dr inż. arch. kraj. Marzena Suchocka Instytut Gospodarki Przestrzennej i Mieszkalnictwa Warszawa, Wydział Ogrodnictwa i Architektury Krajobrazu SGGW ROLA SYSTEMU KORZENIOWEGO DRZEW I BARIERY ICH ROZWOJU W WARUNKACH MIEJSKICH Długość życia drzew w miastach drastycznie się skraca. Średnia długość życia nowo posadzonych drzew w śródmieściu Warszawy nie przekracza 10 lat (Dmuchowski, Bandurek, za Kosmalą 2001). W wyniku prowadzonych prac badawczych uzyskano nowe informacje na temat zasięgu sytemu korzeniowego drzew. Dane te łamią stereotypy myślenia na temat korzeni drzew i mogą być zaskakujące zarówno dla projektantów, jak i wykonawców różnych dziedzin infrastruktury miejskiej. Stwierdzono bowiem, iż jedną z głównych przyczyn zamierania drzew w miastach jest wadliwy rozwój i uszkodzenie systemu korzeniowego (Kosmala 2001, Szczepanowska 2001). Obecny niedostatek wiedzy o procesach rozwoju drzew, zwłaszcza funkcjonowaniu systemu korzeniowego, powoduje pogarszanie się stanu drzew. Drzewa w miastach masowo obumierają a proces ten mógłby być przynajmniej spowolniony przez świadome zastosowanie dostępnych nam rozwiązań technicznych i praktyk, które mogą poprawić warunki rozwoju ich korzeni (fot. 1). Fot. 1 Drzewa, których korzenie narażone są na ubicia gleby w której rosną, zasolenie lub uszkodzenia mechaniczne związane z robotami ziemnymi mogą tracić liście już w połowie lipca. Po kilku sezonach drzewo żyjące w takich warunkach zamiera.
Jak wyobrażamy sobie system korzeniowy? Z badan wynika, że większość korzeni w warunkach miejskich jest zlokalizowana w warstwie do 30 cm od powierzchni gleby i ich zasięg może być 2 do 4 razy większy, niż średnica korony drzewa. Korzenie w miastach rosną miejscach, gdzie znajdą odpowiednie warunki glebowe, zasobne zwłaszcza wodę, tlen i składniki pokarmowe. Zdrowotność drzew zależy zatem od objętości i jakości przestrzeni glebowej zajętej przez korzenie. W miastach mamy do czynienia z różnymi elementami zabudowy jak drogi, instalacje i struktury podziemne, które ograniczają rozwój korzeni. Występują ponadto takie niekorzystne zjawiska, jak zagęszczenie ziemi, które zmniejsza makropory, a tym samym powoduje ograniczenie zasobów tlenu w glebie. Występują ponadto zmiany w strukturze gleby oraz zubożenie warstwy urodzajnej, a także nieprawidłowe nawadnianie, lub jego niedostatek. Wszystkie te przyczyny wpływają na osłabianie pracy i uszkodzenie korzeni, co powoduje ograniczanie wzrostu drzew, zwiększa stres oraz podatność na choroby i szkodniki. Stąd wiedza na temat znaczenia odpowiedniego środowiska glebowego jest fundamentalna dla utrzymania żywotności i prawidłowego rozwoju drzew w miastach. Korzenie utrzymują drzewo w pozycji pionowej i służą jako kotwica części drzewa powyżej poziomu gruntu. Korzenie absorbują i transportują wodę i rozpuszczone w niej minerały z gleby do części nadziemnej drzewa. Korzenie są też magazynami składników pokarmowych w komórkach miękiszu, które są niezbędne wiosną do budowy listowia. Powszechnie panuje wyobrażenie dotyczące systemu korzeniowego drzewa jako symetrycznego odbicia jego korony. Dotychczasowe założenia dotyczące typu systemu korzeniowego w trudnych warunkach miejskich ulegają dużej weryfikacji. Podczas gdy korony drzew utrzymują swoje formy pokrojowe, jak np. kulista, kolumnowa czy stożkowa, system korzeniowy drzew w mieście ulega znacznej modyfikacji w zależności od rodzaju gleby, na której rosną i dostępnych miejsc zasobnych w wodę, tlen i składniki pokarmowe. Dotyczy to również drzew w warunkach naturalnych. Korzenie mogą zajmować bardzo nieregularną powierzchnię w trudnych warunkach miejskich, w zagęszczonym podłożu, pełnym gruzu, barier i ubogim w powietrze glebowe. W tych warunkach nie sprawdza się podział drzew na posiadających systemy talerzowe, palowe czy sercowe. Szacuje się, że łączna długość systemu korzeniowego dojrzałego drzewa wynosi ponad 100 km i jest zwykle dłuższa, niż sumaryczna długość pędów i gałęzi (Kosmala, 2005). Korzenie zawsze podążają we właściwym kierunku System korzeniowy drzewa składa się z systemu korzeni centralnych zawierających duże korzenie wieloletnie i małe, krótko żyjące korzenie żywicielskie. Duże zdrewniałe korzenie centralne, zwane statycznymi i ich części u nasady pnia, (czyli szyja korzeniowa) to system 4 do 11 dużych korzeni głównych. Przeważnie sięgają one na odległość od 1m do 3 m od pnia i zazwyczaj nie rosną głębiej niż 30 do 100 cm. Korzenie te rosną i powiększają swoje średnice. Ich funkcją jest przewodzenie wody i związków mineralnych oraz zakotwiczenie drzewa. Dodatkowo, aby utrzymać pozycję pionową drzewo wytwarza elastyczne korzenie drugiego rzędu, podobne do lin, grubości 1-2,5 cm, rozmieszczone pionowo lub ukośnie, których funkcją jest również przeciwdziałanie sile wiatrów. Korzenie żywicielskie z powodu drobnych rozmiarów nazywane są również włośnikowymi. Pomimo tego, że rozrastają się w strefie 7-15 cm poniżej poziomu gruntu, stanowią główną część powierzchni systemu korzeniowego. Te małe, nie zdrewniałe i silnie rozgałęzione korzonki rozprzestrzeniają się na zewnątrz bryły korzeniowej, jako przedłużenie grubych korzeni zdrewniałych, w pobliżu powierzchni gleby, gdzie relatywnie obficiej
występują minerały, woda i tlen. Główną funkcją korzonków żywicielskich jest absorpcja wody i minerałów. Korzenie potrzebują tlenu z powietrza glebowego, aby przekształcić zmagazynowane substancje odżywcze na energię (oddychanie) i pobierać mikroelementy. W normalnych warunkach korzonki żywicielskie zamierają i są zastępowane w regularnych cyklach, wymieniając się kilkakrotnie w ciągu roku. Czasami w dobrych warunkach powierzchnię korzeni włośnikowych zwiększają strzępki grzyba (mikoryza) tworząc tzw. mufki. Korzenie rosną tam gdzie w glebie znajduje się woda, substancje mineralne i tlen. Ponieważ największe zaopatrzenie tych substancji w glebach miejskich zazwyczaj jest zlokalizowane w wierzchniej warstwie gleby, dlatego największe zagęszczenie korzeni żywicielskich żyje w tej warstwie (Craul 1994, Szczepanowska 2001, Kosmala 2001, Shigo 2007). Czasami korzenie przedostają się do wody gruntowej. Korzenie drzew są najbardziej aktywne na końcu obwodu korony, gdzie najczęściej spadają krople deszczu. Jednakże w miastach około 60 % korzeni można znaleźć poza zasięgiem korony. Na ulicach gdzie przeważnie linia skapywania kropel z korony drzew jest pokryta płytami lub asfaltem, korzenie wędrują wzdłuż każdego spękania i szczeliny w poszukiwaniu życiodajnej wody i powietrza. Innym bardzo ważnym czynnikiem, który determinuje wzrost korzeni jest zagęszczenie i temperatura gleby. Zagęszczenie ogranicza dostępność minerałów i tlenu, bez których korzenie giną. W niektórych przypadkach twarda, zagęszczona gleba może pojawić się w pobliżu powierzchni, co ogranicza wzrost korzeni i uniemożliwia pobieranie wody i minerałów. Siła korzeni jest ogromna Szczepanowska (2001) podaje, że wewnętrzne ciśnienie wytwarzane przez komórki, może osiągnąć siłę 10,15 czy 20 atmosfer i porównywane jest do nacisku na ciało zanurzone na głębokości 90-140 m. Jest to siła, która mogłaby zgnieść łódź podwodną marynarki wojennej, używaną w II Wojnie Światowej. W praktyce oznacza to, że korzeń długości 30 cm i średnicy 2,5 do 5 cm może podnieść płytę betonową o wym. 3 x 1,2m. Korzenie rosną w temperaturze powyżej 4,5 o C, w niższej udają się na spoczynek. Powyżej temperatury 35 o C obumierają. W upalny dzień asfalt nagrzewa się do 50 o C. Naturalni sprzymierzeńcy drzew Drzewa w grupach mogą łagodzić uciążliwe oddziaływanie środowiska miejskiego, a zwłaszcza nasilenie gorąca emanującego od budynków i chodników. Wytwarzają one wzajemnie korzystny mikroklimat dzięki ocienianiu siebie nawzajem i powierzchni gleby. Ocieniona gleba jest wilgotniejsza niż gleba w pojedynczej misce otoczonej ze wszystkich stron betonem. O tym jak ważna jest każda okoliczność pozwalająca na zwiększenie zapasu wody dostępnej dla drzew świadczy fakt, że dojrzałe drzewo liściaste wyparowuje od 135 do 450 litrów wody w ciągu letniego dnia (Szczepanowska, 2001). Powszechne zjawisko współżycia drzew leśnych ze strzępkami grzybni w próchnicznych warstwach gleby, czyli zjawisko mikoryzy, zaczyna się dostrzegać dopiero obecnie. Strzępki grzybni zwiększają powierzchnię chłonną włośników, łącząc się z nimi i oplatając, tworzą tzw. mufkę. W trudnych miejskich warunkach i przy ogromnej walce o wodę i składniki pokarmowe strzępki grzybni powiększają znacząco obszar penetracji drzewa w poszukiwaniu życiodajnych substancji. Zasięg grzybni w symbiozie z korzeniami drzew może sięgać nawet 300 m. Badania wskazują, że grzybnia chroni korzenie drzew przed wieloma patogenami - które prawdopodobnie mają problemy z rozbudową własnych populacji w zdominowanym przez grzyby środowisku. Niektóre grzyby przyspieszają wzrost korzeni drzew. (Kosmala 2001, Szczepanowska 2001, Shigo 2007).
Drzewa w grupach potrafią przekazywać sobie nawzajem wodę i składniki pokarmowe za pomocą mikoryzy. Gorzej odżywione drzewo rosnące w cieniu może otrzymać wsparcie w postaci zaopatrywania w aminokwasy od drzew żyjących w lepszych warunkach, a drzewo z dostępem do wody podzielić się nią z drzewem na suchym terenie. Co powoduje stres drzew? Wiele czynników powoduje zahamowanie wzrostu i uszkodzenia korzeni drzew. Niektóre z nich są niemożliwe do uniknięcia. Część z nich jednak można uniknąć lub zminimalizować przy zastosowaniu odpowiednich metod sadzenia i stosowania zabiegów pielęgnacyjnych. Jednym z największych morderców drzew jest zagęszczenie gleby, które ogranicza dostępność wody i tlenu do korzeni drzew. Zalanie i utrzymywanie się wody przez czas dłuższy powoduje wypełnienie porów gleby wodą i problemy z pobieraniem tlenu (procesy beztlenowe). Oddychanie beztlenowe korzeni jest procesem awaryjnym, a produkty oddychania zatruwają i niszczą korzenie, doprowadzając do śmierci drzewa. Woda jest niezbędna do rozwoju korzeni i pracy całego drzewa. Niedostatek nawodnienia jest szczególnie niebezpieczny dla nowo posadzonych drzew, zwłaszcza wtedy, gdy jest zredukowana znaczna część systemu korzeniowego i drzewo znajduje się w stresie. Szczególnie szkodliwe jest używanie soli i innych chemikaliów do odśnieżania tras komunikacyjnych. Zmiany w grubości warstwy gleby mogą poważnie uszkodzić system korzeniowy (fot. 2). Dodanie 5 do 15 cm gleby nad strefą korzeniową drzew drastycznie ogranicza ilość tlenu i wody osiągalną dla korzeni. Zdjęcie wierzchniej warstwy gleby może odkryć i uszkodzić korzenie, spowodować przesuszenie i śmierć korzeni żywicielskich (Coder 2000). Obcięcie korzeni, powodowane przez wykopy i rowy pod instalacje, pozbawiają drzewa znacznej części systemu korzeniowego, co prowadzi do zatrzymania procesu pobierania wody i składników mineralnych (Szczepanowska 2001, Johnson 2005). Uszkodzenia te zatrzymują lub spowalniają procesy wzrostu, ponieważ drzewo zużywa swoje zapasy energetyczne na odbudowę utraconej części korzeni. Również uszkodzenia kory są szczególnie niebezpieczne, ponieważ komórki istotne dla transportu soków i wody znajdują się tuż pod powierzchnią kory i nawet niewielkie poprzeczne zranienie kory pnia, konarów lub nabiegów korzeniowych osłabia drzewo, a przy poprzecznym okorowaniu pnia powyżej 50% obwodu, może spowodować konieczność usunięcia drzewa. Obcięcie części głównych korzeni może spowodować ponadto zachwianie równowagi i wywrócenie drzewa. Drzewo przygotowywane do sadzenia w szkółce i w tym celu wkładane do balotu traci 95 do 98% systemu korzeniowego, co powoduje u niego stres wodny - drzewo po posadzeniu zaczyna rosnąć dopiero po osiągnięciu równowagi z systemem korzeniowym - zazwyczaj po kilku latach. Podobny stres u drzewa powoduje np. przeprowadzenie, nawet płytkiego, rowu do ułożenia instalacji 0.5 m od pnia drzewa (fot. 3). Przestaje istnieć cała cześć korzeni poza rowem, może to być nawet 50 % lub więcej (w zależności od układu korzeni i infrastruktury). Drzewo w trudnych miejskich warunkach, które przeszło, lub przechodzi kolejne stresowe sytuacje może nie poradzić sobie z następnym koniecznym wysiłkiem drzewa potrzebnym na obronę i odbudowę tkanek. W związku z nawarstwiającymi się w ciągu życia w terenach zurbanizowanych przyczynami i skutkami stresów, drzewo stosuje strategię przeżycia zamiast koniecznej strategii wzrostu. Drzewo uruchamia energochłonne mechanizmy obronne i koncentruje się na walce ze szkodnikami, leczeniu ran po cięciach i uszkodzeniach, suszą, konstrukcjami i nieprzyjazną glebą, zamiast zużywać energię na rozwój.
Fot. 2 Jedna z praktyk budowlanych poważnie uszkadzających korzenie zdjęcie wierzchniej warstwy gleby w zasięgu systemu korzeniowego. Pojedynczy czynnik powodujący uszkodzenie systemu korzeniowego zazwyczaj nie skutkuje natychmiast obumarciem drzewa. Drzewo jest osłabione, i na skutek niekorzystnych warunków, trudności ze zdobywaniem pożywienia i chorób zamiera po kilku kilkunastu latach. Najczęściej nikt już wtedy nie wiąże jego śmierci z przeprowadzeniem instalacji w systemie korzeniowym lub budową sąsiedniego osiedla, która obniżyła poziom wody gruntowej. Fot. 3 Na zdjęciu po lewej liście lipy drobnolistnej, której korzenie zostały obcięte w 40% przez prace budowlane, w porównaniu z liśćmi tego samego gatunku drzewa rosnącego w sąsiedztwie o nie uszkodzonych korzeniach. Zdjęcie wykonano w następnym sezonie wegetacyjnym po wykonaniu wykopu.
Symptomy chorób korzeni to małe, żółte, chlorotyczne liście, mniejszy wzrost, kępiaste liście na końcach gałązek, owocniki grzybów przy podstawie pnia, jak również biały nalot pod korą (fot. 4). Objawy zbyt niskiej zawartości tlenu w glebie są identyczne jak zbyt niska urodzajność gleby zmiana koloru liści i utrata żywotności - drzewo nie ma energii by absorbować wodę. Symptomy problemów z korzeniami spowodowanych uszkodzeniami konstrukcyjnymi mogą pojawić się po roku do kilku lat po uszkodzeniu. Wszystko, co zmienia stan gleby lub dostępność wody i tlenu może być ekstremalnie szkodliwe, szczególnie dla dojrzałych drzew i starodrzewu, który nie toleruje zmiany warunków w strefie korzeni. Młode drzewa czasami są w stanie się przystosować np. wypuszczając płytsze korzenie z pąków przybyszowych. Należy unikać wszelkich praktyk, które uszkadzają korzenie; w tym zagęszczenie gleby, zmiany grubości gleby w zasięgu systemu korzeniowego, uszkodzenia mechaniczne, niewłaściwe techniki nawadniania i nawożenia, zasolenie. Jeżeli nie można uniknąć tych działań, należy minimalizować uszkodzenia poprzez techniki ochronne. Fot.4 Płytki wykop, taki jak ten na zdjęciu o głębokości ok. 60 cm, jest równie niebezpieczny dla korzeni drzewa jak wykop głębszy. W obu wypadkach zostanie uszkodzona ta sama liczba korzeni. Bardzo trudne jest kontrolowanie chorób systemu korzeniowego, najlepszym sposobem jest eliminacja powodu stresu a następnie poprawa warunków glebowych, odpowiednie nawożenie, nawadnianie i walka ze szkodnikami. Należy o to zadbać już przez odpowiednie przygotowanie gleby, w której drzewa zostaną posadzone. Pozwala to na uniknięcie wielu nakładów na pielęgnację drzew w przyszłości. Zaleca się sadzenie drzewa z udostępnieniem mu powierzchni korzenienia nie mniejszej niż 25m 2 (Siewniak, 2001). Mulczowanie jest zbawiennym zabiegiem dla drzew. Zabieg ten stosowany jest pod drzewami, aby polepszyć aerację i dostępność wody i zmniejszyć konkurencję innych roślin Warstwa 2,5m prawidłowo położonej ściółki pod młodymi drzewami może zwiększyć 4-krotnie gęstość korzeni w porównaniu z drzewami gdzie ściółki nie zastosowano. Ściółka ponadto zwiększa wilgotność gleby, aktywność mikoryzy i po ok.3 5 latach może zredukować poziom zagęszczenia gleby. Staranne przygotowanie podłoża i troska o korzenie eliminuje większość problemów związanych z utrzymaniem i pielęgnacją drzew i znacząco obniża koszty związane z utrzymaniem drzewostanu we właściwym stanie. Troska o korzenie drzew jest niezbędna
jeżeli chcemy zminimalizować negatywny wpływ trudnego dla drzew środowiska miejskiego oraz wydłużyć okres życia drzew w mieście. Literatura Coder K.D. 2000. Tree Root Growth Requirements http://www.snca.org/enviro/trees/pdfs2/treerootgrowth.pdf Craul P.J., 1994, Urban Solis; An Overwiew and Their Future [w:] Landscape Below Ground, The International Society of Architecture, Savoy, USA. Johnson G. R. 2005. Protecting Trees from Construction Damage: A Homeowner's Guide http://www.extension.umn.edu/distribution/housingandclothing/dk6135.html#roo; Kosmala M. 2001: Systemy korzeniowe drzew - fakty i mity. Materiały Konfer. Naukowo-Technicznej - Zieleń Warszawy - Problemy i Nadzieje - 5 lat później Warszawa: 57-72. Kosmala M. 2004. Jak przedłużyć życie drzewom w miastach? Część I - Najważniejsze przyczyny zamierania drzew. Przegląd Komunalny 11 i 12:110-1 Shigo A. Shigo on trees systems. http://www.chesco.com/~treeman/shigo/index.html. Dostęp 12.12.2007 Szczepanowska H.B. 2001. Drzewa w mieście. Hortpress Sp. z o.o., Warszawa