Identification of catchment areas with nitrogen pollution risk for lowland river water quality

• Autorzy: Steinhoff-Wrześniewska Aleksandra , Strzelczyk Maria , Helis Marek , Paszkiewicz-Jasińska Anna , Gruss Łukasz , Pulikowski Krzysztof , Skorulski Witold

Identyfikatory

DOI

10.24425/aep.2022.140766

Warianty tytułu

PL

Identyfikacja obszarów zlewni stwarzających zagrożenie zanieczyszczenia związkami azotu dla jakości wody w rzece nizinnej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents the results of research aimed at determining the catchment areas that pose a risk of nitrogen pollution of the waters of the Mała Panew river. The research was carried out in 13 permanent monitoring points located on the Mała Panew. The location of the points ensured the representativeness of the water quality results for parts of the catchment area with a homogeneous type of land use. Concentrations of nitrate-nitrogen (NO₃-N) and total nitrogen (TN) were determined in the samples taken. The content of (NO₃-N) in the third quarter of the year and its relation to the value obtained for the first year quarter may be an indicator of the impact of agricultural activities on the quality of water in streams. In the case of agricultural catchments, the lowest concentrations of (NO₃-N) and TN occur in the third quarter of the year and are significantly lower than in the first quarter of the year. The demonstrated seasonal variability of nitrate nitrogen concentrations in agriculturally used areas may be used to determine the type of pressure not allowing to achieve good water status in the surface water body. It was shown that the highest unit increments occurred in areas with a high proportion of forest.

PL

Celem pracy było wyznaczenie zlewni cząstkowych, które stwarzają zagrożenie zanieczyszczenia wód Małej Panwi azotem. Podjęto próbę sklasyfikowania typu użytkowania zlewni (rolniczy/leśny) jako potencjalnego źródła zanieczyszczenia wody w rzece. Zweryfikowano hipotezę dotyczącą związku sezonowej zmienności zawartości związków azotowych, szczególnie w formie azotanowej, z rolniczym użytkowaniem obszaru zlewni cząstkowej. Materiał do badań stanowiły próbki wody z rzeki Mała Panew pobrane w 13 stałych punktach monitoringowych. Lokalizację punktów poboru próbek wyznaczono na podstawie analizy przestrzennego zagospodarowania terenu w oparciu o materiały kartograficzne. Ich lokalizacja zapewniła reprezentatywność wyników jakości wody dla fragmentów zlewni o jednorodnym typie użytkowania terenu. W celu określenia ładunków zanieczyszczeń w wodzie Małej Panwi wyznaczono przepływ średni z wielolecia Q (m3·s-1). W pobranych próbkach oznaczono stężenia azotu azotanowego (NO₃-N) i azotu ogólnego (TN). W przypadku zlewni rolniczych najniższe stężenia azotu azotanowego (NO₃-N) i TN występują w III kwartale i są znacznie niższe niż w I kwartale. Zawartość azotu azotanowego w trzecim kwartale roku i jego stosunek do wartości uzyskanej dla pierwszego kwartału może być wskaźnikiem wpływu działalności rolniczej na jakość wody w ciekach. Wykazana sezonowa zmienność stężeń azotu azotanowego na terenach użytkowanych rolniczo może być wykorzystana do określenia rodzaju presji nie pozwalającej na osiągnięcie dobrego stanu wód w danej jednolitej części wód powierzchniowych. Wykazano, że najwyższe przyrosty jednostkowe występowały na obszarach o dużym udziale lasów.

Słowa kluczowe

EN

water; catchment area; nitrogen; seasonal variability

PL

woda; zlewnia cząstkowa; azot; zmienność czasowa

• Wydawca: Institute of Environmental Engineering, Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Environmental Protection
• Rocznik: 2022
• Tom: Vol. 48, no. 2
• Strony: 53--64
• Opis fizyczny: Bibliogr. 40 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Steinhoff-Wrześniewska Aleksandra

• nstitute of Technology and Life Science – National Research Institute

autor

Strzelczyk Maria

• Institute of Technology and Life Science – National Research Institute

autor

Helis Marek

• Institute of Technology and Life Science – National Research Institute

autor

Paszkiewicz-Jasińska Anna

• Institute of Technology and Life Science – National Research Institute

autor

Gruss Łukasz

•  Institute of Environmental Engineering, Wroclaw University of Environmental and Life Sciences

autor

Pulikowski Krzysztof

•  Institute of Environmental Engineering, Wroclaw University of Environmental and Life Sciences

autor

Skorulski Witold

• ART Strefa Witold Skorulski

Bibliografia

• 1. Banasik, K., Wałęga, A., Węglarczyk, S. & Więzik B. (2017). Update of the methodology for calculating maximum flows and rainfall with a specific exceedance probability for controlled and uncontrolled catchments and identification of rainfall-runoff transformation models, Association of Polish Hydrologists, Warszawa 2017 (in Polish).
• 2. Bian, Z., Liu, L. & Ding, S. (2019). Correlation between spatial-Temporal Variation in landscape patterns and surface water quality: A case study in the Yi River watershed, China. Applied Sciences, 9, 1053. DOI:10.3390/app9061053
• 3. Bo, W., Wang, X., Zhang, Q., Xiao, Y. & Ouyang, Z. (2018). Influence of land use and point source pollution on water quality in a developed region: A case study in shunde, China. International Journal of Environmental Research and Public Health, 15, 51. DOI: 10.3390/ijerph15010051
• 4. Kurek, K., Bugajski, P., Młyński, D. & Nowobilska-Majewska E. (2019). The Impact of Treated Sewage on Water Quality in Mordarka Stream. Journal of Ecological Engineering, 20, 1, pp. 39–45. DOI:10.12911/22998993/93874
• 5. Brysiewicz, A., Bonisławska, M., Czerniejewski, P. & Kierasiński, B. (2019). Quality analysis of waters from selected small water-courses within the river basins of Odra River and Wisła River. Rocznik Ochrony Środowiska, 21, pp. 1202–1216 (in Polish).
• 6. Crooks, E., Harris I., M. & Patil, S.P. (2021). Influence of Land Use Land Cover on River Water Quality in Rural North Wales. Journal of the American Water Resources Association, 57, 3, pp. 357–373. DOI: 10.1111/1752-1688.12904
• 7. Environment (2020). Statistics Poland, Spatial and Environmental Surveys Department, Warszawa 2020.
• 8. Górski, J., Dragon, K. & Kaczmarek P. M. J. (2019). Nitrate pollution in the Warta River (Poland) between 1958 and 2016: trends and causes. Environmental Science and Pollution Research, 26, pp. 2038–2046. DOI:10.1007/s11356-017-9798-3
• 9. Grizzetti, B., Pistocchi, A., Liquete, C., Udias, A., Bouraui, F. & van de Bund W. (2017). Human pressures and ecological status of European rivers. Scientific Reports, 7, 205. DOI: 10.1038/s41598-017-00324-3
• 10. Grizzetti, B., Vigiak, O., Udias, A., Aloe, A., Zanni, M., Bouraoui, F., Pistocchi, A., Dorati, C., Friedland, R., De Roo, A., Benitez Sanz, C., Leip, A. & Bielza, M. (2021). How EU policies could reduce nutrient pollution in European inland and coastal waters. Global Environmental Change, 69, 102281. DOI: 10.1016/j.gloenvcha.2021.102281
• 11. Gruss, Ł., Wiatkowski, M., Pulikowski, K. & Kłos, A. (2021). Determination of Changes in the Quality of Surface Water in the River – Reservoir System. Sustainability,13, 6, pp.1–18. DOI:10.3390/su13063457
• 12. HELCOM (2018). Sources and pathways of nutrients to the Baltic Sea. Balt Sea Environ Proceedings, 153. (https://helcom.fi/media/publications/BSEP153.pdf/((18.05.2021)).
• 13. Hus, T. & Pulikowski, K. (2011). Content of nitrogen compounds in waters flowing out of small agricultural catchments. Polish Journal Environmental Studie, 20, pp. 895–902.
• 14. Micek, A., Jóźwiakowski, K., Marzec, M., Listosz, A. & Grabowski, T. (2021). Efficiency and Technological Reliability of Contaminant Removal in Household WWTPs with Activated Sludge. Applied Sciences, 11, 1889. DOI:10.3390/app11041889
• 15. Kiryluk, A. & Rauba, M. (2009). Variability of nitrogen concentrations in variously used agricultural catchment of the Ślina river. Water – Environment – Rural Areas, 9, 4, pp. 71–86 (in Polish).
• 16. Mazierski, J. & Kostecki, M. (2021). Impact of the heated water discharge on the water quality in a shallow lowland dam reservoir. Archives of Environmental Protection, 47, 2, pp. 29–46. DOI:10.24425/aep.2021.137276
• 17. Kowalczyk, A.W. & Kopacz, M. (2020). Analysis of the surface water quality in the Szreniawa River catchment area. Journal of Water and Land Development, 47 (X–XII) pp. 105–112. DOI:10.24425/jwld.2020.135037
• 18. Kostecki, M. (2021). A new antrhropogenic lake Kuźnica Warężyńska – thermal and oxygen conditions after 14 years of exploitation in terms of protection and restoration, Archives of Environmental Protection, 47, 2, pp. 115–127. DOI:10.24425/aep.2021.137283
• 19. Loga, M., Jeliński, M. & Kotamäki, N. (2018). Dependence of water quality assessment on water sampling frequency – an example of Greater Poland rivers, Archives of Environmental Protection, 44, 2, pp. 3–13. DOI: 10.24425/119688
• 20. Peng, S., Yan Z., Jinxi, S., Peng, L., Yongsheng, W., Xiaoming, Z., Zhanbin, L., Zhilei, B., Xin, Z., Yanli, Q. & Tiantian, Z. (2019). Response of nitrogen pollution in surface water to land use and social-economic factors in the Weihe River watershed, northwest DOI:10.1016/j.scs.2019.101658
• 21. Li, P., Wei, W. & Lang, M. (2022). Effects of water content on gross nitrogen transformation rates in forest land and grassland soils. Chinese Journal of Applied Ecology, 33 (1): 59–66. DOI:10.13287/j.1001-9332.202201.022
• 22. Poikane, S., Kelly, M.G., Salas Herrero, F., Pitt J.A., Jarvie, H.P., Claussen, U., Leujak, W., Lyche Solheim, A., Teixeira, H. & Phillips, G. (2019). Nutrient criteria for surface waters under the European Water Framework Directive: Current state-of-the-art, challenges and future outlook. Science of The Total Environment, 695, 133888. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2019.133888
• 23. Pohl, A. & Kostecki, M. (2020). Spatial distribution, ecological risk and sources of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in water and bottom sediments of the anthropogenic lymnic ecosystems under conditions of diversifi ed anthropopressure. Archives of Environmental Protection, 46, 4, pp. 104–120. DOI 10.24425/aep.2020.135769
• 24. Pulikowski, K., Czyżyk, F., Pawęska, K. & Strzelczyk, M. (2012). Participation of nitrate nitrogen in total nitrogen content in waters outflowing from catchment with agricultural use, Infrastructure and ecology of rural areas, 3, I, pp. 155–165 (in Polish).
• 25. Shi, P., Zhang, Y., Song, J., Li, P., Wang, Y., Zhang, X., Bi, Z., Zhang, X., Qin, Y. & Tiantian, Z. (2019). Response of nitrogen pollution n surface water to land use and social-economic factors in the Weihe River watershed, northwest China. Sustainable Cities and Society, 50, 101658. DOI: 10.1016/j.scs.2019.101658
• 26. Sliva, L. & Williams, D.D. (2001). Buffer zone versus whole catchment approaches to studying land use impact on river water quality. Water Research, 35, pp. 3462–3472. DOI: 10.1016/S0043-1354(01)00062-8
• 27. State Forests. Regional Directorate of in Katowice. Forest Management Plan for the Koszęcin Forest Inspectorate. For the period 01.01.2020–31.12.2029 r. Plan urządzenia lądu dla Nadleśnictwa Koszęcin. Na okres 01.01.2020 r. – 31.12.2029 r. [on line: file:///C:/Users/ITP_2_21/Desktop/Pogram_ochrony_przyrody_2020_koszecin.pdf] dostęp w internecie 20.04.2022
• 28. State Forests. Regional Directorate of in Katowice. Draft management plan forest management plan for the Brynek Forestry. Projekt urządzenia lasu dla Nadleśnictwa Brynek. [on line: file:///C:/Users/ITP_2_21/Desktop/px_dg_rdlp_katowice_nadl_brynek_nadl_brynek_elaboratbez_danych_wrazliwych.pdf] dostęp w internecie 20.04.2022
• 29. State Forests. Regional Directorate of in Katowice. Forest management plan for the Forest District of Opole. Plan urządzenia lasu dla Nadleśnictwa Opole. [on line: file:///C:/Users/ITP_2_21/Desktop/ogolny_opis_lasow_n_opole_2014_2023.pdf] dostęp w internecie 20.04.2022.
• 30. State Forests. Regional Directorate of in Katowice. Natural conditions of the Zawadzkie Forest District. Warunki przyrodnicze Nadleśnictwa Zawadzkie. [on line: https://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:vQxKO9EMdv4J:https://zawadzkie.katowice.lasy.gov.pl/lasy-nadlesnictwa/-/asset_publisher/1M8a/content/warunki-przyrodnicze-nadlesnictwa-zawadzkie/maximized+&cd=5&hl=pl&ct=clnk&gl=pl#.Yl_hb55By72] dostęp w internecie 20.04.2022.
• 31. Sutton, M., Howard, C., Erisman, J., Billen, G., Bleeker, A., Grennfelt, P. & Grizzetti, B. (2011). (Eds.). The European Nitrogen Assessment: Sources, Effects and Policy Perspectives, Cambridge University Press, Cambridge 2011. DOI: 10.1017/CBO9780511976988.005
• 32. Tomczyk, P. & Wiatkowski, M. (2020). Shaping changes in the ecological status of watercourses within barrages with hydropower schemes – Literature review. Archives of Environmental Protection, 46, pp. 78–94. DOI: 10.24425/aep.2020.135767
• 33. Tomczyk, P. & Wiatkowski, M. (2021). The Effects of Hydropower Plants on the Physicochemical Parameters of the Bystrzyca River in Poland. Energies, 14, 2075. DOI: 10.3390/en14082075
• 34. Topographic Object Database (2015). Head Office of Land Surveying and Cartography, Warszawa 2014.
• 35. Wiatkowski M., Rosik-Dulewska Cz., Kuczewski K., Kasperek K. 2013. Quality Assessment of Włodzienin Reservoirs in the First Year of Its Operation. Annual Set The Environment Protection, Vol. 15, 2666–2682. (In Polish)
• 36. Wiatkowski M. Problems of water management in the reservoir Młyny located on the Julianpolka river. Acta Sci. Pol. Formatio Circumiectus, 14 (3) 2015, 191–203. DOI: 10.15576/ASP.FC/2015.14.3.191. (in Polish)
• 37. Wiatkowski M. & Wiatkowska B. (2019). Changes in the flow and quality of water in the dam reservoir of the Mała Panew catchment (South Poland) characterized by multidimensional data analysis, Archives of Environmental Protection, 45, 1, pp. 26–41. DOI: 10.24425/aep.2019.126339
• 38. Wilk, P., Orlińska-Woźniak, P. & Gębala, J. (2017). Variability of nitrogen to phosphorus concentraction ratio on the example of selected coastal river basin, Scientific Review – Engineering and Environmental Sciences, 26 (1), pp. 55–65. DOI: 10.22630/PNIKS.2017.26.1.05
• 39. Yong, S. & Chen, W. (2002). Modeling the relationship between land use and surface water quality. J Environ Manage. 66, pp. 377–393. DOI: 10.1006/jema.2002.0593
• 40. Żarnowiec, W., Policht-Latawiec, A. Pytlik, & A. (2017). Dynamics of physicochemical parameter concentrations in the Graniczna Woda stream water, Journal of Water and Land Development, 35, pp. 281–289. DOI: 10.1515/jwld-2017-0095

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).