roślin
Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu,
pl. Grunwaldzki 24A, 50-363 Wrocław
Opiekun naukowy: dr hab. inż. Maria Kelm, prof. nadzw.
Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej
w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
357
Tomasz Stachura
Dawid Bedla
Karol Król
EPISTEME
22/2014, t. II
s. 359-368
ISSN 1895-2241
WYKORZYSTANIE WYBRANYCH TECHNIK
I NARZĘDZI GEOINFORMATYCZNYCH W PROCESIE PARAMETRYZACJI STRUKTURY UŻYTKOWANIA ZLEWNI, JAKO CZYNNIKA KSZTAŁTUJĄCEGO
JAKOŚĆ WÓD MAŁYCH ZBIORNIKÓW WODNYCH
SELECTED GEOINFORMATICS TECHNIQUES
AND TOOLS IN THE PARAMETERIZATION PROCESS
OF CATCHMENT AREA AS A FACTOR SHAPING
OF WATER QUALITY SMALL WATER RESERVOIRS
Abstrakt. W pracy przedstawiono wykorzystanie wybranych technik i narzędzi geoinformatycznych w procesie parametryzacji struktury użytkowania zlewni, jako czynnika kształtującego jakość wód. Badaniom poddano
zlewnie akwenów Wołowice oraz Jeziorzany (Małopolska) o różnym stopniu
antropopresji, której przejawem jest zróżnicowanie użytkowania i zagospodarowania zlewni. Zbiornik Wołowice leży w zlewni w której strukturze użytkowania przeważają grunty orne, natomiast akwen Jeziorzany
użytkowany jest w zlewni w której przeważają obszary zurbanizowane.
Ocenę jakości wody oparto o oznaczenia wybranych wskaźników zasolenia.
Wykonano także studium zagrożenia zlewni zanieczyszczeniami obszarowymi. Analizy przestrzenne przygotowano w oparci o numeryczny modelu terenu (NMT) i ortofotomapy.
Słowa kluczowe: jakość wody, geoinformatyka, numeryczny modelu terenu
Summary. The aim of the paper is to present the use of selected geospatial
tools and techniques for catchments area characterization and water quality
assessment. The research was conducted for catchments water reservoirs
Wołowice and Jeziorzany (Małopolska) with varying degrees of anthropogenic pressure, which was reflected in the different levels of use and management of the catchment. For catchment area Wołowice reservoir arable
359
land dominate, for the catchment Jeziorzany reservoir land cover represent
also urban areas. In order to investigation was analyzed water quality samples under selected water indicators of salinity and was carried out study
threats of catchment area-contamination. Spatial analyzes were prepared
leaning against a numerical terrain model (DTM) and orthophotos.
Key words: water quality, geospatial tools and techniques, numerical terrain
model
Wstęp
Zastosowanie informatyki jest dziś praktycznie nieograniczone.
Informatyka oraz technologie informatyczne znajdują zastosowanie również w obszarze ochrony i kształtowania środowiska, gdzie
stosowane są do przetwarzania geoinformacji i określane jako „geoinformatyka” [Turski 2003]. Geoinformatyka to zbiór zasad i metod analitycznych, które opracowano w celu przetwarzania danych
przestrzennych. Nauki geoinformatyczne swym zakresem obejmują
podstawowe zagadnienia związane z pozyskiwaniem danych, ich przetwarzaniem i wykorzystaniem [Chrobak 2012].
Wybrane techniki i narzędzia geoinformatyczne są z powodzeniem stosowane w modelowaniu zlewni cieków i zbiorników wodnych.
System informacji przestrzennej GIS opracowany dla zlewni pozwala m.in. na analizę rzeczywistych i potencjalnych zagrożeń dla środowiska przyrodniczego. Jednocześnie umożliwia szybką prezentację jego stanu (np. jakości wód, zagrożenia powierzchniową erozją
wodną) oraz natychmiastową aktualizację danych [Kanownik i in.
2011]. Baza danych GIS powiązana z obszarem zlewni może zawierać informacje o sposobach wykorzystania i użytkowania terenu
w granicach zlewni, obciążeniu zlewni fosforem, azotem i wiele innych [Kanownik, Kowalik 2010; Ostrowski i Bogdał 2010]. Narzędzia GIS umożliwiają także przygotowanie cyfrowego modelu zlewni,
który oddaje ukształtowanie terenu. Ponadto zastosowanie technik
i narzędzi geoinformatycznych umożliwia sprawną aktualizację i prezentację danych.
Celem pracy jest wykorzystanie wybranych technik i narzędzi
geoinformatycznych do charakterystyki przestrzennej zlewni oraz
opracowania systemu informacji przestrzennej zawierającego m.in.
informacje o jakości wody badanych zbiorników.
360
Wykorzystanie wybranych technik i narzędzi geoinformatycznych w procesie...
Materiał i metody
Część studialną pracy wykonano w oparciu o podkłady mapowe (ortofotomapy w skali 1:10000) oraz NMT (numeryczny model terenu).
Do analiz przestrzennych obszaru badanych zlewni wykorzystano
programy z rodziny GIS: Surfer 8, Quantum GIS (QGIS 2.0) oraz
ArcGIS 10.1.
Programy ArcGIS 10.1 oraz Surfer 8 zostały wykorzystane m.in.
do utworzenia map zlewni i modelowania powierzchni terenu. QGIS
jest przyjaznym dla użytkownika otwartym i bezpłatnym oprogramowaniem GIS (Open Source), które oparte jest na platformach
GNU/Linux, Unix, Mac OSX oraz MS Windows. QGIS jest obecnie
jednym z najpopularniejszych spośród systemów geomatycznych
udostępnianych na wolnej licencji.
Badane wskaźniki zasolenia oznaczono w próbach wody standardowymi metodami analitycznymi [Dojlido 1995].
Charakterystyka obiektu badań
Przedmiotem badań są dwa niewielkie zbiorniki położone w dolinie
Wisły: Jeziorzany i Wołowice, różniące się parametrami morfometrycznymi oraz użytkowaniem mikrozlewni (tab. 1). Akwen Jeziorzany o powierzchni około 4,9 ha stanowi bezodpływowe zagłębienie
powstałe w wyniku zmiany przebiegu koryta Wisły. Jego głębokość
jest zróżnicowana i szacowana w przybliżeniu na 2,5 m. W granicach
zlewni zbiornika Jeziorzany znaczną powierzchnię zajmują grunty
orne (około 16%) i obszary zurbanizowane (niemal 19%). Z akwenem Jeziorzany sąsiaduje kilka innych zbiorników wodnych i rzeka
Wisła. Wśród gleb największy udział stanowią mady wykształcone na
glinach średnich i ciężkich. Na madach dominuje kompleks pszenny — wadliwy. Nieco dalej od linii brzegowej znajduje się pas gleb
brunatnych wyługowanych i kwaśnych wykształconych na piaskach
gliniastych, stanowiących kompleks żytni dobry i słaby.
Zbiornik Wołowice tworzy fragment dawnego zakola koryta rzeki Wisły (starorzecze). Zagłębienie powstało w następstwie zmian
przebiegu koryta rzeki oraz eksploatacji żwiru. Powierzchnia akwenu
wynosi 5,2 ha. Jego głębokość jest zróżnicowana i waha się między
1-5 m. W strukturze użytkowania zlewni dominują grunty orne (po361
Rys. 1. Mapa użytkowania i pokrycia terenu zlewni,
odpowiednio od lewej: Jeziorzany i Wołowice.
362
nad 83%). Wśród gleb otaczających zbiornik Wołowice największy
odsetek stanowią mady wykształcone na glinach lekkich i piaskach gliniastych, lokalnie na pyłach zwykłych. Wśród kompleksów
przydatności rolniczej najczęściej występują kompleksy żytni bardzo
dobry i dobry, na utworach pylastych zaś nawet pszenny dobry.
Nieużytki
Stawy
Grunty
orne
Lasy
Zabudowa
Użytki
zielone
zbiornika
Powierzchnia
zlewni
Zbiornik
Tab. 1. Użytkowanie i pokrycie terenu badanych zlewni (km2)
Jeziorzany
0,512 0,049 0,141 0,095 0,057 0,086 0,006 0,086
Wołowice
0,643 0,052 0,027 0,027
0,00
0,537 0,006 0,029
Wyniki i dyskusja
W tabeli 2 zebrano dane dotyczące koncentracji wybranych wskaźników zasolenia oraz konduktancji wód badanych akwenów dla
roku hydrologicznego 2010. Wynika z nich, że dla wód zbiornika
Jeziorzany uzyskano z reguły niższe średnie koncentracje badanych
wskaźników zasolenia.
Wyjątkiem jest średnie stężenie siarczanów, znacznie niższe w wodach akwenu Wołowice.
Proces kształtowania jakości wód jest zjawiskiem niezwykle
złożonym i zależnym od uwarunkowań przyrodniczych panujących w
obrębie zlewni, jak i presji człowieka. Jednym z istotnych czynników
prowadzących do zmian jakości i obiegu wody jest rozwój urbanizacji
i działalność rolnicza. Infrastruktura jak podaje Sikora i Woźniak
[2005] w jej szerokim pojęciu stanowi podmiotową bazę rozwoju lokalnego, a jej niedobór stanowi poważną barierę rozwoju. Jednakże
nadmiernej industrializacji i urbanizacji towarzyszy szereg zagrożeń
dla środowiska, w szczególności dla funkcjonowania ekosystemów
wodnych. Wody spływu powierzchniowego w zlewni zurbanizowanej, czy rolniczej mają kontakt z różnymi źródłami zanieczyszczeń,
są więc często złej jakości.
363
Tab. 2. Wybrane wskaźniki zasolenia zbiorników Wołowice
oraz Jeziorzany w roku 2010
Lipiec Czerwiec
Maj
Kwiecień Marzec
Luty
Styczeń Grudzień Listopad
364
Kondunktancja
K+
Na+
SO42-
Cl-
Zbiornik Jeziorzany
Kondunktancja
K+
Na+
SO42-
Cl-
Miesiąc
Zbiornik Wołowice
[mg•dm-3]
mS•cm-1
[mg•dm-3]
mS•cm-1
76,30 44,08 58,10 5,90
0,61
61,70 68,39 36,20 4,40
0,42
66,81 48,20 49,80 5,60
0,45
55,46 70,24 32,30 4,40
0,36
54,10 33,56 31,20 4,70
0,58
52,47 68,32 29,60 4,30
0,40
39,20 36,77 19,30 3,10
0,31
47,90 62,42 24,00 4,10
0,37
79,90 28,65 42,30 6,30
0,60
58,40 23,89 26,40 4,60
0,46
57,60 58,71 44,90 5,70
0,45
40,80 71,89 27,00 4,60
0,37
44,20 50,88 21,70 8,80
0,35
61,70 68,39 36,20 4,40
0,42
84,00 26,80 52,70 8,20
0,50
55,46 70,24 32,30 4,40
0,36
135,40 49,60 97,00 6,40
0,70
52,47 68,32 29,60 4,30
0,40
Średnia Październik Wrzesień Sierpień
78,60 49,60 62,50 6,40
0,39
47,90 62,42 24,00 4,10
0,37
58,00 60,90 62,90 6,50
0,63
58,40 23,89 26,40 4,60
0,46
139,90 68,20 82,80 5,80
0,59
40,80 71,89 27,00 4,60
0,37
76,17 46,33 52,10 6,12
0,51
52,79 60,86 29,25 4,40
0,40
Źródło: badania terenowe
Z kolei produkcja roślinna czy zwierzęca nie jest układem
zamkniętym, a część nagromadzonych podczas procesów produkcji
substancji podlega rozproszeniu do środowiska, powodując w nim
często negatywne skutki [Sapek i Sapek 2001]. Wśród badanych
wskaźników zasolenia również zaobserwowano pewne różnice,
mimo podobnych parametrów morfometrycznych zbiorników. I tak
przykładowo dla wód zbiornika Wołowice (tab. 2) średnie stężenie
jonów chlorkowych wyniosło 76,17 mg•dm-3 podczas gdy dla akwenu
Jeziorzany 52,79 mg•dm-3. Koc i in. [2001] badając wody zbiorników
o zlewniach rolniczych uzyskali znacznie niższe średnie stężenie
chlorków, na poziomie 17,8 mg•dm-3. Z kolei dla wód zbiornika w
otoczeniu terenów z udziałem obszarów zurbanizowanych uzyskali
średnie koncentracje chlorków na poziomie 23,9 mg•dm-3, co również
jest wartością niższą od odnotowanej dla wód badanych zbiorników.
Największe różnice w składzie jonowym wód badanych zbiorników
stwierdzono dla koncentracji sodu, potasu, czy siarczanów — jonów
łatwo ulegających wypłukiwaniu z gleby, zwłaszcza wśród gruntów
uprawnych (tab. 2). Jak podaje Żmuda [2006] obok mechanicznego
przemieszczania stałych cząstek gleby dochodzić na nich może transport substancji chemicznych zawartych w glebie. Wynoszone substancje rozpuszczone trafiając do wód mogąc zmienić ich chemizm.
365
Wnioski
Systemy informacji przestrzennej umożliwiają inwentaryzację,
monitoring zasobów przyrodniczych oraz modelowanie procesów
zachodzących w środowisku, przez co mogą wspomagać jego ochronę
i kształtowanie.
Zastosowanie techniki i narzędzia komputerowe umożliwiają
automatyzację prac interpretacyjnych wykonywanych analiz, a także
integrację danych wieloźródłowych.
Przy zbliżonych warunkach morfometrycznych zbiorników
wodnych użytkowanie terenu zlewni jest czynnikiem zasadniczo
wpływającym na koncentrację badanych wskaźników zasolenia.
Udział obszarów osadniczych w mniejszym stopniu wpływa na
koncentrację wskaźników zasolenia niż obecność gruntów ornych, co
może mieć znaczenie przy właściwym planowaniu zagospodarowania zlewni.
Bibliografia
Chrobak T. 2012. Mapa a geoinformatyka [w] Mapy cyfrowe — praktyczne
aspekty zastosowań. XVIII edycja seminarium z cyklu GIS w praktyce.
Centrum Promocji Informatyki. Warszawa, s. 342.
Dojlido J. 1995. Chemia wód powierzchniowych. Wydawnictwo Ekonomia
i Środowisko, Białystok, s. 200-326.
Kanownik W., Kowalik T. 2010. Zasoby wody odpływającej z małej zlewni na
Spiszu Polskim. Gospodarka Wodna Nr 7, Wydawnictwo SIGMA-NOT,
s. 279-282.
Kanownik W., Kowalik T., Bogdał A., Ostrowski K., Rajda W. 2011. Jakość
i walory użytkowe wód odpływających ze zlewni zbiorników małej retencji planowanych w rejonie Krakowa. Wydawnictwo Uniwersytetu
Rolniczego w Krakowie. Kraków, s. 10.
Koc J., Cymes I., Skwierski A., Szyperek U. 2001. Znaczenie ochrony małych
zbiorników wodnych w krajobrazie rolniczym. Zeszyt. Prob. Postępów
Nauk Rol. Z 476, s.397-407.
Ostrowski K., Bogdał A. 2010. Ocena jakości i walorów użytkowych wody
potoku Wolninka pod kątem jej retencjonowania w zbiorniku wodnym
„Joniny”. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych Nr 548,
s. 425-434.
366
Sapek A., Sapek B. 2001. Agenda 21 dla regionu Morza Bałtyckiego
-zrównoważony rozwój rolnictwa w Polsce. Zesz. Edukacyjne, Wyd.
specjalne IMUZ, Falenty, s. 3-23.
Sikora J., Woźniak A. 2005 Zróżnicowanie obszarów wiejskich woj. małopolskiego pod względem wyposażenia w środki techniczne gospodarstw rolnych. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich, Nr
3/2005, s. 135-149
Turski W. 2003. Rola informatyki [w] Raport 3. Kongresu Informatyki
Polskiej — Polska informatyka w Unii Europejskiej. Poznań-Warszawa,
s. 17.
Żmuda R. 2006. Funkcjonowanie systemu transportu fluwialnego w małej
zlewni zagrożonej erozją wodną. Zeszyty Naukowe AR we Wrocławiu.
Nr 544, rozprawy CCXLIII.
dr inż. Tomasz Stachura
al. Mickiewicza 24/28, 30-059 Kraków, p. 544
dr inż. Dawid Bedla
Katedra Ekologii, Klimatologii i Ochrony Powietrza
dr inż. Karol Król
Opiekun naukowy: prof. dr hab. inż. Krzysztof Ostrowski
367
Rafał Strachel
Magdalena Zaborowska
Grażyna Kaczyńska
Angelika Szudrewicz
EPISTEME
22/2014, t. II
s. 369-376
ISSN 1895-2241
WPŁYW KADMU I OŁOWIU NA AKTYWNOŚĆ
DEHYDROGENAZ W GLEBIE
DEHYDROGENASES ACTIVITY IN SOIL
CONTAMINATED WITH CADMIUM AND LEAD
Abstrakt. W doświadczeniu testowano reakcję dehydrogenaz na zanieczyszczenie gleby kadmem i ołowiem. Doświadczenie wykonano w warunkach laboratoryjnych w 3 powtórzeniach. Glinę piaszczystą o pHKCl 6,8
zanieczyszczono kadmem w ilości odpowiadającej: 0, 20, 40 i 60 mg Cd
• kg-1 s.m. gleby oraz ołowiem w ilości: 0, 500, 1000 i 1500 mg Pb • kg-1
gleby. Próbki gleby inkubowano w stałej temperaturze wynoszącej 25 °C,
utrzymując 50% maksymalnej pojemności wodnej. Aktywność dehydrogenaz w glebie oznaczono w 15 i 90 dniu trwania doświadczenia. Aktywność
testowanych enzymów była ujemnie skorelowana ze stopniem zanieczyszczenia gleby metalami. Działanie metali ciężkich na dehydrogenazy było uzależnione od czasu ich zalegania w glebie. Kadm silniej destrukcyjnie wpływał
na zmiany enzymów w 90 dniu, a ołów w 15 dniu.
Słowa kluczowe: metale ciężkie, dehydrogenazy, gleba
Summary. Dehydrogenases test reacted to contaminated soil with cadmium and lead. Experiment was performed in laboratory conditions with
3 replications. Sandy loam with 6.8 pHKCl was contaminated by cadmium
in amount of: 0, 20, 40 and 60 mg Cd • kg-1 d.m. of soil and lead in doses: 0,
500, 1000 and 1500 mg Pb • kg-1 d.m. of soil. The soil samples were incubated at a constant temperature of 25 °C, keeping the 50% of the maximum
water capacity. Dehydrogenases activity in the soil was marked in 15th and
90th day of experiment.It was found that the activity of the tested enzymes
was negatively correlated with the degree of soil contamination with metals. Effect of the heavy metals on dehydrogenases was also dependent on
the time of the deposition of the soil. Cadmium influenced destructive more
strongly on the marked enzyme in 90th day, and lead in 15th day.
Key words: heavy metals, dehydrogenases, soil
369
Rafał Strachel, Magdalena Zaborowska, Grażyna Kaczyńska
Wstęp
Obecność w glebie niektórych metali ciężkich jest zjawiskiem
niekorzystnym, gdyż zanieczyszczenie to w wieloletniej perspektywie
poprzez oddziaływanie na właściwości biologiczne gleby, może obniżać jej żyzność [Dahlin i in. 1997]. Zanieczyszczenie gleby metalami ciężkimi często obserwuje się na terenach zurbanizowanych jako
wynik działalności antropogenicznej [Poggio i in. 2008]. Występowanie metali w glebach miejskich i miejskich pyłach drogowych jest
rezultatem nasilonego ruchu drogowego oraz funkcjonowania przemysłu. Natomiast na obszarach rolniczych, wprowadza się metale
ciężkie również stosując pestycydy i nawożenie [Wei i Yang 2010].
Aktywność biochemiczna gleby w głównej mierze kształtowana jest działalnością drobnoustrojów w niej bytujących, a więc jest
wynikiem aktywności enzymów wewnątrzkomórkowych, związanych
z komórką oraz wolnych enzymów znajdujących się w roztworze glebowym. Aktywność ta może być zmienna w zależności od parametrów fizykochemicznych gleby, zawartości węgla organicznego oraz
składu i biomasy drobnoustrojów [Winding i in. 2005]. Na tle innych enzymów, dehydrogenazy są najbardziej czułymi wskaźnikami
zanieczyszczenia środowiska glebowego metalami ciężkimi, w tym
kadmem i ołowiem [Tejada 2009].
Celem badań było określenie zależności między stopniem zanieczyszczenia gleby kadmem i ołowiem a aktywnością dehydrogenaz.
Materiał i metody
W doświadczeniu wykorzystano glebę pobraną z poziomu ornopróchnicznego w Stacji Dydaktyczno-Doświadczanej w Tomaszkowie,
należącej do Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie.
W stanie naturalnym była to gleba brunatna wyługowana, wytworzona z gliny piaszczystej. Skład granulometryczny, oznaczony w oparciu o system klasyfikacji gleby USDA, zawierał frakcje: piasku – 67%,
pyłu – 25% oraz iłu – 8%. Gleba charakteryzowała się następującymi
parametrami: pH w 1 mol • dm-3 KCl – 6,8; kwasowość hydrolityczna – 5,6 mmol(+) • kg-1 s.m. gleby; suma zasad – 101,0 mmol(+) •
kg-1 s.m. gleby, zawartość Corg – 7,6 g • kg-1 s.m. gleby, kationowa
pojemność wymienna – 106,6 mmol(+) • kg-1 s.m. gleby, stopień
370
Wpływ kadmu i ołowiu na aktywność dehydrogenaz w glebie
wysycenia kompleksu jonami zasadowymi – 94,7%. Badania przeprowadzono w warunkach laboratoryjnych w 3 powtórzeniach. Do
analiz wykorzystano powietrznie suchą glebę, przesianą przez sito
o średnicy 2,0 mm. W zlewkach szklanych naważono po 100 g gleby i zaaplikowano kadm oraz ołów. Kadm zastosowano w postaci
wodnego roztworu CdCl2 • 2,5H2O w ilości odpowiadającej: 20, 40
oraz 60 mg Cd • kg-1 s.m. gleby, ołów natomiast jako PbCl2 we wzrastających dawkach: 500, 1000 i 1500 mg Pb • kg-1 s.m. gleby. Przyjęte w doświadczeniu dawki kadmu i ołowiu zostały zaproponowane
w oparciu o Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 września
2002 r. w sprawie standardów jakości gleby oraz standardów jakości
ziemi [Dz.U. 2002, nr 165, poz. 1359] oraz w oparciu o obecny stan
zanieczyszczenia gleb Polski. W 2010 roku w województwie śląskim
stwierdzono zawartość 57,5 mg Cd • kg-1 s.m. gleby oraz 965,0 mg Pb
• kg-1 s.m. gleby. Próbki zanieczyszczonej gleby inkubowano w temperaturze 25 ºC przez okres 15 i 90 dni, utrzymując wilgotność gleby
na poziomie 50% kapilarnej pojemności wodnej.
Aktywność dehydrogenaz (µmol TFF ∙ kg-1 s.m. gleby • h-1) oznaczono według metodyki Öhlinger’a [1996]. Ekstynkcję wytworzonego trifenyloformazanu (TFF) mierzono na spektrofotometrze
Perkin – Elmer Lambda 25 (USA) przy długości fali 485 nm. Substratem wykorzystanym do oznaczenia tego enzymu był 2,3,5 chlorek
trifenylotetrazoliowy (TTC).
Wyniki opracowano statystycznie wykorzystując test Duncana przy poziomie istotności p≤0,01. Analizy statystyczne przeprowadzono korzystając z oprogramowania Statistica 10.0 software
[StatSoft Inc. 2012].
Wyniki i dyskusja
Zastosowane dawki kadmu spowodowały istotne obniżenie
aktywności dehydrogenaz zarówno po 15 dniach inkubacji, jak
i po 90 (tab. 1). Zanieczyszczenie gleby tym metalem ciężkim po 15
dniach trwania badań spowodowało zmniejszenie aktywności dehydrogenaz względem próby kontrolnej w zakresie od 8,8% dla dawki
odpowiadającej 20 mg Cd • kg-1 s.m. gleby, do 33,7% dla najwyższego
stopnia zanieczyszczenia (60 mg Cd • kg-1 s.m. gleby).
371
Tab. 1. Aktywność dehydrogenaz (µmol TFF ∙ kg-1 s.m. gleby • h-1)
w glebie zanieczyszczonej kadmem
Dawka Cd
[mg•kg-1]
15
90
0
9,991
11,752
20
9,115
9,521
40
7,688
7,940
60
6,628
6,044
średnia
8,355
8,814
NIR0,01*
a – 0,829; b – r.n.; ab – 1,172
*NIR dla: a – dawki metalu ciężkiego; b – terminu analizy; r.n. – różnica nieistotna;
Dłuższy czas inkubacji gleby (90 dni) powodował nasilenie inhibicyjnego oddziaływania kadmu na badany enzym, obniżając jego
aktywność o 19,0% po aplikacji najniższej dawki testowanego metalu, do 48,6% przy najwyższej jego zawartości w glebie. Analiza
statystyczna wykazała, że czas inkubacji próbek glebowych nie miał
istotnego wpływu na aktywność dehydrogenaz.
Z badań Wyszkowskiej i Kucharskiego [2004] wynika, że dehydrogenazy są bardzo wrażliwe na zanieczyszczenie gleby kadmem.
Ich aktywność zmniejszyła się o 57,0% pod presją 60 mg Cd • kg-1 s.m.
gleby. Lorenz i in. [2006] uważają, że duże zanieczyszczenie gleby
kadmem wpływa negatywnie zarówno na aktywność enzymatyczną,
jak i wspólnotę drobnoustrojów. Chaperon i Sauvé [2008] oraz Moreno
i in. [2002] również obserwowali zmniejszenie aktywności enzymów
w glebie zanieczyszczonej kadmem. Dar [1996] odnotował obniżenie
aktywności dehydrogenaz pod wpływem działania tego metalu ciężkiego, a korelacja między aktywnością enzymatyczną i wielkością biomasy drobnoustrojów sugeruje, że zmniejszenie aktywności nastąpiło
w głównej mierze przez ograniczenie wzrostu drobnoustrojów.
Ołów również oddziaływał inaktywująco na dehydrogenazy.
W stosunku do obiektów kontrolnych, zarówno po 15 i 90 dniach
inkubacji, ich aktywność uległa istotnemu zmniejszeniu. Na wielkość
wywołanych zmian decydujący wpływ wywarło rosnące zanieczyszczenie gleby ołowiem, w mniejszym stopniu czas jego zalegania w glebie (tab. 2).
372
Tab. 2. Aktywność dehydrogenaz (µmol TFF ∙ kg-1 s.m. gleby • h-1)
w glebie zanieczyszczonej ołowiem
Dawka Pb
[mg•kg-1]
15
90
0
10,026
11,484
500
8,947
10,248
1000
7,114
9,540
1500
6,113
7,745
Średnia
8,050
9,754
NIR0,01
a – 2,097; b – 1,482; ab – r.n.
* objaśnienia podano pod tab. 1.
Inhibicyjna siła działania ołowiu na dehydrogenazy, w 15 dniu
trwania doświadczenia, była większa niż kadmu i zmniejszyła ich
aktywność od 10,8% do 39,0% w odniesieniu do dawek od 500 do
1500 mg Pb • kg-1 s.m. gleby. W 90 dniu doświadczenia po zastosowaniu 500 mg Pb • kg-1 s.m. gleby aktywność dehydrogenaz zmniejszyła
się o 10,8% względem obiektu kontrolnego, natomiast przy większej
jego zawartości w glebie na poziomie 1000 i 1500 mg Pb • kg-1 s.m.
gleby, zaobserwowano zmniejszenie aktywności odpowiednio
o 16,9% i 32,6%.
Uzyskane wyniki pokrywają się z obserwacjami Wyszkowskiej
i in. [2005], w których siła oddziaływania na dehydrogenazy zależała
zarówno od rodzaju zastosowanego metalu, jak i jego zawartości w
glebie, a kadm w większym stopniu niż ołów wpływał inaktywująco na dehydrogenazy. W badaniach Khan i in. [2007] odnotowano
istotne ujemne korelacje między dawkami poszczególnych metali
a aktywnością analizowanego enzymu. Siła inhibicyjnego działania zarówno na dehydrogenazy, jak i skład mikroorganizmów była
również większa w przypadku kadmu. Autorzy podkreślają również
nasilenie negatywnego wpływu metali po krótszym czasie inkubacji
gleby, tłumacząc to nagłym szokiem dla drobnoustrojów wywołanym
zanieczyszczeniem gleby metalami ciężkimi. Z czasem drobnoustroje adaptują się nawet w zanieczyszczonym środowisku i wówczas
aktywność biochemiczna może wzrosnąć.
373
Wnioski
1) Kadm i ołów są silnymi inhibitorami aktywności dehydrogenaz. Ich aktywność była istotnie ujemnie skorelowana z dawką zastosowanych metali ciężkich.
2) Kadm wywiera większą negatywną presję na analizowany
enzym aniżeli ołów.
3) Wraz z wydłużaniem się czasu inkubacji metali ciężkich
w glebie, nieznacznie nasiliło się negatywne oddziaływanie kadmu
na aktywność dehydrogenaz, w przeciwieństwie do ołowiu, którego
silniejsze destrukcyjne oddziaływanie na badany enzym stwierdzono
w 15 dniu badań.
Bibliografia
Chaperon S. Sauvé S. 2008. Toxicity interactions of cadmium, copper, and
lead on soil urease and dehydrogenase activity in relation to chemical
speciation. Ecotoxicology and Environmental Safety, 70: 1-9.
Dahlin S. Witter E. Mårtensson A. Turner A. Bååth E. 1997. Where’s the
limit? Changes in the microbiological properties of agricultural soils
at low levels of metal contamination. Soil Biology and Biochemistry,
29(9): 1405-1415.
Dar H. 1996. Effects of cadmium and sewage-sludge on soil microbial biomass and enzyme activities. Bioresource Technology, 56: 141-145.
Dz.U. 2002, nr 165, poz. 1359. Rozporządzenie Ministra Środowiska
z dnia 9 września 2002 r. w sprawie standardów jakości gleby oraz standardów jakości ziemi.
Khan S. Cao Q. Hesham Ael-L. Xia Y. He JZ. 2007. Soil enzymatic activities
and microbial community structure with different application rates of
Cd and Pb. Journal of Environmental Sciences, 19: 834-840.
Lorenz N. Hintemann T. Kramarewa T. Katayama A. Yasuta T. Marschner
P. Kandeler E. 2006. Response of microbial activity and microbial
community composition in soils to long-term arsenic and cadmium exposure. Soil Biology & Biochemistry, 38: 1430-1437.
Moreno J. L. Hernández T. Pérez A. García C. 2002. Toxicity of cadmium to
soil microbial activity: effect of sewage sludge addition to soil on the
ecological dose. Applied Soil Ecology, 21: 149-158.
Öhlinger R. 1996. Dehydrogenases activity with the substrate TTC. [w:]
Schinner F. Öhlinger R. Kandeler E. Margesin R. (red.): Meth¬ods in
Soil Biology. Springer Verlag, Berlin Heidelberg.
374
Poggio L. Vrščaj B. Hepperle E. Schulin R. Marsan F. 2008. Introducing
a method of human health risk evaluation for planning and soil quality
management of heavy metal-polluted soils - An example from Grugliasco (Italy). Landscape and Urban Planning, 88: 64–72.
StatSoft Inc. 2012: Statistica (data analysis software system), version 10.0.
Available at www.statsoft.com.
Tejada M. 2009. Application of different organic wastes in a soil polluted by
cadmium: Effects on soil biological properties. Geoderma, 153: 254268.
Wei B. Yang L. 2010. A review of heavy metal contaminations in urban soils,
urban road dusts and agricultural soils from China., Microchemical Journal, 94: 99–107.
Winding A. Hund-Rinke K. Rutgers M. 2005. The use of microorganisms
in ecological soil classification and assessment concepts. Ecotoxicology
and Environmental Safety, 62: 230-248.
Wyszkowska J. Kucharski J. 2004. Aktywność biochemiczna gleby zanieczyszczonej kadmem. Roczniki Gleboznawcze, 55(2): 527-538.
Wyszkowska J. Kucharski J. Boros E. 2005. Właściwości biochemiczne gleby
zanieczyszczonej niklem i innymi metalami ciężkimi. Journal of Elementology, 10(3 cz.I): 585-596.
prof. dr hab. Jadwiga Wyszkowska
mgr inż. Rafał Strachel
dr inż. Magdalena Zaborowska
mgr inż. Grażyna Kaczyńska
mgr inż. Angelika Szudrewicz
Katedra Mikrobiologii
Wydział Kształtowania Środowiska i Rolnictwa
Plac Łódzki 3, 10-727 Olsztyn
Opiekun naukowy: prof. dr hab. Jadwiga Wyszkowska
375
Dominika Szadkowska
Maciej Gawryołek
Ewa Archanowicz
Jan Szadkowski
Monika Marchwicka
Bartłomiej Rębkowski
EPISTEME
22/2014, t. II
s. 377-383
ISSN 1895-2241
WPŁYW FURFURALU NA HYDROLIZĘ
ENZYMATYCZNĄ HOLOCELULOZY POZYSKANEJ
Z DREWNA TOPOLI (Populus sp.)
STYDY OF FURFURAL IMPACT ON THE ENZYMATIC
HYDROLYSIS HOLOCELULLOSE EXTRACTED
FROM POPLAR WOOD (Populus sp.)
Abstrakt. Holocelulozę pozyskaną metodą chlorynu sodowego z drewna
topoli (Populus sp) poddano hydrolizie enzymatycznej. Jako inhibitor reakcji wykorzystano furfural w trzech różnych stężeniach. Proces hydrolizy
prowadzony był we wcześniej ustalonych warunkach (temperatura 45°C, pH
5,4) przy użyciu enzymu handlowego Dyadic Xylanase 2XP CONC. Stałe pH
reakcji utrzymywał bufor octowy. Dokonano analizy ilościowej powstałych
cukrów wykorzystując technikęchromatograficzną HPLC. Porównano ilości
cukrów powstałych podczas hydrolizy w modelowych warunkach oraz poddanych działaniu inhibitora. Określono stężenie graniczne przy którym
następuje krytyczne obniżenie wydajności hydrolizy.
Słowa kluczowe: holoceluloza, hydroliza enzymatyczna, furfural
Summary. Holocellulose was isolated from poplar wood (Populus sp.)using
sodium chlorite and acetic acid. Enzymatic hydrolysis of holocellulose was
performed using furfural at three different concentrations as an inhibitor.
The process was carried out under predetermined conditions - temperature
optimum of 45 °C - with commercial enzyme Xylanase 2XP CONC from Dyadic. During the reaction, pH of the environment was adjusted to 5.4 using
acetate buffer. The yield of resulting sugars was determined using HPLC
(Shimadzu) analysis on dedicated column. The results were compared to the
yield of sugars in a reference process in the same conditions, but without
the inhibitor. Limit value of inhibitor concentration which make the critical
performance degradation hydrolysis was estimated.
Key words: holocellulose, enzymatic hydrolysis, furfural, HPLC
377
Dominika Szadkowska, Maciej Gawryołek, Ewa Archanowicz, Jan Szadkowski
Wstęp
Biopaliwa są odnawialnymi surowcami energetycznych (OZE), wśród
których większość stanowi surowiec lignocelulozowy (Nigman,
i Singh, 2011). Zaletą biopaliw jest wiązanie gazów cieplarnianych
dając zerowy bilans energetyczny. Dodatkową korzyścią stosowania
biopaliw lignocelulozowych jest możliwość ich wykorzystania do rekultywacji obszarów poprodukcyjnych. Paliwa te zostały nazwane
biopaliwami ze względu na organiczne pochodzenie. Ze względu na
politykę Uni Europejskiej coraz częściej odchodzi się od używania biopaliw I generacji - stanowią one także źródło pożywienia. Badania
oraz rozwój kierują się ku biopaliwą II generacji - którą stanowią materiały lignocelulozowe takie jak surowiec drzewny.
Topola jako gatunek szybkorosnący, nie mający specjalnych
wymagań glebowych, bardzo dobrze nadaje się jako materiał do badań. Nie bez znaczenia jest fakt poznania prze naukowców całego
genotypu topoli oraz badania realizowane na SGGW, mające na celu
poprzez zmiany w genach topoli, zwiększenia udziału celulozy oraz
ksylozy, a zmniejszenie zawartości ligniny.
Holoceluloza jest podstawowym składnikiem budulcowym
drewna składajacym się z polisacharydów. Zależnie od rodzaju podstawowych komponentów- monomerów i stopnia ich polimeryzacji
wyróżnia się dwa zasadnicze składniki holocelulozy: celulozę i hemicelulozy. Celuloza składa się głównie z glukozy, natomiast w skład
hemiceluloz wchodzą również inne cukry i ich pochodne (Przybysz,
2007).
Hydroliza enzymatyczna jest skomplikowanym procesem zależnym od odpowiedniego doboru mieszanki enzymów oraz przygotowania materiału. W przypadku hydrolizy enzymatycznej drewna
przygotowanie materiału zwykle ogranicza się do/polega na usunięcia ligniny oraz innych substancji inhibitujących, a także rozwinięcia powierzchni porów celulozy dla enzymów. Hydroliza ta zachodzi
w trakcie 3-stopniowego procesu. Najpierw zachodzi adsorbcja
enzymów na powierzchni holocelulozy, następnie jej biodegradacja do cukrów mogących fermentować, później jako ostatni element usunięcie enzymów z mieszaniny cukrów (Świątek i in., 2012).
Wykorzystywanie oprócz celulazy, także ksylanazy pozwala zwiększyć
wydajność hydrolizy enzymatycznej złożonego surowca lignoce378
Wpływ furfuralu na hydrolizę enzymatyczną holocelulozy pozyskanej z drewna topoli...
lulozowego jakim jest drewno, a także później zwiększyć końcową
powstałą ilość bioetanolu. Furfural jest substancją toksyczną, mającą
silne inhibitujące działanie na enzymy katalizujące rozkład cukrów
(Modig i in., 2002). Istnieje możliwość powstania go w trakcie obróbki
przygotowującej drewno do hydrolizy enzymatycznej. Do takich procesów możemy zaliczyć: wybuch parowy czy hydrolizę wysokotemperaturowa (Kim i in. 2011).
Celem pracy było określenie wpływu furfuralu na działanie enzymu handlowego Dyadic Xylanase 2XP. Skupiono się również na wyznaczeniu wartości granicznych zawartości furfuralu,
powyżej których hydroliza nie zachodzi oraz ustaleniu czy istnieją
jakiekolwiek wartości przy których hydroliza przy użyciu tego enzym
jest możliwa.
Materiały i metody
Hydroliza enzymatyczna
Hydrolizę enzymatyczną przeprowadzono na holocelulozie pozyskanej z drewna topoli (Populus sp.) za pomocą chlorynu sodowego.
Przed przystąpieniem do pozyskiwania holocelulozy, trociny zostały poddane ekstrakcji w mieszaninie etanol-chloroform (93:7). Do
hydrolizy wykorzystano próbki po 6 gram holocelulozy. Hydrolizę
prowadzono przy użyciu enzymu handlowego Dyadic Xylanase 2XP.
Enzym ten jest skoncentrowaną sproszkowaną endo-β-1,4-ksylanazą
pozyskaną z Trichoderma longibrachiatum (dawniej Trichoderma reesei). Dzięki dużej zawartości ksylanazy/β-1,3-1,4 glukanazy/celulazy
może on rozbijać nie skrobiowe polisacharydy, w tym arabinoksylany
i β-glukany.. W celu zachowania stałej wartości pH 5,4 mieszaniny
użyto jako buforu octanu sodu (171 cm3) połączonego z kwasem octowym (29 cm3). Przygotowano 4 próby. Do kolbki miarowej o pojemności 250 cm3 wprowadzono: holocelulozę, bufor octowy, 0,03 grama
enzymu. Do próbki numer 1 nie dodano inhibitora (próba kontrolna), do kolejnych wprowadzono odpowiednio: 0,01 cm3, 0,03 cm3,
0,1 cm3 furfuralu, dopełniono wodą destylowaną do kreski. Hydroliza prowadzona była w temperaturze około 45⁰C przez 72 h. Z każdej
kolby pobierane były próbki. Pierwsza bezpośrednio po włożeniu
do łaźni, kolejna po 24 h, 48 h, 72 h. Próbki te posłużyły do analizy
powstałych cukrów przy pomocy chromatografii (HPLC).
379
Chromatografia HPLC
Powstałe w wyniku hydrolizy enzymatycznej poszczególne hydrolizaty zostały poddane analizie na chromatografie HPLC firmy Shimadzu. Parametry analizy chromatograficznej:
• Przepływ: 1,5ml/min
• Temperatura: 50⁰C
• Eluent: woda redestylowana
• Kolumna: PolySep 1000 i Linear
Wyniki i dyskusja
Przeprowadzono kalibrację wzorców cukrów, w wyżej opisanych warunkach analizy chromatograficznej. Stworzono krzywe kalibracyjne
dla glukozy oraz dla ksylozy (Rys. 1).
Rys. 1. Krzywe kalibracyjne dla glukozy oraz ksylozy
Korzystając z krzywych kalibracyjnych przeliczono uzyskane
piki cukrów i określono zawartość cukrów w poszczególnych hydrolizatach. Wyniki przedstawiono na rysunkach 2 oraz 3.
Można zauważyć, że pomimo użycia enzymu ksylanazy - jest on
mieszanką enzymów składającą się także z celulaz- uzyskano znacznie większe ilości glukozy niż ksylozy.
380
Rys. 2. Zawartość glukozy
Rys. 3. Zawartość ksylozy
381
Analizując dane przedstawione na powyższym wykresie można
znaleźć następujące zależności. W wyniku hydrolizy holocelulozy
pozyskanej z drewna topoli otrzymuje się większą ilość glukozy niż
ksylozy co wynika ze składu badanego materiału. Przeprowadzona
analiza ilościowa glukozy oraz ksylozy wykazała proporcjonalną zależność czasu prowadzenia procesu do ilości otrzymanej glukozy oraz
ksylozy. Wraz ze wzrostem czasu prowadzenia hydrolizy enzymatycznej holocelulozy rośnie masa glukozy w analizowanych próbkach
zarówno dla próby niezawierającej furfuralu oraz dla prób zawierających trzy różne stężenia furfuralu. Wszystkie badane przypadki
wykazują tendencję wzrostową. Największy przyrost masy glukozy
widoczny jest dla próbek bez zawartości aldehydu. Wraz ze wzrostem zawartości furfuralu następuje zmniejszenie ilości otrzymanej
glukozy. Już przy zawartości 10ul można zauważyć niższą zawartość
glukozy w trakcie oraz po zakończeniu hydrolizy. Jednak nawet przy
zawartości 100ul w roztworze pojawia się glukoza. Znacznie mniejsza ilość niż dla próby kontrolnej. Można zauważyć, że proces hydrolizy nie został zatrzymany jedynie stał się mniej efektywny. Reakcja
hydrolizy ksylanów do ksylozy zachodzi tylko dla próbek bez furfuralu (kontrolnych). Wraz ze wzrostem czasu prowadzonego procesu
otrzymywana jest wyższa zawartość ksylozy. Nawet przy najniższej
zawartości furfuralu (10 ul) reakcja rozkładu na cukry proste przestaje zachodzić. Dla zawartości 30 ul oraz 100 ul również nie wykryto
po przeprowadzonej hydrolizie ksylozy.
Wnioski
1. Furfural wykazuje inhibitujący wpływ na reakcję hydrolizy
enzymatycznej holocelulozy.
2. Reakcja hydrolizy ksylanów do ksylozy zachodzi tylko dla
próbek niezawierających furfuralu. 10ul furfuralu stanowi wartość
graniczną dla enzymów rozkładających ksylanazy.
3. Reakcja hydrolizy celulozy do glukozy zachodzi także przy
niewielkim stężeniu furfuralu.Za wartość graniczną uznajemy 30ul
furfuralu.
Praca jest elementem projektu badawczego NCBiR Nr PBS1/
A8/16/2013 „Wykorzystanie linii topoli o zwiększonym potencjale
382
przyrostu biomasy i ulepszonej kompozycji chemicznej drewna w technologii produkcji papieru i biopaliw”.
Bibliografia
Alvira P., Tomas-Pejo E., Ballesteros M., Negro M.J., 2009: Pretreatment
technologies for an efficient bioethanol production process based on
enzymatic hydrolysis: A review, Bioresource Technology 1001, s. 48514861
Kim Y., Ximenes E., Mosier N., Ladisch M., 2011: Soulbe inhibitors/deactivators of cellulase enzymes from lignocellulosic biomass, Enzyme and
Microbial Technology, 48, s. 408-415
Modig T., Liden G., Taherzadeh M.,2002, Inhibition effects of furfural on
alcohol dehydrogenase, aldehyde dehydrogenase and pyruvate dehydrogenase, Bichem. J. 363, s. 769-776
Poonam Singh Nigman, Annop Singh, 2011: Productiom of liguid biofuels
from renewable resources, Progress in Energy and Combustion Science, Volume 37, Issue I, Pages 52-68
Przybysz K. 2007; Technologia papieru cz. I, Łódź, 61-77.
Świątek K., Lewandowska M., Świątek M., Bednarski W., 2012: Doskonalenie warunków hydrolizy enzymatycznej polisacharydów zawartych w
słomie rzepakowej. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych
2012 z. 570; s. 107–116
Opiekun naukowy: prof. dr hab. Janusz Zawadzki
mgr inż. Dominika Szadkowska
Katedra Nauki o Drewnie i Ochrony Drewna
Wydział Technologii Drewna
[email protected]
mgr inż. Maciej Gawryołek
Katedra Nauki o Drewnie i Ochrony Drewna
Wydział Technologii Drewna
ul. Nowoursynowska 166, 02-787 Warszawa
383
Jacek Nowicki, Stanisław Popek
Sara Świerkosz, Katarzyna Olczak
Ryszard Tuz, Tomasz Schwarz
EPISTEME
22/2014, t. II
s. 385-395
ISSN 1895-2241
THE EFFECT OF HOUSING FATTENERS
IN OUTSIDE RUN ENCLOSURE
ON THE DAILY BEHAVIOURAL PROFILE
AND CHOSEN PARAMETERS OF MEAT QUALITY
Abstract. The aim of this study was to determine the influence of the activity of weaners and fatteners on the daily behavioural profile and chosen
meat quality parameters. After the moment of weaning, 36 piglets from
4 different litters were joined together, and later were placed in 2 adjacent
pens (18 animals in each pen). One of the pens was equipped with a door
leading to the enclosure (28 m2). The behaviour was recorded for 72 hours
from the moment of weaning and during 24 hours in one weeks intervals
till the end of fattening period (110 kg of body weight). The following data
were gathered: duration of activity (feed intake), duration and frequency of
fights, duration of exploratory behaviour, duration of resting phase. After
slaughter the samples of loin were taken and the physico-chemical analysis
as well as the sensory tests of cooked meat were made. It was found that the
activity of fatteners was higher in the pen with the enclosure. There were no
statistical differences in physico-chemical parameters of loin. However, the
better sensory quality of cooked meat from fatteners housed in pen with
the enclosure was found by the six-person team with a proven pre-sensory
sensitivity.
Key words: pigs, environmental enrichment, behaviour, meat quality
385
Jacek Nowicki, Stanisław Popek, Sara Świerkosz, Katarzyna Olczak...
Introduction
The pigs evolved in partially wooded areas, where they were forced
to look for food in the soil, and therefore pigs constantly show an
internal drive to explore (Fraser et al., 1991). In an environment
poor in stimuli a strong drive to snout and ruminate is directed to
other pigs in a pen and its equipment (Kelly et al. 2000, Lyons et al.
1995). EU legal regulations draw attention to the provision of environmental enrichment for pigs. Commission Directive 2008/120/
EC (2008) states that pigs kept in groups must be prevented from
fighting, and when signs of severe fighting appear, the causes should
be immediately investigated and appropriate measures taken, such
as providing animals with straw or other materials for exploration. It
was proved in many cases that environmental enrichment decrease
levels of aggression (Van de Weerd et al. 2003, Nowicki et al. 2007,
Nowicki et al. 2008, Nowicki et al. 2012). Especially when stressful
events such as weaning and regrouping occur, which are often a cause
of agonistic behavior (Paratt et al. 2006). The most intense fights are
observed within the first 2 days from the moment of the formation
of the new group (Keeling and Gonyou, 2001). It sometimes lead to
aggression and cannibalism (Beattie et al., 2000), e.g. nibbling on the
tails of other pigs (Scott et al. 2006, Van de Weerd et al. 2005). In
consequence it may increase mortality and be detrimental in economic terms.
Studies on the relationship between housing systems for pigs
and meat quality characteristics were carried out but their results are
not homogeneous (EFSA, 2005). Enfält et al. (1993) observed greater
leakage of water and the lighter colour of meat of more active pigs.
In contrast, in studies of Gentry et al. (2002) pigs housed in an open
outdoor system had better quality characteristics of meat: meat was
darker and redder, and more fragile. According to the report, EFSA
(2005), an important factor in conducting this type of research is to
separate the concept of space to allow freedom of movement from
the actual activity. Although a large surface area allows the expression of higher activity, it does not mean that in larger space the pigs
become more active. The studies of Stolba and Wood-Gush (1989)
showed that pigs housed in semi-natural environment spent actively
70-80% time of a day while pigs in indoor housing spent actively
386
The Effect of Housing Fatteners in Outside Run Enclosure...
only up to 30% of time. There are no clear data about daily behavioural profile of pigs housed outdoors and the effects of such housing
system on the meat quality.
Given the above information, it was decided to determine
whether the housing on outside run enclosures affects the daily behavioural profile and the meat quality parameters.
Material and methods
The researches were carried out in the Experimental Unit of the Department of Swine and Small Ruminant Breeding of the University
of Agriculture in Krakow and Department of Foodstuffs Commodity
Science of Cracow University of Economics. The subject of the study
was a group of 36 weaned piglets and then fatteners, crossbreeds
of Polish Landrace (PBZ) and Polish Large White (WBP) weaned in
the 35th day of rearing. After the weaning 36 piglets coming from
4 different litters were placed in 2 adjacent pens (3 × 3.2 m) consisting of 18 animals each (9 gilts and 9 barrows). One of the pens was
additionally supplied with the free access separate door which led
to the outside run enclosure (28 m2). Round-the-clock observations
of behaviour were carried out with time-lapse digital video recorder
and colour surveillance cameras equipped with infrared illuminators,
which enabled nocturnal observation without the use of the building
lighting. The cameras were placed indoors and outdoors to enable
observations in pen and in the enclosure. The behaviour of weaners
was recorded from the moment of group formation and placing the
animals in a pen over the consecutive 72 hours. Further 24-hour observations were carried out in one week intervals until the animals
achieved the slaughter weight. After the completion of the observations the recorded material was played and the analysis of the behaviour of experimental weaners was made.
During the observation the following data were collected: time
and frequency of the interest in substrates in pens (straw) and on
the enclosure (soil, branches, leaves); time and frequency of agonistic
behaviour; time of food intake; duration of the rest phases including lying on the belly or on the side. Behavioural data was subjected
to statistical analysis using the method of non-parametric Mann387
Whitney U test, with data analysis software - Statistica 8.0 PL. Furthermore, production indices were recorded, such as daily gain in the
period from the moment of weaning and group formation of weaners
until the end of fattening period. All the fatteners were slaughtered
at approximately 110 kg of body weight (± 1 kg). The daily gains were
compared using Students’ t-test.
Experimental pens for weaners were located in a traditional
building, mechanically air-conditioned and heated to the temperature of approximately 18°C. Bedding covered deck housing was applied where straw was used as bedding material. The ground on the
enclosure was covered with soft soil. There were 2 trees on the enclosure which allowed animals to reach leaves and branches. Pigs were
fed ad libitum with full-portioned mixture from automatic feeders
located inside the pens. 24 hours after slaughter, the meat samples
from loin (longissimus dorsi muscle) were taken to make physicochemical analysis. On these pork samples following physico-chemical
designation was carried out: water content, using drying at 130°C;
protein content, using the Kjeldahl method; fat content, using the
Soxhlet method; total ash content by incinerating meat samples in
a muffle furnace at 550°C; water holding capacity (WHC), using the
Grau-Hamm method; pH 48 (activ acidity), using a CX-721 multifunction computer measuring instrument; colour parameters in the
L * a * b * system, using a CR-200 Minolta Chroma Meter.
Any determination was made in the three-fold repetition to give
the arithmetic mean. The sensory tests of cooked meat were also performed and included: taste, consistency, flavour and colour. Using
the coefficients for each sensory attributes, the Combine Sensory
Quality Index (CSQI) was calculated, allowing for numerical comparison of the sensory qualities of pork samples. Sensory evaluation was
carried out by a team of 6 people with a proven pre-sensory sensitivity. Based on Student’s t-test the statistical significance of differences between mean values of examined parameters of meat quality in
both groups was tested, at the significance level α = 0.01 (Czermiński
et al., 1992),.
388
Results
During the whole observation period overall activity of weaners was
significantly higher in group housed with the outside run enclosure
(Table 1). It is a result of more time spent on exploratory behaviour.
Rooting in straw in pen as well as rooting and sniffing in soil took
almost 20% of a day in group housed in pen with the enclosure. The
duration of exploratory behaviour was not nearly half as high in the
pen without the enclosure. The total activity was higher in first few
days after the group formation and gradually decreased in the subsequent days of the fattening (Figure), but was always higher in the
pen with access to the enclosure. Frequency of occurring fights was
statistically significantly higher (P<0,01) in pigs without access to
enclosure. There were no statistical differences in the distribution of
the time spent on resting (lying on the side and on the belly). There
were also very little behavioural stereotypies found in both compared
housing systems and no statistically significant differences in daily
gains in the fattening period.
On the basis of physico-chemical analysis (Table 2), it can be concluded that the quality of the meat samples analyzed in both groups
was satisfactory. Based on the statistical aspect of the experiment
(Czermiński et al., 1992), there is a lack of significance of differences
between mean values of physico-chemical parameters that determine the quality of the meat of both groups. The statistically significant
differences between all determinants were found in case of sensory
quality (Table 3) (flavour, consistency, taste, colour) and CSQI calculated on the basis of the ratio of meat in both groups. Higher values
were found in sensory meat parameters in the group housed in pen
with the outside run enclosure.
Discussion
The results of the study showed that the access to the outside enclosure influenced the behaviour of the animals in that group, it mainly
pertained to the overall time and frequency of occurring fights. Shaping of social hierarchy occurred faster in the pen connected to outside enclosure, and it is in agreement with previous researches (Van de
Weerd et al. 2003, Nowicki et al. 2007, Nowicki et al. 2008, Nowicki
389
et al. 2012, Blackshaw et al. 1997). The choice of enrichment for pigs
in an indoor system is often failing to account for the requirements
of the animals themselves, which might result in animals rapidly losing interest in the objects (Day, 2002). Lewis et al. (2006) hold that
the properties of a substrate determine whether it will be successful
as an environmental enrichment.
The interest in soil in our own experiment increased the total
time of the activity which made enclosure a successful environmental enrichment. However, the activity level decreased in the subsequent days of observation in both housing systems, albeit the drop
was slower in the pen with the access to the enclosure. It partially
proves the point made by Pearce and Paterson (1993), that the duration of the exploratory behaviour was longer in pigs housed with
environmental enrichment. Recent studies (Morrison et al., 2007)
also indicate that pigs kept on deep litter spend more time on active exploratory behaviour. Comparison of the impact of “enriched”
(straw and a greater surface area) and “restrictive” (slatted floor, 30%
less surface area) systems revealed no significant differences in meat
quality characteristics, besides the improved water holding capacity
of meat of pigs kept in conditions of enriched environment (Klont
et al., 2001). So far there is no conclusion whether and how housing system affects the quality of pork. The results obtained by Hill
et al. (1998) suggest that environmental enrichment did not lead to
changes in meat quality traits. Studies on the sensory quality of meat
showed that the ham from pigs housed indoors had a lower pH, but
was more juicy than that coming from pigs kept outdoors (Jonsäll, et
al., 2001). The results of research conducted by Gentry et al. (2002),
indicate that the carcasses of pigs kept in outdoor system were heavier than those housed indoors. They also found a greater loin muscle
area and higher loin weight in growing pigs reared in an open system,
as well as darker colour of loin meat. In own experiment there were
no statistically significant differences in the investigated features of
the loin meat, but the sensory panel showed the difference in favour
of the flavour of the meat coming from the pen with the outdoor
enclosure.
Summing up, there is no doubt that environmental enrichment
improves the life of animals and helps with stressful events. The
390
amount of agonistic behaviours is significantly lower in pens with
access to enclosure. Also the activity of weaners and fatteners had no
clear effect on the physico-chemical parameters of loin samples but
the further investigation is necessary to explain the differences in
the sensory quality of meat found in the present experiment.
Tab. 1. The behaviour of weaners and fatteners – means for the whole fattening period, from weaning to the day of slaughter (24h = 100%) and the
daily gains of the fatteners.
System of housing
Type of behaviour
Danish type
pen, n = 18
Danish type pen
with the outside
run enclosure, n
= 18
Overall duration of activity (%)
30.87a ± 4.79
51.77b ± 3.96
Duration of feed intake (%)
11.57 ± 2.75
13.38 ± 2.65
Overall rest (%)
69.13a ± 3.89
48.23b ± 4.32
Lying on the side (%)
40.89 ± 2.66
41.72 ± 2.39
Lying on the belly (%)
27.26 ± 1.94
17.89 ± 2.72
Duration of occurring fights (%)
0.68a ± 0.08
0.14b ± 0.11
Frequency of fights
26.25A ± 8.24
4.27B ± 9.03
Behavioural stereotypies (%)
0.04 ± 0.02
0.06 ± 0.08
Exploratory behaviour – rooting
in straw and soil (%)
10.29a ± 5.51
19.58b ± 6,26
Daily gains (g)
714.30 ± 13.84
706.36 ± 17.26
a,b – averages marked with the same letter are statistically significantly
different from each other. P ≤ 0.05
A, B - averages marked with the different letters are statistically highly
significantly different from each other. P ≤ 0.01
391
Tab. 2. Physico-chemical parameters of the loin muscle samples
(m. logissimus dorsi).
Housing system
Trait
Danish type pen,
n = 18
Danish type pen
with the outside run
enclosure, n = 18
Water content (%)
73.46 ± 1.36
72.64 ± 0.82
Protein content (%)
22.83 ± 0.68
22.52 ± 0.98
Total ash content (%)
1.01 ± 0.04
0.98 ± 0.05
Fat content (%)
1.87 ± 0.08
1.91 ± 0.10
Water holding capacity
36.31 ± 2.02
34.49 ± 1.49
pH 48
5.48 ± 0.07
5.47 ± 0.06
L*
57.57 ± 2.93
54.94 ± 1.81
a*
2.71 ± 0.32
2.73 ± 0.19
b*
5.79 ± 0.16
5.50 ± 0.43
Tab. 3. The average grades obtained for individual organoleptic traits
and the Combine Sensory Quality Index (CSQI) (m. logissimus dorsi).
Housing system
Trait
Danish type pen, n = 18
Danish type pen with the
outside run enclosure, n = 18
Consistency
3.86A ± 0.34
4.65B ± 0.27
Colour
3.81A ± 0.27
4.72B ± 0.17
Flavour
3.81A ± 0.25
4.54B ± 0.29
Taste
3.25A ± 0.28
4.16B ± 0.32
CSQI
3.59A ± 0.21
4.42B ± 0.23
A, B - averages marked with the different letters are statistically highly significantly different from each other. P ≤ 0.01
392
Figure. The daily activity of weaners and fatteners in subsequent days
of observation (24 h = 100%).
References
Annex to the European Food Safety Authority Journal: The welfare of weaners and rearing pigs: effects of different space allowances and floor
types. Scientific Report EFSA-Q-2004-077, 268, 1-19, 2005.
Beattie VE, O’Connell NE, Moss BW. 2000. Influence of environmental enrichment on the behaviour, performance and meat quality of domestic
pigs. Livest Prod Sci,; 65: 71-79.
Blackshaw JK, Thomas FJ, Lee JA. 1997. The effect of a fixed or free toy on
the growth rate and aggressive behaviour of weaned pigs and the influence of hierarchy on initial investigation of the toys. Appl Anim Behav
Sci; 53: 203–212.
Council Directive 2008/120/EC. 2008. Laying down minimum standards for
the protection of pigs. Official Journal of the European Union L47/5.
Czermiński JB, Iwasiewicz A, Paszek Z, Sikorski A. 1992. Metody statystyczne dla chemików. Warszawa, Polska: Wydawnictwo Naukowe PWN;.
Day JEL, Spoolder HAM, Burfoot A, Chamberlain HL, Edwards SA. 2002.
The separate and interactive effects of handling and environmental
enrichment on the behaviour and welfare of growing pigs. Appl Anim
Behav Sci; 75: 177-192.
Enfält AC, Lundstrom K, Hansson I, Karlsson A, Essen-Gustavsson B, Hakansson J. 1993. Moderate indoor exercise: effect on production and
393
carcass traits, muscle enzyme activities and meat quality in pigs. Anim
Prod; 57: 127-135.
Fraser D, Phillips PA, Thompson BK, Tennessen T. 1991. Effects of straw
on the behaviour of growing pigs. Appl Anim Behav Sci; 30: 307-318.
Gentry JG, McGlone JJ, Blanton RJ, Miller MF. 2002. Alternative housing
systems for pigs: Influences on growth, composition, and pork quality.
J Anim Sci; 80: 1781–1790.
Hill JD, McGlone JJ, Fullwood SD, Miller MF. 1998. Environmental enrichment influences on pig behaviour, performance and meat quality. Appl
Anim Behav Sci; 57: 51-68.
Jonsäll A, Johansson L, Lundstrőm K. 2001. Sensory quality and cooking
loss of ham muscle (M. biceps femoris) from pigs reared indoors and
outdoors. Meat Sci; 57: 245-250.
Keeling LJ, Gonyou HW. 2001. Social behaviour of Pigs. In Keeling LJ and
Gonyou HW, editors. Social Behaviour in Farm Animals. Wallingford,
UK: CABI Publishing;. pp 147-176.
Kelly HRC, Bruce JM, English PR, Fowler VR, Edwards SA. 2000. Behaviour
of 3-week weaned pigs in straw – flow, deep straw and flat deck housing systems. Appl Anim Behav Sci; 68: 269–280.
Klont RE, Hulsegge B, Hoving-Bolink AH, Gerritzen MA, Kurt E, Winkelman-Guedhart HA, De Jong IC, Kranen RW. 2001. Relationships between behavioural and meat quality characteristics of pigs raised under
barren and enriched housing conditions. J Anim Sci; 79: 2835-2843.
Lewis E, Boyle LA, O’Doherty JV, Lynch PB, Brophy P. 2006. The effect of
providing shredded paper or ropes to piglets in farrowing crates on
their behaviour and health and the behaviour and health of their dams.
Appl Anim Behav Sci; 96: 1-17.
Lyons CAP, Bruce JM, Fowler VR, English PR. 1995. A comparison of productivity and welfare of growing pigs in four intensive systems. Livest
Prod Sci; 43: 265-274.
Morrison RS, Johnston LJ, Hilbrands AM. 2007. The behaviour, welfare,
growth performance and meat quality of pigs housed in a deep-litter,
large group housing system compared to a conventional confinement
system. Appl Anim Behav Sci; 103: 12–24.
Nowicki J, Klocek C. 2012. The effect of aromatized environmental enrichment in pen on social relations and behavioural profile of newly mixed
weaners. Ann Anim Sci; 12: 403-412.
Nowicki J, Kopyra M, Klocek C. 2007. The behavioural reaction of weaners to hanging toys: wooden ball and aromatized wooden ball – way to
reduce aggression after mixing., Journal of Central European Agriculture; 4: 447-452.
394
Nowicki J, Moskała E, Kopyra M. 2008. Behavioural response of mixed
weaners to a hanging wooden ball and a free ball In the pen. Ann Anim
Sci; 8, No. 1: 63-69.
Paratt CA, Chapman KJ, Turner C, Jones PH, Mendl MT, Miller BG. 2006.
The fighting behaviour of piglets mixed before and after weaning in
the presence or absence of a sow. Appl Anim Behav Sci; 101: 54-67.
Pearce GP, Paterson AM. 1993. The effect of space restriction and provision
of toys during rearing on the behaviour, productivity and physiology of
male pigs. Appl Anim Behav Sci; 36: 11–28.
Scott K, Taylor L, Gill BP, Edwards SA. 2006. Influence of different types of
environmental enrichment on the behaviour of finishing pigs in two
different housing systems 1. Hanging toy versus rootable substrate.
Appl Anim Behav Sci; 99: 222–229.
Stolba A, Wood-Gush DGM. 1989. The behaviour of pigs in a semi natural
environment. Anim Prod; 48: 419– 425.
Van de Weerd HA, Docking CM, Day JEL, Avery PJ, Edwards SA. 2003. A
systematic approach towards developing environmental enrichment
for pigs. Appl Anim Behav Sci; 84: 101-118.
Van de Weerd HA, Docking CM, Day JEL, Edwards SA. 2005. The development of harmful social behaviour in pigs with intact tails and different
enrichment backgrounds in two housing systems. Anim Sci; 80: 289298.
Postal Address:
Jacek Nowicki
Sara Świerkosz
Katarzyna Olczak
Ryszard Tuz
Tomasz Schwarz1
University of Agriculture in Krakow
Department of Swine and Small Ruminants Breeding
Krakow, Poland
Stanisław Popek
Cracow University of Economics
Department of Foodstuffs Commodity Science
Krakow, Poland
395
396

Pobierz PDF (Full Text)

Transkrypt

Podobne dokumenty