7. Dyskusja
7.1. Ciepłolubne murawy na serpentynitach jako wyspowe ostoje różnorodności
7.2.1. Właściwości siedlisk
W zespole czynników środowiskowych oddziaływających na roślinność muraw na serpentynitach większość stanowią te niespecyficzne – takie jak kseryzm, niedobór azotu, fosforu i potasu itp. – kształtujące także warunki siedliskowe analogicznych zbio-rowisk roślinnych, które rozwinęły się na innych podłożach geologicznych. Murawy te są silnie nasłonecznione, zwraca uwagę ich suchość latem oraz widoczny słaby stopień
zaawansowania procesu glebotwórczego płytkich i kamienistych gleb. Czynniki specy-ficzne, wchodzące w skład tzw. kompleksu serpentynitowego (por. rozdz. 1), wynikają z osobliwości składu mineralnego skały macierzystej, dziedziczonych następnie przez rozwijające się z niej gleby.
Michalik (1979) przeprowadził klasyfikację stopnia kseryzmu roślin na terenie Ojcowskiego Parku Narodowego i stwierdził, że gatunki zakwalifikowane jako silnie kserotermiczne zajmują stanowiska o najwyższych wartościach nasłonecznienia względ-nego i maksimów termicznych, niemal wyłącznie na silnie nachylonych zboczach o wy-stawie południowej i południowo-zachodniej. Takie właśnie wystawy ma większość zachowanych płatów muraw ciepłolubnych na dolnośląskich serpentynitach. To, że war-tości potencjalnego rocznego ładunku ciepła są stosunkowo mało zróżnicowane i nie osiągają skrajnie wysokich wartości (dla naszych szerokości geograficznych), może wynikać z nieznacznego nachylenia stoków, na których występują murawy.
Proctor i Woodel (1975) stwierdzili, że pedogeneza gleb serpentynitowych zależy od klimatu, rzeźby terenu, tempa wietrzenia, składu chemicznego skały i czynników biotycznych. Powstająca gleba pod względem właściwości chemicznych niekiedy może się dalece różnić od skały macierzystej. Wspomniani autorzy, dążąc do syntetycznego przedstawienia cech ekosystemów rozwijających się na serpentynitach,w pierwszej ko-lejności wymieniają płytkie, kamieniste gleby o niskiej pojemności wodnej. Często skąpa pokrywa roślinna – zwłaszcza na stanowiskach reprezentujących wczesne stadia sukcesji – dodatkowo zwiększa łatwość ich wysychania. Na z reguły niskim poziomie zasobności występują w glebach serpentynitowych azot i fosfor, a odczyn, zbliżony przeważnie do obojętnego, niekiedy sięga wartości przekraczających pH 8. Niekorzystne dla życia ro-ślin właściwości fizyczne gleb i ich niska zasobność w podstawowe składniki pokarmo-we – jak wyżej wspomniano – nie są czynnikami specyficznymi dla gleb serpentynito-wych i często, nawet z większym natężeniem, występują w biotopach muraw kseroter-micznych na innych podłożach geologicznych. Wojtuń i in. (1993) w glebie (i roślinach) ze stanowiska ciepłolubnej murawy na serpentynicie stwierdzili wyższe koncentracje azotu całkowitego w porównaniu ze stanowiskiem analogicznej fitocenozy na bazalcie.
Dolnośląskie skały serpentynitowe wykazują zróżnicowanie stopnia serpentyniza-cji (Szumlas 1963, Maciejewski i Niśkiewicz 1979, Weber 1980a, Gunia 1992), czemu zapewne można przypisać istotne znaczenie w widocznym zróżnicowaniu ich składu chemicznego, a w tym zawartości pierwiastków współtworzących kompleks serpentyni-towy gleb. Do czynników decydujących o właściwościach gleb serpentyniserpentyni-towych Weber (1980a) zalicza przede wszystkim magnez zawarty w ich skałach macierzystych.
Z serpentynitów dolnośląskich powstają gleby brunatnoziemne o zróżnicowanym stopniu zaawansowania procesu brunatnienia. Weber (1981) w opisie ewolucji badanych przez siebie gleb wyróżnił stadium inicjalne przechodzące w rankiery brunatne, które następnie, zależnie od rodzaju siedliska, rozwijają się w kierunku gleb brunatnych wła-ściwych osiągających stadium klimaksowe bądź podlegających degradacji. Zdaniem Webera (l.c.) gleby darniowe i orne utrzymują się w stanie względnej równowagi geobiocenotycznej, podczas gdy gleby leśne pod wpływem silnego odgórnego zakwa-szenia przechodzą w gleby brunatne wyługowane o znacznie zmienionej charakterystyce kompleksu sorpcyjnego. W skrajnych wypadkach dochodzi do dalszych przekształceń gleb brunatnych wyługowanych w kierunku gleb płowych leśnych i brunatnych
bielico-wanych. Wydaje się, że badane w tej pracy obiekty z inicjalnymi stadiami sukcesyjnymi można zakwalifikować do obejmujących słabo przetworzoną zwietrzelinę serpentynitową stadiów inicjalnych procesu glebotwórczego wg Webera (l.c.), płytkie i kamieniste gleby dojrzałych postaci muraw – w większości do rankierów brunatnych, a znacznie już głęb-sze gleby stadiów degradacyjnych z rozwijającymi się traworoślami oraz gleby darniowe użytków zielonych badanych w niższych partiach stoków wzgórz serpentynitowych, do dalszych stadiów ewolucyjnych. Wskazane przez Webera (l.c.) zjawisko wtórnego od-górnego zakwaszenia zaznacza się w wypadku muraw o charakterze śródleśnych polan, które odznaczają się niższym w porównaniu z pozostałymi obiektami odczynem i silną kumulacją wolno rozkładającej się ściółki z (poza Radunią) dużym udziałem szczątków drzew iglastych.
Przeglądowe zestawienia danych dotyczących koncentracji w glebach form cał-kowitych i rozpuszczalnych pierwiastków wchodzących w skład kompleksu serpentyni-towego wskazują na stosunkowo dużą ich zmienność, nawet w wypadku kompleksów serpentynitowych występujących w tym samym rejonie (dane dla krajów europejskich, m.in.: Proctor i Woodel 1975, Shewry i Peterson 1975, 1976, Johnston i Proctor 1977, 1979, 1980, Slingsby i Brown 1977, Sasse 1979a, Vergnano Gambi i in. 1982, Carter i in. 1987, Looney i Proctor 1989ab, Menezes de Sequeira i Pinto da Silva 1992, Proctor 1992, Vergnano Gambi 1992, Rodenkirchen i Roberts 1993a, Chiarucci i in. 1998, Lom-bini i in. 1998, Shallari i in. 1998, Vardaki i Kelepertsis 1999, Chiarucci i in. 2001, Sa-mecka-Cymerman 2001, Nyberg Berglund i in. 2003, Freitas i in. 2004).
Przegląd przytoczonych wyżej źródeł pozwala uznać, że pogląd o istnieniu cha-rakterystycznego dla gleb serpentynitowych kompleksu obejmującego wysokie koncen-tracje magnezu, niskie wapnia, wysokie poziomy zawartości niklu, chromu i kobaltu jest zasadny w zdecydowanej większości wypadków, co nie oznacza braku wyjątków od tej reguły. Zdarzają się gleby serpentynitowe o zrównoważonych zawartościach magnezu i wapnia bądź nawet z przewagą tego ostatniego. Przedziały zawartości całkowitych metali ciężkich najczęściej wynoszą: dla niklu od kilkuset do ok.10000 µg g-1, chromu od kilku-set do kilkunastu tysięcy µg g-1, kobaltu od kilkudziesięciu do ok. 500 µg g-1. Kabata-Pendias i Kabata-Pendias (1993) dla gleb nieserpentynitowych podają następujące zakresy śred-nich zawartości tych pierwiastków w glebach: Ni: 4–90 µg g-1, Cr: 7–150 µg g-1, Co: 3–27 µg g-1. Fosfor ekstrahowany metodą Olsena w dolnośląskich glebach serpentynito-wych (średnia: 7.0 µg g-1) występuje na poziomie przeciętnie siedmiokrotnie niższym od wartości średnich dla gleb z brytyjskich serpentynitów obliczonych na podstawie danych Slingsby’ego i Browna (1977), ale ok. dwukrotnie wyższym od koncentracji w glebach z Francji i Włoch badanych przez Sasse (1979a). Zawartości fosforu i potasu wymiennego występujące w glebach dolnośląskich muraw na serpentynitach odpowiadają najniższym, ale też najczęściej występującym zawartościom podawanym przez Janssensa i in. (1998) z 281 badanych przez nich łąk w Belgii i kilku innych krajach zachodnioeuropejskich. Dane dotyczące azotu są skąpe i nieporównywalne, ponieważ są podawane przez więk-szość autorów jako zawartości całkowite, co daje ograniczoną informację na temat eko-logicznego znaczenia tego pierwiastka dla badanych siedlisk.
Zmiany właściwości gleb związane z postępującym procesem sukcesji polegają na wzroście miąższości profilu, zawartości azotu i fosforu oraz spadku koncentracji ma-gnezu wymiennego i całkowitego niklu. W odniesieniu do ostatniego z wymienionych
pierwiastków widoczna jest zgodność z obserwacjami Sasse (1979ab). Autor ten stwier-dził, że ekologiczna rola niklu ulega obniżeniu wraz z wzrastającym stopniem „dojrzało-ści” gleby od stanowisk pionierskich, gdzie pierwiastek ten ma decydować o specyfice siedlisk, do gleb głębszych, żyźniejszych i o mniej dotkliwym oddziaływaniu niklu na rośliny.
Maciejewski i Niśkiewicz (1979) oraz Weber (1980a) dla prób skał ze Szklar po-dają, w porównaniu z innymi masywami, znacznie wyższe koncentracje CaO. Może to tłumaczyć nietypowo wysokie zawartości wapnia w glebach powierzchni wyznaczonych w tym masywie. Z kolei wyniki badań serpentynitu z Masywu Grochowej prowadzone przez Chmurę (1960) wskazują na bardzo szeroki rozziew pomiędzy koncentracjami magnezu i wapnia, a dysproporcja ta powiększa się w trakcie wietrzenia skały. Również zawartości niklu rosną w wietrzejących skałach i najwyższe są w rozłożonym serpentyni-cie. Inicjalne gleby ze stanowiska G2 na skarpie kamieniołomu w Masywie Grochowej są takimi właśnie zwietrzelinami serpentynitowymi z małym udziałem materii organicz-nej i w nich stwierdzono największe nasilenie podstawowych czynników kompleksu serpentynitowego: najwyższą przewagę magnezu nad wapniem, przy jednych z najwyż-szych zawartościach niklu.
Koncentracje badanych pierwiastków w glebach zawierają się w przedziałach naj-częściej podawanych w cytowanych wyżej źródłach. Zastanawia wysoki udział ekstra-howanej frakcji wapnia zbliżony do jego zawartości całkowitych. W glebach badanych przez Sasse (1979a) udział ten był zbliżony do ok. 35, a u Lombini i in. (1998) do 40% całkowitych koncentracji pierwiastka. Być może należy złożyć to na karb niedoskonało-ści standardowej metody ekstrakcji wapnia za pomocą octanu amonu wobec szczegól-nych właściwości gleb serpentynitowych.
Zawartości określane w tej pracy jako całkowite są de facto „zbliżonymi do cał-kowitych”. Oznaczone zostały z zastosowaniem mineralizacji prób glebowych w mie-szaninie kwasów azotowego i nadchlorowego. Karczewska (2002) zauważa, że co praw-da uzyskane w ten sposób koncentracje nie w pełni odpowiapraw-dają całkowitym ilościom metali, to można jednak przyjąć, że pozostałość niepodatna na działanie mieszaniny kwasów nie ma praktycznego znaczenia środowiskowego.
Weber (1980a), który analizował zawartości niklu, chromu i kobaltu w próbach z wszystkich poziomów badanych profili dolnośląskich gleb serpentynitowych (w więk-szości w rejonie Masywu Ślęży), podaje następujące przedziały zawartości tych metali: 390–4200 µg g-1 Ni, 700–3670 µg g-1 Cr i 24–180 µg g-1 Co. Koncentracje metali na ogół zwiększają się wraz z głębokością , niekiedy w poziomach położonych bezpośrednio nad serpentynitem przekraczając zawartości w skale macierzystej.
Karczewska i in. (2001) w próbach z terenu kopalni w Szklarach stwierdzili kon-centracje całkowite niklu w zakresie 610–4400 µg g-1 w nienaruszonych glebach i 180– 17600µg g-1 w materiale ze zwałowiska oraz odpowiednio do2210µg g-1 i do1400µg g-1 chromu. Koncentracje form rozpuszczalnych niklu nie przekraczały 37 µg g-1. W tej pracy w próbach z powierzchni (n = 23) na wzgórzu w Szklarach uzyskano średnie cał-kowitych zawartości niklu i chromu odpowiednio: 4680 i 1160 µg g-1. Na powierzch-niach (n = 7) stanowiska S7 z pionierskim stadium rozwoju zbiorowiska murawowego we wnętrzu wyrobiska kopalni stwierdzono najwyższe zawartości obu pierwiastków, średnio: 7810 µg g-1 Ni (maks. 9990 µg g-1 ) i 1650 µg g-1 Cr (maks. 2020 µg g-1).
Jak podają Fedak i Niśkiewicz (1979), zawartości niklu w przypowierzchniowej zwie-trzelinie serpentynitowej eksploatowanej w Szklarach jako ruda tego metalu wynosiły 1– 1.5%. Po wyeksploatowaniu zasobniejszych partii złoża kopalnia została w 1983 r. za-mknięta, jednak można przypuszczać, że na powierzchni wyrobiska pozostały miejsca o pierwotnym poziomie zasobności w nikiel, takie jak powierzchnia S7.
Kabała i Szlachta (2000) badali zawartości metali ciężkich w składowanych na hałdach materiałach odpadowych z kopalni w Nasławicach, pochodzących z eksploato-wanych tam i zmielonych skał serpentynitowych. Analizowany materiał skalny odzna-czał się bardzo wysokim odczynem sięgającym nawet pH 8.9 i zawartościami całkowi-tymi niklu w zakresie 3280–4130 µg g-1 i chromu 380–760 µg g-1. W toku badań opisy-wanych w tej pracy na powierzchniach (n = 12) najbliższych kopalni gleby odznaczały się średnim pH = 5.8 i średnimi zbliżonymi do całkowitych zawartościami niklu i chro-mu odpowiednio: 1420 (maks. 3130 µg g-1 ) i 471 µg g-1 (maks. 855 µg g-1 ). W stosun-ku do zawartości w niezwietrzałej skale w wypadstosun-ku gleb spod muraw widoczne jest zatem ok. dwukrotne obniżenie się koncentracji niklu przy w przybliżeniu stałym pozio-mie chromu.
Stosunek średnich zawartości całkowitych w badanych glebach niklu, chromu i kobaltu wynosi: 1 : 0.29 : 0.04. W próbach gleb z siedmiu stanowisk na terenie dolnoślą-skich serpentynitów, jakie badali Samecka-Cymerman i in. (2002), stosunek ten wynosi 1 : 0.86 : 0.07. Podobna jest relacja pomiędzy tymi pierwiastkami obliczona na podsta-wie danych dla badanych przez Sasse (1979a) gleb z Francji, Włoch, Austrii i Niemiec – odpowiednio: 1 : 0.53 : 0.13, podczas gdy w glebach serpentynitowych Wielkiej Brytanii (Slingsby i Brown 1977) zaznacza się przewaga chromu: 1 : 1.46 : 0.05.