Kraków, r.

Transkrypt

1 Prof. dr hab. inż. Piotr Gruba Zakład Gleboznawstwa Leśnego Instytut Ekologii i Hodowli Lasu Wydział Leśny, Uniwersytet Rolniczy im. H. Kołłątaja w Krakowie Al. 29-go Listopada 46 PL Kraków Kraków, r. RECENZJA pracy doktorskiej pt.: "Oddziaływanie olszy na aktywność mikrobiologiczną i wybrane właściwości chemiczne industrioziemów", przygotowanej przez mgr Katarzynę Sroka, w Katedrze Kształtowani i Ochrony Środowiska, Wydziału Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska, Akademii Górniczo-Hutniczej im. Stanisława Staszica w Krakowie, pod kierunkiem dra hab. Marcina Chodaka, prof. AGH 1. Podstawa formalna i przedmiot recenzji Niniejsza ocena została przygotowana w odpowiedzi na pismo Pana Dziekana Wydziału Wydziału Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska, Akademii Górniczo- Hutniczej im. Stanisława Staszica w Krakowie prof. dra hab. Stanisława Gruszczyńskiego (WGGiIŚ /160-2/18) z dnia r. wraz z informacją, że decyzją Rady Wydziału Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska zostałem powołany na recenzenta rozprawy doktorskiej mgr inż. Katarzyny Sroka pt. "Oddziaływanie olszy na aktywność mikrobiologiczną i wybrane właściwości chemiczne industrioziemów". 2. Informacje wstępne Badania nad wpływem gatunków drzew na glebę z pozoru wydają się proste. Badacz zwykle oczekuje uzyskać wyniki, które klarownie różnicujące badane stanowiska. Na podstawie własnych doświadczeń mogę stwierdzić, że pojawia się tu wiele problemów. Z tymi niedogodnościami w trakcie badań musiała sobie również radzić Kandydatka. Pierwszym problemem jest porównywalność stanowisk pod względem jednorodności 1

2 uziarnienia. Z powodu swoich preferencji ekologicznych gatunki drzew zwykle znajdują swoje nisze na glebach o różnym uziarnieniu, co stawia pod znakiem zapytania możliwość porównywania właściwości gleb. Wdawałoby się, że że różnorodność uziarnienia powinna wykluczyć niektóre powierzchnie badawcze ujęte w ocenianej tu pracy, doktorantka wykorzystała jednak tą zmienność do przedstawiania jeszcze jednego aspektu badawczego. Drugim problemem są silne powiązania pomiędzy właściwościami gleb. Jeśli pierwszym obserwowanym efektem wpływu drzew na glebę jest wzrost zawartości materii organicznej, to można sie spodziewać zwiększenia zawartości wszystkich innych pierwiastków, a próba wyjaśnienia innego niż takie, że dany wzrost jest konsekwencją wzrostu zawartości węgla jest mało wiarygodna. Dlatego uważam, że niektóre wyjaśnienia w tej pracy są dyskusyjne. W końcu, omawiając problemy związane z tego typu badaniami, często pojawia rozczarowanie, że różnice pomiędzy glebami są zaskakująco małe, lub żadne, nawet jeśli porównać gatunki iglaste do liściastych, a co dopiero w gatunki w obrębie tego samego rodzaju. Dlatego po przeczytaniu tez pracy, z niepokojem oczekiwałem na wyniki. W dużym uogólnieniu można stwierdzić, że Autorka swoimi badaniami potwierdziła zwykle obserwowaną prawidłowość, że różnice pomiędzy gatunkami są widoczne tylko w wierzchnich poziomach, organicznych, rzadko mineralnych. Wyjątkowy, z mojego punktu widzenia, jest obiekt badań. W lasach zwykle nie mamy zbyt wielkiej wiedzy na temat gatunków drzew rosnących w danym miejscu w poprzednich pokoleniach, a które mogą mieć wpływ na dzisiejsze właściwości gleb. Tereny rekultywowane są pozbawione tzw. efektu pamięci gleby, toteż znakomicie nadają się do tego typu badań. Wyjątkowy jest również gatunek będący przedmiotem badań. Jego zastosowanie w rekultywacji trudno przecenić. Należy zaznaczyć, ze niniejsza praca czerpie z wkładu wielu badaczy i praktyków, którzy takie powierzchnie kiedyś założyli, dzięki czemu dysponujemy dziś unikatowym obiektem badawczym. 3. Struktura pracy Struktura pracy odbiega od zwykle przyjmowanej formy. Ma objętość 104 numerowanych stron w tym oraz 13 stronicowy aneks zawierający tabele wyników surowych. Praca składa się z 10 rozdziałów oraz wykazu literatury, spisu tabel, rysunków i zdjęć. Rozdział Wstęp zawiera krótkie wprowadzenie w zagadnienie rekultywacji, zwłaszcza w kierunku leśnym. Autorka skupia uwagę na fitomelioracyjnym znaczeniu olszy. Tezy i cel pracy są tu wyodrębnione, jako odrębny rozdział. W trzecim rozdziale Autorka 2

3 opisuje stan obecnej wiedzy, omawia aspekty prawne rekultywacji, następnie opisuje fazy, kierunki i modele rekultywacji. Omawiając rolę roślinności na rekultywowanych terenach zdegradowanych, Autorka powołuje się głównie na badania Krzaklewskiego, Gołdy oraz Karczewskiej. W dalszej części, koncentrując się już biologii gatunków olsz, Autorka omawia ich zasięg występowania i preferencje siedliskowe. Osobny rozdział jest poświęcony symbiozie olsz z bakteriami Frankia, następny rozdział opisuje zastosowanie olsz w rekultywacji. Jego treść (np. cytowania prac Wójcika i Krzaklewskiego, Chodaka i Niklińskiej), przybliża stan tych badań, które są już bezpośrednio związane z celem pracy. Ostatnia część przeglądu literatury dotyczy właściwości gleb i ich roli w ocenie jakości rekultywacji. W pierwszej kolejności omówione są właściwości podstawowe, jak zawartość węgla organicznego, azotu i ph, następnie właściwości związane z aktywnością biologiczną gleb: respiracja, biomasa mikrobiologiczna i aktywność enzymatyczna. Rozdział czwarty jest poświęcony omówieniu terenu badań tj. położenia badanych obiektów: Szczakowa oraz Bełchatów, ich krótka historia, sposób wyboru i charakterystyka powierzchni badawczych, zabiegi rekultywacyjne, w szczególności zastosowane nawożenie. W rozdziale zatytułowanym Metodyka oznaczeń mikrobiologicznych właściwości gleb opisano, zasadnicze dla tej pracy, zastosowane metody analizy właściwości biochemicznych. Następny podrozdział zawiera opis metod służących analizie właściwości fizyko-chemicznych gleb. Rozdział czwarty kończy opis zastosowanych analiz statystycznych. W tym miejscu należałoby oczekiwać rozdziału zatytułowanego "Wyniki". Zamiast niego pojawia się kolejno pięć rozdziałów cechujących się pewną samodzielnością, szczególnie w zakresie metodycznym. Te rozdziały to: Wpływ olszy czarnej i zielonej na wybrane właściwości chemiczne i aktywność mikrobiologiczną piaszczystych gleb industrioziemnych. Właściwości chemiczne i mikrobiologiczne industrioziemów o różnym składzie granulometrycznym pod olszą czarną. Wpływ olszy czarnej, szarej i zielonej na właściwości chemiczne i aktywność mikrobiologiczną wytworzonych z odpadów paleniskowych. Wpływ olszy czarnej nasadzonej rzędowo w otoczeniu sosny zwyczajnej na właściwości chemiczne i aktywność mikrobiologiczną industroziemów. Wpływ olszy czarnej nasadzonej pojedynczo w otoczeniu sosny zwyczajnej na właściwości chemiczne i aktywność mikrobiologiczną industrioziemów. 3

4 Wszystkie omówione rozdziały mają podobną strukturę: krótki, ok. jednostronicowy wstęp, drugą stronę zajmują zwykle zagadnienia metodyczne, następnie omówione są wyniki, zależnie od hipotezy badawczej, porównujące wpływ różnych gatunków olsz na właściwości gleb, wpływ różnego uziarnienia, lub zmiany w glebie wraz z odległością od rzędów drzew czy pojedynczych nasadzeń. Wyniki są prezentowane w formie zestawień tabelarycznych bądź też wykresów. Rozdziały kończą się dyskusja wyników oraz krótkim podsumowaniem. Zasadnicza część pracy uwieńczona jest rozdziałem "Wnioski, który rozpoczyna się od krótkiego przypomnienia, co było przedmiotem pracy, a następnie Autorka, kierując się przyjętą w nauce ostrożnością, sformułowała sześć punktów, wynikających ze wszystkich, przedstawionych wcześniej oddzielnie zagadnień. Autorka stwierdza m.in., że: Olsza czarna wpływa korzystniej na badane właściwości gleb niż olsza zielona, Cięższe uziarnienie gleby wpływa korzystnie na akumulacje węgla i inne właściwości, gleb pod olszą czarną, Porównanie trzech gatunków olsz rosnących na odpadach paleniskowych wykazało pewne różnice na korzyść olsz czarnej i szarej, ale głównie w poziomie organicznym, w mniejszym stopniu w pierwszej warstwie mineralnej, Olsza czarna wprowadzana rzędowo miała większy zasięg przestrzenny oddziaływania na glebę niż olsza wprowadzona w zmieszaniu pojedynczym. Pracę zamyka spis literatury zawierający 146 pozycji oraz Aneks. 4. Ocena ogólna pracy Po zapoznaniu się z pracą stwierdzam, że stanowi ona oryginalne rozwiązanie problemu naukowego, dowodzi ogólnej wiedz teoretycznej kandydatki oraz umiejętność samodzielnego prowadzenia pracy naukowej. Stwierdzenie to oparte jest o następujące przesłanki: - w pracy postawiono tezy i cele badawcze wynikające z luk w dotychczasowej wiedzy i aktualnego zapotrzebowania na badania, - metodyka prac terenowych, laboratoryjnych oraz sposób opracowania statystycznego nie budzą w mojej ocenie zastrzeżeń, a co najwyżej pytania, - omówienie wyników badań oraz ich dyskusja, choć rozbita na nietypowe rozdziały, w sposób konsekwentny nawiązuje do postawionej hipotezy badawczej, - wnioski wynikają z przeprowadzonej dyskusji i stanowią końcowy etap ustosunkowania się do hipotezy badawczej. 4

5 - praca napisana jest starannie, czyta się ją łatwo i płynnie. Te wymienione cechy są w mojej ocenie podstawą do wystawienia pozytywnej oceny dysertacji mgr inż. Katarzyny Sroka. 5. Uwagi (krytyczne i dyskusyjne, sugestie) Za nieco kontrowersyjną można uznać strukturę pracy - w miejscu, gdzie czytelnik oczekuje napotkać rozdział "Wyniki", pojawia się pięć częściowo niezależnych rozdziałów, z których każdy ma swój wstęp, wyniki, dyskusję i podsumowanie. Usprawiedliwieniem dla takiego podejścia jest pewna odrębność metodyczna, zapewne wynikając z sytuacji zastanej w terenie badań. Wydaje się też, że takie podejście jest dobrą sytuacją wyjściową do transformacji pracy w publikacje. Nie mniej, dochodzi tu do pewnej ilości powtórzeń treści, dość uciążliwych dla czytelnika odniesień do wcześniejszych rozdziałów z części ogólnej. Nie sądzę też, że wszystkie omówione zagadnienia zasługują na indywidualne podejście. Przykładowo, wyniki porównania wpływu olszy na piaskach i glinach były łatwe do przewidzenia. Moim zdaniem istniała możliwość połączenia tego materiału w układ klasyczny, ale uważam też, że zaproponowany układ też jest akceptowalny. W tytule pracy w pierwszej kolejności pojawia się "aktywność mikrobiologiczna", co sugeruje, ze w tej pracy jest ona ważniejsza od innych właściwości, dlatego oczekiwałbym, ze w tekście pracy właściwości mikrobiologiczne będą omawiane, jako pierwsze. W "Celu pracy" stwierdzenie "oszacowanie zasięgu oddziaływania olszy..." brzmi dość enigmatycznie, zwłaszcza podczas pierwszego czytania, nie wiadomo czy w ogóle chodzi o zasięg przestrzenny, a jeśli tak to czy chodzi o zasięg poziomy, pionowy czy może oba. Industrioziemy mają swoje miejsce w klasyfikacji czy systematyce gleb, co powinno być, choć krótko w pracy wspomniane. Zawartość składników pokarmowych w roślinie zależy od ich dostępności w roztworze glebowym, a nie całkowitych form w glebie. Te mogą być bardzo mylące, ze względu na szereg ograniczeń regulujących wietrzenie i rozpuszczalność. Dlatego nie uważam za sensowne stosowanie wskaźnika bioakumulacji, nawet, jeśli jest on przyjęty w literaturze, zwłaszcza w sytuacji, kiedy są dostępne informacje o zawartości składników pokarmowych w wyciągu wodnym. 5

6 W trzech pierwszych rozdziałach badawczych brakuje mi nieco analizy z zastosowaniem wykresów punktowych. Przykładowo, można by przedstawić z podziałem na gatunki, zależność poszczególnych właściwości od zawartości węgla organicznego w glebie. Sugerowałbym obliczenie wskaźników proporcjonalnych udziału poszczególnych składników w stosunku do CEC lub Corg np. Ca/CEC, Ca/Corg. Jest to rodzaj standaryzacji, dzięki któremu niweluje się wpływ zróżnicowanej zawartości materii organicznej i dość dobrze oddaje wpływ poszczególnych gatunków. Jednostką dla kationów wymiennych powinno być centymol ładunku na kg gleby czyli cmol c kg -1, nie jest to tożsama jednostka z cmol kg -1. Jednostką zawartości Corg powinien być g kg -1. Zamiast ppm powinny być użyte mg kg -1. Należy jednolicie stosować sposób zapisu jednostek np. mg kg -1 zamiast mg/kg. W metodyce dotyczącej respiracji bazowej powinno sie wyjaśnić jak była przygotowana ślepa próba. Na stronie 30 pojawia się skrót s.m., później na tej samej stronie d.w. (dry weight?) Zastanawia mnie, dlaczego przy pomiarze ph zastosowano proporcję gleba-roztwór 1:2,5. Właściwa norma mówi o proporcji 1:5. Przy opisie metody ekstrakcji z octanem amonu powinno być podane ph odczynnika (7?). Kationy były oznaczone przy pomocy spektrometru ICP lub techniką ICP, nie jest to metoda ICP. Na stronie 39, wiersz 5, pojawia się stwierdzenie, że gleby pod olszą zawierały więcej C niż pod olszą zieloną, ale różnice nie były istotne. W kontekście analizy statystycznej, jeśli różnice nie były istotne to zawartość C nie różniła się. Tytuł tabeli 5.4 i tabel podobnych w kolejnych rozdziałach powinien zaczynać się od "wybrane właściwości..". Właściwości sorpcyjne trudno zaliczyć do składu chemicznego gleby. Fragment dyskusji na dole strony 44 dotyczący zawartości Mg rozpuszczonego w wodzie - sądzę, że wyjaśnieniem byłaby tu zawartość Mg w rozpuszczonej materii organicznej a nie zawartości całkowitej formy Mg w glebach. Praca Clarholm 2013 cytowana na stronie 54 jest autorstwa Clarholm i Skyllberga Dane przedstawione w tabeli 7.4 wskazują, że pojemność sorpcyjną tych gleb wynosi cmol c kg -1. Natomiast na podstawie zawartości C, iłu oraz znanych zależności można sądzić, że pojemność sorpcyjna tych gleb powinna wynosić ok 12 cmol c kg -1. 6

7 Wynika z tego, że duża ilość kationów oznaczonych, jako wymienne to formy niewymienne, ale rozpuszczalne w wodzie. Potwierdza to duża ilość kationów w ekstrakcie wodnym. Oznacza to też, że zastosowana metoda ekstrakcji z zastosowaniem octanu amonu jest niewłaściwa. Jest to znany problem w podobnych glebach, wg mojej wiedzy dotychczas nierozwiązany. W tabeli II (aneks): czy jednostką masy poziomu O na 1 m 2 mają być g? Wynik wydaje się mało wiarygodny. W tabelach VII oraz VIII wartości ph H 2 O i KCl są zamienione. 6. Podsumowanie Pomimo szeregu uwag, które przedstawiłem w recenzji, w większości dyskusyjnych, uważam, że cel pracy został zrealizowany a uzyskane wyniki mają duże znaczenie naukowe, również aplikacyjne. Wymienione uwagi mogą być z łatwością uwzględnione przy przygotowaniu prac do druku. Autorka udowodniła, że posiada dobrze dopracowany warsztat badawczy oraz umiejętność pisania prac naukowych. Rozprawa jest wykonana poprawnie i stanowi oryginalne rozwiązanie problemu naukowego. Autorka wykazała się pasją badawczą, znaczną wiedzą teoretyczną, a także umiejętnością samodzielnego prowadzenia badań naukowych. Stwierdzam, że praca przedstawiona przez Panią mgr inż. Katarzynę Sroka pt. Oddziaływanie olszy na aktywność mikrobiologiczną i wybrane właściwości chemiczne industrioziemów spełnia kryteria rozprawy doktorskiej określone w art. 13 Ustawy z dnia r., o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki (tj. Dz. U poz z pózn. zm.), i składam wniosek o dopuszczenie jej Autorki do dalszych etapów postępowania w przewodzie doktorskim. Kraków, 11 lipiec 2018 r. 7