dr hab. inż. Elżbieta Jamroz, prof. nadzw. UP Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu Instytut Nauk o Glebie i Ochrony Środowiska Wrocław, 19.03.2019r. Recenzja pracy doktorskiej mgr inż. Anny Ziółkowskiej pt. Przemiany związków fenolowych w glebach łąkowych Recenzję wykonano na zlecenie prof. dr. hab. inż. Jacka Długosza, Dziekana Wydziału Rolnictwa i Biotechnologii Uniwersytetu Technologiczno-Przyrodniczego w Bydgoszczy. Praca doktorska zrealizowana została pod kierunkiem prof. dr hab. inż. Bożeny Dębskiej oraz promotora pomocniczego - dr inż. Magdaleny Banach - Szott. 1. Wybór tematu i jego uzasadnienie Równowaga ekosystemów lądowych i wodnych warunkowana jest wieloma, wzajemnie powiązanymi ze sobą procesami opartymi na akumulacji i przepływie składników między nimi. Szczególnie istotnym zagadnieniem jest przepływ węgla między ekosystemami lądowymi i atmosferą, ze względu na jego rolę jaką odgrywa w zapewnieniu stabilności środowiska naturalnego na Ziemi. Ważną funkcję w tym zakresie pełnią ekosystemy łąkowe, które wraz z pastwiskami stanowią około 10% powierzchni Polski i więcej niż 20% użytków rolnych. Użytki zielone pełnią bardzo ważną rolę w ekosystemach lądowych, zarówno produkcyjną jak też poza produkcyjną. Utrzymanie ich jest gwarancją zachowania różnorodności biologicznej. Gleby łąkowe magazynując glebową materię organiczną i próchnicę wspierają jej strukturę, zdolność magazynowania wody a także zwiększają jej odporność na procesy erozji. Postęp cywilizacyjny niesie ze sobą zmiany środowiska naturalnego. Obserwuje się ciągłe zmiany użytkowania obszarów rolniczych i leśnych i związane z tym problemy ich degradacji i dewastacji. Efektem tych przemian jest m.in. obniżenie zasobów materii organicznej i intensyfikacja procesów mineralizacji i humifikacji. Prawie 70% ilości węgla organicznego występuje w formie substancji humusowych, które podlegają ciągłym
przemianom pod wpływem czynników środowiska, takich jak właściwości gleb i sposób ich użytkowania, rodzaj pokrywy roślinnej czy też warunki klimatyczne. Szlaki formowania się substancji humusowych różnią się w zależności od typu ekosystemu, jednak niezależnie od teorii ich powstawania jedną z głównych ról pełnią w tych procesach związki fenolowe, jako składnik lignin. Mimo zaawansowanych technik badawczych stosowanych w analizach substancji organicznych, procesy jakie zachodzą podczas tych skomplikowanych przemian, zwłaszcza humifikacji, nie są do końca poznane. W świetle powyższych stwierdzeń wybór tematu wydaje się w najwyższym stopniu zasadny. Autorka podjęła się określenia roli związków fenolowych w procesach przemian materii organicznej gleb łąkowych, prowadzących do powstania substancji humusowych. Cel ten Autorka zamierzała osiągnąć poprzez identyfikację związków fenolowych i oznaczenie ich zawartości w glebach, roślinach oraz frakcjach kwasów huminowych i fulwowych ekstrahowanych z gleb. Doktorantka postawiła także tezę o wyższości metody re-hydrolizy nad hydrolizą kwasową w otrzymywaniu związków fenolowych. Uzyskane wyniki, opracowane statystycznie miały przyczynić się do poszerzenia wiedzy o procesach humifikacji. 2. Struktura pracy Przedstawiona do recenzji praca składa się z 6 głównych rozdziałów: wstęp i cel pracy, przegląd literatury, materiał i metody badań, omówienie wyników, dyskusja, wnioski oraz spis literatury, streszczenie i wykaz załączników. Rozdziały główne podzielone są w sposób logiczny na podrozdziały, dzięki czemu czytelnik ma wrażenie uporządkowania i właściwej sekwencji przedstawianych informacji. Układ pracy jest przejrzysty, prowadzi czytelnika przez zebrany materiał w sposób właściwy. Całość, łącznie ze spisem literatury oraz streszczeniami w językach polskim i angielskim, a także załącznikami, opiewa na 134 strony druku, w tym: 29 rysunków, 24 tabele oraz 16 tabel w formie załączników. 3. Materiał i metodyka badań W badaniach wykorzystano materiał badawczy, na który składało się 36 próbek roślin, w postaci siana, runi i korzeni oraz 36 próbek gleb, pobranych na terenie Kompleksu Łąk Czerskich, z kwater różniących się sposobem nawadniania, w różnej odległości od rowów nawadniających. Materiał i metody badań opisano szczegółowo na 13 stronach. Doktorantka w sposób prawidłowy dokonała doboru procedur analitycznych, prezentując
kolejne etapy ekstrakcji związków fenolowych w postaci czytelnych schematów blokowych, osobno dla próbek roślin i gleb, osobno dla frakcji kwasów huminowych i fulwowych. W osobnym podrozdziale Doktorantka przedstawiła analizę chromatograficzną związków fenolowych oraz sposób prezentacji wyników, a w ostatnim podrozdziale zaprezentowała testy statystyczne wykorzystane przy opracowywaniu wyników doświadczenia. 4. Dobór i wykorzystanie piśmiennictwa Doktorantka zebrała 96 pozycji literatury, na którą składają się w większości opracowania anglojęzyczne (52 pozycje), prawidłowo dobrane tematycznie. Warto podkreślić, iż Doktorantka umiejętnie wplotła najnowszą literaturę z ostatnich lat i cenny dorobek i wiedzę zawartą w nieco starszych publikacjach, co pozytywnie świadczy o dogłębnym studium tematu jaki przeprowadziła Autorka dysertacji. Ponad 30% pozycji literatury pochodzi z ostatnich 10-11 lat, co świadczy o aktualności podjętego przez Doktorantkę problemu. Dobrze dobrana literatura pozwoliła Autorce prawidłowo przeprowadzić dyskusję otrzymanych wyników oraz wyciągnąć wnioski. 5. Merytoryczna i formalna ocena pracy Zakres badań oraz część analityczna nie budzą zastrzeżeń. Jasno sformułowany tytuł pracy odzwierciedla zawarte w dysertacji treści. Podjęta tematyka jest ważna, pogłębiając wiedzę o procesach przemian substancji organicznych, a zwłaszcza procesów humifikacji. W rozdziale 2 Autorka przybliża czytelnikowi obiekt Łąk Czerskich, prezentując historię ich utworzenia oraz przegląd badań realizowanych na tym obszarze. W kolejnych podrozdziałach mgr inż. Anna Ziółkowska zwraca uwagę na rolę jaką pełnią gleby łąkowe w procesach sekwestracji węgla (rozdz. 2.2), a także szczegółowo prezentuje procesy przemian, jakim podlega materia organiczna w glebach, w tym mineralizację i humifikację (2.3). Podrozdział 2.4 Doktorantka poświęciła metodom izolacji związków fenolowych, w kontekście ich wydajności. Zasadniczą częścią, przedstawionej do oceny, dysertacji jest rozdział 4. Omówienie wyników oraz rozdział 5. Dyskusja. W wyniku przeprowadzonych licznych ekstrakcji dla wszystkich próbek materiału roślinnego oraz próbek gleb z poziomu A bardziej efektywna okazała się ekstrakcja z re-hydrolizą, dająca wyższe sumaryczne zawartości związków fenolowych, w porównaniu do hydrolizy kwasowej. Z punktu widzenia procesów humifikacji Autorka potwierdziła spostrzeżenia innych badaczy, stwierdzających malejące zawartości związków fenolowych wraz z głębokością w profilu glebowym, co jest związane z malejącą również wraz z głębokością- zawartością materii
organicznej. Bardzo interesującymi wynikami są otrzymane niższe zawartości związków fenolowych w ekstraktach z hydrolizatów z preparatów kwasów huminowych, w porównaniu do kwasów fulwowych, co słusznie wiąże mgr Ziółkowska z budową cząsteczek kwasów fulwowych, które charakteryzują się niższym stopniem kondensacji struktur aromatycznych, niższą masą cząsteczkową i większym udziałem prostych struktur alifatycznych, w porównaniu do molekuł KH. Doktorantka stwierdziła także, że proces humifikacji materii organicznej związany jest ze wzrostem udziału jednostek wanilinowych i syryngowych oraz zmniejszeniem udziału jednostek cynamonowych. Dotychczasowe badania innych autorów zgodnie potwierdzają, że skład ilościowy związków fenolowych zależy nie tylko od składu chemicznego materiału organicznego ale także od stopnia jego rozkładu. Otrzymane przez Doktorantkę wyniki są niezwykle cenne i wnoszą ciekawe spojrzenie na procesy przemian materii organicznej w glebach łąkowych. Zręcznie poprowadzona naukowa dyskusja uzyskanych przez Doktorantkę wyników została podzielona na podrozdziały wpływu metody hydrolizy na ilości uwalnianych związków fenolowych, zawartości związków fenolowych w próbkach materiału badawczego oraz parametry rozkładu lignin. Ostatni rozdział 6 Autorka opatrzyła tytułem wnioski, w którym zawarła 9 najważniejszych spostrzeżeń nasuwających się po analizie zebranego materiału badawczego. Wnioski są odpowiedzią na podjęty temat i postawione tezy badawcze. Lektura przedstawionej do oceny pracy nasunęła mi jednak kilka uwag krytycznych i dyskusyjnych: 1. W podrozdziale 2.2 dysertacji Autorka pisze, że cyt. Największą zawartość próchnicy obserwuje się w poziomie organicznym (O), gdzie sięga ona kilkudziesięciu procent. Trudno się zgodzić z tym twierdzeniem, gdyż próchnica to skondensowany produkt zaawansowanych przemian szczątków organicznych, mineralizacji i humifikacji, produkt trwały i odporny na procesy rozkładu. Poziom organiczny w glebach leśnych składa się w głównej mierze z materii organicznej słabo i średnio rozłożonej i shumifikowanej, zatem powyższe twierdzenie jest twierdzeniem nieco na wyrost. 2. W rozdziale 2.3.1 użyto twierdzenia, że szybkość procesu transformacji resztek roślinnych w glebach zależy głównie od wartości stosunku C:N. Należałoby użyć sformułowania zależy
od zawartości węgla i azotu, gdyż wartość stosunku C:N jest tylko miarą stopnia mineralizacji materii organicznej. 3. W tym samym rozdziale pada też stwierdzenie cyt. wartość stosunku C:N maleje wraz z głębokością profilu, a w poziomach próchnicznych profilu glebowego jest zazwyczaj szersza niż w poziomach mineralnych... Zdanie to sugeruje, że poziomy próchniczne nie są poziomami mineralnymi, co nie jest zgodne z prawdą. 4. Tabela 7 jest nieczytelna w obecnym układzie, powinna zostać podzielona na obiekty osobno oddalone o 5 i osobno o 25 m od rowu, gdyż odszukiwanie poszczególnych poziomów genetycznych jednego obiektu jest mocno utrudnione. 5. W rozdziale Metodyka badań powinna znaleźć się informacja według czyjego autorstwa prowadzona była ekstrakcja, ewentualnie czy była to metodyka własna lub/i w modyfikacji. Podobnie w przypadku ekstrakcji kwasów huminowych i fulwowych. 6. Rozdział 4., na str. 42 rozpoczyna fragment, który powinien zostać przeniesiony do rozdziału wcześniejszego, tj. Materiał i metody badań. 7. W rozdziale 5.2, na str. 98 Doktorantka pisze, że cyt. KF w porównaniu do KH odznaczają się niższym stopniem kondensacji jądra aromatycznego, dlatego zawierają w swej budowie więcej prostych struktur aromatycznych. Powinno być więcej struktur alifatycznych 8. W rozdziale 5.3 na str. 99 Autorka podaje, że kwasy fulwowe w porównaniu do kwasów huminowych charakteryzują się mniejszym stopniem humifikacji. Jest to często spotykane sformułowanie, które budzi szereg wątpliwości. Humifikacja, jak podaje Doktorantka w rozdziale 2.3.2, jest procesem biochemicznych przemian szczątków organicznych, prowadzącym do powstania substancji humusowych: kwasów huminowych, kwasów fulwowych i humin. Nie można zatem określić stopnia humifikacji jednej tylko wybranej frakcji. 9. Przy podejmowaniu próby określenia powiązań między zawartością związków fenolowych a stopniem humifikacji materii organicznej warto byłoby wykonać także podstawową analizę składu frakcyjnego próchnicy, na podstawie której można określić stopień humifikacji. Wnioskowanie o wpływie stopnia rozkładu materii organicznej na skład ilościowy związków fenolowych byłoby wówczas kompletne i podparte np. wyliczonymi indeksami humifikacji. 10. Drobne błędy stylistyczne i tzw. literówki zaznaczam w pracy doktorskiej i przekażę Autorce.
Zamieszczone powyżej uwagi są w większości natury formalnej i dyskusyjne i nie wpływają na wartość merytoryczną przedstawionej dysertacji. Mogą być pomocne przy dalszych opracowaniach i przygotowywaniu publikacji. Podsumowując stwierdzam, że pracę doktorską mgr inż. Anny Ziółkowskiej oceniam bardzo wysoko, jest to praca oryginalna, nowatorska, dostarcza wielu cennych informacji na temat związków między procesami humifikacji a składem ilościowym i jakościowym związków fenolowych. Doktorantka zebrała obszerny materiał badawczy, do którego dobrała właściwe zaawansowane i nowoczesne metody badawcze, co wskazuje na dobre przygotowanie mgr inż. Anny Ziółkowskiej do prowadzenia prac naukowych, świadczy o jej wnikliwości i bardzo dobrej organizacji pracy. 6. Wniosek końcowy Przedstawiona do oceny rozprawa mgr inż. Anny Ziółkowskiej pt. pt. Przemiany związków fenolowych w glebach łąkowych została wykonana zgodnie z wymaganiami Ustawy o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz stopniach i tytule w zakresie sztuki, z dnia 14 marca 2003, art. 14 ust.2 pkt. 2 (z późn. zmianami). Dlatego stawiam wniosek o dopuszczenie Doktorantki do dalszych etapów przewodu doktorskiego. Jednocześnie biorąc pod uwagę bardzo interesujące wyniki przeprowadzonych badań, zastosowane zaawansowane, specjalistyczne metody badawcze, rzetelność i jakość opracowania materiału badawczego, wnoszę o wyróżnienie przedstawionej mi do oceny pracy doktorskiej. Elżbieta Jamroz