Changes in the vascular flora of a postflotation zinc–lead ore spoil heap of the “Orzeł Biały” mining and smelting works in Bytom (Silesian Upland) after 15 years

Robert Hanczaruk, Agnieszka Kompała-Bąba

Abstract


A study on vascular flora of a Zn–Pb ore spoil heap of the “Orzeł Biały” mining and smelting works in Bytom, Poland, was carried out in the 2017–2018 growing seasons. The aim of this study was to: (i) present the characteristics of current vascular flora that colonizes the Zn–Pb heap, (ii) describe its dynamic tendencies and directions of changes after 15 years, and (iii) identify species that can be useful for planting as a part of biological reclamation. Ninety-two mostly native species of vascular plants, belonging to 36 families and 77 genera, were found on the examined heap. In the spectrum of life forms, hemicryptophytes prevailed over therophytes and geophytes. The most numerous ecological groups were ruderal and meadow species. As regards life strategies, highly competitive species and taxa with mixed CSR strategies dominated. The basic mode of seed dispersal was anemochory. In terms of habitat preferences, species associated with moderately light, warm, fresh, neutral, and medium fertility soil dominated in the species composition of the studied flora. In 2017–2018 compared to the 2002 growing season, statistically significant differences were found in the origin, life forms, ecological groups, life strategies, mode of seed dispersal of species and their habitat preferences relative to light, temperature, pH, and productivity. Frequently recorded pseudometallophytes (Agrostis capillaris, Cardaminopsis arenosa, Daucus carota, Deschampsia caespitosa, Leontodon hispidus, Plantago lanceolata, Silene vulgaris, Rumex acetosa) can be used for planting as part of biological reclamation of the area.

Keywords


heavy metals; life history traits; postflotation wastes; pseudometallophytes; spontaneous flora; temporal changes

Full Text:

PDF

References


Helios-Rybicka E. Impact of mining metallurgical industries on the environment in Poland. Appl Geochem. 1996;11(1–2):3–9. https://doi.org/10.1016/0883-2927(95)00083-6

Majorczyk R. Historia górnictwa kruszcowego w rejonie Bytomia. Piekary Śląskie: ZUP; 1985.

Machowski R. Przemiany geosystemów zbiorników wodnych powstałych w nieckach osiadania na Wyżynie Katowickiej. Katowice: Wydawnictwo Uniwersytetu Śląskiego; 2010.

Pełka-Gościniak J. Some aspects of relief transformations in area of Piekary Śląskie (Silesian Upland – southern Poland). Environmental and Socio-economic Studies. 2015;2(4):13–20. https://doi.org/10.1515/environ-2015-0045

Nowak J, Lutyńska S. Wpływ antropopresji na środowiska wodne obszaru Zespołu Przyrodniczo-Krajobrazowego Żabie Doły (Górny Śląsk). Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska. 2015;17(2):11–18.

Girczys J, Sobik-Szołtysek J. Odpady przemysłu cynkowo-ołowiowego. Częstochowa: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej; 2002.

Kompała A, Błońska A, Woźniak G. Vegetation of the “Żabie Doły” area (Bytom) covering the wastelands of zinc-lead industry. Archives of Environmental Protection. 2004;30(3):59–76.

Turnau K, Gawroński S, Ryszka P, Zook D. Mycorrhizal-based phytostabilization of Zn–Pb tailings: lessons from the Trzebionka mining works (southern Poland). In: Kothe E, Varma A, editors. Bio-geo interactions in metal-contaminated soils. Berlin: Springer; 2012. p. 327–348. https://doi.org/10.1007/978-3-642-23327-2_16

Jędrzejczyk-Korycińska M, Rostański A. Tereny o wysokiej zawartości metali ciężkich w podłożu na Górnym Śląsku. In: Wierzbicka M, editor. Ekotoksykologia. Rośliny, gleba, metale. Warszawa: Wydawnictwa Uniwersytetu Warszawskiego; 2015. p. 171–185.

Szarek-Łukaszewska G, Grodzińska K. Vegetation of a post-mining open pit (Zn/Pb ores) three-year study of colonization. Pol J Ecol. 2007;55(2):261–282.

Jędrzejczyk-Korycińska M. Obszary dawnej eksploatacji złóż cynkowo-ołowiowych – ich bogactwo florystyczne a możliwości ochrony. Problemy Ekologii Krajobrazu. 2009;24:71–80.

Skubała K. Vascular flora of sites contaminated with heavy metals on the example of two post-industrial spoil heaps connected with manufacturing of zinc and lead products in Upper Silesia. Archives of Environmental Protection. 2011;37(1):57–74.

Wójcik M, Dresler S, Sugier P, Stanisławski G, Hanaka A, Krupa Z, et al. Roślinność spontanicznie zasiedlająca składowiska odpadów cynkowo-ołowiowych – różnorodność gatunkowa oraz mechanizmy adaptacji. In: Bajguz A, Ciereszko I, editors. Różnorodność biologiczna – od komórki do ekosystemu. Funkcjonowanie roślin i grzybów. Środowisko – eksperyment – edukacja. Białystok: Polskie Towarzystwo Botaniczne; 2015. p. 51–62.

Siwek M. Rośliny w skażonym metalami ciężkimi środowiska poprzemysłowym. Część II. Mechanizmy detoksyfikacji i strategie przystosowania roślin do wysokich stężeń metali ciężkich. Wiadomości Botaniczne. 2008;52(3–4):7–23.

Baker AJM. Accumulators and excluders – strategies in the response of plants to heavy metals. J Plant Nutr. 1981;3(1–4):643–654. https://doi.org/10.1080/01904168109362867

Wierzbicka M, Rostański A. Microevolutionary changes in ecotypes of calamine waste heap vegetation near Olkusz, Poland: a review. Acta Biol Crac Ser Bot. 2002;44(7):7–19.

Portal Przyrodniczy Województwa Śląskiego, Klimat [Internet]. 2016 [cited 2018 Nov 20]. Available from: http://przyroda.katowice.pl/pl/przyroda-nieozywiona/klimat/127-klimat

Rozporządzenie Nr 23/97 Wojewody Katowickiego z dnia 6 lutego 1997 w sprawie wprowadzenia ochrony indywidualnej w drodze uznania za zespół przyrodniczo-krajobrazowy nieużytków, stawów oraz gruntów rolnych w gminie Bytom i Chorzów. Dziennik Urzędowy Województwa Katowickiego, 1997 Feb 10, Item 26.

Piontek D. “Żabie Doły” w Bytomiu. Przyroda Górnego Śląska. 2001;24:16.

Ledwoń K, Imielski M, Koj R. Prace rekultywacyjne prowadzone na terenie Żabich Dołów (2). Aura. 1999;4:19–20.

Mirek Z, Piękoś-Mirkowa H, Zając A, Zając M, editors. Flowering plants and pteridophytes of Poland – a checklist. Cracow: W. Szafer Institute of Botany, Polish Academy of Sciences; 2002. (Biodiversity of Poland; vol 1).

Zarzycki K, Trzcińska-Tacik H, Różański W, Szeląg Z, Wołek J, Korzeniak U. Ecological indicator values of vascular plants of Poland. Cracow: W. Szafer Institute of Botany, Polish Academy of Sciences; 2002. (Biodiversity of Poland; vol 2).

Wójcik M, Sugier P, Siebielec G. Metal accumulation strategies in plants spontaneously inhabiting Zn–Pb waste deposits. Sci Total Environ. 2014;487:313–322. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2014.04.024

Rostański A, Nowak T, Jędrzejczyk-Korycińska M. Metalolubne gatunki roślin naczyniowych we florze Polski. In: Wierzbicka M, editor. Ekotoksykologia. Rośliny, gleba, metale. Warszawa: Wydawnictwa Uniwersytetu Warszawskiego; 2015. p. 299–322.

Czarna A. Rośliny naczyniowe środkowej Wielkopolski. Poznań: Wydawnictwo Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu; 2009.

Celka Z. Relics of cultivation in the vascular flora of medieval West Slavic settlements and castles. Biodivers Res Conserv. 2011;22(1):1–110. https://doi.org/10.2478/v10119-011-0011-0

Tokarska-Guzik B, Dajdok Z, Zając M, Zając A, Urbisz A, Danielewicz W, et al. Rośliny obcego pochodzenia w Polsce ze szczególnym uwzględnieniem gatunków inwazyjnych. Warszawa: Generalna Dyrekcja Ochrony Środowiska; 2012.

Klotz S, Kühn I, Durka W. BIOLFLOR – Eine Datenbank zu biologisch-ökologischen Merkmalen der Gefäßpflanzen in Deutschland. Schriftenreihe für Vegetationskunde. Bonn: Bundesamt für Naturschutz; 2002.

Matuszkiewicz W. Przewodnik do oznaczanie zbiorowisk roślinnych Polski. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN; 2008. (Vademecum Geobotanicum; vol 3).

Grime JP. Evidence for the existence of three primary strategies in plants and its relevance to ecological and evolutionary theory. Am Nat. 1977;111(982):1169–1194. https://doi.org/10.1086/283244

Grime JP. Plant strategies, vegetation processes, and ecosystem properties. Chichester: Wiley; 2001.

Ellenberg H, Weber HE, Düll R, Wirth V, Werner W, Paulissen D. Zeigerwerte von Pflanzen in Mitteleuropa. 2nd ed. Göttingen: Goltze; 1992. (Scripta Geobotanica; vol 18).

Roo-Zielińska E. Wskaźniki ekologiczne zespołów roślinnych Polski. Warszawa: Wydawnictwo Akademickie Sedno; 2014.

StatSoft Polska. STATISTICA. Version 13.1 [Software]. 2016 [cited 2019 Feb 6]. Available from: https://www.statsoft.pl/statistica_13/

Szarek-Łukaszewska G. Vegetation of reclaimed and spontaneously vegetated Zn–Pb mine wastes in southern Poland. Pol J Environ Stud. 2009;18(4):717–733.

Szarek-Łukaszewska G, Grodzińska K. Naturalna roślinność w rejonach starych zwałowisk po górnictwie Zn–Pb w okolicy Bolesławia i Bukowna (region śląsko-krakowski; południowa Polska). Przegląd Geologiczny. 2008;56(7):1–4.

Rostański A. Spontaniczne kształtowanie się pokrywy roślinnej na zwałowiskach po górnictwie węgla kamiennego na Górnym Śląsku. Katowice: Wydawnictwo Uniwersytetu Śląskiego; 2006.

Woźniak G. Zróżnicowanie roślinności za zwałowisk pogórniczych Górnego Śląska. Kraków: Instytut Botaniki im. W. Szafera, Polska Akademia Nauk; 2010.

Kompała-Bąba A, Bąba W. The spontaneous succession in a sand-pit – the role of life history traits and species habitat preferences. Pol J Ecol. 2013;61(1):13–22.

Řehounková K, Prach K. Life history traits and habitat preferences of colonizing plant species in long-term spontaneous succession in abandoned gravel-sand pits. Basic Appl Ecol. 2010;11(1):45–53. https://doi.org/10.1016/j.baae.2009.06.007

Szarek-Łukaszewska G, Grodzińska K. Grasslands of a Zn–Pb post-mining area (Olkusz Ore-bearing region, S Poland). Pol Bot J. 2011;56(2):245–260.

Mańczyk A, Rostański A. Flora naczyniowa wybranych zwałów pocynkowych miasta Ruda Śląska (Górny Śląsk). Archiwum Ochrony Środowiska. 2003;29(2):31–48.

Kasowska D, Koszelnik-Leszek A. Ecological features of spontaneous vascular flora of serpentine post-mining sites in Lower Silesia. Archives of Environmental Protection. 2014;40(2):33–52. https://doi.org/10.2478/aep-2014-0014

Enescu CM, Dănescu A. Black locust (Robinia pseudoacacia L.) – an invasive neophyte in the conventional land reclamation flora in Romania. Bulletin of the Transilvania University of Braşov Series II. 2013;6(55):23–30.

Frey L. Trawy niezwyciężone (wybrane zagadnienia z historii, taksonomii i biologii Poaceae). Łąkarstwo w Polsce. 2000;3:9–20.

Rebele F, Lehmann C. Biological flora of Central Europe: Calamagrostis epigejos (L.) Roth. Flora. 2001;196(5):325–344. https://doi.org/10.1016/S0367-2530(17)30069-5

Kompała-Bąba A, Błońska A, Bąba W, Czyba M. Grasses in the plant communities which develop on the waste sites of zinc–lead industry (Upper Silesia, S Poland). In: Frey L, editor. Biology of grasses. Cracow: W. Szafer Institute of Botany, Polish Academy of Sciences; 2005. p. 267–282.

Ryś K, Radecka K, Kompała-Bąba A. Zbiorowiska z dominującym udziałem traw występujące na nieużytkach powstałych w wyniku przerobu rud cynkowo-ołowiowych. Łąkarstwo w Polsce. 2016;19:229–244

Bradshaw AD. Population differentiation in Agrostis tenuis. III. Population in varied environments. New Phytol. 1960;59(1):92–103. https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.1960.tb06206.x

Grime JP, Hodgson JG, Hunt R. Comparative plant ecology. A functional approach to common British species. London: Unwin Hyman; 1988.

Nadgórska-Socha A, Ciepał R. Phytoextraction of zinc, lead and cadmium with Silene vulgaris Moench (Garcke) in the post-industrial area. Ecological Chemistry and Engineering. 2009;16(7):831–837.

Wierzbicka M. Przystosowania roślin do wzrostu na hałdach cynkowo-ołowiowych okolic Olkusza. Kosmos. 2000;51(2):139–150.

Osbornová J, Kovářová M, Lepš J, Prach K. Succession in abandoned fields: studies in Central Bohemia, Czechoslovakia. Bonn: Kluwer Publishers; 1990.

Prach K, Řehounková K, Lencová K, Jírová A, Konvalinková P, Mudrák O, et al. Vegetation succession in restoration of disturbed sites in Central Europe: the direction of succession and species richness across 19 seres. Appl Veg Sci. 2014;17(2):193–200. https://doi.org/10.1111/avsc.12064

Fajfer J, Krieger W, Rolka M, Antolak O. Opracowanie metodyki wykonania spisu zamkniętych obiektów unieszkodliwiania odpadów wydobywczych oraz opuszczonych obiektów unieszkodliwiania odpadów wydobywczych, które wywierają negatywny wpływ na środowisko. Warszawa: Państwowy Instytut Geologiczny; 2010.

Cieślińska K, Skalska A, Ciszek D, Krzyżak J, Pogrzeba M. Mikoryza arbuskularna wybranych gatunków roślin energetycznych uprawianych na terenie zanieczyszczonym metalami ciężkimi. In: Kutyłowska M, Trusz-Zdybek A, Wiśniewski J, editors. Interdyscyplinarne zagadnienia w inżynierii i ochronie środowiska 7. Wrocław: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej; 2016. p. 13–28.

Rostański A, Kapa D. Flora naczyniowa terenów silnie skażonych cynkiem i ołowiem na przykładzie zwałowisk poprzemysłowych ZGH “Orzeł Biały” S.A. w Bytomiu. Natura Silesiae Superioris Suppl. 2001:33–43.

Siwek M. Biologiczne sposoby oczyszczania środowiska – fitoremediacja. Wiadomości Botaniczne. 2008;52(1–2):23–28.

Denisow B, Wrzesień M. The anthropogenic refuge areas for bee flora in agricultural landscape. Acta Agrobot. 2007;60(1):147–157. https://doi.org/10.5586/aa.2007.018

Wrzesień M, Denisow B. The phytocoenoses of anthropogenically transformed areas with a great importance for Apoidea. Acta Agrobot, 2007;60(2):117–126. https://doi.org/10.5586/aa.2007.039

Antoń S, Denisow B. Floral phenology and pollen production in the five nocturnal Oenothera species (Onagraceae). Acta Agrobot. 2018;71(2):1738. https://doi.org/10.5586/aa.1738