Epistemeczasopismo Naukowo-Kulturalne

ISSN 1895 - 4421

EPISTEMECZASOPISMO 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 WSCHODNIO- PRUSKIEGO 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 STOB- RAWSKICH 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 ZRÓŻNI- COWANEGO 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 EPISTEME Dawid Chaba 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 położo- nej 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 ba- dań, 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 situ- ated 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 Tomasz Noszczyk, Dawid Chaba

WSTĘP Polska wieś w ciągu wieków ulegała licznym zmianom. Przeobraże- nia 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 wypo- sażone [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. Doko- nano statystycznej analizy danych ewidencyjnych z roku 2012, po- chodzących 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 powier- zchnię 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 Tomasz Noszczyk, Dawid Chaba co stanowi 5,0% powierzchni wsi. Wśród tych gruntów największy obszar - 7,5 ha (2,4%) zajmuje podgrupa 1.7 – osoby i jednostki orga- nizacyjne 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 reali- zuje 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 [Sa- nek, 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 Analiza struktury władania, użytkowania i rozdrobnienia

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 Powierzchnia Rodzaj użytku gruntowego gruntowego [ha] [%] grunty orne 216,3053 69,5 sady 3,6743 1,2 łąki trwałe 40,1000 12,9 Użytki rolne pastwiska trwałe 16,7705 5,4 grunty rolne zabudowane 9,8131 3,2 rowy 4,2009 1,3 Razem: 290,8641 93,4 Grunty leśne lasy 3,3218 1,0 oraz zadrze- grunty zadrzewione i zak- 0,1700 0,1 wione i zakrze- rzewione wione Razem: 3,4918 1,1

9 Tomasz Noszczyk, Dawid Chaba

tereny mieszkaniowe 0,1640 0,1 Grunty zabu- drogi 8,7700 2,8 dowane i zurbanizowane 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 powierzch- nię 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 Analiza struktury władania, użytkowania i rozdrobnienia 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]. Tab. 2. Struktura rozdrobnienia gruntów we wsi Lipnik - % Lp. rowej Średnia Średnia zchni [%] rowej [ha] rowej Przedziały obszarowe obszarowe działki [ha] działek [ha] grupy obsza - Powierzchnia Powierzchnia powierzchnia ział w powier Liczba działek w grupie obsza - - ud Procentowy 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 Razem: 370 100,0 311,4345 100,0 0,8417 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 Tomasz Noszczyk, Dawid Chaba

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 Eu- ropejską w ramach Wspólnej Polityki Rolnej, chyba, że uprawy prowadzone są na kilku sąsiadujących działkach będących we włada- niu jednej osoby. Grunty poniżej 0,60 ha pokrywają 18,1% powierzchni wsi, sta- nowiąc 57,3% ogólnej liczby działek (Tab.2). Zgodnie z art. 93 ust. 2a ustawy o gospodarce nieruchomoś- ciami: „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 mo- gące 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 zgod-

12 Analiza struktury władania, użytkowania i rozdrobnienia 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 urządza- nia. II Ogólnopolskie Seminarium Geograficzno-Rolnicze AR Wroc- ław, 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 użytkowa- nia 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 pro- gnozowania kierunków przekształceń terenów wiejskich. Zeszyty Na- ukowe 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 nieruchomoś- ciami 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 Tomasz Noszczyk, Dawid Chaba

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 e-mail: [email protected]

14 Żaneta Banaszek EPISTEME Angela Potasznik 22/2014, t. II Ilona Świtajska s. 15-22 Cristina Timotfe 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 współc- zesnego 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 lo- kalną 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 coun- tryside 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 examinati- 15 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 mias- to-wieś kreślą się na obszarach sąsiadujących z miastami oraz posia- dających szczególne walory przyrodnicze [Staszewska 2012]. Wpływ miasta na te tereny wyznacza specyficzną strefę oddziaływania, zwaną strefą podmiejską określaną również mianem strefy suburbi- alnej. Pojawienie się współczesnych form osadniczych jest szczegól- nie 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. Pro- ces 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 in- tensywnym 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 Topographis- che 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 Żaneta Banaszek, Angela Potasznik, Ilona Świtajska, Cristina Timotfe

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 wska- zały, 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 południowo- wschodniej 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 szcze- gólną uwagę zasługuje zróżnicowanie typów zabudowy wzdłuż strefy północnej i południowej badanego zbiornika: na północy i wschod- zie, czyli bliżej Olsztyna (Dorotowo, Tomaszkowo, Siła) dynamicznie rozwija się zabudowa jednorodzinna całoroczna, podczas gdy na południu (Kręsk) dominuje bardziej rozproszona zabudowa rekre- acyjna.

18 Oddziaływanie miasta na krajobraz nadjeziorny na przykładzie...

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 przy- brzeżnej zaobserwowano w miejscowości Tomaszkowo i Dorotowo położonych najbliżej granicy administracyjnej Olsztyna. Wynikają one z intensywnego zagęszczenia zabudowy jednorodzinnej i wielo- rodzinnej, 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 Żaneta Banaszek, Angela Potasznik, Ilona Świtajska, Cristina Timotfe

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 po- dolsztyńskich 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 Oddziaływanie miasta na krajobraz nadjeziorny na przykładzie... 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 za- burzonym ładzie przestrzennym. • Analiza archiwalnych i współczesnych materiałów kartograficznych wokół Jeziora Wulpińskiego wskazuje na dynamiczny ro- zwój 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 Mazura- ch. 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 Na- ukowe UMK, Toruń, s. 29-43 Jaszczak A. 2009. Ocena stanu krajobrazu wiejskiego w okolicach zbior- ników wodnych i jego przekształcenia. Architektura Krajobrazu. 1, 65- 70 Gonda-Soroczyńska E. 2009. Przemiany strefy podmiejskiej Wrocławia w ostatnim dziesięcioleciu. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejski- ch, nr 4/2009, s. 149-196

21 Żaneta Banaszek, Angela Potasznik, Ilona Świtajska, Cristina Timotfe

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, Wydaw- nictwo Ekonomia i Środowisko, Białystok- Lublin-Warszawa, s. 317- 326 Topographische Karte. 1932 , Messtischblätter 1:25 000, arkusze: Dietri- chswalde (2287), Allenstein (2288), Grieslienen (2388).

Adres do korespondencji:

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, e-mail: [email protected]

Opiekun naukowy: dr hab. Katarzyna Glińska-Lewczuk, prof. UWM

22 Pelagia Biłka EPISTEME Bartosz Mitka 22/2014, t. II Maria ZYGMUNT s. 23-32 Przemysław Klapa ISSN 1895-2241

TESTOWANIE DOKŁADNOŚCI METROLOGICZNEJ NAZIEMNEGO SKANERA LASEROWEGO W WARUNKACH LABORATORYJNYCH TESTING THE METROLOGY ACCURACY OF TER- RESTRIAL LASER SCANNING METHOD IN LABORA- TORY 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 nie- dostępne, 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 non- contact 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, requi- res 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 Pelagia Biłka, Bartosz Mitka, Maria Zygmunt, Przemysław Klapa 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 ro- zwijającą 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. Pierws- ze, 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 za- sięg 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 odchyla- nia 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°; dokład- ność 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 para- Pixel/360° Jakość metry skanowa- pion & nia poziom low normal high premium preview 1,250 --- 0:26 min ------0:26 1:44 low 2,500 0:52 min* --- min min 0:52 3:22 6:44 middle 5,000 1:44 min min* min* min* 1:44 6:44 13:28 high 10,000 3:22 min* min min min 3:28 13:28 26:56 super high 20,000 6:44 min* min min* min Rozdzielczość 13:28 26:56 53:20 ultra high 40,000 --- min min min extremely 81:00 162:00 100,000 ------high min min extremely 81:00 162:00 100,000 ------high min min

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 Pelagia Biłka, Bartosz Mitka, Maria Zygmunt, Przemysław Klapa 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 sferycz- ności, pomierzono ich podstawowe parametry. Przy pomocy suw- miarki, dla każdej z 10 kul referencyjnych dokonano 10 serii po- miarów średnicy w celu wyznaczenia estymatora wartości oczekiwa- nej długości promienia wzorca (kuli referencyjnej) z określeniem jego błędu średniego. Wyniki prezentuje Tab.2. Tab. 2. Parametry wzorcowych kul referencyjnych Błąd średni promienia Oznaczenie kuli (i) Promień kuli ri [m] 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

26 Testowanie dokładności metrologicznej naziemnego skanera laserowego...

Styropianowe kule referencyjne zamontowano na słupach z urządzeniem do wymuszonego centrowania, przy pomocy spoda- rek (Rys. 1), w laboratorium pomiarowym budynku dydaktycznego. Następnie dokonano skanowania laserowego zamontowanych kul, które znajdowały się w różnej odległości od skanera laserowego. Sche- mat 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 Pelagia Biłka, Bartosz Mitka, Maria Zygmunt, Przemysław Klapa

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 wartości- ach 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 Zróżni- cowane serie pomiarowe pozwoliły na weryfikację wpływu gęstości chmury punktów oraz poziomu redukcji szumów na osiąganą dokład- ność 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 kwa- dratów) - 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.

s p |∆ri|=| ri - ri | gdzie:

|∆ri |- wartość bezwzględna odchyłki sferyczności dla i-tej kuli; s ri - wyestymowana wartość długość promienia i-tej kuli; p ri - długość promienia kuli uzyskana z wpasowania sfery w chmurę punktów.

28 Testowanie dokładności metrologicznej naziemnego skanera laserowego...

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

Odchyłka sferyczności |Δri|[mm] Nr serii Parametry pomiaru i - ty numer kuli referencyjnej pom. Rozdzielczość Jakość 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 Low Normal - 0,50 0,48 - - 1,07 1,23 5,05 - - 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 Low 4,81 1,00 1,52 5,10 1,82 0,43 0,77 0,45 1,15 2,52 5 Middle High 0,69 0,50 0,98 - - 1,23 1,23 0,05 0,85 2,02 6 Middle Premium 1,81 1,00 1,98 0,10 1,82 3,07 1,23 0,55 1,65 1,98 7 Super high 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 Pelagia Biłka, Bartosz Mitka, Maria Zygmunt, Przemysław Klapa

Wartość odchyłki sferyczności osiąga w przeważającym stopniu wartości submilimetrowe oraz milimetrowe. Dla pierwszych trzech serii pomiarowych, dla których jakość jest taka sama, a stopień rozd- zielczości zmienia się, występuje tendencja spadku lub braku zmiany wartości odchyłki wraz ze wzrostem poziomu rozdzielczości. Para- metr 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 Testowanie dokładności metrologicznej naziemnego skanera laserowego... 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 koni- ecznym 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 ana- lizę błędu wzorca długości oraz wyznaczenia środka ciężkości kuli referencyjnych. Wyniki analiz pozwolą jednoznacznie określić dokład- ność 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, Czasopis- mo techniczne PK. Gumus K., 2008. Terrestrial Laser Scanners and the Investigation of Positi- oning Accuracy, Turkey. Reshetyuk Y., 2006. Investigation and Calibration of Pulsed Time- of-Flight Terrestrial Laser Scanners, Sweden.

31 Pelagia Biłka, Bartosz Mitka, Maria Zygmunt, Przemysław Klapa

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

Adres do korespondencji:

mgr inż. Pelagia Biłka Katedra Geodezji, Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie e-mail: [email protected]

dr inż. Bartosz Mitka Katedra Geodezji Rolnej, Katastru i Fotogrametrii Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie e-mail: [email protected]

mgr inż. Maria Zygmunt Katedra Geodezji Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie e-mail: [email protected]

32 Pelagia Biłka EPISTEME Magda Pluta 22/2014, t. II Bartosz Mitka s. 33-40 Maria Zygmunt ISSN 1895-2241

WYZNACZENIE BŁĘDU WSKAZANIA DŁUGOŚCI NA- ZIEMNEGO 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 Scan- ning) jest urządzeniem metrologicznym, które zdalnie dokonuje pomiaru obiektu i zapisuje go w postaci uporządkowanej w przestrzeni chmury punktów. W monitorowaniu dużych obiektów inżynierskich, częs- to stanowiących obiekty niedostępne, naziemny skaning laserowy może stanowić dobre rozwiązanie technologiczne. W geodezji przemysłowej najważniejszym parametrem opisującym sprzęt pomiarowy jest dokład- ność. 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 Pelagia Biłka, Magda Pluta, Bartosz Mitka, Maria Zygmunt

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 za- sięgu 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 (rzeczywis- tą) 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 prowadzi- li 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 ro- zdzielczości 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]. Prezen- towana praca przedstawia wyniki wyznaczenie błędu wskazania dłu- gości 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 Środowis- ka 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 prze- prowadzania 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 Pelagia Biłka, Magda Pluta, Bartosz Mitka, Maria Zygmunt

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). s p |∆dij|=|dij - dij |

Gdzie:

|∆dij| - wartość bezwzględna błędu wskazania długości po- między punktami i, j s dij - odległość pomiędzy punktami i, j pozyskana z pomiarów statycznych p dij - odległość pomiędzy punktami i, j pozyskana z pomiarów TLS Podczas pomiaru odcinków pomiędzy obiektami w technologii naziemnego skaningu laserowego, mogą zostać wyznaczane 36 Wyznaczenie błędu wskazania długości naziemnego skanera laserowego... błędy pomiaru kąta i odległości. W naziemnym skaningu laserowym określenie dokładności kątowej dla skanera jest bardzo skom- plikowane, 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 podle- gających pomiarowi. Długość teoretyczną odcinka pomiędzy ko- lejnymi 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 dłu- gości 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 Odległość od Błąd wskaza- Oznaczenie Długość odcinka skanera do nia długości końców odcinka [m] środka odcinka [m] [m]

s p i j dij dij |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 Pelagia Biłka, Magda Pluta, Bartosz Mitka, Maria Zygmunt

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 Wyznaczenie błędu wskazania długości naziemnego skanera laserowego...

Zależność pomiędzy wartością błędu wskazania długości, a odległością pomiędzy stanowiskiem skanera i skanowanym od- cinkiem 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 milime- trów. Testowanie skanerów, poprzedzające formułowanie specyfi- kacji 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 sta- nowią 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 Pelagia Biłka, Magda Pluta, Bartosz Mitka, Maria Zygmunt

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, Jer- zy 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

Adres do korespondencji:

mgr inż. Pelagia Biłka Uniersytet Rolniczy w Krakowie WIŚiG, KG e-mail: [email protected]

mgr inż. Magda Pluta Uniwersytet Rolniczy w Krakowie WIŚiG, KGRKiF e-mail: [email protected]

dr inż. Bartosz Mitka Uniwersytet Rolniczy w Krakowie WIŚiG, KGRKiF e-mail: [email protected]

40 Maria Zygmunt, Barbara Czesak EPISTEME Agnieszka Szeptalin, Pelagia Biłka 22/2014, t. II Magda Pluta s. 41-49 Opiekun naukowy: dr inż. Bartosz Mitka 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 pro- jektów, planów i są szeroko stosowane w inżynierii. Dokładne DTM może być wiarygodną podstawą do analiz, wizualizacji i obliczeń. Jednak dokład- ność DTM jest często zaniedbywana. W artykule przedstawiono porówna- nie 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 18432 m 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 Sur- veying 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 ta- cheometer. 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 Maria Zygmunt, Barbara Czesak, Agnieszka Szeptalin, Pelagia Biłka, Magda Pluta ...

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 Comparison of digital terrain models on the basis of the data obtained...

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 evalua- ted 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 Maria Zygmunt, Barbara Czesak, Agnieszka Szeptalin, Pelagia Biłka, Magda Pluta ... 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, Gołu- ch 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 generalizati- on 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 Comparison of digital terrain models on the basis of the data obtained...

Conclusion The article compares four DTMs generated on the basis of point clo- uds 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 subjecti- vity. 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 conto- uring from DTM. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, 44 (12): 1537–1548.

47 Maria Zygmunt, Barbara Czesak, Agnieszka Szeptalin, Pelagia Biłka, Magda Pluta ...

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 Pias- tów Śląskich w Brzegu. Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Telede- tekcji, Vol. 23: 37–47. Gołuch P. Borkowski A. Jóźków G. 2007. Ocena dokładności danych lotniczego skaningu laserowego systemu ScaLARS. Archiwum Fotograme- trii, 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. Photo- grammetric 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. Photogram- metric Record, 20: 162–171. Prokop A. 2008. Assessing the applicability of terrestrial laser scanning for spatial snow depth measurements. Cold Regions Science and Techno- logy, 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 ste- reo images. Optical Engineering, 41: 2102–2106. Weibel R. Heller M. 1991. Digital Terrain Modeling. Geographical Informa- tion Systems: Principles and Applications. Longman, 269-297.

48 Comparison of digital terrain models on the basis of the data obtained...

Adres do korespondencji: mgr inż. Maria Zygmunt Katedra Geodezji Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie e-mail: [email protected] mgr inż. Barbara Czesak Katedra Gospodarki Przestrzennej i Architektury Krajobrazu Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie e-mail: [email protected] mgr inż. Agnieszka Szeptalin Katedra Geodezji Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie e-mail: [email protected] mgr inż. Pelagia Biłka Katedra Geodezji Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie e-mail: [email protected] mgr inż. Magda Pluta Katedra Geodezji Rolnej, Katastru i Fotogrametrii Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie e-mail: [email protected]

Magdalena Jurkiewicz EPISTEME Tadeusz Gargula 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. Wspom- niano 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 at- tribute 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 ge-

51 Magdalena Jurkiewicz, Tadeusz Gargula 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 Granice są nieodłącznym elementem każdej nieruchomości i powinny być określone jednoznacznie i bezsprzecznie. Istota granic niero- zerwalnie wiąże się z prawem własności, pozwalają one bowiem na wizualne ukazanie zasięgu tego prawa na gruncie. Stan prawny ni- eruchomości 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]. Gra- nice ustalone według stanu prawnego identyfikowane są natomiast na podstawie ostatecznej decyzji administracyjnej wydanej w toku postępowania geodezyjno-administracyjnego [Rozporządze- nie ws. ewidencji gruntów i budynków] lub prawomocnego orze- czenia sądowego kończącegoS postępowanieP sądowe. Najczęściej prowadzone postępowania ustalenia granic to rozgraniczanie nie- ruchomości, 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.

52 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 so- łectw 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 Ko- munalnego, Rolnictwa i Ochrony Środowiska na Stanowisku ds. Pod- ziałów 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 spra- wdzeniu, 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 rozgrani- czania nieruchomości.

53 Magdalena Jurkiewicz, Tadeusz Gargula

Tab. 1. Analiza dokumentacji rozgraniczeń przeprowadzonych w badanej gminie w 2012 r. (Źródło: opracowanie własne) Istniejące dokumenty Ustalenie granic na podstawie: źródłowe:

Lp. mapa mapa stron operatów operatów ewidencyjna z digitalizacji pomiarowych z digitalizacji mapa katastralna mapa zasadnicza mapy zasadniczejmapy dane ewidencyjne dane ewidencyjne mapy ewidencyjnejmapy operaty pomiarowe operaty stanu użytkowania stanu ostatniego spokojnego zgodnego oświadczenia 1 x x x 2 x x x x x x 3 x x x x x 4 x x x x x x x 5 x x x x x x 6 x x x x x x 7 x x x x 8 x x x x x 9 x x x x 10 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 Granice nieruchomości – analiza metod ich wyznaczania na przykładzie gminy...

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) Dokumenty Stan na źródłowe gruncie Wyznac- Markowa- Wznowi- zenie wg nie pa- enie wg stanu likami Lp. stanu ujawni- wznowi-

one prawnego onego w onych ewidencji punktów mapa zasadnicza operat pomiarowyoperat mapa ewidencyjna punkty odnalezione punkty nieodnalezi -

1 x x x 4 3 x x x 2 x x x 10 33 x x 3 x 6 x x Zauważono praktykę wyznaczania granic ewidencyjnych w ope- racie 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. Pozwa-

55 Magdalena Jurkiewicz, Tadeusz Gargula 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 dyspo- nował 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 moż- na 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 po-

56 Granice nieruchomości – analiza metod ich wyznaczania na przykładzie gminy... 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 uregu- lowanych granicach lub braku dokumentacji z tego zakresu. Procedury prowadzone były zgodnie z przyjętym prawnie to- kiem 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 geo- detów. 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 Magdalena Jurkiewicz, Tadeusz Gargula

Adres do korespondencji: mgr inż. Magdalena Jurkiewicz Katedra Geodezji Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja ul. Balicka 253a, 30-198 Kraków e-mail: [email protected]

Opiekun naukowy: dr hab. inż. Tadeusz Gargula

58 Agata Krężel EPISTEME Maciej Filipiak 22/2014, t. II Malwina Mikołajczyk s. 59-68 Opiekun naukowy: dr hab. Maciej Filipiak 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 charac- terize this phenomenon on the example of Wroclaw. Key words: trees, city, greenery, urban open spaces, Wroclaw

59 Agata Krężel, Maciej Filipiak, Malwina Mikołajczyk

Wstęp Według prognoz ONZ, w XXI w. około 80% ludności świata będ- zie mieszkać w miastach o liczbie ludności przekraczającej 20 tys. mieszkańców w tym 60% w dużych aglomeracjach miejskich. Dla- tego, 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: wzbo- gaca powietrze w tlen, podnosi jego wilgotność, oczyszcza z pyłów i szkodliwych gazów, a niektóre gatunki roślin dodatkowo wydzie- lają fitoncydy, które mają właściwości bakteriobójcze, grzybobójc- ze i pierwotniakobójcze. Zieleń zatrzymuje wodę opadową, poprawia stosunki wodne gleby oraz zapobiega jej erozji. Rośliny sta- nowią 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 śro- dowisko jest aparat fotosyntetyczny, a więc liście. Im większa jest ich powierzchnia, tym silniejsze odziaływanie na środowisko. Nie- wątpliwie 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. Zaspo- kaja 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 porównywa- na 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 ko- ron około 1 m [Zimny 2005]. Roczny pobór tlenu na potrzeby komu- nalne Krakowa jest około 150 razy większy niż produkcja tlenu przez zieleń miejską. W atmosferze Krakowa w warstwie 1,5 m nad po- wierzchnią gruntu istnieje stały deficyt zawartości tlenu. Średnia zawartość tlenu wynosi 18,9 %, czyli o 2% mniej niż zawartość nor- malna 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 obserwu- jemy, 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 posta- nowiliśmy 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 Agata Krężel, Maciej Filipiak, Malwina Mikołajczyk

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 drzewosta- nu 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 prze- widziano 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 Zmniejszanie się liczby drzew i krzewów w obrębie zieleni publicznej... 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 Agata Krężel, Maciej Filipiak, Malwina Mikołajczyk

Ryc. 3. Powody usunięć drzew w poszczególnych latach

Wyk. 4. Struktura gatunkowa najczęściej wycinanych drzew w latach 2011-2013

64 Zmniejszanie się liczby drzew i krzewów w obrębie zieleni publicznej...

Ryc. 5. Struktura wiekowa drzew usuniętych w poszcsególnych latach

Wyk. 6. Lokalizacja drzew usuniętych w latach 2011-2013 według ich gabarytów

65 Agata Krężel, Maciej Filipiak, Malwina Mikołajczyk

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 usu- niętych z terenów parków, zieleńców i skwerów. Usuwano tu głów- nie 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 wymiara- ch pomnikowych (pierśnica drzew 95 cm i wyższa).

Dyskusja Bardzo zaskakującym faktem jest to, że ZZM praktycznie nie dyspo- nuje 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 sa- dzonych 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 pa- miętać, 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 posadzo- ne 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 Zmniejszanie się liczby drzew i krzewów w obrębie zieleni publicznej...

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 do- rosłych 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 wspom- nianymi robotami. W 2013 roku odnotowano znaczny wzrost liczby usuniętych drzew w związku z planowanymi inwestycjami i pracami moderni- zacyjnymi (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 uwzględnie- niem 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 Spółd- zielnia 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 Agata Krężel, Maciej Filipiak, Malwina Mikołajczyk

Łukasiewicz A. 2012. Rola i kształtowanie zieleni miejskiej. Wydawnictwo Na- ukowe 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 Ge- neralnego Lasów Państwowych. PGL LP. Warszawa.

Adres do korespondencji:

mgr inż. Agata Krężel Instytut Architektury Krajobrazu Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu e-mail: [email protected]

dr hab. Maciej Filipiak Instytut Architektury Krajobrazu Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Instytut Dendrologii, Polska Akademia Nauk, Kórnik

mgr inż. Malwina Mikołajczyk Katedra Gospodarki Przestrzennej Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu

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 tech- nicznie i dopracowanych graficznie. Dostarczają również narzędzi potr- zebnych 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, opi- sanego kaskadowymi arkuszami stylów. Słowa kluczowe: aplikacje internetowe, jQuery JavaScript, dokument hiper- tekstowy

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-orien- ted programming language. The main reason for the usage of scripting lan- guages 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 In- ternetu 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 in- formatycznych 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 po- pularność 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 różnorod- ności. 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 nar- zędzi 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 trójstopni- ową 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 jedno- cześnie 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 życze- nie 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 ob-

71 Karol Król szaru mapy kursorem myszy, przeciąganie jej widoku oraz powięks- zanie za pomocą koła myszy komputerowej. Wszystko to odbywa się w pojemniku o zdefiniowanym rozmiarze, którego wygląd moż- na 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 podkłada- ch 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 wo- jewództwa małopolskiego, przedstawiająca okolice miast: Krakowa, Nowego Sącza, Nowego Targu i Gorlic (Ryc. 2). Podkład mapowy zos- tał pozyskany z zasobów Regionalnej Dyrekcji Ochrony Środowiska i stanowi wybrane fragmenty cyfrowej mapy obszarów chronionych województwa małopolskiego, wydanej w skali 1:100 000 i opracowa- nej 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 in- teraktywności.

72 Wybrane metody tworzenia aplikacji internetowych w oparciu o mapy tematyczne

Ryc. 1. Nazewnictwo ulic w sołectwach gminy Tomice, serwis mapowy Aplikacja jest dostępna pod adresem: http://www.homeproject.pl/Zoom- Box/ Źródło: opracowanie własne

73 Karol Król

Ryc. 2. Mapa obszarów chronionych województwa małopolskiego Aplikacja jest dostępna pod adresem: http://www.homeproject.pl/mapa/ Źródło: opracowanie własne 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 rozd- zielczości 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 żąda- 74 Wybrane metody tworzenia aplikacji internetowych w oparciu o mapy tematyczne 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 użytkow- nika 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 przekła- da 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 szcze- gółowych 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 przypa-

75 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 dro- gowej Gminy Tomice. Praca dyplomowa inżynierska wykonana w Kate- drze 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 Telede- tekcji, 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 Geo- grafii 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: 159- 168. Open Source (2014) The Open Source Initiative [on-line] http://opensour- ce.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 Com- pass. Kraków. Sutherland J. 2009. Zoom Map. A jQuery Plugin for Zoomable, Interactive Maps. MIT liscense [on-line] http://www.gethifi.com/blog/a-jquery- plugin-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 Wybrane metody tworzenia aplikacji internetowych w oparciu o mapy tematyczne

Welling L. Thomson L. 2005. PHP i MySQL. Tworzenie stron WWW. Vade- mecum profesjonalisty. Wydanie trzecie. Wydawnictwo Helion. Gliwi- ce, s. 42. Zamojski B. 2012. Mapa obszarów chronionych województwa małopolskie- go. 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].

Adres do korespondencji: dr inż. Karol Król Katedra Gospodarki Przestrzennej i Architektury Krajobrazu Wydział Inżynierii Środowiska i Geodezji Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie Al. Mickiewicza 24/28, p. 208 30-059 Kraków e-mail: [email protected]

Mariusz Antolak EPISTEME Anna Mazur 22/2014, t. II Marzena Płaza s. 79-86 Katarzyna Ruszczycka 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 war- tościami estetycznymi. Termin ten wprowadził w połowie osiemnas- tego wieku filozof Alexander Gottlieb Baumgarten, jako dyscyplinę równoległą do logiki i określił ją mianem nauki o poznaniu jasnym i mętnym, realizowanym za pośrednictwem zmysłów [Baumgar- ten 1735]. Wychowanie estetyczne rozumiane jest, jako ogół świa- domych 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. Obejmu- je ona sztuki opierające się na wrażeniach wzrokowych, słuchowych i dotykowo - mięśniowych. Edukacja estetyczna ma też znaczący wpływ na kształtowa- nie krajobrazu. Kontakt z krajobrazem rozwija i doskonali aparat zmysłowy oraz rozwój percepcji [Wojciechowski 1992]. Powszech- nie uważa się, że głównymi przyczynami niepokojących zmian we współczesnym krajobrazie są: częsty brak aktualnych dokumentów planistycznych, fakultatywność studiów krajobrazowych, brak wy- kwalifikowanej 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 kształtowa- nie 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 przypa- dków. 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 - siedemnas- tu 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 pod- stawą 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 kla- sach 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 koniecz- ność uczestniczenia w kulturze i brać w niej udział poprzez kontakt z dziełami sztuki, szanując odrębność innych kręgów kulturowych.

81 Mariusz Antolak, Anna Mazur, Marzena Płaza, Katarzyna Ruszczycka

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 es- tetykę 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, ponie- waż w realizacji przedmiotu musi dążyć do „otwierania” uczniów na świat artystyczny, rozbudzać i wspierać ich zainteresowania oraz ws- kazywać 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 założe- niu, 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 na- bytą wiedzę zastosować w innych dziedzinach życia, dostrzegać i do- ceniać 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 Edukacja estetyczna w polskim systemie oświaty, a kształtowanie krajobrazu

Dobrym przykładem edukacji pozaszkolnej są zajęcia prowadzone w ramach Uniwersytetu Dzieci. Jest to organizacja realizująca nowoczesne programy edukacyjne dla dzieci w wieku sześciu - czter- nastu lat, wzorowane na wykładach i warsztatach akademickich. W ramach zajęć prowadzonych w 4 polskich miastach (Kraków, Warszawa, Wrocław, Olsztyn) powstał szereg interesujących sce- nariuszy 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 przykład- zie architektury i urbanistyki. Twórcą programu jest The Royal In- stitute 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 opracowywa- ne 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 Mariusz Antolak, Anna Mazur, Marzena Płaza, Katarzyna Ruszczycka

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: Stowa- rzyszenie Architektów Polskich i Stowarzyszenie Polskich Archi- tektów 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 częś- ciej mają miejsce w polskich miastach.

Wnioski Prawidłowo prowadzona edukacja estetyczna w systemie oświ- aty 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. Ce- lem wychowania estetycznego nie powinno być uczenie tworzenia 84 Edukacja estetyczna w polskim systemie oświaty, a kształtowanie krajobrazu 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 ży- cie podstawy programowej dużą rolę pełnią indywidualne programy nauczania oraz działania prowadzone przez instytucje pozaszkol- ne. 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 Mariusz Antolak, Anna Mazur, Marzena Płaza, Katarzyna Ruszczycka

Adres do korespondencji:

dr inż. arch. kraj. Mariusz Antolak e-mail: [email protected]

mgr inż. arch. kraj Anna Mazur e-mail: [email protected]

mgr inż. arch. kraj Katarzyna Ruszczycka e-mail: [email protected]

mgr inż. arch. kraj Marzena Płaza e-mail: [email protected]

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 EPISTEME Marzena Płaza 22/2014, t. II Katarzyna Ruszczycka 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, na- leżącej 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 współ- cześnie 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 - Orze- chowo, 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 responsi- bility 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 Anna Mazur, Marzena Płaza, Katarzyna Ruszczycka

Wstęp Wieś Orzechowo jest jednym z 21 sołectw gminy Dobre Miasto, zlo- kalizowanej 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 przeka- zania 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 degra- dujących 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 tożsa- mość 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 uświada- miały, że jesteśmy na terenie Warmii [Drej 2007]. Kształtowana wówczas zieleń także miała znaczący wpływ nie tylko na odbiór wizu- alny 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 zacie- rają się granice między historyczną Warmią a Mazurami. Ostatnia dekada przyniosła znaczny wzrost przemian w zabudowie gospodarczej i mieszkalnej, która wywiera swoje piętno w krajobrazie [Ko- releski 2009]. Większość obszarów wiejskich naszego kraju pozos- 88 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 pole- gającą na waloryzacji i analizie obiektów kulturowych i elementów przyrodniczych znajdujących się na terenie warmińskiej wsi Orze- chowo. Prace terenowe polegały głównie na inwentaryzacji obszaru objętego opracowaniem, która stanowiła ważną składową procesu badawczego i posłużyła do rozpoznania aktualnego stanu śro- dowiska 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 rów- nie ważnym elementem badań.

Wyniki Orzechowo charakteryzuje się zabudową kolonijną. Jest to na tyle mała wieś, że większość mieszkańców znajduje zatrudnienie w Do- brym 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 do- jeżdża do szkół gimnazjalnych i średnich znajdujących się w Dobrym

89 Anna Mazur, Marzena Płaza, Katarzyna Ruszczycka

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 odnajd- ziemy też dawny neoklasycystyczny zajazd z połowy XIX wieku [http://www.domwarminski.pl/]. W krajobrazie Orzechowa przeważają działki o kształcie czwo- rokąta: 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 jednokondyg- nacyjne z poddaszem użytkowym. Mają one prostą zabudowę, czasami pojawiają się tzw. „dobudówki”. Na większości działek znaj- dują 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 przeko- nujący 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 „zes- pół 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 Anna Mazur, Marzena Płaza, Katarzyna Ruszczycka zabytkowe, harmonijna zabudowa czy aleje przydrożne. Pojawiły się tu oczywiście pojedyncze elementy dysharmonizujące, jednak nie wpłynęły one znacząco na całokształt pozytywnej oceny wsi. Orze- chowo 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.)

Adres do korespondencji:

mgr inż. arch. kraj Anna Mazur e-mail: [email protected]

mgr inż. arch. kraj Katarzyna Ruszczycka e-mail: [email protected]

mgr inż. arch. kraj Marzena Płaza e-mail: [email protected]

Katedra Architektury Krajobrazu i Agroturystyki Uniwersytet Warmińsko - Mazurski w Olsztynie

Opiekun naukowy: prof. dr hab. Krzysztof Młynarczyk Opiekun naukowy: dr hab. Maria Lubocka-Hoffmann, prof. UWM

92 Witold Jucha EPISTEME Opiekun naukowy: prof. dr hab. Roman Soja 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 Sando- mierskiej. 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 bo- gatego 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 Magdalena Jurkiewicz, Tadeusz Gargula

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 potr- zebnych 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 sto- sunków 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 za- gęszczenie 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 po- chodzące 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 czytel- nie. 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 – dłu- gość i powierzchnię – oraz ich pochodne: zagęszczenie sieci drenażu (km/km2). W dalszej części posłużono się prezentacją zmian za- gęszczenia 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 wyda- Aktuali- Lp Nazwa Godła arkuszy Skala Źródło nia* zacja Nr Name Emblems Scale Data source Publi- Update cation

Karte des Koniec F41 Słomniki http://mapywig. 1. westliches 1915 XIX 1:100 000 G41 Koszyce org/ Russland wieku

Mapa To- pograficzna P48S30 Wojskowego Kraków Lata 30. http://mapywig. 2. 1936 1:100 000 Instytutu P48S31 Br- XX wieku org/ Geograficz- zesko Nowe nego Mapa To- WODGiK**, pograficzna 163.4 Lata 70. Urząd 3. Polski Proszowice 1975 1:50 000 XX wieku Marszałkowski w układzie 173.2 Bochnia w Krakowie 1965

Mapa hy- M-34-65-A WODGiK**, drograficzna Nowe Brzesko Koniec Urząd 4. Polski M-34-65-C 2002 1:50 000 XX wieku Marszałkowski w układzie Kraków w Krakowie 1992 Wschód

* w dalszej części artykułu i na rycinach dane pochodzące z map będą oznaczone skrótowo za pomocą roku wydania ** WODGiK – Wojewódzki Ośrodek Dokumentacji Geodezyjnej i Kartogra- ficznej* 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 Documen- tation źródło: opracowanie własnesource: own study

96 Zmiany sieci hydrograficznej w okolicach puszczy niepołomickiej w xx wieku...

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 me- todą chorochromatyczną. Długość i zagęszczenie sieci drenażu w okolicach Puszczy Nie- połomickiej 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 Zmiany sieci hydrograficznej w okolicach puszczy niepołomickiej w xx wieku...

Tab. 2. Zmiany parametrów sieci drenażu w okolicach Puszczy Niepołomickiej. Tab. 2. Changes of parameters of drainage network in the nearest from Niepołomice forest. Gęstość sieci drenażu. Długość sieci Density of drai- Powierzchnia obszaru oddalonego od drenażu nage network sieci drenażu (km2): Length of Cały Area of equidistances from drainage drainage ne- obszar Puszcza network (km2): twork Full Forest Rok / Year area ) ) 2 2 km 100) < 0,5 km 2,5 < km (km/km % (1915 = (km/ km 0,5-1,0 km 1,0-1,5 km 1,5-2,0 km 2,0-2,5 km 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. Powierzchnia obszarów Rok Zmiany powierzchni (1915 = 100%) podmokłych (km2) Year Changes of wetland area (1915 = 100%) Wetland area (km2) 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 zamierzo- nej 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 zmeli- orowany i osuszony.

100 Zmiany sieci hydrograficznej w okolicach puszczy niepołomickiej w xx wieku...

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 Sando- mierskiej 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 Niepoło- mickiej. [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 Niepoło- mickiej. [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

Adres do korespondencji:

mgr inż. Witold Jucha Zakład Geografii Fizycznej Instytut Geografii Uniwersytetu Pedagogicznego w Krakowie e-mail: [email protected]

102 Anna Mazur EPISTEME Katarzyna Ruszczycka 22/2014, t. II Marzena Płaza s. 103-110 Mariusz Antolak 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. Zauważo- no 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 poszc- zególnych 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 harmo- nious 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 nie- pełnym 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 su- biektywnymi 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 me- todę krzywej wrażeń Wejcherta. Przedstawia ona „graficzne na- pięcia 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 po- zioma 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 zna- czeniowych [Wejchert 1984]. Długość badanej trasa kolejowej wynosi 145 kilometrów. Podzie- lono 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 zabu- dowę, 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 te- renów 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 ru- inę, 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 od-

105 Anna Mazur, Katarzyna Ruszczycka, Marzena Płaza, Mariusz Antolak cinkom trasy. Maksymalna ocena możliwa do osiągnięcia na każdym waloryzowanym odcinku to 7 punktów, najniższa zaś to -7. W os- tatecznym zestawieniu przyznane punkty odzwierciedlają poziom atrakcyjności wizualno-estetycznej badanego krajobrazu.

Wyniki Odnotowano, że prawie wszystkie odcinki terenów otwartych, podle- gających 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 ): Tab. 1. Zestawienie wyników waloryzacji jedenastu fragmentów trasy Tczew – Olsztyn Główny Tczew Elbląg Pasłęk Morąg Malbork Elbląg-Pasłęk Pasłęk-Morąg Morąg -OlsztynMorąg Tczew -Malbork Tczew Olsztyn Główny Malbork – Elbląg

Harmonijna ------zabudowa Obiekty za- + + - - - + bytkowe Zbiorniki i cieki wodne w kra- zowanym + + + - - - jobrazie zurba- zurbani- w terenie nizowanym Elementy harmonijne

106 Aesthetic evaluation of landscape in rail route from Tczew to Olsztyn main station

Atrakcyjna pa- + + - - - - norama miasta Odnowiony + + + - - - dworzec Zieleń miejska - - - - - + zowanym Atrakcyjna i

zadbana przes------zurbani- w terenie trzeń miejska Elementy harmonijne Obiekty za- - + - + - bytkowe Zbiorniki i cieki + - - + - wodne Harmonijna - - - + + zabudowa Bogata topo- - - + + + grafia terenu otwartym Linia horyzon- + + - - - tu

Lasy - - + + + Elementy harmonijne w terenie Aleje + + + - - Chaotyczna + + + + + + zabudowa Kominy, budynki fa- + - + - + + bryczne Zaniedbane + + + - + + przestrzenie

Obiekty popa-

------Elementy dysharmonijne dające w ruinę zurbanizowanym w terenie

107 Anna Mazur, Katarzyna Ruszczycka, Marzena Płaza, Mariusz Antolak

Zaniedbany - - - - - + dworzec Wysypiska śmieci/złomu/ + - + + + - składy węgla Linie energetyczne / linie + + + + + + zurbani w terenie wysokiego na- pięcia Elementy dysharmonijne Chaotyczna + + + - - zabudowa Obiekty - + - - - przemysłowe Zaniedbane gosp- - + + + - odarstwa Obiekty popadające w - - - - - ruinę Ekrany akustyc- - - + - - zne Droga szybkiego - - + - - ruchu Linie energetyczne / linie wysok------iego napięcia Elementy dysharmonijne otwartym w terenie Ocena końcowa -1 2 1 0 -3 -1 -3 4 -5 3 -4 Źródło: opracowanie własne

Zgodnie z założeniami metody krzywej wrażeń Wejcherta wyniki badań zaprezentowano za pomocą wykresu, który obrazowo przedstawia jakość waloryzowanego krajobrazu (ryc. 1.).

108 Aesthetic evaluation of landscape in rail route from Tczew to Olsztyn main station

Ryc. 1. Krzywa wrażeń ilustrująca jakość krajobrazu na trasie Tczew – Olsztyn Główny Źródło: opracowanie własne

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 war- tość 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 zantropongeni- zowany, 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 Anna Mazur, Katarzyna Ruszczycka, Marzena Płaza, Mariusz Antolak

Zauważono wyraźną potrzebę podniesienia walorów estetycznych krajobrazu kształtowanego wzdłuż polskich szlaków kolejowych. Należy zadbać o przestrzeń wzdłuż linii kolejowych a szc- zególnie w obrębie miast i mniejszych miejscowości. Krajobraz widzi- any 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

Adres do korespondencji:

mgr inż. arch. kraj. Marzena Płaza e-mail: [email protected]

mgr inż. ach. kraj. Anna Mazur e-mail: [email protected]

mgr inż. ach. kraj. Katarzyna Ruszczycka e-mail: [email protected]

dr inż. ach. kraj. Mariusz Antolak [email protected]

Katedra Architektury Krajobrazu i Agroturystyki Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie

Opiekun naukowy: prof. dr hab. Krzysztof Młynarczyk Opiekun naukowy: dr hab. Maria Lubocka-Hoffmann, prof. UWM

110 Maria Ostrowska-Dudys EPISTEME Justyna Małyszko 22/2014, t. II Opiekun naukowy: prof. dr hab. inż. Edward Hutnik 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-socjo- logicznym 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 agro- turistic 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 Maria Ostrowska-Dudys, Justyna Małyszko

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 agri- tourism, 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 skła- dających 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 gas- tronomicznym [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 po- siłki, 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. Przestr- zeń 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 wni- kający z działalności produkcyjnej człowieka, ale także czystość powietrza, wód, zapachów, natężenia hałasu itp. [Sznajder, Przez- bórska, 2006]. Zabudowa i zagospodarowanie zagrody agroturystycznej, powinny spełniać wymagania ogólne, które umożliwiają pełnienie dwóch podstawowych funkcji. Pierwsza funkcja jest związana z życiem rol- nika 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 zuży- cia 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 Maria Ostrowska-Dudys, Justyna Małyszko

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, remon- KARTA WYWIADU tach i zmianach funkcjonalnych zabudowy; – ogólne informacje o prowadzeniu usług agroturystycznych (data i powód rozpoczęcia, oferowa- na usługa, miejsce kwaterowania etc.). – informacje o technologii budowy i wykorzystanych materiałach; KARTA CHA- – informacje o dokonanych modernizacjach, remon- RAKTERYSTYKI tach i zmianach funkcjonalnych zabudowy; IDENTYFI- – informacje ogólne o zabudowie i przestrzeni KACYJNEJ (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 pros- tymi metodami statystycznymi.

WYNIKI Gospodarstwa agroturystyczne na terenie gminy Stronie Śląskie, które zostały przebadane, najczęściej powstawały w latach 1990- 2000. 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 ro-

114 Dostosowanie gospodarstw rolnych gminy stronie śląskie do pełnionej funkcji... zpocząć działalność agroturystyczną ze względu na posiadanie ni- ewykorzystanych 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 najczęś- ciej 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 (usłu- ga hotelarska). Każde gospodarstwo oferuje usługi noclegowe wraz z wypo- czynkiem 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 hipo- terapia, 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 (warszta- towych).

115 Maria Ostrowska-Dudys, Justyna Małyszko

Tylko jedno gospodarstwo nie miało wytyczonego miejsca parkingowego i proponowało umiejscowienie samochodu na pla- cu między budynkami, natomiast pozostali gospodarze oferowali ok. 6 miejsc, najczęściej o nawierzchni gruntowej. Właściciele ofe- rujący miejsca parkingowe w ilości większej niż 8, posiadali parking o nawierzchni z kostki brukowej, betonowej. W każdym gospodarstwie, w zakresie małej architektury znaj- dowało się miejsce na ognisko lub gril oraz teren przeznaczony dla wypoczynku gości. Tylko jedno gospodarstwo nie miało ogrodzone- go 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 po- rośniętej roślinnością. Zebrane dane porównano z wymaganiami stawianymi gospo- darstwom agroturystycznym w zakresie zabudowy i zagospodarowania terenu. Powyższe analizy posłużyły do oszacowania stopnia do- pasowania 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 spowo- dowały, że produkcja na terenach podgórskich stała się nieopłacal- na, 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 agro-

116 Dostosowanie gospodarstw rolnych gminy stronie śląskie do pełnionej funkcji... 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 przekroc- zeniu 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 na- bycia 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 re- montami i wykorzystaniem lokalnych materiałów, takich jak ka- mień 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 charakte- rem zabudowy. Badane gospodarstwa proponowały kilka form wypoczynku, nie poprzestając na oferowaniu tylko miejsc noclegowych. Najczęstszym sposobem zatrzymania gościa w gospodarstwie było zaproponowa- nie wypoczynku i rekreacji w obrębie gospodarstwa, ekologicznych wyrobów oraz wycieczek i warsztatów w ramach pobytu. Propo- nowane 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 wy- ciekami, jeśli była to nawierzchnia gruntowa, jednak na terenie gospodarstwa przeważał teren biologicznie czynny. Teren przeznaczony

117 Maria Ostrowska-Dudys, Justyna Małyszko dla wypoczynku gości zawsze charakteryzował się miejscem na zor- ganizowanie ogniska i grilla, ale nie zawsze był on ogrodzony i tylko w połowie zagospodarowany był również w zakresie zieleni. God- ne 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. Pozos- tałe 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 upo- dobnić tereny wokół domu do miejskich, pod względem materiałów i występujących elementów (stół do tenisa, metalowa huśtawka, plastikowe urządzenia do zabaw dla dzieci, betonowe nawierzch- nie). Spośród badanych gospodarstw, tylko dwa były przygotowane na przyjęcie osób niepełnosprawnych, natomiast większość zapew- niała bezpieczeństwo na terenie gospodarstwa, zwłaszcza dla dzieci (zabezpieczone urządzenia i maszyny rolnicze). Pod względem sani- tarnym i gospodarowania odpadami, każde gospodarstwo szczyciło się segregacją odpadów, a miejsca składowania śmieci były niewidocz- ne 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. Popular- nością 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 Dostosowanie gospodarstw rolnych gminy stronie śląskie do pełnionej funkcji...

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

Adres do korespondencji:

mgr inż. Maria Ostrowska-Dudys Instytut Budownictwa Wydział Inżynierii Kształtowania Środowiska i Geodezji Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu e-mail: [email protected]

Opiekun naukowy: Prof. dr hab. inż. Edward Hutnik

mgr inż. Justyna Małyszko Instytut Inżynierii Środowiska Wydział Inżynierii Kształtowania Środowiska i Geodezji Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu

Opiekun naukowy: dr hab. inż. Tomasz Tymiński

119

Marzena Płaza EPISTEME Katarzyna Ruszczycka 22/2014, t. II Anna Mazur 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. Prze- prowadzone 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 degra- dacją 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 Marzena Płaza, Katarzyna Ruszczycka, Anna Mazur

Wstęp Zjawisko zmian strukturalno-krajobrazowych znane jest od daw- na i powszechnie wiadomo, że stanowi integralny element śro- dowiska, w którym żyje człowiek. Jest to proces, którego nie moż- na w żaden sposób zatrzymać, ale w oparciu o dogłębną wiedzę i założenia zrównoważonego rozwoju należy umiejętnie nim kie- rować, 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. Zgod- nie z podziałem administracyjnym przynależy do woj. Pomorskie- go, 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 zasad- niczych etapach. W pierwszej kolejności przeprowadzono badania terenowe, obej- mujące 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 zgromadzo-

122 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. Mess- tischblatt), 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 sta- nowią 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 stu- lecia (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 odległościa- ch 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 Marzena Płaza, Katarzyna Ruszczycka, Anna Mazur

Analiza mapy z 1931 roku i porównanie jej ze stanem wcze- śniejszym 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 Źródło: opracowanie własne 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 połud- nikowy. 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. Jednoc- ześnie 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 Przekształcenia układów ruralistycznych na przykładzie żuławskiej wsi Adamowo 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 zagę- szczenie oraz nieregularne rozmieszczenie zabudowy.

Ryc. 3 . Układ ruralistyczny Adamowa w latach 60-tych XX wieku Źródło: opracowanie własne 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 prawdopodo- bieństwa, 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 Marzena Płaza, Katarzyna Ruszczycka, Anna Mazur 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 reali- zowania polityki przestrzennej nie ulegnie zmianie, proces degradacji krajobrazu wsi Adamowo nadal będzie się pogłębiał. Koni- ecznym 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 od- mienić 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 kwiet- nia 2009 r. w sprawie zmiany uchwały o przystąpieniu do sporządze- nia miejscowego planu zagospodarowania przestrzennego dla fragmentu terenu obrębu geodezyjnego Adamowo.

126 Przekształcenia układów ruralistycznych na przykładzie żuławskiej wsi Adamowo

Adres do korespondencji:

mgr inż. arch. kraj. Marzena Płaza e-mail: [email protected]

mgr inż. arch. kraj. Katarzyna Ruszczycka e-mail: [email protected]

mgr inż. arch. kraj. Anna Mazur e-mail: [email protected]

Katedra Architektury Krajobrazu i Agroturystyki Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie

Opiekun naukowy: dr hab. Maria Lubocka-Hoffmann, prof. UWM Opiekun naukowy: prof. dr hab. Krzysztof Młynarczyk

127

Marzena Płaza EPISTEME Katarzyna Ruszczycka 22/2014, t. II Anna Mazur s. 129-136 Mariusz Antolak 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 physio- gnomy 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 ob- szarowi i decydującą z reguły o jego indywidualnym charakterze. Krajobraz kulturowy stanowi wielowiekowy zapis historii, z które- go 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 regi- onów. Są nimi: Żuławy Wiślane oraz Warmia. Wielowiekowa historia kształtowania obu krain, przy udziale jakże odmiennego podłoża ge- omorfologicznego, 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: wnę- trza 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 ele- mentów 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, po- nieważ od wieków utrzymywana jest na powierzchni w postaci stale osuszanych terenów depresyjnych [Cebulak 2010]. Na sztucznie wykreowanej przestrzeni, człowiek zaczął gospodarować, całkowi- cie 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 pos- tać 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 Marzena Płaza, Katarzyna Ruszczycka, Anna Mazur, Mariusz Antolak

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 żuławy wiślane i warmia: dwie krainy – dwa różne krajobrazy kulturowe osiedlić i gospodarować, zmuszony był do akceptacji istniejących wa- runków przyrodniczych. Nie mógł ich dowolnie kształtować i zmie- niać. 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; wie- loplanowość 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 Źródło: fotografia własna

133 Marzena Płaza, Katarzyna Ruszczycka, Anna Mazur, Mariusz Antolak

Tab. 1. Porównanie cech krajobrazów kulturowych Żuław i Warmii

Charakterystyczne Charakterystyczne cechy krajobrazu kul- cechy krajobrazu kulturowego Żuław turowego Warmii Ukształtowanie • płaski teren •bogata topografia powierzchni • brak dużych • rozległe, otwarte płaszczyzn przestrzenie; • zamknięcie przes- • zjawisko ciągłości li- trzeni roślinnością Ekspozycja obszaru nii horyzontu na styku wysoką a praktycznie nieba z ziemią aż do brak horyzontu; zamknięcia widoku w • wieloplanowość idealny krąg widoków

• krajobraz zorga- • brak linii prostych w nizowany z geo- krajobrazie Ogólna kompozycja metryczną niemal • częsta zmiana kom- krajobrazu precyzją na wzór pozycji elementów obiektów skompo- tworzących krajobraz nowanych. • kwadratowa siatka System komuni- dróg, krzyżujących • kręte drogi z nasa- kacyjny się ze sobą pod kątem dzeniami alejowymi; prostym • występowanie • uregulowany system licznych cieków i zbi- Woda w krajobrazie cieków wodnych; orników wodnych w ich naturalnej postaci • harmonia elementów antropogenicznych z Stopień zantropogeni- • całkowity zanik ele- elementami przyrod- zowania krajobrazu mentów naturalnych niczymi • bioróżnorodność;

Źródło: opracowanie własne

134 żuławy wiślane i warmia: dwie krainy – dwa różne krajobrazy kulturowe

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 śro- dowiska 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 najlep- szym 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 świa- domego, zrównoważonego kreowania przestrzeni, z jednoczesnym poszanowaniem zastanych wartości przyrodniczo-kulturowych.

Bibliografia Cebulak K. 2010. Delta Wisły powyżej i poniżej poziomu morza. Stowa- rzyszenie 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 Marzena Płaza, Katarzyna Ruszczycka, Anna Mazur, Mariusz Antolak

Liżewska I., Knercer W. 2003. Zachowane - ocalone? O krajobrazie kulturowym i sposobach jego kształtowania. Borussia. Olsztyn. Małachowicz E. 2007. Konserwacja i rewaloryzacja architektury w śro- dowisku kulturowym. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej. Wrocław. Szorc A. 1990. Dominium Warmińskie 1243-1772. Olsztyn.

Adres do korespondencji:

mgr inż. arch. kraj. Marzena Płaza e-mail: [email protected]

mgr inż. arch. kraj. Katarzyna Ruszczycka e-mail: [email protected]

mgr inż. arch. kraj. Anna Mazur e-mail: [email protected]

dr inż. arch. kraj. Mariusz Antolak e-mail: [email protected]

Katedra Architektury Krajobrazu i Agroturystyki Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie

Opiekun naukowy: prof. dr hab. Krzysztof Młynarczyk Opiekun naukowy: dr hab. Maria Lubocka Hoffmann, prof. UWM

136 Magda Pluta EPISTEME Bartosz Mitka 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 pro- gramów, 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 Magda Pluta, Bartosz Mitka

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 przechow- ywania 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, zar- ządzania, administracji, analiz przestrzennych czy promocji miasta lub regionu [Borkowski i Józków 2012], [Kraszewski 2012], [Kęd- zierski 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 Kartogra- ficznej 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 automatycz- na 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 Magda Pluta, Bartosz Mitka

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. Źródło: Opracowanie własne Z uwagi na fakt, iż, dane z lotniczego skaningu laserowego, cha- rakteryzują 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 me- todą 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 Możliwości modelowania 3d na podstawie danych ze skaningu laserowego 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 Las- tool. 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). Źródło: Opracowanie własne

141 Magda Pluta, Bartosz Mitka

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 możli- wa 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 na- leży zdefiniować układ lokalny oraz odpowiednią głębokość rysowania, a następnie można rozpocząć rysowanie linii szkieletowych. Ry- sunek, wykonany w programie Dephos należy zapisać w formacie .dxf

Ryc. 4. Definowanie układu lokalnego chmury punktów w programie Dephos Źródło: Opracowanie własne W kolejnym etapie należy zaimportować linie szkieletowe do programu Google SketchUp. Program Google Sketch umożliwia wpasowywanie płaszczyzn na podstawie linii szkieletowych, nakła- danie 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 Możliwości modelowania 3d na podstawie danych ze skaningu laserowego

Ryc. 5. Błąd linii szkieletowych, wynikający z błędnej interpretacji chmury punktów Źródło: Opracowanie własne Ponieważ rysowanie linii szkieletowych, dla obiektów o skom- plikowanej 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 Re- gion Grow pozwala na wpasowanie dodatkowo elementów jak walec czy sfera.

143 Magda Pluta, Bartosz Mitka

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. Zadowa- lającą dokładność uzyskamy jedynie dla elementów skanowanych z dużą gęstością, w przypadku naziemnego skanera laserowego rysowanie ele- mentów 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 uzys- kać 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 Możliwości modelowania 3d na podstawie danych ze skaningu laserowego

Program Leica Cyclone 8.1 oferuje różne narzędzia do modelowania 3D, aczkolwiek najoptymalniejsze to metoda wzrostu regionu (region grow), gdzie możemy definiować parametry wpasowywa- nej powierzchni. Modelowanie tą funkcją daje dobre efekty, jed- nocześnie 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 kuba- tury. 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. 437- 443 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. Ar- chiwum 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 Magda Pluta, Bartosz Mitka

Mitka B. Mikołajczyk Ł. Noszczyk T. 2013. Modelowanie obiektów prze- mysłowych na podstawie danych z naziemnego skaningu laserowego Infrastruktura i Ekologia terenów wiejskich. Nr2/II/2013

Adres do korespondencji:

mgr inż. Magda Pluta Uniwersytet Rolniczy w Krakowie WIŚiG, KGRKiF e-mail: [email protected]

dr inż. Bartosz Mitka Uniwersytet Rolniczy w Krakowie WIŚiG, KGRKiF e-mail: [email protected]

146 Katarzyna Ruszczycka EPISTEME Marzena Płaza 22/2014, t. II Anna Mazur 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 zaz- naczyć potrzebę analiz układów kompozycyjnych założeń. Zespół pałacowo- folwarczny w Wielewie charakteryzuje zarówno ciekawa kompozycja układu przestrzennego, osobliwa forma architektoniczna, jak i interesująca zie- leń części parkowej. Duch miejsca oraz w ostatnich latach drastycznie po- garszający 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 herita- ge 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 Katarzyna Ruszczycka, Marzena Płaza, Anna Mazur

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 wzo- rowanych 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 [Maj- decki 1993]. Wszelkie działania obejmujące konserwację lub rewa- loryzację zabytkowych założeń opierają się na dogłębnej analizie układu kompozycyjnego[Lisowska 2010].

Materiał i metody Badania przeprowadzono w założeniu pałacowo-ogrodowym w Wie- lewie, położonym w gminie Barciany, powiat Kętrzyński, wo- jewództwo 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 ele- mentów 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 pałacowo- folwarczny w Wielewie. Rokokowy pałac wzniesiono w roku 1797 z inicjatywy Friedricha Ludwiga von Rauterr na miejscu wc- ześniejszej warownej rezydencji [Karta Ewidencyjna nr 7610]. Układ przestrzenny założenia możliwy jest do odczytania ze wschodni- opruskiej 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 Chros- topha 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 po- łowie XIX wieku oranżeria z wierzą widokową mieściła kolekcję roślin śródziemnomorskich. Do stworzenia ogrodu w części południowej majątku zatrudniono ogrodnika Gustawa Triedke. [Karta Ewidencyj-

149 Katarzyna Ruszczycka, Marzena Płaza, Anna Mazur 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 ko- lejowa 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 zmo- dernizowano budynki majątku i folwarków. W 1925 roku pałac uległ przebudowie zyskując między innymi boczne skrzydła [Jackiewicz- Garniec, 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 Przekształcenia układu kompozycyjnygo wschodniopruskiego założenia pałacowo...

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 po-

151 Katarzyna Ruszczycka, Marzena Płaza, Anna Mazur 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, Dola- towski 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 Źródło: fotografia własna 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 ule- gała 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 pod- stawę do pojęcia procesów konserwacyjno-rewaloryzacyjnych założe- nia. Szybko pogarszający się stan zachowania obiektu powinien sta- nowić dodatkowy impuls do radykalnych działań ochronnych. Zespół pałacowo-folwarczny w Wielewie, mimo niezbędnych ogromnych kosztów rewaloryzacji, mogłoby stanowić niezwykle cenny element

152 Przekształcenia układu kompozycyjnygo wschodniopruskiego założenia pałacowo... 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 Konserwa- torski 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.

Adres do korespondencji:

mgr inż. ach. kraj. Katarzyna Ruszczycka e-mail: [email protected]

mgr inż. arch. kraj. Marzena Płaza e-mail: [email protected]

mgr inż. ach. kraj. Anna Mazur e-mail: [email protected]

Katedra Architektury Krajobrazu i Agroturystyki Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie

Opiekun naukowy: dr hab. Maria Lubocka-Hoffmann, prof. UWM Opiekun naukowy: prof. dr hab. Krzysztof Młynarczyk

153

Cristina Maria TIMOFTE EPISTEME Ilona Joanna ŚWITAJSKA 22/2014, t. II Angela POTASZNIK s. 155-161 Żaneta BANASZEK ISSN 1895-2241 Supervisor: dr hab. Katarzyna Glińska-Lewczuk

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 recreatio- nal activities. At the same time, these water bodies are used as a re- ceiving 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 con- serving 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 ∂A + = q (1) ∂x ∂t

⎛ Q 2 ⎞ ∂⎜α ⎟ (2) ∂Q A ∂h gQ Q + ⎝ ⎠ + gA + = 0 ∂t ∂x ∂x C 2 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 (Ben- chea 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 Cristina Maria Timofte, Ilona Joanna Switajska, Angela Potasznik...

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 Assesment of pollutant dispertion in bahlui river using mathematical modeling and... 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 Chain- River age Ammo- Description Type Nitrate nium 57.85170 Open Inflow Bahlui 0.06 0.33 (km 0) Water 82.956 Open Bahlui 0.02 0.13 Level (km 25) Concentra- 70.000 Point Source Bahlui TS File TS File tion (km 13)

*TS File contain the time series regarding the pollutant discharge Source: Mike 11 software – Input advection-dispersion module

3 [mu-g/m3 ] T ime S e rie s C once tration [mu-g/m ] T ime S e rie s C once tration 0, 060 0, 060 0, 06 0 0, 06 0 0, 055 0, 055 0, 050 0, 050 0, 045 0, 045 0, 040 0, 040 0, 035 0, 035 0, 030 0, 030 0, 025 0, 025 0, 020 0, 020 0, 015 0, 015 0, 010 0, 010 0, 005 0, 005 0, 000 0, 000 08:00:00 10:00:00 12:00:00 14:00:00 16:00:00 18:00:00 08:00:00 10:00:00 12:00:00 14:00:00 16:00:00 18:00:00 Fig. 3. Nitrogen ammonium and nitrate concentration in cross section 57.85170 (km 0)

[mu-g/m3 ] T ime S e rie s C once tration 0, 060 0, 06 0 0, 055 0, 050 0, 045 0, 040 0, 035 0, 030 0, 025 0, 020 0, 015 0, 010 0, 005 0, 000 08:00:00 10:00:00 12:00:00 14:00:00 16:00:00 18:00:00

Fig. 4. Nitrogen ammonium and nitrate concentration in cross section 82.956 (km 25)

159 Cristina Maria Timofte, Ilona Joanna Switajska, Angela Potasznik...

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 un-

160 Assesment of pollutant dispertion in bahlui river using mathematical modeling and... 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. Environ- mental 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, war- mińsko-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 wyz- naczającą działania w tym obszarze jest Dyrektywa Parlamentu Eu- ropejskiego 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 ni- ebezpieczne 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 wo- jewództwa. Wyznaczono zmianę długości sieci kanalizacyjnej i jej nasycenia w odniesieniu do obszarów wiejskich poszczególnych powi- atów. Uwzględniono również liczbę oczyszczalni ścieków i odsetek mieszkańców korzystających z analizowanej infrastruktury. Określo- no 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 polo- dowcowych (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 war- mińsko-mazurskiego w analizowanym okresie rozwijała się bardzo dynamicznie. Długość sieci kanalizacyjnej wzrosła niemal ośmiokrot- nie z 416 do ponad 3,6 tys. km. Średnie roczne tempo wzrostu

165 Adam Piasecki wyniosło ponad 13,5%. Wzrosła również liczba punktowych ele- mentów 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 wykazy- wał 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 war- tość 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 Poziom infrastruktury kanalizacyjnej na obszarach wiejskich województwa stosunkowo mniejszym rozwojem badanej sieci. Wynika to głównie z faktu braku ekonomicznego uzasadnienia dla budowy tak kosz- townej 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 poszcze- gólnych 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 Poziom infrastruktury kanalizacyjnej na obszarach wiejskich województwa

Tak duża liczba i zakres przeprowadzonych inwestycji nie był- by możliwy, gdyby nie wsparcie finansowe uzyskane przez poszc- zególne 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 ro- zwój 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 warmińsko- mazurskiego 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 rozumia- nej branży turystycznej i rekreacyjnej. Dlatego też wydaje się, że we wspólnym interesie władz samorządowych i prywatnych przedsiębi- orców 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. Sei- del-Przywecki, Warszawa 2008. Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej, 2011, Gos- podarka 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 wodno- ściekowej w Polsce aspekcie wdrażania ramowej dyrektywy wodnej, Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich, nr 4, s. 57–72.

170 Poziom infrastruktury kanalizacyjnej na obszarach wiejskich województwa

Adres do korespondencji: Adam Piasecki Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu Wydział Nauk o Ziemi e-mail: [email protected]

Promotor pracy doktorskiej: dr hab. Rajmund Skowron

171

Grażyna Łaska EPISTEME Aneta Sienkiewicz 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 morfologiczno- rozwojowe 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 probabi- lity 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 depen-

173 Grażyna Łaska, Aneta Sienkiewicz dent affecting the morphological and developmental features of this species in the Knyszyńska Forest. Key words: threatened plant, reproduction process, Bayesian networks, proba- bilistic inference

Wstęp P. patens jest gatunkiem zagrożonym w Europie, notowanym w Za- łączniku II Dyrektywy Siedliskowej [92/43/EWG] oraz w Załącz- niku 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 zarząd- zania 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 pod- zielono 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 oso- bników juwenilnych, 676 osobników wegetatywnych i 125 osob- ników 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 Grażyna Łaska, Aneta Sienkiewicz osiągnęła maksymalnie 37 cm, a minimalnie 0,5 cm, średnia ro- zpiętość rozety osobników wynosiła 3,72±3,66 cm. W badanych po- pulacjach 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 za- leżności między nimi (Ryc. 1). [mu-g/m3 ] T ime S e rie s C once tration 0, 060 0, 06 0 0, 055 0, 050 0, 045 0, 040 0, 035 0, 030 0, 025 0, 020 0, 015 0, 010 Ryc. 1. Model0, 005 sieci bayesowskiej wpływu temperatury powietrza na cechy 0, 000 morfologiczno-rozwojowe P. patens 08:00:00 10:00:00 12:00:00 14:00:00 16:00:00 18:00:00 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 po- niżej 15oC jest największe i wynosi 0,72 (Ryc. 2). Przy temperaturze powietrza poniżej 15oC prawdopodobieństwo wystąpienia osob- ników 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 Modelowanie matematyczne wpływu temperatury powietrza na stan zachowania ...

[mu-g/m3 ] T ime S e rie s C once tration 0, 060 0, 06 0 0, 055 0, 050 0, 045 0, 040 0, 035 0, 030 0, 025 0, 020 0, 015 0, 010 0, 005Ryc. 2. Warunkowe rozkłady prawdopodobieństw analizowanych 0, 000 czynników w modelu sieci bayesowskiej Uzyskane08:00:00 zależności10:00:00 przyczynowo-skutkowe12:00:00 14:00:00 16:00:00 pomiędzy18:00:00 anali- zowanymi 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 in- tensywności światła słonecznego wraz z oddalaniem się od zwartego okapu lasu [Sienkiewicz 2012]. Wyniki symulacji komputerowej wykazały, że przy temperaturze powietrza poniżej 15oC prawdopodobieństwo wystąpienia osob- ników 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

177 Grażyna Łaska, Aneta Sienkiewicz o dalszych losach populacji, których liczebność jest ściśle uzależnio- na 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 kon- sultacje 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 odd- ziaływania 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 Pul- satilla patens (L.) Mill. pod wpływem zmiennych warunków środowis- ka przyrodniczego w Puszczy Knyszyńskiej. [w:] Ciereszko I, Bajguz

178 Modelowanie matematyczne wpływu temperatury powietrza na stan zachowania ...

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. Parame- terisation 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, wyma- gających 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 Grażyna Łaska, Aneta Sienkiewicz

Adres do korespondencji:

dr hab. Grażyna Łaska, prof. nzw. Katedra Ochrony i Kształtowania Środowiska Politechnika Białostocka e-mail: [email protected]

mgr inż. Aneta Sienkiewicz Katedra Ochrony i Kształtowania Środowiska Politechnika Białostocka ul. Wiejska 45A, 15-351 Białystok e-mail: [email protected]

180 Joanna Aleksiejuk EPISTEME Liliia Martyniuk 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 Au- tomatics (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 pokaza- ne na przykładzie układów słonecznych. Przedstawiono udział energii sło- necznej (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 próż- niowej

181 Joanna Aleksiejuk, Liliia Martyniuk

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) Annual technically achievable energy № Areas of RES potential bn kWh/year mln t c.e*/year 1. Wind Power 79,8 28,0 Solar Energy, inclu- 2. 38,2 6,0 ding: 2.1. – electric 5,7 2,0 2.2. – thermal 32,5 4,0 3. Small Hydropower 8,6 3,0 Bioenergy, inclu- 4. 178 31,0 ding: 4.1. – electric 27 10,3 4.2. – thermal 151 20,7 Geothermal heat 5. 97,6 12,0 energy Power environ- 6. 146,3 18,0 ment Total amount of substitu- 548,5 98,0 tion 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. Con- troller 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 switch-

183 Joanna Aleksiejuk, Liliia Martyniuk 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 [Ope- ration Manual of SR1188 Controller]. Tab. 2. Description of the main points of solar system

Temperature sensor Description Temperature on the solar circuit T0 pump T1 Temperature on the collector Temperature on the bottom part of T2 storage Temperature on the upper part of T3 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 The overview of renewable energy sources in ukraine on the example of solar systems

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 Joanna Aleksiejuk, Liliia Martyniuk

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 col- 186 The overview of renewable energy sources in ukraine on the example of solar systems 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

Date

Parameter 18.11.2013 14.12.2013 07.01.2014

ηo 0,76

k1 1,362 Appearance of the investigated vacuum tube solar collector k2 0,002

2 qc [W/m ] 1000 Ts.c [°C] 65 Ta [°C] 8 -1,4 0,1

ηs.c 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 Joanna Aleksiejuk, Liliia Martyniuk

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_so- lar_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 The overview of renewable energy sources in ukraine on the example of solar systems

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 Rus- sian) Operation Manual of SR1188 Controller State Statistics Service of Ukraine. 2013. Fuel and Energy Resources of Uk- raine. Statistical Publication, Kiev Viessmann. 2000. Heat pump systems. Engineering Instructions (in Rus- sian) Scientific supervisors: prof. dr hab. inż. Andrzej Chochowski and Doctor of Engineering, Professor Volodymyr Kozyrskyi

Adres do korespondencji:

mgr inż. Joanna Aleksiejuk Department of Fundamental Engineering Warsaw University of Life Sciences Nowoursynowska 164, 02-787 Warsaw e-mail: [email protected]

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 e-mail: [email protected]

189

Łukasz Borek EPISTEME Tomasz Stachura 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 Sur- vey (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 (Ha- bitat 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 Habi- tat 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 Łukasz Borek, Tomasz Stachura 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 koni- ecznym staje się włączenie hydromorfologicznego wskaźnika jakości wód przy ocenie jednolitej części wód powierzchniowych. Na świe- cie 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)[Adynkiewicz- Piragas 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 re- alizowany w ramach programu małej retencji województwa mało- polskiego [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 Sur- vey – 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 Łukasz Borek, Tomasz Stachura

• wskaźnik naturalności siedliska (Habitat Quality Score – HQA), który bazuje na obecności oraz różnorodności naturalnych ele- mentów cieku i doliny rzecznej, • wskaźnik przekształcenia siedliska (Habitat Modification Score – HMS), który określa zakres przekształceń w morfologii cieku [Ra- ven i in. 1998]. Wartości wskaźnika naturalności siedliska – HQA dla danego od- cinaka oblicza się na podstawie sumy wartości cząstkowych kategori z poniższej listy: • typ przepływu (wodospad, przelewowy, kipiel, rwący, cha- otyczny, 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 śródko- rytowy nieutrwalony roślinnością, odsyp śródkorytowy utrwalony roślinnością, wyspa, naturalne spiętrzenie); • naturalne elementy morfologiczne brzegów (erodujące podcię- cie 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 liści- aste/mieszane, lasy iglaste, tereny podmokłe); • zadrzewienia i elementy morfologicznie im towarzyszące (od- izolowane/rozproszone, regularnie rozmieszczone, ciągłe i półciągłe); • cenne elementy środowiska rzecznego (wodospad, kanał boczny, sterty liści, naturalny akwen, szuwar brzegowy, torfowisko, trzęsawisko).

194 Hydromorfologiczna ocena wód potoku rygliczanka według metody...

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 zwier- zęta 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; pro- filowany 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. Swo- je źródła potok Rygliczanka ma na wysokości 322,5 m n.p.m. Dłu- gość cieku do miejsca planowanej zapory stanowi 4,42 km, a średni spadek dna to 2,0% .Sieć hydrograficzna zlewni jest bardzo silnie ro- zwinięta, 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, na-

195 Łukasz Borek, Tomasz Stachura tomiast obserwowano duży odsetek odcinków użytkowanych rolniczo, graniczących bezpośrednio z tym ciekiem (tab. 1). Zadrzewi- enia 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. Za- obserwowano 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

Rygli- Badane elementy czanka Typ przepływu dominujący typ przepływu w profilach kontrolnych 5 dodatkowe typy przepływu zaobserwowane w ocenie syn- 2 tetycznej Materiał dna koryta dominujący naturalny rodzaj materiału dna 6 Naturalne elementy morfologiczne koryta naturalne elementy morfologiczne koryta w profilach kontro- 3 lnych naturalne elementy morfologiczne koryta zaobserwowane w 1 ocenie syntetycznej Naturalne elementy morfologiczne brzegów naturalne elementy morfologiczne brzegu lewego w profilach 2 kontrolnych naturalne elementy morfologiczne brzegu prawego w profila- 4 ch kontrolnych

196 Hydromorfologiczna ocena wód potoku rygliczanka według metody...

naturalne elementy morfologiczne brzegów zaobserwowane w 0 ocenie syntetycznej 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 0 zakorzenione na brzegu z pędami płożącymi się w wodzie 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 cha- rakteryzujący sumaryczny stopień zmian antropogenicznych w hyd- romorfologii 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 Łukasz Borek, Tomasz Stachura 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 kontro- 0 lnych Budowle niezaobserwowane w profilach kontrolnych 0 Przekształcenia zaobserwowane podczas oceny syn- 2 tetycznej nie zarejestrowane w profilach kontrolnych 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 Hydromorfologiczna ocena wód potoku rygliczanka według metody...

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 Za- sobów Naturalnych, Nr 47. Szoszkiewicz K., Zgoła T., Jusik Sz., Hryc-Jusik B., Hugh Dawson F., Ra- ven P. 2010. Hydromorfologiczna ocena wód płynących. Podręcznik do badań terenowych według metody River Habitat Survey w warunkach Polski. Bogucki Wydawnictwo Naukowe, Poznań.

Adres do korespondencji: mgr inż. Łukasz Borek dr inż. Tomasz Stachura Katedra Melioracji i Kształtowania Środowiska Uniwersytet Rolniczy w Krakowie al. Mickiewicza 24/28 30-059 Kraków e-mail: [email protected]

199

Łukasz Borsuk EPISTEME Opiekun naukowy: dr hab. inż. Leszek Opyrchał 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 za- trzymywania zanieczyszczeń w studium przypadku zbiornika wodnego w Rożnowie. Drugim celem jest zidentyfikowanie najważniejszych czynników, które mają największy wpływ na zatrzymywanie zanieczysz- czeń. Po analizie wieloletnich badań dotyczących budowanych mokradeł (CWS), mozna wskazać czynniki o największym wpływie na efektywność proponowanych rozwiązań. Po uwzględnieniu powyższych czynnikow zos-

201 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 propo- nowanym zbiorniku zmniejszenie stężenia składników stanowi w przybliże- niu 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 fa- vourable 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 Wod- ne). 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 diffi- cult. 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 swin- ging 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 per- sists above 25° C.

Results and discussion 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 Proposal of application cws – fws within rożnów water reservoir... 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 favo- urable 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 con- troversial 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 (Błachu- ta, 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 Proposal of application cws – fws within rożnów water reservoir... 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•s- 1•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 Ecologi- cal 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-Skłodows- ka, Lublin Polonia, vol. LXI Sectio E. Vymazal, J., 2011. Constructed wetlands for wastewater treatment: five de- cades 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, Decem- ber 2013, Pages 582–592

Adres do korespondencji:

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 e-mail: [email protected]

Opiekun naukowy: dr hab. Inż. Leszek Opyrchał

208 Mateusz Cuske EPISTEME Anna Karczewska 22/2014, t. II Bernard Gałka s. 209-216 Leszek Gersztyn 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 GLE- BOWYCH POZYSKIWANYCH Z GLEB ZANIECZYSZCZONYCH

Summary. The paper presents methodological issues and recommendati- ons 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 hut- niczych. W doświadczeniu użyto materiał glebowy o różnym stopniu zanieczyszczenia z obszarów ograniczonego użytkowania Huty Miedzi „Legni- ca”, z dodatkiem modyfikującym mobilizację metali ciężkich do roztworu

209 Mateusz Cuske, Anna Karczewska, Bernard Gałka, Leszek Gersztyn 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 bio- ta, 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, Kabata- Pendias, Pendias 1999, Karczewska 2002, McBride 1994].

Materials and methods Differently contaminated soil material was collected form two fores- ted 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 speci- fied time interval, in four replicates. Analyzed was hourly and long- term 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].

Results and discussion 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 Mateusz Cuske, Anna Karczewska, Bernard Gałka, Leszek Gersztyn 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 Methodological aspects involved in examining the dynamics of heavy metals...

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 Mateusz Cuske, Anna Karczewska, Bernard Gałka, Leszek Gersztyn

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 Methodological aspects involved in examining the dynamics of heavy metals...

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 im- print 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 Envi- ronmental Quality, 30(2): 485-492. Kabata-Pendias A., Pendias H. 1999. Biogeochemia pierwiastków śla- dowych. 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 wydobywczo- metalurgiczny. Ochrona Środ. i Zasob. Nat., 49: 152-162. McBride M. 1994. Environmental chemistry of soils. Oxford University Pre- ss. New York: 142-167. Raport o stanie środowiska województwa dolnośląskiego w 2007 r., Wo- jewódzki Inspektorat Ochrony Środowiska we Wrocławiu, Wrocław, 2008 r.Research supervisor: Prof. Anna Karczewska PhD., Eng.

215 Mateusz Cuske, Anna Karczewska, Bernard Gałka, Leszek Gersztyn

Adres do korespondencji:

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 Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu ul. Gurnwaldzka 53, 50-357 Wrocław

216 Marcin Czora EPISTEME Jerzy Wieczorek 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 ro- zpowszechniony 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 Marcin Czora, Jerzy Wieczorek

Wstęp Mchy są organizmami, które już od ponad 50 lat są wykorzystywane w badaniach zanieczyszczenia aerozolu atmosferycznego [Grodzińs- ka 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. Ba- dania te prowadzone są w ramach International Cooperative Program- me 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 rozpowsze- chniony 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 Euro- py 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 Pleuro- zium 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. Stęże- nia 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 najbliższe- go drzewa, aby uniknąć efektu spływającej wody deszczowej z ko- ron 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 pobie- rano do plastikowych torebek z użyciem jednorazowych rękawiczek. Zebrane mchy niezwłocznie po przetransportowaniu do laborato-

219 Marcin Czora, Jerzy Wieczorek rium czyszczono ręcznie z zabrudzeń i materiału obcego. Mchów nie myto. Następnie przy użyciu plastikowych nożyczek, odseparowa- no 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 suszo- no 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). Zawar- tość zmineralizowano w zamkniętych naczyniach teflonowych, w piecu mikrofalowym MARS-X firmy CEM. Po mineralizacji i ostudze- niu 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 Spec- trometry) SOLAAR 969 firmy UNICAM oznaczono stężenie kadmu i ołowiu. Analizę statystyczną wykonana z pomocą programu STA- TISTICA 9.0.

Wyniki Wyniki oznaczeń metali ciężkich w mchach pobranych na obszarze Borów Stobrawskich przedstawiono w tabeli 1, a histogramy roz- kładu przedstawiono na rysunku 2 i 3. Największe stężenie kadmu w mchach odnotowano w prób- ce 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 Biomonitoring kadmu i ołowiu na obszarze borów stobrawskich z wykorzystaniem...

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 Marcin Czora, Jerzy Wieczorek

Rys. 2. Histogram rozkładu stężeń kadmu w próbkach mchów

Rys. 3. Histogram rozkładu stężeń ołowiu w próbkach mchów

222 Biomonitoring kadmu i ołowiu na obszarze borów stobrawskich z wykorzystaniem...

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 śred- niej. 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 najwięks- ze 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 Marcin Czora, Jerzy Wieczorek

W Opolu głównym źródłem emisji metali ciężkich są cemen- townie 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, głów- nie 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 Pleu- rozium 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 Ge- ochemistry. 16: 137-159. Grodzinska K. 1983. Mchy i kora drzew jako czułe wskaźniki skażenia śro- dowiska gazami i pyłami przemysłowymi. Bioindykacja skażeń prze- mysłowych 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 bioindica- tors. 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 Biomonitoring kadmu i ołowiu na obszarze borów stobrawskich z wykorzystaniem...

Adres do korespondencji:

mgr Marcin Czora e-mail: [email protected]

dr inż. Jerzy Wieczorek e-mail: [email protected]

Katedra Chemii Rolnej i Środowiskowej Uniwersytet Rolniczy w Krakowie al. Mickiewicza 21, 31-120 Kraków

Opiekun naukowy: Prof. dr hab. Florian Gambuś

225

Agata Dulska-Jeż EPISTEME Kamila Musiał 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 znaj- dujących 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 bioróżnorod- ności gatunkowej łąk oraz występowanie gatunków inwazyjnych i leśnych. Wykonano łącznie 28 zdjęć fitosocjologicznych metodą Braun-Blanque- ta. Dla opisanych płatów fitosocjologicznych obliczono również wskaźniki ekologiczne - wilgotność i kwasowość gleby. Na badanych zbiorowiskach łąkowych zanotowano gatunki charakterystyczne dla zarośli wierzbowo-br- zozowych oraz duży udział nawłoci późnej, co świadczy o zaawansowaniu sukcesji wtórnej na tych terenach. Słowa kluczowe: sukcesja ekologiczna, łąki niekoszone, Płaskowyż Kol- buszowski

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 resul-

227 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 jednoliścien- nymi 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 wycofywani- em 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 połud- niowy – zachód, w miejscowości Rogoźnica, co przedstawione zos- tało 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 prze- prowadzonym 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 zes- połów 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]: wilgot- ność gleby (W) oraz kwasowość gleby (R).

WYNIKI I DYSKUSJA Roślinność badanych obszarów zaliczono do zbiorowisk klasy z Moli- nio-Arrhenatheretea, które obejmowały wilgotne łąki z rzędu Molinie- talia. Inwentaryzacja florystyczna wykazała, że flora badanych te- renów liczy łącznie 93 gatunki należące do 24 rodzin botanicznych. 229 Agata Dulska-Jeż, Kamila Musiał2

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 Ro- goźnicy trzęślica modra i wiązówka błotna były gatunkami domi- nującymi, 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 Roślinność niekoszonych łąk płaskowyżu kolbuszowskiego

Tab. 1. Charakterystyka florystyczna badanych zbiorowisk łąkowych

Wyszczególnienie Przewrotne Styków Rogoźnica Liczba zdjęć fitosocjologicznych 10 9 9 Łączna liczba gatunków w ba- 63 48 68 danych płatach Średnie pokrycie gatunków charakterystycznych dla Moli- 80.5 84.6 79.3 nietalia Średnie pokrycie drzew i kr- 15.1 28.5 11.5 zewów Średnia liczba gatunków w pła- 37 25 36 cie

W badanych zbiorowiskach zaobserwowano pojawienie się nawłoci późnej (Solidago gigantea). W Rogoźnicy zanotowano jej obecność tylko w niektórych płatach, natomiast w Stykowie po- jawiała się w każdym. Jest to kenofit pochodzący z kontynentu amerykańskiego, a jego dominacja na nieużytkowanych łąkach świa- dczy 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 pubes- cens) 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 użytkowa- nia 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 Agata Dulska-Jeż, Kamila Musiał2

Na podstawie analizy wskaźników ekologicznych według Zar- zyckiego 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 ro- zwój 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, Insty- tut Botaniki Uniwersytetu Jagiellońskiego. Poznań - Kraków. Kucharski L. 1999. Szata roślinna łąk Polski Środkowej i jej zmiany w XX stuleciu. Wyd. Uniw. Łódzkiego.

232 Roślinność niekoszonych łąk płaskowyżu kolbuszowskiego

Kryszak A. Kryszak J. Czemko M. 2005. Degradacja zbiorowisk łakowych w dolinie rzeki Samicy. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rol- niczych, 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 Po- land. 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 MUL- TICO.Warszawa. Sienkiewicz-Paderewska D. Borawska-Jarmułowicz B. Mastalerczuk G. Chodkiewicz A. Stypiński P. 2012. Wpływ zaprzestania koszenia na roślinność łaki trzęślicowej (Molinietum caerulae). Woda-Środowisko- Obszary 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 Adres do korespondencji:

mgr Agata Dulska-Jeż Katedra Biologii Środowiska Uniwersytet Rzeszowski w Rzeszowie ul. Zelwerowicza 4, 35-601 Rzeszów e-mail: [email protected]

mgr Kamila Musiał Katedra Łąkarstwa Uniwersytet Rolniczy w Krakowie Al. Mickiewicza 21, 31-120 Kraków e-mail: [email protected]

Opiekun naukowy: dr hab. Idalia Kasprzyk, prof. UR

234 Krzysztof Dziedzic EPISTEME Bogusława Łapczyńska-Kordon 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 wilgot- ności 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 unsuita- ble for energy purposes (combustion) without drying to a moisture content 14-17%. Key words: biomass, digestates, biofuels

235 Krzysztof Dziedzic, Bogusława Łapczyńska-Kordon

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 euro- pejskim 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 Agen- cję 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]. Ce- lem pracy była analiza możliwości wykorzystania masy pofermen- tacyjne 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 zlo- kalizowanej 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 ro- zdrobniony na frakcję o wielkości ziarna 0,5 -1 mm a następnie poddany analizą. Wilgotność materiału została wyznaczona zgodnie z normą PN- EN 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 Krzysztof Dziedzic, Bogusława Łapczyńska-Kordon

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]; Mad - wilgotność materiału [%] Ad - zawartość popiołu [%] Oznaczenie zawartości części lotnych zostało wykonane wg PN- EN 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]; Mad - wilgotność materiału [%] 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. Zapło- nu próbki dokonany został za pomocą stalowego drutu o średnicy 0,1mm wprasowanego w pastylkę. Wartość opałowa została oblicza- na za pomocą programu komputerowego sterującego pracą kalory- metru (zgodnego z normami PN – 80 / G – 04511, PN – ISO 1928, PN-EN 14918:2010).

238 Ocena możliwości wykorzystania pozostałości z biogazowni na cele energetyczne

Wyniki i dyskusja Masę pofermentacyjną cechuje wysokie uwodnienie sięgające nawet 90%. Czyni ją to nieprzydatną do celów energetycznych bez wcześ- niejszego 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

Rodzaj biomasy Parametr M I M II M III M IV

Mad [%] 14-17

Ad [%] 4,26 4,21 5,21 10,24

Vd [%] 70,28 73,07 96,01 69,38

-1 Qi [MJ∙kg ] 15,34 18,41 17,14 17,11

-1 Qs [MJ∙kg ] 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 bezpośred- nio 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 zu-

239 Krzysztof Dziedzic, Bogusława Łapczyńska-Kordon 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. Jedy- ne odstępstwa od średniej można zaobserwować w przypadku zawar- tości 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 Ocena możliwości wykorzystania pozostałości z biogazowni na cele energetyczne

Adres do korespondencji:

mgr inż. Krzysztof Dziedzic Uniwersytet Rolniczy w Krakowie Wydział Inżynierii Produkcji i Energetyki Katedra Inżynierii Mechanicznej i Agrofizyki ul. Balicka 120, 30-149 Kraków e-mail: [email protected]

dr hab. inż. Bogusława Łapczyńska-Kordon Uniwersytet Rolniczy w Krakowie Wydział Inżynierii Produkcji i Energetyki Katedra Inżynierii Mechanicznej i Agrofizyki ul. Balicka 120, 30-149 Kraków e-mail: [email protected]

Opiekun naukowy: dr hab. inż. Bogusława Łapczyńska-Kordon

241

Grażyna Kaczyńska EPISTEME Agata Borowik 22/2014, t. II Angelika Szudrewicz s. 243-250 Rafał Strachel 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 kontro- lowanych. Do badań wykorzystano piasek gliniasty o pHKCl 6,6. Czynni- kami 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 drobno- ustrojów na zanieczyszczenie niż bakterie amylolityczne. Szereg toksycz- ności 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 niebaga- telny wpływ na kształtowanie się populacji bakterii środowisk grun- towo-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]. Lic- zebność mikroorganizmów sklasyfikowanych do grup fizjologicznych, rozkładających w glebie białko, tłuszcz oraz polimery węglowo- danowe, 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 powtórze- niach. Próbki gleby o składzie granulometrycznym piasku gliniaste-

244 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 zani- 1 eczyszczono wodnymi roztworami ZnCl2, CuSO4•5 H2O, CdCl2•2 \2 2+ -1 H2O w ilości: 120, 240, 480 mg Me • kg s.m. gleby. Po dokładnym wymieszaniu próbek gleby z roztworami metali uwilgotniono ją do poziomu 50% kapilarnej pojemności wodnej. Tak przygotowany ma- teriał 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 [Ku- charski i Wyszkowska 2005] a bakterie celulolityczne - według Wino- gradskiego [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 Pear- sona 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, tem- peraturę oraz czas ich zalegania w glebie. W omawianym eksperymencie liczebność drobnoustrojów w największym stopniu była de- terminowana czasem zalegania metali ciężkich w glebie oraz stopniem zanieczyszczenia gleby cynkiem, miedzią i kadmem (tab. 1). Ana- liza 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 Grażyna Kaczyńska, Agata Borowik, Angelika Szudrewicz, Rafał Strachel 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 mikroor- ganizmów. 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 autoch- toniczne drobnoustroje glebowe dowodzi również bogata literatura [Wyszkowska i Wyszkowski 2002, Badura 2006, Przybulewska i in. 2010, Wyszkowska i in. 2013]. Ze względu na wysoką toksycz- ność 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 regula- torowe i sygnałowe, do których zalicza się: rozwój komórki, apop- tozę, 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 stęże- nie omawianych ksenobiotyków, ale również przez wzajemne odd- ziaływanie pomiędzy grupami mikroorganizmów. Wszystkie grupy drobnoustrojów są narażone na negatywne działanie metali ciężkich.

246 Liczebność bakterii celulolitycznych i amylolitycznych w glebie zanieczyszczonej..

Tab. 1. Liczebność bakterii celulolitycznych i amylolitycznych w glebie zanieczyszczonej metalami ciężkimi, 107 jtk • kg-1 s.m. gleby Dawka Drobnoustroje meta- Bakterie celulolityczne Bakterie amylolityczne lu talu Czas inkubacji gleby, dni Rodzaj- me 7 70 140 280 7 70 140 280 Zn2+ 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 Zn2+ 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 Cu2+ 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 Cd2+ 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 r -0,84 -0,99 -0,99 -0,90 -0,89 -0,86 -0,95 -0,92

NIR0,01* a – 1,62; b – 1,87; c – 1,87; a – 2,37; b – 2,74; c – 2,74; ab – 3,23; ac – 3,23; bc – 3,73; ab – 4,74; ac – 4,74; bc – 5,48; abc – 6,47 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 odd- ziaływania 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 Grażyna Kaczyńska, Agata Borowik, Angelika Szudrewicz, Rafał Strachel 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 mikro- biologiczną 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 in- sights into molecular and cellular mechanisms. Archives of Toxicology, 82: 493–512. Buléon A. Veronese G. Putaux J. L. 2007. Self-association and crystallizati- on 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. Mi- crobial 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 Olsz- tynie, ss: 84. Nguyen Thi B. L. 2007. Wrażliwość bakterii Bacillus, Pseudomonas, Sar- cina na różne stężenia miedzi, ołowiu i cynku. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych, 518: 127 - 131. Niewolak S. Brzozowska R. Czechowska K. Filipkowska Z. Korzeniews- ka 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 Liczebność bakterii celulolitycznych i amylolitycznych w glebie zanieczyszczonej..

Poli A. Salerno A. Laezza G. di Donato P. Dumontet S. Nicolaus B. 2009. Hea- vy metal resistance of some thermophiles: potential use of a-amylase from Anoxybacillus amylolyticus as a microbial enzymatic bioassay. Re- search in Microbiology, 160: 99-106. Przybulewska K. Kupiec M. Łysko A. Cyglicki R. 2010. Liczebność i ak- tywność 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 Stu- dies, 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.

Adres do korespondencji:

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 e-mail: [email protected]

Opiekun naukowy: prof. dr hab. Jadwiga Wyszkowska

249

Anna Karbowniczak EPISTEME Maria Szczuka 22/2014, t. II Weronika Pasternak 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 Anna Karbowniczak, Maria Szczuka, Weronika Pasternak

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 consti- tute 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.

Materials and methods 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 inspection- measurement 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 Anna Karbowniczak, Maria Szczuka, Weronika Pasternak

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 Mało- polski. Inżynieria Rolnicza, 4(129), 183-189. Solar generation 6. Solar photovoltaic electricity empowering the world. 2011. The European Photovoltaic Industry Association and Greenpea- ce International. 6th edition of the report “Solar Generation: Solar Photovoltaic Electricity Empowering the World”. EPIA. www.epia.org.

255 Anna Karbowniczak, Maria Szczuka, Weronika Pasternak www.e-czasopismo.pl/575,numer-7-8-2013-polski-instalator.html Numer 7-8/2013 - Polski Instalator

Adres do korespondencji:

mgr inż. Anna Karbowniczak Instytut Inżynierii Rolniczej i Informatyki Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie Wydział Inżynierii Produkcji i Energetyki ul. Balicka 116B 30-149 Kraków e-mail: [email protected]

mgr inż. Maria Szczuka Instytut Inżynierii Rolniczej i Informatyki Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie e-mail: [email protected]

mgr inż. Weronika Pasternak Instytut Inżynierii Rolniczej i Informatyki Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie e-mail: [email protected]

Opiekun naukowy: dr hab. inż. Hubert Latała

256 Tomasz Koniarz EPISTEME Agnieszka Baran 22/2014, t. II Marek Tarnawski 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 toksycz- ności 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 po- jemności 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 podejmowa- nia prób kontroli intensywności tego zjawiska. Chcąc zwiększyć pojemność zbiorników należy wydobyć nadmiar materiału dennego i w odpowiedni sposób go zagospodarować bez szkody dla śro- dowiska [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 ekotoksykolo- gicznych.

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 standar- dowej 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 Tomasz Koniarz, Agnieszka Baran, Marek Tarnawski

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. General- nie 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 In- stytut 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). Pierwias- tkami, 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 Wykorzystanie wskaźników geochemicznych i testu phytotoxkit w ocenie jakości... 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 Sor- ghum 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]. Otrzyma- ne 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 Tomasz Koniarz, Agnieszka Baran, Marek Tarnawski

Wnioski Zawartość metali ciężkich w osadzie (w szczególności w strefie przyzaporowej) może stanowić potencjalne źródło zagrożenia dla or- ganizmów 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 rów- nież 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. Prze- gląd 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, Bel- gium, MicroBioTest Inc, 24.

262 Wykorzystanie wskaźników geochemicznych i testu phytotoxkit w ocenie jakości...

Stephens S.R. Alloway B.J. Parker A. Carter J.E. Hudson M.E. 2001. Chan- ges in the leachability of metals from dredged canal sediments during drying and oxidation. Environ Pollut. 114: 407-413.

Adres do korespondencji:

dr inż. Marek Tarnawski mgr inż. Tomasz Koniarz Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie al. Mickiewicza 24/28, 30-059 Kraków e-mail: [email protected], [email protected]

dr inż. Agnieszka Baran Katedra Chemii Rolnej i Środowiskowej Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie al. Mickiewicza 21, 31-120 Kraków e-mail: [email protected]

Opiekun naukowy: dr hab. inż. Bogusław Michalec, prof. UR

263

Marta Kupryś-Caruk EPISTEME Sławomir Podlaski 22/2014, t. II Grzegorz Wiśniewski 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 sło- necznika 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 Marta Kupryś-Caruk, Sławomir Podlaski, Grzegorz Wiśniewski

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) [Komo- rowicz 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 spowo- dował 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 słonecz- nik 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 podat- ność na zakiszanie. Kiszenie uznawane jest za lepszy sposób kon- serwowania 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 po- chodzącą z kolekcji roślin energetycznych Wydziału Rolnictwa i Bi- ologii 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 orga- niczną 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. Fermen- tację 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 Marta Kupryś-Caruk, Sławomir Podlaski, Grzegorz Wiśniewski pomiarowymi OxiTop®, umieszczone były na platformach mag- netycznych w szafie termostatycznej. Czujniki manometryczne wbu- dowane w obudowę głowic pomiarowych rejestrowały wartość wzras- tającego 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 plon suchej termin plon świeżej plon suchej masy organicz- zbioru masy (t • ha-1) masy (t • ha-1) nej (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 zbiór parametry czerwiec październik sucha masa (%) 22,2±0,5 38,0±0,6 sucha masa organiczna 85,6±0,8 92,3±0,3 (% s.m.) C/N 28,1 45,1 fosfor (g/kg s.m.) 2,14±0,02 1,58±0,05

268 Badanie przydatności słonecznika bulwiastego(helianthus tuberosus l.) do produkcji...

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. Bio- masa topinamburu z drugiego zbioru charakteryzowała się wyższą zawartością suchej masy organicznej (92,3% s.m.). Roślina z drugiego zbioru charakteryzowała się również wyższą zawartością włók- na 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 cha- rakteryzowały 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 zbiór parametry czerwiec październik pH 4,3±0,1 3,9±0,1 sucha masa (%) 18,8±0,3 31,4±0,5 sucha masa organiczna 83,6±0,4 91,0±0,3 (% s.m.) 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 Marta Kupryś-Caruk, Sławomir Podlaski, Grzegorz Wiśniewski

Podkówka i Podkówka [2010] sugerują natomiast, że w kiszonkach przeznaczonych do produkcji biogazu korzystna jest zwiększona zawartość kwasu octowego, z którego bakterie meta- nowe bezpośrednio wytwarzają metan. Niska sucha masa kiszonki ze zbioru czerwcowego (poniżej 20%) może jednak powodować wyciek soku z kiszonki w trakcie jej prze- chowywania, 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 3 biogazu o zawartości 62% CH4 (pierwszy zbiór) oraz 525,5±38,9 m 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 3 m 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 Badanie przydatności słonecznika bulwiastego(helianthus tuberosus l.) do produkcji...

Wnioski Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że sło- necznik 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 konfe- rencji: Kukurydza i sorgo-Produkcja, Wykorzystanie, Rynek, Poznań- Dymaczewo Nowe 9-11 maja 2012. Podkówka W. 2006. Kukurydza jako substrat do produkcji biogazu, Kukuryd- za 12: 26-29. Podkówka Z. Podkówka W. 2010. Substraty dla biogazowni rolniczych. Re- dakcja 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 Marta Kupryś-Caruk, Sławomir Podlaski, Grzegorz Wiśniewski

Adres do korespondencji:

mgr inż. Marta Kupryś-Caruk e-mail: [email protected]

prof. dr hab. Sławomir Podlaski e-mail: [email protected]

mgr inż. Grzegorz Wiśniewski e-mail: [email protected]

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 EPISTEME Wiesław Wieremiej 22/2014, t. II Joanna Trębicka s. 275-285 Paulina Klej ISSN 1895-2241 Beata Bik

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 uwzględ- niono 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 nie- jednoznacznie 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 mate- riałów 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 ni- ezbędnych, 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 alkali- zacji 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 mate- riały organiczne, zwane także niekonwencjonalnymi substancjami nawozowymi, takie jak osady ściekowe, węgiel brunatny [Kwiatkows- ka – 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 posz- czególnych 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 doświa- dczalnym Uniwersytetu Przyrodniczo – Humanistycznego w Siedl- cach w latach 2008 – 2011. Eksperyment prowadzono w czterech powtórzeniach i uwzględ- niono w nim następujące kombinacje: 1.Zanieczyszczenie gleby niklem (w formie wodnego roztworu -1 NiSO4∙7H2O): 0 Ni (bez stosowania niklu); 75 mg Ni∙kg 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 hydro- litycznej gleby). 3.Nawożenie organiczne – odpadowe materiały organiczne: bez do- datku 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 mate- riałach 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 jedno- razowo 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 (odros- ty co 30 dni). Wazony umieszczono na powietrzu, pod zadaszeniem 277 Beata Kuziemska, Wiesław Wieremiej, Joanna Trębicka, Paulina Klej ... i utrzymywano w nich wilgotność na poziomie 60% PPW. Analizowa- no 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 rozpuszcze- niu popiołu w 10% roztworze HCl. Uzyskane wyniki badań zostały opracowane statystycznie me- todą analizy wariancji z wykorzystaniem rozkładu F- Fischera-Sne- decora 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 zwiększe- nie 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 synergis- tycznych 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 Zawartość manganu i litu w kupkówce pospolitej (dactylis glomerata l.) uprawianej... 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 za- leżność 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 omawi- aną 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 Beata Kuziemska, Wiesław Wieremiej, Joanna Trębicka, Paulina Klej ...

Tab. 1. Zawartość manganu w biomasie kupkówki pospolitej [mg∙kg-1 s.m.]

Nawoże- Dawki niklu Nr pokosu Wapnowa- Śred- nie orga- [mg∙kg-1 nie I II III IV nia niczne s.m.] 0 90,4 134,9 91,7 101,1 104,5 Bez naw. 75 165,9 263,6 108,6 142,1 170,0 org. 150 200,3 123,1 70,2 92,4 121,5 225 190,1 181,4 141,4 144,6 164,4 0 Ca 0 77,1 117,0 138,7 112,0 111,2 75 187,9 166,4 155,7 170,6 170,2 Słoma 150 205,6 167,6 134,6 130,0 159,5 225 189,0 213,5 160,5 113,5 169,1 0 50,2 126,0 97,7 60,4 83,6 Węgiel 75 77,0 118,3 113,7 100,6 102,4 0 Ca brunatny 150 161,6 73,6 95,3 97,3 107,0 225 162,6 131,1 108,4 105,5 126,9 0 84,3 58,8 121,4 99,7 91,0 Bez naw. 75 119,0 132,7 146,6 110,9 127,3 org. 150 121,7 70,7 149,1 99,8 110,3 225 146,1 106,1 120,9 95,6 117,2 0 105,7 162,1 182,3 171,2 155,3 Ca wg 1Hh 75 83,9 102,4 119,8 87,1 98,3 Słoma gleby 150 188,6 176,5 174,8 208,4 187,1 225 231,2 195,9 229,8 110,6 191,9 0 89,2 61,4 114,7 73,7 84,8 Węgiel 75 129,4 53,8 82,7 68,3 83,5 brunatny 150 138,8 72,1 100,7 61,6 93,3 225 134,5 109,6 73,7 76,0 98,5 0 Ca Średnie dla wapnow- 146,5 151,4 118,0 114,2 132,5 Ca wg 1Hh ania 131,0 108,5 134,7 105,2 119,9 gleby Bez 139,7 133,9 118,7 110,8 125,8 Średnie dla nawożenia nawożenia 158,6 162,7 162,0 137,9 155,3 organicznego Słoma Węgiel 117,9 93,2 98,4 80,4 97,5 brunatny 0 82,8 110,1 124,4 103,0 105,1 75 127,2 139,5 121,2 113,3 125,3 Średnie dla dawek niklu 150 169,4 113,9 120,8 114,9 129,8 225 175,6 156,3 139,1 107,6 144,7 Średnia w doświadczeniu 138,8 129,9 126,4 109,7 126,2

280 Zawartość manganu i litu w kupkówce pospolitej (dactylis glomerata l.) uprawianej...

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 8,725 11,023 18,309 5,586 organicznego:

Tab. 2. Zawartość litu w biomasie kupkówki pospolitej [mg∙kg-1 s.m.]

Dawki niklu Nr pokosu Wapnowa- Nawożenie Śred- [mg∙kg-1 nie organiczne I II III IV nia s.m.] 0 12,91 5,05 6,56 12,43 9,24 Bez naw. 75 8,63 4,14 4,48 13,38 7,66 0 Ca org. 150 5,97 4,24 13,81 7,42 7,86 225 8,31 5,08 5,69 7,40 6,62 7,01 0 3,45 5,99 7,09 5,89 11,25 75 6,68 3,71 11,00 8,16 Słoma 11,59 150 6,53 4,49 2,97 6,40 8,31 225 5,79 3,57 3,56 5,31 0 Ca 2,60 0 2,14 1,90 4,89 2,88 10,14 Węgiel 75 2,94 5,39 3,09 5,39 4,32 brunatny 150 3,57 1,91 4,08 3,47 4,43 225 3,05 4,15 4,19 3,96 0 5,00 8,91 10,91 3,19 7,00 Bez naw. 75 7,64 4,01 12,64 5,17 7,37 org. 150 5,34 6,62 6,99 5,11 6,02 225 2,46 4,32 4,21 5,98 4,24 0 3,99 7,38 2,92 7,78 5,52 Ca wg 1Hh 75 3,53 5,76 7,85 5,84 5,75 Słoma gleby 150 5,04 7,13 5,90 5,14 5,80 225 7,60 8,07 3,86 6,80 6,58 0 4,80 5,55 1,76 1,61 3,43 Węgiel 75 5,59 3,63 3,01 2,18 3,60 brunatny 150 4,49 7,82 8,15 3,87 6,08 225 8,63 4,97 7,37 3,55 6,13

281 Beata Kuziemska, Wiesław Wieremiej, Joanna Trębicka, Paulina Klej ...

0 Ca Średnie dla wapnowa- Ca wg 1Hh 6,65 4,00 6,84 6,79 6,07 nia gleby 5,34 6,18 6,30 4,69 5,63

Bez nawożenia 7,03 5,30 8,16 7,51 7,00 Średnie dla nawożenia Słoma 5,33 5,76 7,34 6,27 6,18 organicznego Węgiel 5,63 4,21 4,21 3,43 4,37 brunatny

0 5,46 5,84 5,18 6,17 5,66 75 7,04 4,03 7,44 6,78 6,32 Średnie dla dawek niklu 150 5,28 5,65 8,06 4,77 5,94 225 6,20 4,84 5,60 5,25 5,47 Średnia w doświadczeniu 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 wapnowa- 0,762 0,680 n.i. 0,870 nia: nawożenia organiczne- 1,130 1,007 1,095 1,290 go:

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 Zawartość manganu i litu w kupkówce pospolitej (dactylis glomerata l.) uprawianej...

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: 439- 452. 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 mikroskład- ników w życicy trwałej po zastosowaniu kompostów z wycierki ziem- niaczanej 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 podkła- dach wykonanych z osadów ściekowych, słomy pszennej i popiołów fluidalnych z węgla kamiennego w połączeniu z efektywnymi mikro- organizmami (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 pas- tewnych 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 Beata Kuziemska, Wiesław Wieremiej, Joanna Trębicka, Paulina Klej ...

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 rośli- nach łąk Doliny Sanu. Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych, Nr 31: 165 – 169.

Adres do korespondencji:

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 EPISTEME Maria Ostrowska – Dudys 22/2014, t. II Karolina Kolasińska 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 ba- dań 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 męt- ności w ciekach. Według nich, jest ona zależna od własności fizjograficznych zlewni, zagospodarowania, warunków klimatycznych oraz zmienności stanów i przepływów wody. Zauważyli oni także tenden- cję 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 natęże- nia 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 mi- ary 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 położe- nie 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 zos- tały dzięki wykorzystaniu wycechowanej hydrometrycznej taśmy pomiarowej. Sondowanie przeprowadzane było co 0,5 m. Zero pod- ziałki szerokości zlokalizowane zostało na lewym brzegu rzeki. Po określeniu geometrii przekroju poprzecznego koryta wyznaczono 6 pionów hydrometrycznych. W następnej kolejności dokonano po-

288 Badania transportu rumowiska unoszonego urządzeniem isco 3700 na wybranym... miarów zmącenia wody w przekroju pomiarowym. Do wykonania po- miarów mętności posłużył mętnościomierz 2100P ISO, który działa na zasadzie nefelometrycznej metody pomiaru mętności. Nefelome- tryczna metoda pomiaru, polega na określeniu koncentracji mate- riału 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]. Me- toda ta polega na opuszczaniu batometru do punktu pomiarowego z użyciem drążka hydrometrycznego lub linki nośnej z obciążeni- em. Po umieszczeniu batometru w punkcie poboru próby otwiera się dopływ do butelki. Napełnianie butelki jest sygnalizowane przez wy- dostające się na powierzchnię pęcherzyki powietrza. Zanik pęcher- zyków 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 prze- nośnym służącym do pobierania próbek wody. Dzięki wykorzystaniu zaawansowanej technologii istnieją szerokie możliwości poboru prób. Jest to automat mający możliwość współpracy z innymi urządze- niami takimi jak przepływomierze. Pierwszym etapem jest przygotowanie urządzenia do pomiarów. Do przewodu pompy perystaltycz- nej 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 zasila- nia. 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. Ana- liza ta była wykonywana bezpośrednio po pobraniu każdej z prób. Kolejnym etapem pomiarów były punktowe pomiary prędkości

289 Justyna Małyszko, Maria Ostrowska-Dudys, Karolina Kolasińska... 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 różni- ce 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 nierównomi- erności 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 dokład- ność pomiarów określono średnie odchylenie standardowe zarówno

290 Badania transportu rumowiska unoszonego urządzeniem isco 3700 na wybranym... 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 ma- teriałem 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. Transpor- towane 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 śred-

291 Justyna Małyszko, Maria Ostrowska-Dudys, Karolina Kolasińska... 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 napełnie- nia 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, zarów- no na wysokości hND = 5cm oraz hPZW = 10cm. Nieregular- ność 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 Badania transportu rumowiska unoszonego urządzeniem isco 3700 na wybranym...

że w pionach (V i VI), gdzie prędkości przepływu były największe, cząstki transportowanego materiału były większe od unosin trans- portowanych 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 – in- strukcja 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

Adres do korespondencji:

mgr inż. Justyna Małyszko e-mail: [email protected]

mgr inż. Karolina Kolasińska e-mail: [email protected]

dr Justyna Kubicz e-mail: [email protected]

Instytut Inżynierii Środowiska Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu pl. Grunwaldzki 24, 50 – 363 Wrocław

mgr inż. Maria Ostrowska – Dudys Instytut Budownictwa Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu e-mail: [email protected]

293

Monika Mierzwa-Hersztek EPISTEME Krzysztof Gondek 22/2014, t. II Kalina Orłowska 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 TRANSFOR- MATION OF SELECTED ORGANIC MATERIALS

Abstrakt. Piroliza to proces termicznego przekształcenia materiałów organicznych prowadzący do powstania między innymi stałego produktu - bi- owęgla. 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 spowo- dowało zwiększenie zawartości Cu, Mn i Zn w biowęglu ze słomy z miskantusa i w trocinach drzew iglastych. Zmniejszenie zawartości badanych pier- wiastków 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 spo- sobów umożliwiających rozwiązanie tego problemu zgodnie z zasa- dami 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 szcze- gólnie 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 [Leh- man 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 rozdrobni- ono w młynku laboratoryjnym (średnica sita 4 mm). Proces przekształcenia termicznego rozdrobnionych ma- teriałów prowadzono w zamkniętych wieczkiem pojemnikach, które umieszczono w piecu komorowym z zabezpieczeniem unie- możliwiającym dostęp powietrza. Proces konwersji termicznej ma- teriałów prowadzono osobno w temperaturze 300 ºC w dwóch wari- antach 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 nadchlo- rowego (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 Monika Mierzwa-Herszteki, Krzysztof Gondeki, Kalina Orłowskai 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 pozos- tałość 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. Pozostałość Sucha masa Materiał 15 minut 45 minut [g•kg-1] [g•kg-1 s.m.] Słoma pszenna 881 496 417 Słoma rze- 969 415 404 pakowa Słoma miskan- 466 645 386 tusa Trociny drzew 980 468 379 iglastych Kora drzew 964 763 813 iglastych 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 Ocena składu chemicznego stałego produktu procesu termicznego przekształcenia... 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 Przed prze- Po przekształceniu Materiał kształceniem 15 minut 45 minut [g•kg-1 s.m.] Słoma pszenna 939± 1,80 865± 5,00 889± 0,60 Słoma rze- 893± 0,20 795± 5,20 804± 20,8 pakowa Słoma miskan- 944± 10,0 882± 1,00 874± 0,00 tusa Trociny drzew 990± 2,00 991± 3,40 986± 3,20 iglastych Kora drzew 584± 15,4 512± 10,8 483± 9,20 iglastych ± 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 Monika Mierzwa-Herszteki, Krzysztof Gondeki, Kalina Orłowskai

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 mate- riałów, niezależnie od czasu ekspozycji przyczyniła się do zwiększe- nia zawartości badanego pierwiastka. Wydłużenie czasu ekspozycji do 45 minut wpływało na ogół na zwiększenie zawartości manganu. Całkowita zawartość cynku w materiałach przed przekształce- niem 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 pozos- tałych materiałach nastąpiło zwiększenie zawartości omawianego składnika. Tab. 3. Zawartość miedzi, manganu i cynku w materiałach organicznych przed i po procesie przekształcenia termicznego

Cu Mn Zn Materiał mg•kg-1 s.m. 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

termicznego Trociny drzew iglas- przekształcenia Przed procesem 2,01 ± 0,07 138± 1,77 15± 0,41 tych Słoma miskantusa 6,02 ± 0,03 95± 3,13 136± 9,52 Słoma pszenna 5,28 ± 0,34 157± 8,70 122± 2,67

Słoma rzepakowa 5,47 ± 0,10 69± 3,25 84± 3,62 Po procesie przekształce - procesie Po nia termicznego 15 minut

300 Ocena składu chemicznego stałego produktu procesu termicznego przekształcenia...

Kora drzew iglastych 9,36 ± 0,23 322± 3,39 63± 3,13 Trociny drzew iglas- 268± 2,14 ± 0,08 29± 5,59

15 minut tych 13,86 Słoma miskantusa 6,90 ± 0,20 104± 1,43 150± 0,64 Słoma pszenna 4,48 ± 0,11 141± 6,18 108± 3,46

nia termicznego Słoma rzepakowa 5,52 ± 0,20 67± 7,06 81± 3,07

Po procesie przekształce - procesie Po Kora drzew iglastych 8,66 ± 0,17 293± 8,77 57± 0,95 45 minut Trociny drzew iglas- 3,59 ± 0,10 341± 6,08 34± 1,95 tych ± 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. Mate- riały 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 mate- riałów 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 Monika Mierzwa-Herszteki, Krzysztof Gondeki, Kalina Orłowskai

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 Distri- buted Production and Soil Quality Enhancement. Lehman J. 2007. Bio-energy in the black, Frontiers in Ecology and the Envi- ronment, 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 Wydaw- nicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław. Sànchez M.E., Lindao E., Margaleff D., Martínez O., Morán A. 2009. Py- rolysis 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.

Adres do korespondencji:

mgr inż. Kalina Orłowska email: [email protected]

mgr inż. Monika Mierzwa-Herszteki email: [email protected]

Katedra Chemii Rolnej i Środowiskowej Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie, al. Mickiewicza 21, 31 – 120 Kraków

Opiekun naukowy: dr hab. inż. Krzysztof Gondek, prof. UR e-mail: [email protected]

302 Włodzimierz Miernik EPISTEME Dariusz Młyński 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: zawie- sinę ogólną, BZT5, ChZTCr, azot ogólny i fosfor ogólny.Z przeprowadzonej analizy wynika, że średnia redukcja wskaźników zanieczyszczeń wyno- siła 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, każdo- razowo 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.Perfor- med 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 Włodzimierz Miernik, Dariusz Młyński

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 funkcjo- nująca oczyszczalnia ścieków jest w stanie spełnić powyższe zadanie. Skuteczne oczyszczanie ścieków należy traktować, zwłaszcza w naszym kraju, jako zadanie priorytetowe. Wynika to z ogra- niczonych 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]. Po- nadto 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 usuwa- nia zanieczyszczeń w ściekach dopływających do oczyszczalni w Krze- szowicach po jej modernizacji.

Materiały i metodyka Realizacji nakreślonego celu pracy dokonano w oparciu o materiały udostępnione przez eksploatatora obiektu to jest Wodociągi i Kana- lizacje 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, śred- nią i maksymalną.W przypadku ścieków oczyszczonych wartości te porównano z dopuszczalnymi, określonymi w pozwoleniu wodno-

304 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 moderni- zację. 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 dwustopni- owa mechaniczno–biologiczna (ryc. 1). Oczyszczanie mechaniczne odbywa się na kratach mechanicznychi ręcznych, piaskownikach wi- rowych oraz osadnikach wstępnych. Proces oczyszczania biologicz- nego bazuje na wysokoefektywnej technologii osadu czynnego i jest realizowanyw dwóch reaktorach biologicznych - starych (RBS) pra- cujących równolegle i współpracujących z reaktorem nowym (RBN) oraz w osadnikach wtórnych.

305 Włodzimierz Miernik, Dariusz Młyński

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 Analiza efektywności pracy oczyszczalni ścieków w krzeszowicach po modernizacji

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 do- Wskaźnik zani- puszczalna wg eczyszczeń surowe Oczyszczone pozwolenia wodno - prawnego Zawiesina ogól- 143,0-576,0 2,0 - 7,4 35 na [mg ∙ dm-3] 252,3 3,0 BZT [mgO ∙ 89,7 - 281,7 1,4 - 6,6 5 2 15 dm-3] 179,6 3,6 ChZT [mgO ∙ 283,0 - 753,0 12,0 - 25,0 Cr 2 125 dm-3] 487,8 19,5 Azot ogólny 33,4 - 71,0 7,6 - 12,1 -3 15 [mgNog ∙ dm ] 50,1 10,2 Fosfor ogólny 3,2 - 10,7 0,8 - 1,9 -3 2 [mgPog ∙ dm ] 6,7 1,4

Analizując skład fizyko–chemiczny ścieków surowych do- pływających 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 -3 281,7 mgO2 • dm oscylując wokół wartości średniej równej 179,6 -3 mgO2 • dm . Wysokimi wahaniami charakteryzował się natomiast drugi z oznaczanych wskaźników zanieczyszczeń organicznych jakim jest ChZTCr. Jego wartości zawierały się w przedziale od 283,0 do -3 -3 753,0 mgO2 • dm , a wartość średnia wynosiła 487,8 mgO2 • dm . 307 Włodzimierz Miernik, Dariusz Młyński

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 • -3 -3 dm (średnia 50,1 mgNog • dm ), natomiast fosforu ogólnego od 3,2 -3 -3 do 10,7 mgPog • dm (średnia 6,7 mgPog • dm ). 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 zanieczyszc- zeń każdorazowo spełniały bowiem warunki określone w pozwoleniu wodno–prawnym. W przypadku zawiesiny ogólnej jej średnie stęże- nie (3,0 mg • dm-3) stanowiło zaledwie 9% wartości dopuszczalnej, -3 średnia wartość BZT5 (3,6 mgO2 • dm ) stanowiła 24%, średnia war- -3 tość ChZTCr (19,5 mgO2 • dm ) stanowiła 16%, natomiast średnie -3 stężenie azotu ogólnego (10,2 mgNog • dm ) stanowiło 68%, a średnie -3 stężenie fosforu ogólnego (1,4 mgPog • dm ) 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]

Redukcja zanieczysz- Minimalny % redukcji Wskaźnik czeń w procesie wg rozporządzenia zanieczyszczeń oczyszczania [%] z dn. 24 lipca 2006 r. 96,8 - 99,7 Zawiesina ogólna 90 98,4 92,6 - 99,3 BZT 90 5 97,2 92,9 - 97,6 ChZT 75 Cr 95,5 68,0 - 85,1 Azot ogólny 80 78,0 54,3 - 88,5 Fosfor ogólny 85 73,8

308 Analiza efektywności pracy oczyszczalni ścieków w krzeszowicach po modernizacji

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 Krzeszowi- cach 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 -3 -3 -3 • dm , BZT5 – 179,6 mgO2 • dm , ChZTCr - 487,8 mgO2 • dm , azotu -3 -3. ogólnego - 50,1 mgNog • dm , a fosforu ogólnego - 6,7 mgPog • dm 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 Krze- szowicach można stwierdzić, że stanowi ona skuteczną barierę chro- niącą wody odbiornika przed zanieczyszczeniem.

309 Włodzimierz Miernik, Dariusz Młyński

Bibliografia Błażejewski R. 2003. Kanalizacja wsi. PZITS Oddział Wielkopolski, Poznań Bożek A., Strońska M., Szyjkowska U. 2011. Oczyszczone ścieki jako alter- natywne źródło wody w świetle zmian klimatu w krajach Unii Euro- pejskiej. 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 Ekolo- gia Terenów Wiejskich, nr 2, 71 – 80 Pozwolenie wodno-prawne udzielone Wodociągom i Kanalizacjom Krze- szowice Spółka z o. o. w Krzeszowicach, przez Starostę Krakowskie- go. na wprowadzanie oczyszczonych ścieków z centralnej oczyszczalni ścieków w Krzeszowicach do potoku Krzeszówka

Adres do korespondencji:

dr inż. Włodzimierz Miernik Katedra Inżynierii Sanitarnej i Gospodarki Wodnej Uniwersytet Rolniczy w Krakowie e-mail: [email protected]

mgr inż. Dariusz Młyński Katedra Inżynierii Sanitarnej i Gospodarki Wodnej Uniwersytet Rolniczy w Krakowie Aleja 29 listopada 48b, 31 – 425 Kraków e-mail: [email protected]

Opiekun naukowy: dr hab. inż. Andrzej Walęga

310 Kamila Musiał EPISTEME Agata Dulska - Jeż 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 wskaźni- kami 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 sta- nowiły apofity. Pod względem formy życiowej najliczniej występowały he- mikryptofity. 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 affili- ation 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 Kamila Musiał, Agata Dulska-Jeż

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 odd- ziaływaniem człowieka. W dzisiejszych czasach ochrona bioróżno- rodności jest uważana za istotny element zachowania krajobrazu przyrodniczego. Jej monitorowanie jest niezwykle ważne w śro- dowisku 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 Krakows- ka, 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 kra-

312 Flora łąk na terenie pychowic i kostrza jowej o jakieś 90 mm. Dzięki temu na obszarze Pomostu Krakowskie- go panują dosyć korzystne warunki opadowe [Twardosz 2007]. Wisła w granicach Krakowa jest rzeką tranzytową i sezonowe wahania pr- zepływów 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 ga- tunków, rodzajów i rodzin botanicznych, liczba gatunków objętych ochroną i zagrożonych. Przynależność fitosocjologiczna została po- dana wg Matuszkiewicza [2002], nomenklatura łacińska i przyna- leżność do rodzin botanicznych wg Mirka i in. [2002]. Gatunki obję- te 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 en- cyklopedii zbiorowisk roślinnych Polski” [2009]. Posłużono się także wybranymi wskaźnikami ekologicznymi, określającymi stopień za- grożenia (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 Faba- ceae (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. Zanotowa-

313 Kamila Musiał, Agata Dulska-Jeż no tutaj 8 gatunków objętych ochroną, w tym 6 ścisłą, np.: Epipactis palustris, Iris sibirica, Dianthus superbus i 2 częściową: Dianthus cart- husianorum 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

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 Scrophularia- 11. 4 7 ceae 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

314 Flora łąk na terenie pychowic i kostrza

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 na- leżące 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 Kamila Musiał, Agata Dulska-Jeż 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. Częs- to 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 Kl. h. Nazwa gatunku Rodzina F. o. H C F. ż . -g. Dactylorhiza 1. Orchidaceae OŚ łw. - G NS maialis Dianthus su- 2. OŚ łw. V H Ap perbus Caryophylla- D. carthusiano- 3. ceae OCz łś. - C Ap rum 4. D. deltoides OCz łś. - C Ap Epipactis pa- 5. Orchidaceae OŚ łw. V G NS lustris Gentiana pneu- 6. Gentianaceae OŚ łw. V H Ap monanthe Gladiolus im- 7. OŚ łw. - G Ap bricatus Iridaceae 8. Iris sibirica łw. V G NS Ostericum 9. Apiaceae - łw. V H NS palustre

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 Flora łąk na terenie pychowic i kostrza

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 Moli- nion. 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 he- mikryptofity (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. Spontane- ofitów, 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 różno- rodność 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 Kamila Musiał, Agata Dulska-Jeż w pokryciu, przez co jest gatunkiem dominującym w zbiorowisku. Większy udział antropofitów w runi łąk, zanotowany był w zdjęcia- ch, 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 bioróżnorod- nością florystyczną. Występowanie gatunków chronionych i zagrożonych, sprawia że łąki te posiadają wysokie walory przyrodnicze. Łąki wilgotne cechują się występowaniem większej liczby spon- taneofitów niż łąki świeże, co świadczy o mniejszym przeobrażeniu tych zbiorowisk przez człowieka. Rozprzestrzenianie się gatunków obcego pochodzenia przyczynia się do obniżenia bioróżnorodności na wskutek wycofywa- nia 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 Na- turae – 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 Conservati- on - 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 Flora łąk na terenie pychowic i kostrza

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 sy- nanthropic 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 – Śro- dowisko – 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 Kamila Musiał, Agata Dulska-Jeż

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 Bota- niczne, z. 24: 7-23. Zarzycki K., Trzcińska - Tacik H., Różański W., Szeląg Z., Wołek J., Korze- niak U. 2002. Ekologiczne liczby wskaźnikowe roślin naczyniowych Polski. Instytut Botaniki im. W. Szafera PAN. Kraków.

Adres do korespondencji:

mgr Kamila Musiał Zakład Łąkarstwa, Instytut Produkcji Roślinnej Uniwersytet Rolniczy wKrakowie, Al. Mickiewicza 21, 31-120 Kraków. e-mail: [email protected] Opiekun naukowy: prof. dr hab. Mirosław Kasperczyk

mgr Agata Dulska-Jeż Uniwersytet Rzeszowski w Rzeszowie ul. Zelwerowica 4, 35 - 601 Rzeszów

320 Maria Nawieśniak EPISTEME Mateusz Strutyński 22/2014, t. II Józef Hernik 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 ma- teriałów 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, dis-

321 Maria Nawieśniak, Mateusz Strutyński, Józef Hernik 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 ule- gają ciągłym zmianom w czasie i przestrzeni. Zlewnie górskie cha- rakteryzują się dużymi spadkami terenu, czego konsekwencją (często przy mało przepuszczalnym gruncie) jest większy spływ powierzchni- owy [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 zwiększe- nie spływu powierzchniowego, co skutkuje zwiększeniem fal wez- braniowych, 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 mało- polskim.

MATERIAŁY I METODY Krzyworzeka jest prawobrzeżnym dopływem Raby, o całkowitej dłu- gości 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-ungaris- chen 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 Wiśni- owej oraz ortofotomapa wsi Węglówka wykonana w 2006 roku. W celu przeprowadzenia analizy skale wymienionych map zos- tały 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 in- tensywne procesy hydromorfologiczne kształtujące zmiany w układ- zie poziomym koryta zachodzą na poszczególnych odcinkach rzeki, a w układzie całościowym Krzyworzeka. Jak również Potok Niedźwiadek, nie uległa większym prze- kształceniom (ryc. 1).

323 Maria Nawieśniak, Mateusz Strutyński, Józef Hernik

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). Domi- nujący wpływ na kształtowanie się układu poziomego tej rzeki ma postępujące zagospodarowanie doliny rzecznej. Koryto Krzywor- zeki uległo wyprostowaniu, a meandry uległy znacznym skróceni- om. 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 kory- to rzeki zawęża się za pomocą obwałowań lub koszy siatkowo– ka- miennych, które ograniczają erozję boczną koryta cieku. W okresie pomiędzy 1934 r. a 2002 i 2006 rokiem przeprowadzono liczne re- gulacje, których celem było skanalizowanie koryta poprzez nadanie odpowiedniego spadku, wydłużenie odcinków prostych oraz skróce- nia meandrów. Konsekwencją takich zabiegów jest szybszy spływ wody w korycie cieku.

324 Charakterystyka zmian przebiegu koryta krzyworzeki oraz potoku niedźwiadek...

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 Maria Nawieśniak, Mateusz Strutyński, Józef Hernik

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 od- wzorowaniu kartograficznym, które po analizie porównawczej moż- na 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 katas- tralne 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 gene- rowane są numeryczne modele terenu. Niestety również one, pomimo zastosowania nowoczesnych technik pomiarowych nie uwzględ- niają 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 hy- drodynamicznej. Ocena ta umożliwia przeprowadzenie analizy sta-

326 Charakterystyka zmian przebiegu koryta krzyworzeki oraz potoku niedźwiadek... bilności, co pozwala prognozować dalszą intensywność procesów ko- rytotwórczych dolin rzecznych.

LITERATURA Korpak J., Krzemień K., Radecki-Pawlik A. 2008. Wpływ czynników antropogenicznych na zmiany koryt cieków karpackich. Monografia 4. In- frastruktura 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

Adres do korespondencji:

mgr inż. Maria Nawieśniak dr hab. inż. Józef Hernik Uniwersytet Rolniczy w Krakowie Wydział Inżynierii Środowiska i Geodezji Katedra Gospodarki Przestrzennej i Architektury Krajobrazu ul. Balicka 253c 30 – 149 Kraków e-mail: [email protected],[email protected]

dr inż. Mateusz Strutyński Uniwersytet Rolniczy w Krakowie Wydział Inżynierii Środowiska i Geodezji Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki e-mail: [email protected]

Opiekun naukowy: dr hab. Józef Hernik

327

Angela Potasznik EPISTEME Sławomir Szymczyk 22/2014, t. II Ilona Świtajska s. 329-338 Żaneta Banaszek ISSN 1895-2241 Cristina Timofte

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 wielopara- metrycznej 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 wywie- rał 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 Stru- ga (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 opa- dów, 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 ogrze- wającym 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 or- ganizmy 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 paź- dziernika 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 południ- owo-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 [Sido- ruk i Potasznik 2011]. Omawiane w pracy wskaźniki jakości wód (temperatura, prze- wodność elektrolityczna, pH oraz natlenienie) oznaczano bezpośred- nio w terenie za pomocą multiparametrycznej sondy YSI 556.

Rys. 1. Lokalizacja punktów pomiarowych

331 Angerla Potasznik, Sławomir Szymczyk, Ilona Świtajska, Żaneta Banaszek

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 leś- no-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). Wyż- sze 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 po- Sezon I Sezon II Min Max Średnia±SD V [%] miarowy Temperatura [˚C] Rzeka Symsarna 18,8 3,0 0,9 23,8 9,6±8,7 90 - dopływ Tolknicka Struga - 17,0 2,5 -0,2 21,0 8,2±8,1 99 dopływ

332 Zmienność właściwości fizycznych w wodach rzeki symsarny przepływającej...

Ciek I - 13,5 2,3 0,0 19,4 7,1±6,5 91 dopływ Ciek II - 19,2 2,8 -0,2 25,2 12,4±9,0 73 dopływ Jezioro 18,1 3,0 -0,2 22,9 8,8±8,8 99 Symsar Zatoka Jeziora 19,6 3,1 0,0 24,2 10,4±9,3 89 Symsar Rzeka Symsarna 19,4 2,7 0,4 23,5 9,5±8,9 93 - odpływ Przewodność [µS∙cm-3] Rzeka Symsarna 355 412 264 551 380±73,3 19 - dopływ Tolknicka Struga - 467 415 237 701 461±136,1 29 dopływ Ciek I - 335 278 180 454 319±95,0 30 dopływ Ciek II - 308 362 213 440 347±64,4 19 dopływ Jezioro 315 320 209 413 318±56,8 18 Symsar Zatoka Jeziora 283 342 210 467 326±75,8 23 Symsar Rzeka Symsarna 562 398 232 919 417±162,0 39 - odpływ pH Rzeka Symsarna 8,03 7,24 6,54 8,62 7,53±0,75 9 - dopływ

333 Angerla Potasznik, Sławomir Szymczyk, Ilona Świtajska, Żaneta Banaszek

Tolknicka Struga - 7,64 7,08 6,54 8,24 7,25±0,46 6 dopływ Ciek I - 7,62 7,09 6,35 8,67 7,18±0,65 9 dopływ Ciek II - 7,86 7,23 6,88 8,48 7,51±0,51 7 dopływ Jezioro 8,01 7,51 6,54 8,24 7,7±0,99 8,5 Symsar Zatoka Jeziora 8,20 7,24 6,55 8,61 7,66±0,67 9 Symsar Rzeka Symsarna 8,21 7,10 6,56 9,41 7,57±0,82 11 - odpływ Tlen [mg∙dm-3] Rzeka Symsarna 8,96 11,62 5,90 20,55 10,20±4,01 39 - dopływ Tolknicka Struga - 7,07 11,21 3,46 19,59 9,13±4,18 46 dopływ Ciek I - 10,28 11,29 6,98 17,03 10,62±2,50 24 dopływ Ciek II - 8,46 9,17 3,94 11,88 8,15±2,99 37 dopływ Jezioro 9,28 10,96 7,90 18,05 10,32±2,88 28 Symsar Zatoka Jeziora 8,84 9,83 6,16 14,83 9,25±2,68 29 Symsar Rzeka Symsarna 8,23 10,32 6,58 16,60 9,34±2,84 30 - odpływ Sezon I – wegetacyjny Sezon II - pozawegetacyjny

334 Zmienność właściwości fizycznych w wodach rzeki symsarny przepływającej...

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 lu- tego 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 wo- dorowych 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 (śred- nio 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 najwięks- ze wartości (średnio 562 µS∙cm-3) w sezonie wegetacyjnym. Więks- ze przewodnictwo stwierdzane w wodzie odpływającej z jeziora niż w dopływającej rzeką Symsarną w tym okresie mogło być związane z dopływem zanieczyszczeń, szczególnie mniejszymi ciekami. Mo- gło również wynikać ono ze zwiększenia stężenia składników mineralnych w wodzie jeziora Symsar w skutek wewnętrznego wzbo- gacania 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, wo- dorowęglanów i dwutlenku węgla. Wpływ na zakwaszenie wód może mieć rodzaj podłoża glebowego, które może zawierać związki o charakterze kwaśnym bądź zasadowym. Odczyn wody może rów-

335 Angerla Potasznik, Sławomir Szymczyk, Ilona Świtajska, Żaneta Banaszek 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]. Anali- zowane 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 sła- bo 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 war- tości 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 za- leżność 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 odwad- niającym zlewnię rolniczo-leśną, zaś największe (20,55 mg∙dm-3) w wodzie dopływającej do jeziora rzeką Symsarną (tab. 1). Stwierdze- nie 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 Zmienność właściwości fizycznych w wodach rzeki symsarny przepływającej... 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 rolniczo- leśnej.

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 śro- dowisko, Białystok Neverova-Dziobak E., Kowalczyk E., Bartoszek L., Koszelnik P. 2011. Oce- na stanu troficznego zbiornika zaporowego Solina. Budownictwo i Inżynieria Środowiska z. 58 (2/11) W: Zeszyty Naukowe Politechniki rzeszowskiej Nr 276: 197-208.

337 Angerla Potasznik, Sławomir Szymczyk, Ilona Świtajska, Żaneta Banaszek

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. EPIS- TEME – Czasopismo Naukowo-Kulturalne, Kraków, Nr. 18, t. III: 225- 232. 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.

Adres do korespondencji:

mgr. inż. Angela Potasznik e-mail: [email protected]

Uniwersytet Warmińsko – Mazurski w Olsztynie Wydział Kształtowania Środowiska i Rolnictwa Katedra Melioracji i Kształtowania Środowiska Pl. Łódzki 2 10-719 Olsztyn

dr hab. inż. Sławomir Szymczyk e-mail: [email protected]

mgr. inż. Ilona Świtajska e-mail: [email protected]

mgr. inż. arch. kraj. Żaneta Banaszek e-mail: [email protected]

mgr.inz. Cristina Timofte e-mail: [email protected]

Opiekun naukowy: dr hab. inż. Sławomir Szymczyk

338 Magdalena Semla, Grzegorz Formicki EPISTEME Agnieszka Greń, Zofia Goc 22/2014, t. II Edyta Kapusta, Aleksandra Lasa s. 339-347 Marta Batoryna, Kinga Kraska 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 rozwo- jowym 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 pr- zeżywalności 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, pa- rasites, 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 Control group K 0 0 Experimental group Group I 54 0,8 Group II 109 1,6 Group III 217 3,2

341 Magdalena Semla, Grzegorz Formicki, Agnieszka Greń, Zofia Goc, Edyta Kapusta

Histochemical analysis. Tadpoles taken for histology represented 38- 40 stage by Gosner [1960]. The histological samples were immer- sed 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 Effects of uv-a and uv-b radiation on the retina of rana temporaria l. larvae. 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 Magdalena Semla, Grzegorz Formicki, Agnieszka Greń, Zofia Goc, Edyta Kapusta

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. Mo- reover, 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 ca- taract [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 Effects of uv-a and uv-b radiation on the retina of rana temporaria l. larvae.

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 Am- phibian Health, Behaviour, Diet and Conservation. Comparative Bio- chemistry and Physiology Part A, 154 (2): 184-190

345 Magdalena Semla, Grzegorz Formicki, Agnieszka Greń, Zofia Goc, Edyta Kapusta

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 Scien- ces 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. Diver- sity 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, Ber- keley, 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 Zoo- logist, 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 Effects of uv-a and uv-b radiation on the retina of rana temporaria l. larvae.

Adres do korespondencji: mgr Semla Magdalena e-mail: [email protected]* dr hab. Formicki Grzegorz, prof. UP e-mail: [email protected]* mgr inż. Batoryna Marta e-mail: [email protected]* dr Goc Zofia ([email protected]* dr Greń Agnieszka e-mail: [email protected]* mgr Kapusta Edyta e-mail: [email protected]* mgr Kraska Kinga e-mail: [email protected]* 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. There- fore, 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.), Psi- thyrus 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, ko- lor 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, repre- zentują trzy typy zabudowy: osiedle wielorodzinne wysokie, wielo-

350 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 eksperymen- talną, 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 lo- tom 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. Emi- la Zoli 2,3 ha; V - os. Grabiszyn-Grabiszynek, ul. Inżynierska 3 ha; VI - os. Grabiszyn- Grabiszynek, 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] I II III IV V VI VII VIII IX Fi Bombus 1. hortorum 16 D3 D2 D1 D3 D1 D1 D1 5 L. B. hypno- 2. 12 D2 D4 D1 D3 D1 D1 5 rum L. B. lapida- 3. 482 D5 D5 D5 D5 D5 D5 D5 D4 D5 6 rius L. B. luco- 4. 4 D1 D1 4 rum L. B. pas- 5. cuorum 263 D5 D4 D5 D4 D5 D4 D5 D5 D5 6 Scop. B. prato- 6. 1 D1 3 rum L. B. sylva- 7. 6 D2 3 rum L. B. ter- 8. 504 D5 D5 D5 D5 D5 D5 D5 D5 D5 6 restris L. Psithyrus 9. rupestris 1 D1 3 F. Razem 1289

352 Trzmielowate (hymenoptera: apidae: bombini) na osiedlach mieszkaniowych Wrocławia

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 ga- tunków trzmi- 5 4 4 5 6 6 4 5 6 eli [N] Średnia lic- zebność trzmi- 9 23 4 22 9 17 13 17 27 eli [n] Liczba roślin pokarmowych 16 17 13 19 22 17 23 17 33 [Rp] 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 Kowa- le 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 Kowa- lach - trzmiel rudoszary i trzmielec czarny (tab. 1). Najniższą liczbę gatunków trzmieli i ich roślin pokarmowych, a także najniższą li- czebność 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 po-

353 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 natural- Uprawiane rośliny ozdobne [Rpo] n n nie [Rpn] 1. Tawuła japońska Spiraea japonica 125 2. Malwa ogrodowa Alcea rosea 74 3. Lawenda wąskolistna Lavandula 69 1. Komonica zwyczajna 90 angustifolia Lotus corniculatus 4. Śnieguliczka biała Symphoricarpos 56 2. Koniczyna czerwona Trifo- 83 albus L. lium pratense 5. Żurawka drżączkowata Heuchera 50 3. Mierznica czarna Ballota 40 ×brizoides nigra 27 6. Róża pomarszczona Rosa rugosa 32 4. Żmijowiec zwyczajny 18 7. Wyżlin większy Antirrhium majus Echium vulgare 8. Rozchodnik okazały Sedum 31 5. Wyka Vicia L. 16 spectabile 6. Ślaz dziki Malva sylvestris 12 9. Naparstnica purpurowa Digitalis 20 7. Lnica pospolita Linaria purpurea vulgaris 10. Kocimiętka Fasseena Nepeta x 16 Pozostałe 10 gatunków 113 faassenii 11. Łubin ogrodowy Lupinus x 14 hybridus 14 Pozostałe 63 gatunki 389

Łącznie osobników [No] 890 Łącznie osobników[Nn] 399

Średnia częstotliwość oblotu [N / Średnia częstotliwość oblotu o 12 23 Rpo] [Nn /Rpn]

Dyskusja Trzmiele powszechne i dominujące na osiedlach mieszkaniowych Wrocławia są również w skali kraju bardzo pospolite, a ich prefe- rencje skłaniają się ku środowiskom kulturowym i murawowym [Pawlikowski, Pawlikowski 2012]. Wśród stwierdzonych gatunków

354 Trzmielowate (hymenoptera: apidae: bombini) na osiedlach mieszkaniowych Wrocławia trzmieli pojawiły się jednak takie, które preferują tereny zadrzewione, jak trzmiel gajowy czy leśny, stwierdzone na osiedlu Gra- biszyn-Grabiszynek. W pobliżu tych osiedli znajduje się Park Gra- biszyński, który najprawdopodobniej jest ich siedliskiem bytowania. Występowanie tych gatunków na terenach osiedli może świadczyć o potrzebie poszukiwania przez nie alternatywnych źródeł pożywi- enia. Natomiast najwyższe wskaźniki bogactwa gatunkowego, liczebności i gatunków roślin pokarmowych trzmieli na osiedlu domków jednorodzinnych przy ul. Ełckiej tłumaczy obecność na pr- zedłużeniu tej ulicy nieużytku z bogactwem porastających go roślin zielnych. Takie nieużytki stanowią w krajobrazie kulturowym często jedyną szansę dla przetrwania populacji owadów zapylających [Goul- son 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 ga- tunków zagrożonych, należy szukać wszelkich alternatywnych miejsc i metod ich protekcji. Jeśli na osiedlach mieszkaniowych aglomeracji Wrocławia występują trzmiele, to oznacza, że najistotniejszy waru- nek 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 skład- niki [Domardzki, Badowski 2011]. Jednocześnie z definicji miejskiej ochrony przyrody na terenach zielonych należy dążyć do powięks- zania wartości przyrodniczej, między innymi tworząc warunki do wzrostu bioróżnorodności [Uchwała nr L/1467/10]. Skoro nawet niewielkie powierzchnie trawiaste, przy ograniczeniu stosowania her- bicydów 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 ko- niczynę, 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 uwzględ- niać także aspekty przyrodnicze w kierunku ochrony populacji by- tujących trzmieli i innych melitofagów, a tym samym ochrony bi- oróżnorodności.

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. Ox- ford University Press, Second Edition. Pawlikowski T. 1999. Przewodnik terenowy do oznaczania trzmieli i trz- mielców Polski. Wydawnictwo Naukowe Uniwersytetu Mikołaja Ko- pernika, Toruń. Pawlikowski T., Pawlikowski K. 2012. Trzmielowate Polski (Hymenoptera: Apidae: Bombini). Wydawnictwo Naukowe Uniwersytetu Mikołaja Ko- pernika, Toruń. 356 Trzmielowate (hymenoptera: apidae: bombini) na osiedlach mieszkaniowych Wrocławia

Akty prawne: Uchwała nr L/1467/10 Rady Miejskiej Wrocławia z dnia 20 maja 2010, Stu- dium 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

Adres do korespondencji:

mgr inż. Aneta Sikora Katedra Ochrony Roślin Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, pl. Grunwaldzki 24A, 50-363 Wrocław e-mail: [email protected]

Opiekun naukowy: dr hab. inż. Maria Kelm, prof. nadzw.

Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

357

Tomasz Stachura EPISTEME Dawid Bedla 22/2014, t. II Karol Król s. 359-368 ISSN 1895-2241

WYKORZYSTANIE WYBRANYCH TECHNIK I NARZĘDZI GEOINFORMATYCZNYCH W PROCE- SIE PARAMETRYZACJI STRUKTURY UŻYTKOWA- NIA 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 nar- zędzi geoinformatycznych w procesie parametryzacji struktury użytkowa- nia 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 obsza- rowymi. 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 Tomasz Stachura, Dawid Bedla, Karol Król 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 pr- zetwarzaniem 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 śro- dowiska przyrodniczego. Jednocześnie umożliwia szybką prezen- tację 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 zawie- rać informacje o sposobach wykorzystania i użytkowania terenu w granicach zlewni, obciążeniu zlewni fosforem, azotem i wiele innych [Kanownik, Kowalik 2010; Ostrowski i Bogdał 2010]. Narzęd- zia GIS umożliwiają także przygotowanie cyfrowego modelu zlewni, który oddaje ukształtowanie terenu. Ponadto zastosowanie technik i narzędzi geoinformatycznych umożliwia sprawną aktualizację i pre- zentację 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 stan- dardowymi metodami analitycznymi [Dojlido 1995].

Charakterystyka obiektu badań Przedmiotem badań są dwa niewielkie zbiorniki położone w dolinie Wisły: Jeziorzany i Wołowice, różniące się parametrami morfome- trycznymi oraz użytkowaniem mikrozlewni (tab. 1). Akwen Jezior- zany 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 akwe- nem 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 (po-

361 Tomasz Stachura, Dawid Bedla, Karol Król

opracowanie własne Źródło: opracowanie odpowiednio od lewej: i Wołowice. Jeziorzany Rys. użytkowania 1. Mapa i pokrycia zlewni, terenu

362 Wykorzystanie wybranych technik i narzędzi geoinformatycznych w procesie... 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.

Tab. 1. Użytkowanie i pokrycie terenu badanych zlewni (km2) Powierzchnia - Lasy orne Stawy Użytki zielone Grunty nika Zbiornik zbior Nieużytki zlewni Zabudowa

Jezior- 0,512 0,049 0,141 0,095 0,057 0,086 0,006 0,086 zany Wołowi- 0,643 0,052 0,027 0,027 0,00 0,537 0,006 0,029 ce

Wyniki i dyskusja W tabeli 2 zebrano dane dotyczące koncentracji wybranych wska- źników 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 zurbanizowa- nej, czy rolniczej mają kontakt z różnymi źródłami zanieczyszczeń, są więc często złej jakości.

363 Tomasz Stachura, Dawid Bedla, Karol Król

Tab. 2. Wybrane wskaźniki zasolenia zbiorników Wołowice oraz Jeziorzany w roku 2010 Zbiornik Wołowice Zbiornik Jeziorzany 2- 2- + + - - 4 4 + + K K Cl Cl Na Na SO SO tancja tancja Miesiąc Kondunk- Kondunk- [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 Listopad

66,81 48,20 49,80 5,60 0,45 55,46 70,24 32,30 4,40 0,36 Grudzień

54,10 33,56 31,20 4,70 0,58 52,47 68,32 29,60 4,30 0,40 Styczeń

39,20 36,77 19,30 3,10 0,31 47,90 62,42 24,00 4,10 0,37 Luty

79,90 28,65 42,30 6,30 0,60 58,40 23,89 26,40 4,60 0,46 Marzec

57,60 58,71 44,90 5,70 0,45 40,80 71,89 27,00 4,60 0,37 Kwiecień

44,20 50,88 21,70 8,80 0,35 61,70 68,39 36,20 4,40 0,42 Maj

84,00 26,80 52,70 8,20 0,50 55,46 70,24 32,30 4,40 0,36 Czerwiec

135,40 49,60 97,00 6,40 0,70 52,47 68,32 29,60 4,30 0,40 Lipiec

364 Wykorzystanie wybranych technik i narzędzi geoinformatycznych w procesie...

78,60 49,60 62,50 6,40 0,39 47,90 62,42 24,00 4,10 0,37 Sierpień

58,00 60,90 62,90 6,50 0,63 58,40 23,89 26,40 4,60 0,46 Wrzesień

139,90 68,20 82,80 5,80 0,59 40,80 71,89 27,00 4,60 0,37 Październik

76,17 46,33 52,10 6,12 0,51 52,79 60,86 29,25 4,40 0,40 Średnia

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 Tomasz Stachura, Dawid Bedla, Karol Król

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 Wykorzystanie wybranych technik i narzędzi geoinformatycznych w procesie...

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. mało- polskiego 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.

Adres do korespondencji:

dr inż. Tomasz Stachura Katedra Melioracji i Kształtowania Środowiska Wydział Inżynierii Środowiska i Geodezji Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie al. Mickiewicza 24/28, 30-059 Kraków, p. 544 e-mail: [email protected]

dr inż. Dawid Bedla Katedra Ekologii, Klimatologii i Ochrony Powietrza Wydział Inżynierii Środowiska i Geodezji Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie e-mail: [email protected]

dr inż. Karol Król Katedra Gospodarki Przestrzennej i Architektury Krajobrazu Wydział Inżynierii Środowiska i Geodezji Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie e-mail: [email protected]

Opiekun naukowy: prof. dr hab. inż. Krzysztof Ostrowski

367

Rafał Strachel EPISTEME Magdalena Zaborowska 22/2014, t. II Grażyna Kaczyńska s. 369-376 Angelika Szudrewicz 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 uza- leżnione 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 ob- niżać jej żyzność [Dahlin i in. 1997]. Zanieczyszczenie gleby metalami ciężkimi często obserwuje się na terenach zurbanizowanych jako wynik działalności antropogenicznej [Poggio i in. 2008]. Występowa- nie metali w glebach miejskich i miejskich pyłach drogowych jest rezultatem nasilonego ruchu drogowego oraz funkcjonowania pr- zemysłu. Natomiast na obszarach rolniczych, wprowadza się metale ciężkie również stosując pestycydy i nawożenie [Wei i Yang 2010]. Aktywność biochemiczna gleby w głównej mierze kształtowa- na 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 parame- trów 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 orno- próchnicznego w Stacji Dydaktyczno-Doświadczanej w Tomaszkowie, należącej do Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie. W stanie naturalnym była to gleba brunatna wyługowana, wytworzo- na 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 hydrolitycz- na – 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 wzras- tających dawkach: 500, 1000 i 1500 mg Pb • kg-1 s.m. gleby. Przyję- te 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 wytwor- zonego trifenyloformazanu (TFF) mierzono na spektrofotometrze Perkin – Elmer Lambda 25 (USA) przy długości fali 485 nm. Substra- tem wykorzystanym do oznaczenia tego enzymu był 2,3,5 chlorek trifenylotetrazoliowy (TTC). Wyniki opracowano statystycznie wykorzystując test Dun- cana 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 Rafał Strachel, Magdalena Zaborowska, Grażyna Kaczyńska

Tab. 1. Aktywność dehydrogenaz (µmol TFF ∙ kg-1 s.m. gleby • h-1) w glebie zanieczyszczonej kadmem

Dawka Cd Czas inkubacji gleby, dni [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 ciężkie- go, 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 Wpływ kadmu i ołowiu na aktywność dehydrogenaz w glebie

Tab. 2. Aktywność dehydrogenaz (µmol TFF ∙ kg-1 s.m. gleby • h-1) w glebie zanieczyszczonej ołowiem Dawka Pb Czas inkubacji gleby, dni [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 inaktywują- co na dehydrogenazy. W badaniach Khan i in. [2007] odnotowano istotne ujemne korelacje między dawkami poszczególnych metali a aktywnością analizowanego enzymu. Siła inhibicyjnego działa- nia 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 Rafał Strachel, Magdalena Zaborowska, Grażyna Kaczyńska

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 stan- dardów 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 Wpływ kadmu i ołowiu na aktywność dehydrogenaz w glebie

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 Grugli- asco (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: 254- 268. Wei B. Yang L. 2010. A review of heavy metal contaminations in urban soils, urban road dusts and agricultural soils from China., Microchemical Jo- urnal, 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 Ele- mentology, 10(3 cz.I): 585-596.

Adres do korespondencji:

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 Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Plac Łódzki 3, 10-727 Olsztyn e-mail: [email protected]

Opiekun naukowy: prof. dr hab. Jadwiga Wyszkowska

375

Dominika Szadkowska EPISTEME Maciej Gawryołek 22/2014, t. II Ewa Archanowicz s. 377-383 Jan Szadkowski ISSN 1895-2241 Monika Marchwicka Bartłomiej Rębkowski

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 po- ddanych 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 Dya- dic. 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 re- kultywacji 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 ma- teriały lignocelulozowe takie jak surowiec drzewny. Topola jako gatunek szybkorosnący, nie mający specjalnych wymagań glebowych, bardzo dobrze nadaje się jako materiał do ba- dań. 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 hemi- celulozy. Celuloza składa się głównie z glukozy, natomiast w skład hemiceluloz wchodzą również inne cukry i ich pochodne (Przybysz, 2007). Hydroliza enzymatyczna jest skomplikowanym procesem za- leżnym od odpowiedniego doboru mieszanki enzymów oraz przygotowania materiału. W przypadku hydrolizy enzymatycznej drewna przygotowanie materiału zwykle ogranicza się do/polega na usunię- cia ligniny oraz innych substancji inhibitujących, a także rozwinię- cia powierzchni porów celulozy dla enzymów. Hydroliza ta zachodzi w trakcie 3-stopniowego procesu. Najpierw zachodzi adsorbcja enzymów na powierzchni holocelulozy, następnie jej biodegrada- cja 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 lignoce- 378 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 pro- cesów możemy zaliczyć: wybuch parowy czy hydrolizę wysokotempe- raturowa (Kim i in. 2011). Celem pracy było określenie wpływu furfuralu na działa- nie enzymu handlowego Dyadic Xylanase 2XP. Skupiono się rów- nież 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 zos- tały 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 ree- sei). 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 oc- towym (29 cm3). Przygotowano 4 próby. Do kolbki miarowej o pojem- ności 250 cm3 wprowadzono: holocelulozę, bufor octowy, 0,03 grama enzymu. Do próbki numer 1 nie dodano inhibitora (próba kontro- lna), do kolejnych wprowadzono odpowiednio: 0,01 cm3, 0,03 cm3, 0,1 cm3 furfuralu, dopełniono wodą destylowaną do kreski. Hydroli- za 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 Dominika Szadkowska, Maciej Gawryołek, Ewa Archanowicz, Jan Szadkowski

Chromatografia HPLC Powstałe w wyniku hydrolizy enzymatycznej poszczególne hydroli- zaty zostały poddane analizie na chromatografie HPLC firmy Shima- dzu. 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 hydroli- zatach. 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 Wpływ furfuralu na hydrolizę enzymatyczną holocelulozy pozyskanej z drewna topoli...

Rys. 2. Zawartość glukozy

Rys. 3. Zawartość ksylozy

381 Dominika Szadkowska, Maciej Gawryołek, Ewa Archanowicz, Jan Szadkowski

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 za- leżność 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 zawie- rających 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 przes- taje 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 Wpływ furfuralu na hydrolizę enzymatyczną holocelulozy pozyskanej z drewna topoli... 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. 4851- 4861 Kim Y., Ximenes E., Mosier N., Ladisch M., 2011: Soulbe inhibitors/deacti- vators 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 Scien- ce, 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: Doskonale- nie 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

Adres do korespondencji:

mgr inż. Dominika Szadkowska Katedra Nauki o Drewnie i Ochrony Drewna Wydział Technologii Drewna Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie [email protected]

mgr inż. Maciej Gawryołek Katedra Nauki o Drewnie i Ochrony Drewna Wydział Technologii Drewna Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie ul. Nowoursynowska 166, 02-787 Warszawa

383

Jacek Nowicki, Stanisław Popek EPISTEME Sara Świerkosz, Katarzyna Olczak 22/2014, t. II Ryszard Tuz, Tomasz Schwarz 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 -ac tivity 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 expres- sion 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 De- partment 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) consis- ting 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 Mann-

387 Jacek Nowicki, Stanisław Popek, Sara Świerkosz, Katarzyna Olczak...

Whitney U test, with data analysis software - Statistica 8.0 PL. Fur- thermore, 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 physico- chemical 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 multi- function 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 The Effect of Housing Fatteners in Outside Run Enclosure...

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 con- cluded 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. Sha- ping 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 Jacek Nowicki, Stanisław Popek, Sara Świerkosz, Katarzyna Olczak... 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 heavi- er 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 The Effect of Housing Fatteners in Outside Run Enclosure... 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 Danish type pen Type of behaviour Danish type with the outside pen, n = 18 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 10.29a ± 5.51 19.58b ± 6,26 in straw and soil (%) 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 Jacek Nowicki, Stanisław Popek, Sara Świerkosz, Katarzyna Olczak...

Tab. 2. Physico-chemical parameters of the loin muscle samples (m. logissimus dorsi). Housing system Danish type pen Trait Danish type pen, with the outside run n = 18 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 with the Danish type pen, n = 18 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 The Effect of Housing Fatteners in Outside Run Enclosure...

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, Ha- kansson J. 1993. Moderate indoor exercise: effect on production and

393 Jacek Nowicki, Stanisław Popek, Sara Świerkosz, Katarzyna Olczak...

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, Winkel- man-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 Agricul- ture; 4: 447-452. 394 The Effect of Housing Fatteners in Outside Run Enclosure...

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: 289- 298.

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

e-mail: [email protected]

395 396