1. Strona główna
  2. Prace badawcze

Wpływ NaCl na rzeżuchę, lipę i goździki - praca badawcza z Olimpiady Biologicznej

Przedstawiam pracę badawczą finalisty 48 edycji Olimpiady Biologicznej. W załącznikach pod artykułem znajdziecie również recenzje pracy wydane przez Komitet Główny Olimpiady Biologicznej. Zapraszam do lektury, szczególnie osoby zainteresowane startem w olimpiadzie.

Zamieszczone na stronie prace służą jedynie zapoznaniu się z ogólnym charakterem prac badawczych zgłaszanych na Olimpiadę Biologiczną. Niedopuszczalne jest kopiowanie całej koncepcji wykonania pracy bądź fragmentów jej tekstu we własnej pracy. Tego typu działania będą uznawane za plagiat i mogą wiązać się z odrzuceniem pracy przez komisję olimpiady.

Wpływ stężenia NaCl na kiełkowanie, tempo listnienia oraz zdolność do pobierania wody przez rośliny, na podstawie pieprzycy siewnej (Lepidium sativum L.), lipy drobnolistnej (Tilia cordata Mill.) oraz goździków ogrodowych (Dianthus cariophyllus L.).

AUTOR: Bartosz Walkowski

Streszczenie

Przedmiotem pracy jest wpływ NaCl na kiełkowanie, wzrost, listnienie oraz zdolność do pobierania wody przez rośliny. Badania przeprowadzone zostały metodami: eksperymentalną (zmienną niezależną były różne stężenia NaCl) oraz obserwacyjną (dokonywano spostrzeżeń fenologicznych). Gromadzenie i porządkowanie danych umożliwiły wykorzystane metody statystyczne (średnie i błędy standardowe). W badaniach wykazano negatywny wpływ wzrastającego stężenia NaCl w roztworze glebowym na kiełkowanie i wzrost siewek pieprzycy siewnej (Lepidium sativum L.), czas listnienia lipy drobnolistnej (Tilia cordata Mill.) oraz zdolność pobierania wody przez goździki ogrodowe (Dianthus cariophyllus L.). Wnioski wynikające z badań utwierdzają w przekonaniu, że NaCl stosowane do pozbywania się lodu z dróg należałoby zastąpić innymi środkami, bardziej neutralnymi dla roślin. Mieszkańcy miast i wsi, świadomi zarówno użytkowego, jak i ekologicznego znaczenia roślin, starają się utrzymać zieleń w dobrym stanie. W rzeczywistości jednak ją niszczą, stosując zimą na drogach piaskowanie z solą.

Wstęp

Każdego roku w okresie zimowym sól jest rozsypywana na drogach w celu pozbycia się śniegu i lodu. Zastosowanie soli do odladzania jezdni rozpoczęło się w 1940 r. 1 W Polsce powszechnie stosowana jest sól drogowa, która jest mieszanką 97% NaCl, 2,5% CaCl2 oraz 0,5% K4[Fe(CN)6]. 2 Sól nie utrzymuje się jednak tylko na drodze, lecz jest przenoszona na odległości od 15 do 20 metrów od krawędzi drogi, przez to, że jest rozpryskiwana wraz ze śniegiem przez samochody lub spychana na pobocze przez pługi śnieżne. 3
Dendrolodzy informują o narastającym problemie i alarmują, że jeżeli działania te nie zostaną zaprzestane, nie będzie już można podziwiać flory przyulicznych siedlisk. Apelują o zmianę stosowanego powszechnie NaCl na inne środki odladzające, bardziej neutralne dla środowiska przyrodniczego, np. chlorek wapnia, czy pochodne kwasów mrówkowego i octowego. 4
Celem niniejszej pracy było sprawdzenie, czy wzrost stężenia soli w roztworze/glebie wpływa na kiełkowanie, wzrost siewek, ulistnienie oraz zdolność pobierania wody przez rośliny.

Postawiłem następujące hipotezy:

  1. Sól kuchenna obniża zdolność kiełkowania nasion pieprzycy siewnej (Lepidium sativum L.).
  2. Sól kuchenna obniża zdolność wzrostu elongacyjnego siewek pieprzycy siewnej (Lepidium sativum L.).
  3. Sól kuchenna zmniejsza średni przyrost biomasy siewek pieprzycy siewnej (Lepidium sativum L.).
  4. Wysokie stężenie soli w glebie opóźnia czas listnienia lipy drobnolistnej (Tilia cordata Mill.).
  5. Sól kuchenna utrudnia goździkom ogrodowym (Dianthus cariophyllus L.) pobieranie i transport wody.

Materiał i metody

Badania podzieliłem na trzy niezależne części: I – dotycząca hipotez pierwszej, drugiej i trzeciej; II – dotycząca hipotezy czwartej; III – dotycząca hipotezy piątej.

Okres i miejsce badań:
Badania przeprowadzałem w okresie wiosennym (luty-kwiecień 2018) zarówno w warunkach domowych (części I, III), jak i w terenie (część II). Warunki fizyczne otoczenia (temperatura, oświetlenie, wilgotność) dla serii powtórzeń przeprowadzanych w domu były porównywalne. Obserwacje terenowe prowadziłem na zielonogórskim deptaku. Wybrałem drzewa o takiej lokalizacji, aby zmienność warunków dotyczyła jedynie stężenia NaCl w glebie, tj. jedno drzewo znajdowało się przy posypywanej solą jezdni, a drugie na nieposypywanym deptaku, około 50 metrów od jezdni. Wysokość drzew i grubość ich pni była porównywalna.

Obiekty badań:

  • pieprzyca siewna (Lepidium sativum L.) gatunek powszechnej rośliny jednorocznej z rodziny kapustowatych (Brassicaceae Burnett), znana pod zwyczajową nazwą rzeżucha [do badań użyłem nasion polskiej firmy W. Legutko PL630/12/210/L142/A],
  • lipa drobnolistna (Tilia cordata Mill.), drzewa należące do rodziny lipowatych (Tilioideae Arnott),
  • goździk ogrodowy (Dianthus cariophyllus L.), gatunek rośliny jednorocznej lub dwuletniej, należący do rodziny goździkowatych (Caryophyllaceae Juss.) [do badań użyłem goździków z zielonogórskiej kwiaciarni].

Działania wstępne/uzupełniające:
Część I. Napełniłem 10 doniczek jednakową objętością ziemi ogrodowej i w każdej umieściłem równomiernie po 100 nasion rzeżuchy. Doniczki ustawiłem na parapecie, gdzie miały jednakową ekspozycję na światło słoneczne. Codziennie do podstawek doniczek wlewałem po 50 ml odpowiednich, wcześniej przygotowanych roztworów soli: 0%, 0,1%, 1%, 2%, 10% (po dwie doniczki z każdym stężeniem). Na końcu za pomocą szkolnego konduktometru (zakres: 200 kΩ, dokładność: ±0,8% ± 2 cyfry, rozdzielczość: 100 Ω) zmierzyłem przewodność elektryczną gleby w doniczkach (obliczenia ze wzoru: EC = [mSv*m-1], gdzie l- odległość między przewodami pomiarowymi [l = 5 *10-2 m], R- odczyt w [kΩ]) i utworzyłem skalę, którą wykorzystałem w II części badań. Wyniki podałem w tabeli 1.
Stężenie roztworu glebowego 0% 0,10% 1% 2% 10%
[mSv* m-1] 0,33 0,8 2,19 6,67 10,52

Tabela 1. Przewodniość gleby przy różnych stężeniach NaCl

Część II. Na podstawie Tab.1 określiłem przybliżone zasolenie gleby, w której rosły wybrane przeze mnie lipy drobnolistne. Stężenie soli w glebie lipy rosnącej na deptaku wynosiło ok. 0% (0,42 mSvm-1), a w glebie lipy rosnącej przy ulicy ok. 0,1% (0,87 mSvm-1). Do obserwacji oznaczyłem losowo po 10 gałęzi z każdego drzewa.
Część III. Rośliny dobrałem tak, aby łodygi miały podobną długość i średnicę. Umieściłem goździki w jednakowych cylindrach miarowych. W każdym z naczyń znajdowało się po 200 cm3 roztworu NaCl o stężeniach jak w I części badań. Na powierzchni roztworów umieściłem porównywalną ilość (10 cm3) oleju, w celu wykluczenia błędu pomiaru wynikającego z parowania wody.

Przebieg badań:

Część I. Zmiany zachodzące podczas kiełkowania rzeżuchy obserwowałem raz dziennie około godziny 1000 przez 11 dni. Śledziłem pojawianie się korzeni i pędów do momentu, w którym po kolejnych obserwacjach nie zachodziły już zmiany. Po zakończeniu doświadczenia wysuszyłem kiełki, a następnie zważyłem suchą masę na wadze laboratoryjnej.
Część II. Obserwacje fenologiczne drzew prowadziłem raz w tygodniu. Kategoryzację obserwowanych pojawów umieściłem w tabeli 2. 5.

Ocena pojawu Opis pojawu Wygląd pojawu
1 pąk uśpiony
2 pęknięcie pąka i wysunięcie zawiązków liści
3 wydostawanie się liści z pąka
4 w pełni rozwinięta blaszka liściowa

Tabela 2. Pojawy obserwowane podczas listnienia Tilia cordata

Część III. Obserwacje goździków prowadziłem trzy razy dziennie przez tydzień. Badania powtórzyłem trzykrotnie.

Podczas prowadzenia obserwacji wyniki zapisywałem w dzienniku oraz fotografowałem zachodzące zmiany.
Dla uzyskanych wyników wykonałem obliczenia statystyczne: średnie arytmetyczne i błędy standardowe średnich. 6

Wyniki

Ryc. 1. Wpływ stężenia NaCl na kiełkowanie Lepidium sativum L.
Ryc. 1. Wpływ stężenia NaCl na kiełkowanie Lepidium sativum L.
Ryc. 2. Wpływ stężenia NaCl na liczbę wykiełkowanych korzeni nasion Lepidium sativum L.
Ryc. 2. Wpływ stężenia NaCl na liczbę wykiełkowanych korzeni nasion Lepidium sativum L.
Ryc. 3. Wpływ stężenia NaCl na liczbę wykiełkowanych pędów nasion Lepidium sativum L.
Ryc. 3. Wpływ stężenia NaCl na liczbę wykiełkowanych pędów nasion Lepidium sativum L.
Ryc. 4. Średnia sucha masa i długość pędów nasion Lepidium sativum L.
Ryc. 4. Średnia sucha masa i długość pędów nasion Lepidium sativum L.
Ryc. 5. Dynamika zmian procesu listnienia u Tilia cordata Mill. *Średnia ocen pojawów wszystkich pąków danego drzewa (por. Tab. 2.) podczas danej obserwacji.
Ryc. 5. Dynamika zmian procesu listnienia u Tilia cordata Mill. *Średnia ocen pojawów wszystkich pąków danego drzewa (por. Tab. 2.) podczas danej obserwacji.
Tabela 3. Średnie matematyczne i błędy standardowe wyników dynamiki zmian procesu listnienia u Tilia cordata Mill.
Tabela 3. Średnie matematyczne i błędy standardowe wyników dynamiki zmian procesu listnienia u Tilia cordata Mill.
Ryc. 6. Wpływ stężenia NaCl w podłożu na ilość wody pobranej przez Dianthus cariophyllus L.
Ryc. 6. Wpływ stężenia NaCl w podłożu na ilość wody pobranej przez Dianthus cariophyllus L.
Tabela 4. Błędy standardowe wyników wpływu stężenia NaCl w podłożu na ilość wody pobranej przez Dianthus cariophyllus L.
Tabela 4. Błędy standardowe wyników wpływu stężenia NaCl w podłożu na ilość wody pobranej przez Dianthus cariophyllus L.
Ryc. 7. Wpływ stężenia NaCl na zdolność pobierania wody przez Dianthus cariophyllus L.
Ryc. 7. Wpływ stężenia NaCl na zdolność pobierania wody przez Dianthus cariophyllus L.

Dyskusja

  • Wraz ze wzrostem stężenia NaCl maleje zdolność kiełkowania nasion pieprzycy siewnej. Nawet niewielkie zmiany stężenia (z 0% na 0,1%), wyraźnie ograniczają zdolność kiełkowania (Ryc. 1., 2., 3.). Podobne wyniki uzyskała Dorota Dec na nasionach żyta. 7
  • Wzrost stężenia soli w glebie, hamuje wydłużanie się pędów siewki pieprzycy siewnej. Nawet niewielkie zasolenie (0,1%) powoduje znaczne ograniczenie wzrostu siewki (Ryc. 4.). Podobną tendencję zaobserwowała Dorota Dec 7.
  • Wartość uzyskanej biomasy i średniej długości siewek drastycznie maleje wraz ze wzrostem stężenia NaCl w glebie. Już przy stężeniu 0,1% przyrost biomasy spada mniej więcej o połowę (0,355 g i 0,625 g) (Ryc. 5.). Podobne tendencje zauważyli Ilona i Marcin J. Małuszyńscy. 8
  • Zmiany zachodzące podczas kiełkowania nasion pieprzycy siewnej wynikają z coraz bardziej utrudnionego dostępu do wody i składników pokarmowych przez rośliny rosnące w glebie o coraz większym stężeniu NaCl. Sól łatwo przedostaje się do korzeni powodując w ten sposób zjawisko suszy fizjologicznej 2. Dochodzi do zahamowania podziałów mitotycznych, spowolnienia wzrostu elongacyjnego komórek, a w efekcie do zmniejszenia tempa wzrostu pędów i korzeni. 9
  • Na drzewie rosnącym w glebie o wyższym zasoleniu pojawy fenologiczne występują później niż na drzewie rosnącym w glebie o niższym zasoleniu (Ryc. 5., Tab. 3.).
  • Obecność nadmiernych ilości sodu niszczy grudkowatą strukturę, zwiększa nieprzepuszczalność głęboko położonych warstw gleby i pogarsza jej fizykochemiczne właściwości. 10 Powoduje to utrudnione wchłanianie wody z solami mineralnymi. 11
  • W wyniku nagromadzenia NaCl w glebie dochodzi również do wymywania z komórek roślinnych składników odżywczych, takich jak fosfor, wapń i potas. 7 Zjawiska te przyczyniają się do obniżenia tempa zachodzących zmian fenologicznych.
  • Większe zasolenie wody powoduje słabsze jej pobieranie przez goździki ogrodowe (Ryc. 6., 7., Tab. 4), a także, przy wyższym zasoleniu (10% NaCl), więdnięcie roślin.
  • Goździki ograniczają pobór wody, a nawet więdną, ponieważ wraz ze wzrostem stężenia roztworu soli zmniejszają się różnice w osmolarności między roztworem a cytozolem komórek rośliny. W krańcowym przypadku (10% roztwór NaCl) zmienia się kierunek przepływu wody. 12 Komórki stopniowo tracą turgor, co w efekcie prowadzi do kurczenia się błon protoplazmatycznych komórek i pojawienia się plazmolizy 13, czego zewnętrzną manifestacją jest zjawisko więdnięcia.

Rekomendacje:
Przeprowadzone doświadczenia potwierdziły moje obawy wynikające z nadmiernego używania NaCl do odladzania ulic. Tymczasem w sezonie zimowym 2017/18 w Zielonej Górze zużyto aż 3.240 ton soli do odśnieżania jezdni, chodników oraz schodów terenowych (liczba ta zwiększyła się w porównaniu z poprzednimi latami). 14 Uważam, że temat ten powinien być bardziej nagłośniony, ponieważ stanowi poważne zagrożenie dla roślinności. Na rynku dostępnych jest wiele substytutów NaCl, które nie wywierają tak negatywnego wpływu na rośliny, np. chlorek wapnia i magnezu, alkohole (CnH2n+1OH), mrówczan sodu (HCOONa), octan potasu (CH3COOK), octan magnezu ([CH3COO]2Mg), octan wapnia ([CH3COO]2Ca), octan wapniowo-magnezowy (CMA), roztwory bogate w cukry, mocznik oraz glikole. Możliwe do wykorzystania są również źródła odnawialne, takie jak sole kwasu lewulinowego, pochodzące z ziaren sorgo. Do innych metod należą np. użycie ciepła geotermalnego, elektrycznych przewodów grzejnych i betonu przewodzącego prąd elektryczny. 1 Apeluję więc o wpłynięcie na władzę, zarówno rządowe, jak i samorządowe, aby zajęły się tym tematem i podjęły starania w celu zastąpienia NaCl dostępnymi na rynku alternatywnymi środkami. Konieczna jest zmiana przepisów, gdyż obecne rozporządzenie dopuszcza do stosowania tylko nieliczne, wywierające negatywny wpływ na środowisko, preparaty. 15 Będzie to poważny krok w kierunku ochrony przyrody.

Piśmiennictwo:

  1. Mazur N. (2015). Wpływ soli do odladzania dróg na środowisko przyrodnicze. Inżynieria i Ochrona Środowiska, t. 18, nr 4, s. 449-458. Kielce: Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach, Instytut Chemii, Zakład Geochemii i Ochrony Środowiska. ↩︎ ↩︎

  2. Urząd Miasta Kraków (2013): Zimowe utrzymanie dróg i chodników w aspekcie ochrony drzew i krzewów. Kraków: Wydział Kształtowania Środowiska. ↩︎ ↩︎

  3. Forman R.T.T. [i in.] (2003). Road Ecology: Science and Solutions. Waszyngton: Island Press. ↩︎

  4. Borowski J. (2012). Zimowe odśnieżanie - Czy sól na drogach to najlepszy sposób?. Ekologia.pl. https://www.ekologia.pl/srodowisko/ochrona srodowiska/zimowe-odsniezanie-czy-sol-na-drogach-to-najlepszy-sposob,16440,3.html [dostęp: 17.11.2018]. ↩︎

  5. Nadleśnictwo Łopuchówko. Co to jest fenologia?. Wirtualne Laboratorium Interaktywnego Nauczania. https://www.wlin.pl/natura/fenologia/co-to-jest-fenologia/ [dostęp: 12.11.2018]. ↩︎

  6. Strzałko J. (1992). Zastosowanie metod statystycznych w biologii. Słupsk: Wyższa Szkoła Pedagogiczna w Słupsku. ↩︎

  7. Dec D. (2003). Wpływ zasolenia na kiełkowanie i wzrost siewek linii wsobnych żyta ozimego, Biuletyn hodowli i aklimatyzacji roślin, nr 226/227/2, s. 333-338. Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin. ↩︎ ↩︎ ↩︎

  8. Małuszyńscy I. i M. (2009). Badanie wpływu zasolenia gleby na wzrost i rozwój wybranych gatunków roślin. Inżynieria Ekologiczna, nr 21. Polskie Towarzystwo Inżynierii Ekologicznej. ↩︎

  9. Kłosowska K. (2010). Problemy nauk biologicznych. Kosmos, t. 59, nr 3-4 (288-289), s . 539-549. Kraków: Polskie Towarzystwo Przyrodników im. Kopernika. ↩︎

  10. Widłak M. (2016). Przyrodniczy wskaźnik zasolenia gleby. Proceedings of ECOpole, s. 359-365. Opole: Uniwersytet Opolski. ↩︎

  11. Hafnre M. (1993). Ochrona środowiska. Księga eko-testów do pracy w szkole i w domu. Kraków: Polski Klub Ekologiczny. ↩︎

  12. Reece J.B. [i in.] (2014). Pozyskiwanie i transport zasobów w roślinach naczyniowych. Campbell Biology. Tenth Edition, s. 778-798. Londyn: Pearson Education, Inc. ↩︎

  13. Suska-Jakubczak E. (2013). Zasolenie gleb i podłoży ogrodniczych. Lublin: Okręgowa Stacja Chemiczno-Rolnicza w Lublinie. ↩︎

  14. Szulc M. (2018). Specyfikacja techniczna zimowego utrzymania nawierzchni dróg w ramach zadania „Bieżące utrzymanie ulic miasta”. Zielona Góra: Departament Inwestycji i Zarządzania Drogami. ↩︎

  15. Podgajniak T. (2005): Rozporządzenie w sprawie rodzajów i warunków stosowania środków, jakie mogą być używane na drogach publicznych oraz ulicach i placach, Dz. U. Nr 230, Poz. 1960. Warszawa: Ministerstwo Środowiska. ↩︎

Załączniki: 
PDF icon Wersja oryginalna pracy
PDF icon Recenzja 1 pracy
PDF icon Recenzja 2 pracy
PDF icon Recenzja holistyczna pracy

Komentarze

Obrazek użytkownika TomaszQ

TomaszQ

02.06.2020 - 10:27

Ten skrócony tytuł sugeruje błędne formułowanie tematu pracy badawczej...
Nie może być wpływ czegoś na organizm, tylko na parametr (tak, jak w temacie właściwym).