Dołącz do nas

Przestrzeń Miejska

Autor Mazurek Janusz

Znaczenie powietrza dla prawidłowego rozwoju korzeni drzew i krzewów w warunkach miejskich

Obecnie znacznie częściej mówi się o biologii gleby, wzajemnych oddziaływaniach między różnymi organizmami glebowymi, a tym samym o wzajemnych relacjach między czynnikami fizycznymi, chemicznymi i biologicznymi. Duże znaczenie ma zrozumienie podziału na czynniki statyczne związane z rodzajem skał, z jakich kształtuje się gleba, współistniejących z nimi organizmów, topografii terenu i czasu jej powstawania. W przeciwieństwie do tych stałych komponentów na zdrowie gleby wpływają też różne czynniki dynamiczne, takie jak: materia organiczna, odczyn, struktura, dostępność składników pokarmowych oraz wody. Wszystkie te czynniki w dość szybkim czasie mogą ulegać modyfikacji w wyniku działalności człowieka. Wśród tych czynników, w przekształconych przez procesy urbanizacyjne glebach miejskich, bardzo szybko i w bardzo dużym stopniu niekorzystnym zmianom ulega przede wszystkim struktura gleby. Najczęściej jest to spowodowane nadmiernym ubiciem podłoża w obszarze oddziaływania systemu korzeniowego drzew i krzewów. Przyjmuje się, że silne zagęszczenie podłoża w górnej warstwie gleby, tuż przy jej powierzchni, stanowi jeden z podstawowych elementów pogarszania się stanu fitosanitarnego roślinności w warunkach miejskich. Konsekwencją tego zjawiska jest niedobór tlenu, co wprost wpływa na ograniczenie rozwoju systemu korzeniowego, który zaczyna tracić swoje funkcje i nie jest w stanie właściwie „wyżywić” części nadziemnej. Typowym przykładem takich zaburzeń jest chociażby występowanie klasycznych „suchoczubów”, które prawie zawsze świadczą o zaburzonej zdolności prawidłowego rozwoju systemu korzeniowego.

Gleba stanowi układ trójfazowy, w skład którego wchodzą fazy: stała, ciekła i gazowa. Przyjmując, że faza stała gleby obejmuje 50–60% jej objętości, to pozostałą część, mniej więcej pół na pół, zajmują woda oraz powietrze. Ponieważ zarówno woda, jak i powietrze mogą zajmować dokładnie tę samą przestrzeń, występuje między nimi swoisty antagonizm. Naruszenie optymalnej struktury gleby poprzez jej nadmierne ubicie sprawia, że cząsteczki gleby są tak silnie ścieśnione, że zaczyna w nich brakować miejsca zarówno dla wody, jak i dla powietrza. Ilość tlenu w glebie jest uzależniona od reakcji chemicznych i biologicznych, kiedy to następuje jego zużycie przy jednoczesnym wydzielaniu dwutlenku węgla. W takiej sytuacji konieczna jest swobodna wymiana między glebą, atmosferą a korzeniami roślin. Tymczasem w zbitym podłożu następuje nadmierne nagromadzenie się dwutlenku węgla. Ponieważ na miejsce zużytego powietrza glebowego, na drodze dyfuzji, powinno przenikać świeże powietrze, to przy niedostatku tlenu, w warunkach beztlenowych, mogą pojawić się związki takie jak: Mn2+, Fe2+, NO2-, S2-, CH4, C2H4, oddziałujące toksycznie na korzenie roślin, które przestają się rozwijać. Powietrze glebowe ma więc zasadniczy wpływ na metabolizm korzeni i występujące w glebie mikroorganizmy. Przy 25% tlenu korzenie rozwijają się bardzo dobrze, przy 5% przestają się rozwijać, a przy 2% praktycznie zamierają.

Niedobór tlenu wpływa ponadto na rozregulowanie gospodarki hormonalnej roślin, która optymalizuje właściwe proporcje między rozwojem korzeni i korony. W warunkach beztlenowych stożki wzrostu korzeni nie są w stanie wyprodukować w odpowiedniej ilości cytokinin, które podążając w górę rośliny, na zasadzie przeciwieństwa, wymuszają transport od stożków wzrostu do korzeni auksyn, czyli hormonów w dużej mierze odpowiedzialnych za prawidłowy rozwój korzeni. W warunkach naturalnych przed niedostatkiem tlenu drzewa chroni obecność ściółki oraz odpowiednia ilość materii organicznej. Ściółka poza wieloma innymi, korzystnymi cechami w bardzo dużym stopniu ogranicza przede wszystkim fizyczne ubicie górnej warstwy gleby. Materia organiczna z kolei, wraz z jej bardzo istotnym elementem, jakim jest próchnica, umożliwia swobodny dostęp korzeni zarówno do wody, jak i powietrza. Opadające igły, liście czy fragmenty pędów są przekształcane przez organizmy glebowe i w zależności od warunków klimatycznych oraz glebowych, część z tej substancji organicznej – ok. 3/4 do 4/5 – ulega procesowi mineralizacji, umożliwiając ponowne wykorzystanie części składników pokarmowych. Pozostałe 1/4 do 1/5 ulega procesowi humifikacji, co prowadzi do powstawania próchnicy. Próchnica glebowa, która stanowi jedyne w swoim rodzaju połączenie organiczno- -mineralne, działa w sensie fizycznym jak gąbka, zapewniając korzeniom swobodny dostęp nie tylko do wody, ale i do powietrza. Co istotne, nasilenie procesów oddychania jest największe właśnie dość płytko w poziomie próchniczym i maleje w głąb profilu. Tym samym, wbrew powszechnemu przekonaniu, to właśnie nadmierne ubicie górnej warstwy gleby wpływa szczególnie niekorzystnie na rozwój korzeni drzew, których większość rozwija się w warstwie do 60 cm.

Niedostatek tlenu można badać pośrednio poprzez sprawdzanie stopnia ubicia gleby. W tym celu stosuje się tzw. penetrometry glebowe. Bez względu na stopień skomplikowania, urządzenia te są zbudowane z lancy glebowej z podziałką manualną lub cyfrową, co pozwala na wbicie urządzenia najczęściej do głębokości 50 cm. Penetrometry mogą być zaopatrzone w wymienne nakładki przeznaczone do odrębnego badania zwięzłości w glebach lekkich bądź ciężkich. Wyskalowane manometry umożliwiają określenie stopnia ubicia gleby najczęściej w jednostkach PSI (pound per square inch – czyli funt na cal kwadratowy) albo w barach lub megapaskalach (MPa). Ich zastosowanie w przypadku gleb silnie zurbanizowanych może być jednak ograniczone. W szczególności dotyczy to podłoży kamienistych oraz żwirowych, gdzie powietrza jest pod dostatkiem, a mimo to swobodne wprowadzenie lancy penetrometru nie zawsze jest możliwe. W środowisku naukowym zdania, co do stopnia ubicia gleby, mierzonego w postaci oporu wnikania przy użyciu penetrometrów glebowych, są podzielone. Część autorów podaje, że już przy oporze wnikania wynoszącym 0,7 MPa wzrost korzeni jest ograniczony o 50%, a przy wzroście oporu do 1,4 MPa nawet o 80%. Inni badacze wskazują wyraźnie na granicę 3,0–3,3 MPa, przy której rozwój systemu korzeniowego praktycznie ulega całkowitemu zahamowaniu. W glebach miejskich poddanych procesowi antropopresji procesy mineralizacji i próchnicowania są bardzo ograniczone, jakkolwiek stopień ich nasilenia może być zróżnicowany. W przypadku drzew starszych jest on uzależniony od stanu gleby w momencie ich sadzenia oraz postępującej w kolejnych latach dynamiki procesów urbanizacyjnych. W oczywisty sposób procesy te będą mniejsze w parkach, gdzie dokładne usuwanie substancji organicznej nie jest do końca możliwe, pomijając oczywiście, czy w kontekście omawianych zagadnień w ogóle można takie działania uznać za zasadne. Tymczasem w przypadku roślinności rosnącej wzdłuż dróg, na skwerach, placach itd. trudno zakładać, że będą zachodzić jakiekolwiek procesy próchnicowania. Wszędzie tam, gdzie nie istnieje możliwość podtrzymania czy wręcz aktywizacji życia biologicznego gleby, należy co najmniej umożliwić korzeniom roślin dostęp do tlenu poprzez zapewnienie odpowiedniej wymiany gazowej, a to wymaga ukształtowania bądź podtrzymania właściwej struktury górnej warstwy gleby.

Ochrona drzew starszych powinna w pierwszej kolejności wszędzie tam, gdzie jest to tylko możliwe, uwzględniać poprawne ściółkowanie organiczne z zachowaniem stref ochronnych. Ściółkowanie może zostać poprzedzone delikatnym wzruszeniem górnej części gleby w celu jej spulchnienia i napowietrzenia. Czynność tę należy wykonać przy zastosowaniu narzędzi ograniczających możliwość przecięcia płytko zalegających korzeni drzew. Istnieje także możliwość, aby przed ściółkowaniem wymienić górną, trudno przepuszczalną warstwę podłoża za pomocą sprężonego powietrza i zastąpić ją nowym podłożem, żyznym, o dobrych właściwościach powietrzno-wodnych. Wskazana metoda obniżenia poziomu gruntu bez uszkadzania korzeni wymaga jednak znacznych nakładów i może wiązać się z ryzykiem uszkodzenia w trakcie takich prac drobnych, płytko zalegających korzeni drzew. W tej metodzie dopuszcza się jedynie incydentalne przycięcie korzeni cienkich o średnicy 1 mm. Obniżenie gruntu musi być dokonane poza strefą zagrożenia korzeni wyznaczoną naturalnym rzutem korony.

W przypadku mniejszych drzew rzadko u nas polecaną, a często propagowaną chociażby w USA metodą „rozluźniania” twardych gliniastych gleb pod drzewami jest stosowanie gipsu. Gips rozsypuje się w ilości Wbrew powszechnemu przekonaniu to właśnie nadmierne ubicie górnej warstwy gleby wpływa szczególnie niekorzystnie na rozwój korzeni drzew, których większość rozwija się w warstwie do 60 cm. ok. 1–2 kg na każde 10 m2 rzutu korony. Dla uzyskania dobrego efektu czynność tę należy wykonywać raz w roku sukcesywnie przez trzy kolejne lata. Po rozsypaniu gips nie wymaga wymieszania z górną warstwą gleby. Związek ten jest nietoksyczny, neutralny chemicznie i dodatkowo może wiązać sód gromadzący się w glebie w wyniku stosowania soli do odśnieżania.

Dla drzew nowo sadzonych należy założyć, że z pewnością miejsca na swobodny rozwój korzeni i dostępu do tlenu będzie coraz mniej. Przy projektowaniu sadzenia roślin w miastach należy więc uwzględniać takie rozwiązania, które przynajmniej w części będą rekompensowały ograniczone możliwości gleb miejskich. Do takich technologii należy chociażby stosowanie mieszanki kamienno-glebowej, czyli tzw. ziemi strukturalnej. Podłoże to zostało opracowane w USA w Cornell Uniwersity i w swoim założeniu nawet podczas zagęszczenia do 95% jego gęstości właściwej dalej umożliwia swobodny rozwój korzeni. Spośród innych uznanych metod należy wymienić systemy antykompresyjne pozwalające na stabilizację nawierzchni chodnikowej bez szkody dla rozwoju korzeni, stosowanie ażurowych chodników nadwieszanych, formowanie klinów wypełnionych materiałem o strukturze ułatwiającej oddychanie, montowanie ekranów bądź formowanie specjalnych kanałów umożliwiających swobodny rozwój korzeni.