Jesteś tutaj

Wpływ chlorku sodu na kupkówkę pospolitą - praca badawcza z Olimpiady Biologicznej

Wpływ chlorku sodu na kupkówkę pospolitą

Kolejny artykuł z serii "przykładowa praca". Tym razem zamieszczam pracę wyróżnioną na tegorocznym etapie okręgowym w okręgu Łódzkim. Do pracy załączona jest jej recenzja wydana przez KOOB (na końcu artykułu). Autorce gratuluję wyróżnienia zaś odwiedzającym stronę polecam lekturę.

Zamieszczone na stronie prace służą tylko zapoznaniu się z ogólnym charakterem prac badawczych zgłaszanych na OB. 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 OB.

Wpływ wodnych roztworów chlorku sodu o różnych stężeniach na roślinność przydrożną na przykładzie kupkówki pospolitej (Dactylis glomerata).

AUTOR: Agata Natkańska

Streszczenie

Celem niniejszej pracy było sprawdzenie doświadczalnie, czy chlorek sodu (NaCl), którym posypywane są drogi w okresie zimowym, rzeczywiście negatywnie wpływa na rośliny, a nawet prowadzi do ich zamierania. Zbadano wpływ zasolenia gleby na wzrost i rozwój kupkówki pospolitej. W badaniach zastosowano 7 różnych stężeń soli. Jedno z nich odpowiadało przybliżonemu stężeniu zasolenia jezdni, w wyniku stosowania chemicznego odladzania. Stwierdzono lepszy wzrost roślin podlewanych niewielkimi (0,001% i 0,002 %) stężeniami NaCl w stosunku do braku lub zbyt dużego stężenia soli.

Wstęp

Obecnie najbardziej powszechnym środkiem do zwalczania śliskości zimowej nawierzchni jezdni jest chlorek sodu - NaCl. Jest on produktem naturalnym, a jednocześnie najtańszym i najskuteczniejszym w działaniu1. W każdej roślinie chlor i sód występuje w postaci jonów. Pierwiastki te są niezbędne do wzrostu i rozwoju roślin. Odgrywają podstawową rolę w całości przemian metabolicznych. Rośliny muszą być zaopatrywane w wystarczającą ilość składników w ciągu całego okresu wzrostu i rozwoju. Z tego względu stężenie składników w roztworze glebowym powinno się utrzymywać na poziomie odpowiadającym potrzebom roślin2. Wynikiem stosowania zbyt dużej ilości soli do odśnieżania dróg i chodników, może być zasolenie gleby - znaczne nagromadzenie się jonów sodu i chloru3, które utrzymuje się przez wiele lat. Może ono negatywnie wpływać na rośliny, uniemożliwiając im pobranie wody z gleby.

W pracy badany był wpływ rożnych stężeń roztworów wodnych NaCl na rośliny przydrożne na przykładzie kupkówki pospolitej (Dactylis glomerata)4. Do badań wybrano gatunek roślin z rodziny traw, ze względu na to, że wykazują one ogromną zdolność przystosowawczą do różnych warunków życia5. Kupkówka pospolita jest jedną z najpospolitszych traw rosnących w przydrożnych rowach, zaliczana jest do ważniejszych traw pastewnych6. Zatem pewne jest, że sól, wysypywana rokrocznie na ulice, oddziałuje na ten gatunek. Ponadto kupkówka pospolita znosi dobrze surowe zimy i długotrwałą pokrywę śnieżną, jest mało wrażliwa na niedostatek wody1.

Niniejsze badania miały na celu poznanie wpływu zasolenia na rośliny na przykładzie kupkówki pospolitej w zależności od stężenia soli w glebie. Konfrontacja otrzymanych wyników z normami dla prewencji oblodzenia na jezdni pozwoliła ocenić, czy posypywanie solą jezdni i chodników w okresie zimowym może negatywnie wpłynąć na rośliny przydrożne. Określono również bezpieczne dla roślin stężenie NaCl. Umiejętne wykorzystanie uzyskanych danych może przyczynić się do redukcji przydrożnego zasolenia, a tym samym, pozwoli obniżyć koszty odprowadzania nadmiaru zasolonych wód podskórnych, które jest przedsięwzięciem bardzo kosztownym7 oraz zmniejszyć negatywny wpływ tego zabiegu na środowisko.

Materiały i metody

Domena Eukarionty
Królestwo Rośliny
Gromada Nasienne
Podgromada Okrytozalążkowe
Klasa Jednoliścienne
Rząd Plewowce
Rodzina Trawy
Rodzaj Kupkówka
Gatunek Kupkówka pospolita

Systematyka użytego gatunku8

Kupkówka pospolita jest trawą wieloletnią, tworzącą dość rozłożyste i mocne kępy, o pędach silnie ulistnionych. Liście długie, dość szerokie, wpół złożone, z wyraźnym, jasnym nerwem głównym9.

Nasiona badanej trawy zakupiono w sklepie ogrodniczym. W celu przeprowadzenia doświadczenia zasiano po 1g trawy do każdej doniczki, w której znajdował się 1 kg ziemi. Rośliny rosły na wolnym powietrzu, były chronione przed warunkami atmosferycznymi (deszcz, bezpośrednie nasłonecznienie). Przez miesiąc systematycznie podlewano je wodą z kranu, obracano doniczki i usuwano inne siewki roślin, niż siewki badanej trawy, na podstawie klucza do oznaczania roślin10. Po tym czasie trawę ścięto, uzyskując rośliny o równej wysokości ok. 5 cm w każdej z doniczek, trawa miała zielony kolor, rosła ok. 2,5 cm tygodniowo, prawidłowo przyjmowała wodę, miała wysoki turgor. Po uzyskaniu odpowiednich grup roślin, rozpoczęto podlewanie trawy roztworami soli.

 Fot. 1. Siewki trawy w momencie rozpoczęcia doświadczenia
Fot. 1. Siewki trawy w momencie rozpoczęcia doświadczenia

Ustawowo, do usuwania cienkich warstw ubitego lub zlodowaciałego śniegu, stosuje się ok. 25 g NaCl/m2 , a posypywanie środkami chemicznymi, przeprowadzane jest do maksymalnej grubości lodu 4 mm1. Objętość wody, jaką podlewano rośliny, ustalono na 90 cm3/dobę. Każda doniczka miała powierzchnię 300 cm2. Przybliżone stężenie soli zostało obliczone na podstawie założenia o grubości rozpuszczanej warstwy lodu i powierzchni, na jaką stosuje się określoną ilość soli1. Przyjęto, że sól użyta do posypywania jezdni, jest równomiernie rozprowadzana po powierzchni, na której rosną przydrożne rośliny i zawarta jest w objętości stopionej warstwy lodu. Wyliczone stężenie wynosiło 0,75 g NaCl/kg gleby. W oparciu o źródła naukowe, według których zasolenie gleby w okresie wiosennym wynosi 0,739 g NaCl/kg gleby11, uznano je za bliskie stanu ustawowego i za takie przyjęto. Na jego podstawie przygotowano roztwory NaCl równe, mniejsze (w ilości 3) i większe (w ilości 3) od wyliczonego stężenia. Każdą z doniczek trawy codziennie podlewano odpowiednim wodnym roztworem NaCl. Łącznie przygotowano 7 roztworów oraz wodę destylowaną, którą podlewano rośliny w próbie kontrolnej. Zastosowane stężenia zostały przedstawione w tabeli poniżej (tab. 1.).

Nr doniczki Stężenie * Stężenie procentowe [%]
1 10x większe 0,1
2 5x większe 0,05
3 2x wieksze 0,02
4 ustawowe 0,01
5 2x mniejsze 0,005
6 5x mniejsze 0,002
7 10x mniejsze 0,001
8 woda destylowana 0

Tab. 1. Stężenie wodnego roztworu chlorku sodu w poszczególnych próbach
* stężenie wodnego roztworu NaCl w porównaniu do stężenia obliczonego dla ustawowej ilości sypanej soli

Doświadczenie przeprowadzono dwukrotnie, za każdym razem obserwacje trwały 35 dni. Otrzymane w obu powtórzeniach wyniki zostały uśrednione. Do sporządzania roztworów wodnych NaCl używano soli stosowanej do odśnieżania dróg, uzyskanej z Powiatowego Rejonu Dróg i wody destylowanej. Co tydzień wykonywano pomiary wysokości 30 losowo wybranych źdźbeł każdego wariantu doświadczenia oraz liczby dającej wagę 1 g. Wodę odmierzano menzurką z podziałką o pojemności co 10 cm3 . NaCl oraz źdźbła trawy ważono wagą laboratoryjną o dokładności ± 0,01 g. Pomiary wykonywano linijką o dokładności ± 0,01 cm.

Wyniki

Po 35 dniach obserwacji, stwierdzono różnice w wyglądzie traw, znajdujących się w poszczególnych doniczkach. Oceniano następujące parametry:

  • Kolor

  • Wzrost

  • Zdolność do przyjmowania odpowiedniego roztworu

  • Turgor

Trawa podlewana wodą destylowaną miała zielony kolor, rosła ok. 2,5 cm tygodniowo, prawidłowo przyjmowała wodę, miała wysoki turgor.

Trawa podlewana wodnym roztworem chlorku sodu o przybliżonym ustawowym stężeniu (0,01%) zżółkła, jej wzrost został częściowo zahamowany (rosła ok. 2 cm tygodniowo), nie była ona w stanie przyjmować całkowitej ilości roztworu (częściowo stał on w podstawce), turgor zmniejszył się, roślina częściowo uschła.

Rośliny podlewane roztworem o stężeniu 0,02%, 0,05% i 0,1% (wyższym niż przybliżone ustawowe stężenie) zżółkły. W końcowym efekcie ich wzrost został zahamowany, trawa nie była w stanie przyjmować żadnej ilości roztworu (stał on w podstawce), turgor został całkowicie stracony. Rośliny te uschły.

Rośliny podlewane roztworem o stężeniu 0,002% i 0,001% (znacznie mniejszym niż przybliżone ustawowe stężenie) miały intensywnie zielony kolor, rosły znacznie szybciej (ok. 3,2 cm tygodniowo) niż te podlewane wodą destylowaną, prawidłowo przyjmowały roztwór, miały wysoki turgor.

Wygląd traw w poszczególnych próbach ukazano poniżej (fot. 2.). Widoczny jest najlepszy rozwój traw podlewanych wodnym roztworem NaCl o stężeniach 0,001% - 0,002% oraz najgorszy podlewanych roztworami 0,02% - 0,1%.

Fot. 2. Siewki trawy po 35 dniach doświadczenia. Pod fotografiami podano stężenie procentowe wodnego roztworu chlorku sodu, którym podlewano rośliny.
Fot. 2. Siewki trawy po 35 dniach doświadczenia. Pod fotografiami podano stężenie procentowe wodnego roztworu chlorku sodu, którym podlewano rośliny.

Wyk. 1. Średnia arytmetyczna długości 30 źdźbeł siewek podlewanych roztworami chlorku sodu o różnych stężeniach z zaznaczonym odchyleniem standardowym
Wyk. 1. Średnia arytmetyczna długości 30 źdźbeł siewek podlewanych roztworami chlorku sodu o różnych stężeniach z zaznaczonym odchyleniem standardowym

Z powyższego wykresu wynika, iż rośliny podlewane wodnym roztworem NaCl o stężeniu 0,001% - 0,002% rosły najszybciej, najwolniej natomiast podlewane roztworem o stężeniu 0,05% - 0,1%. Trawy podlewane roztworem o stężeniu 0,02% rosły stosunkowo wolno, a te podlewane roztworem 0,005% - 0,01% podobnie szybko jak te podlewane wodą destylowaną.

Wyk. 2. Liczba źdźbeł siewek rozwijających się na roztworach chlorku sodu o różnych stężeniach mających łączna masę 1 g
Wyk. 2. Liczba źdźbeł siewek rozwijających się na roztworach chlorku sodu o różnych stężeniach mających łączna masę 1 g

Z powyższego wykresu wynika, iż rośliny podlewane wodnym roztworem NaCl o stężeniu 0,001% - 0,002% miały największą masę, najmniejszą natomiast podlewane roztworem o stężeniu 0,05% - 0,1%. Trawy podlewane roztworem o stężeniu 0,02% miały masę stosunkowo małą, a podlewane roztworem o stężeniu 0,005% - 0,01% podobną do tych, które były podlewane wodą destylowaną.

Dyskusja

Według wytycznych zimowego utrzymania dróg, od wszystkich środków chemicznych wymaga się szybkiego topnienia lodu i zapobiegania gołoledzi. Niepożądany jest negatywny wpływ na środowisko oraz uszkodzenia materiałów i konstrukcji. Jeszcze do niedawna uważano, że chlorek sodu jest środkiem najbardziej odpowiadającym wyżej wymienionym wymaganiom, był on stosowany w sposób niekontrolowany, w dużych ilościach12. Obecnie istnieją wytyczne określające powierzchnię, na jaką stosuje się określoną ilość soli oraz grubość rozpuszczanej warstwy1. Należy zaznaczyć, że stężenie wodnego roztworu NaCl użytego w doświadczeniu to tylko przybliżona wartość, jaka może być uzyskana poprzez stosowanie soli na drogach. W rzeczywistości, efektywne zasolenie przydrożnych terenów, może być zupełnie inne, ze względu na wahania w podawaniu soli (10 - 50 g/m2)13, jak również spływ i kumulację soli przy drogach. Na uwagę zasługuje również fakt, iż sól, stosowana do posypywania dróg, nie jest czystą postacią NaCl, a tak przyjęto w doświadczeniu. Znajdują się tam inne substancje, mogące wpłynąć na wzrost roślin.

Na podstawie doświadczenia wnioskuje się, że niekontrolowane, zbyt duże stężenie chlorku sodu (większe bądź równe 0,05%) w roztworach wodnych, stosowane długotrwale, negatywnie wpływa na wzrost i rozwój rośliny, która żółknie, przestaje rosnąć, traci turgor. Po pewnym czasie, pobieranie roztworu przez roślinę, zostaje zahamowane. W efekcie roślina zamiera (przy stężeniach wyższych bądź równych 0,02%). Wynik doświadczenia potwierdza słuszność tezy, zgodnie z którą czasami nie brak wody, lecz czynniki środowiska, np. wysokie stężenie substancji w roztworze glebowym, utrudniają pobieranie wody przez korzenie, są toksyczne dla roślin14. Zjawisko to nazywa się suszą fizjologiczną15. Należy zaznaczyć fakt, iż woda stanowi przeciętnie 75 - 95% świeżej masy rośliny, pełni ważną rolę strukturalną, tworzy niezbędne środowisko, w którym zachodzą reakcje metaboliczne (biochemiczne)3. Doświadczenie pokazuje, że nadmiar NaCl w glebie powoduje niedobór wody w komórce roślinnej, przez co roślina zamiera.

Z drugiej strony w pracy badawczej ukazano niewielkie, bezpieczne stężenie roztworu soli, które określono na 0,002% - 0,001%. Poprawia ono kondycję trawy, która rośnie lepiej niż ta podlewana wodą destylowaną, która, jak wiadomo, nie zawiera soli mineralnych. Powoduje intensywniejszy wzrost i kolor, podwyższa turgor i jędrność. Efekt ten wynika z dostarczenia roślinom odpowiedniej ilości sodu i chloru. Potwierdza to fakt, że pierwiastki te uczestniczą we wzroście i rozwoju rośliny16. Chlor dla roślin jest mikroelementem3. Wchodzi w skład enzymów uczestniczących w fazie świetlnej fotosyntezy15, stabilizuje strukturę chloroplastów, uczestniczy w regulacji równowagi jonowej i współczynnika transpiracji16. Sód natomiast jest pierwiastkiem pożądanym3. Występuje w korzeniach, pędach, starzejących się liściach i chloroplastach. Uznaje się go za aktywatora enzymów transaminacyjnych, regulatora hydratacji biokoloidów. Zwiększa on ciśnienie osmotyczne soku komórkowego, może zastąpić potas w mało specyficznych funkcjach, takich jak otwieranie i zamykanie aparatów szparkowych16.

Przedstawione wyniki sugerują, że dostarczanie zbyt małej lub zbyt dużej ilości NaCl powoduje nieprawidłowy rozwój rośliny lub nawet jej śmierć. Hipoteza ta znajduje odzwierciedlenie w prawie tolerancji Shelforda. Zgodnie z tym prawem zarówno niedobór, jak i nadmiar danego czynnika ogranicza występowanie organizmu17.

Na zagadnienie posypywania dróg zimą chlorkiem sodu, należy spojrzeć również z innej strony. Badania o charakterze technicznym wykazały, że najwyższy wznios kapilarny i – co za tym idzie – największą awaryjność dróg powoduje sama woda. Dodatek NaCl przyczynia się do obniżenia wzniosu kapilarnego i ogranicza ilość spękań, wytwarzanych w nawierzchni drogi wskutek wysadzin i przełomów13.

Podsumowując, zasolenie gleby, w zależności od stężenia soli, wpływa na wzrost i rozwój kupkówki pospolitej pozytywnie, bądź też negatywnie. Przybliżone stężenie NaCl, obliczone dla ustawowej ilości sypanej soli, wpływa negatywnie na wzrost rośliny, lecz nie powoduje jej zamierania. Stężenie pięciokrotnie mniejsze gwarantuje optymalny rozwój roślin, lecz prawdopodobnie jest nieefektywne w zwalczaniu oblodzenia. Drogi w okresie zimowym posypuje się również chlorkiem magnezu czy chlorkiem wapnia, jednak substancje te są o wiele droższe niż chlorek sodu, dlatego też rzadziej stosowane1.

Biorąc pod uwagę możliwość ograniczenia awaryjności dróg, można wskazać na ewentualność stosowania soli podczas akcji zimowego utrzymania dróg13, ponieważ obecnie nie ma możliwości zastąpienia metody chemicznej inną metodą o zbliżonej skuteczności12. Należy jednak pamiętać o utrzymaniu słusznej równowagi między aspektem zwalczania śliskości, a dbałością o środowisko naturalne i rośliny przydrożne oraz nieustannie prowadzić badania nad przydatnością nowych substancji chemicznych – w celu wyboru takiego środka, który będzie jednocześnie skuteczny jak i bezpieczny dla środowiska.

Piśmiennictwo


  1. Generalna Dyrekcja Dróg Krajowych i Autostrad (2006) Wytyczne zimowego utrzymania dróg. Warszawa ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎

  2. Mengel K., Kirkby Ernest A. (1983) Podstawy żywienia roślin - Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne, Warszawa ↩︎

  3. Kopcewicz J. (2012) Podstawy biologii roślin - PWN, Warszawa ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎

  4. Baturo W. (2002) Encyklopedia szkolna - PWN, Warszawa ↩︎

  5. Szweykowska A., Szweykowski J. (1976) BOTANIKA Podręcznik dla szkół wyższych - Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa ↩︎

  6. Urbanek A., Kaczmarek L. i in. (1999) Encyklopedia szkolna Biologia - Wydawnictwo Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa ↩︎

  7. Dobrzańska B. Dobrzański G. Kiełczewski D. (2010) Ochrona środowiska przyrodniczego - PWN, Warszawa ↩︎

  8. Rutkowski L. (2011) Klucz do oznaczania roślin naczyniowych Polski niżowej. PWN, Warszawa ↩︎

  9. Hryncewicz Z., Jasińska Z., Kusiorska K., Kuszelewski L., Ralski E., Roszak W. (1973) Uprawa roślin TIII - Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne, Warszawa ↩︎

  10. Woźnica Z. (2008) Herbologia Podstawy biologii ekologii i zwalczania chwastów - Powszechne Wydawnictwo Rolnicze i Leśne, Warszawa ↩︎

  11. Chudecka J., Tomaszewicz T., Pacewicz K., Wróbel M. (2010) Wybrane właściwości chemiczne powierzchniowej warstwy gruntów przydrożnych w okresie wiosny i jesieni. Folia Pomer. Folia Pomeranae Universitatis Technologiae Stetinensis. Agricultura, Alimentaria, Piscaria et Zootechnica, 278 (14), 49–56 ↩︎

  12. Borowski J. (2010) Zimowy wróg drzew. Zieleń miejska, Nr 12, 40-43 ↩︎ ↩︎

  13. Kołodziejczyk U. (2007) Wpływ chlorku sodu stosowanego w zimowym utrzymaniu dróg na kapilarność gruntów, Geologos, Nr 11, 219-226 ↩︎ ↩︎ ↩︎

  14. Campbell Neil A., Reece Jane B., Urry Lisa A., Cain Michael L., Wasserman Steven A., Minorsky Peter V., Jackson Robert B. (2013) BIOLOGIA – REBIS, Poznań ↩︎

  15. Bukała B. (2011) Fizjologia roślin - Wydawnictwo Szkolne OMEGA, Kraków ↩︎ ↩︎

  16. Kopcewicz J., Lewaka S. (2012) Fizjologia roślin - PWN, Warszawa ↩︎ ↩︎ ↩︎

  17. Bukała B. (2011) Ekologia z biogeografią i ochroną środowiska - Wydawnictwo Szkolne OMEGA, Kraków ↩︎