Identyfikacja procesów kształtujących skład chemiczny małego cieku w krajobrazie rolniczym na podstawie analizy czynnikowej

• Autorzy: Banaszuk P.

Warianty tytułu

EN

The use of factor analysis to identify processes controlling chemical composition of a small stream rural area

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Wyróżniono cztery główne czynniki kształtujące skład chemiczny cieku. Są one związane ze stanami i przepływami wód. Czynnik A ma największe znaczenie w trakcie wezbrań wiosennych i wiąże się z intensywnym wymywaniem z gleb łatwo rozpuszczalnych jonów, głównie NO₃^- i SO₄^2-, których stężenie osiąga w tym okresie maksimum. Podczas wysokich stanów wód, m.in. w trakcie opadania wiosennej fali wezbraniowej lub po intensywnych opadach, skład chemiczny cieku jest kształtowany głównie przez odpływ gruntowy, wynoszący z obszaru zlewni jony: Cl^-, SO₄²-, Na⁺, Ca²+ (czynnik C). W okresie niżówek na skład chemiczny wód wpływa przede wszystkim zasilanie przez wody głębokiego krążenia o zwiększonym stężeniu SiO₃²-, Mg²+ Fe²+/³+ i Na⁺ (czynnik D). W tym czasie w warunkach niskiego potencjału redox z osadów dennych uwalniane są mobilne związki P i Fe, co powoduje maksymalne ich stężenie w rzece (czynnik B). Stwierdzono, że szczegółowa identyfikacja zjawisk hydrochemicznych wymaga analizy statystycznej danych oddzielnie dla poszczególnych okresów hydrologicznych.

EN

Factor analysis (FA) was used to identify interrelationships between dissolved species in the small river discharge and to determine physical processes controlling their behavior. Through the analysis of the whole dataset I was able to identify the dominant processes that appear to cause variation in stream chemical composition. Analysis of the whole dataset distinguished 4 main factors, which together explained 85% of the total variance in the dataset. Factor A, which explains the largest proportion of variance was associated with processes that occur in an episodic time scale: washout of highly soluble ions, mainly NO₃^- and SO₄²- during winter-snowmelt episode. Translocation of Cl^-, SO₄²-, Na⁺, Ca²+ to stream water is caused predominantly by subsurface outflow from the watershed and leaching of soils during high water stages in spring and autumn (factor C). During base-flow, stream water supplied from the deeper flow paths is enriched with SiO₃²-, Mg²+ Fe²+/³+ and Na⁺ (factor D). At the same time low redox potential in water leads to phosphorus and iron release from organic and inorganic complexes accumulated in bottom sediments of the stream (factor B). For detailed inspection of hydrochemical processes occurring in a seasonal or episodic timescale it is necessary to run FA on subsamples representing particular hydrological seasons.

Słowa kluczowe

PL

analiza czynnikowa; azotany; migracja jonów; wody powierzchniowe

EN

factor analysis; ion migration; nitrates; surface waters

• Wydawca: Wydawnictwo ITP
• Czasopismo: Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie
• Rocznik: 2004
• Tom: T. 4, z. 1
• Strony: 103--116
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., wykr.

Twórcy

autor

Banaszuk P.

• Politechnika Białostocka, Zakład Ekologii Krajobrazu, ul. Wiejska 45a, 15-351 Białystok; tel. [phone],

Bibliografia

• BROWN V.A., MCDONNELL J.J, BURNS D.A., KENDALL C., 1999. The role of event water, a rapid shallow flow component, and catchment size in summer stormflow. J. Hydrol. 217 s. 171–190.
• CHILD D., 1970. The essentials of factor analysis. London: Holt, Rinehart and Winston ss. 170.
• EVANS C.D., DAVIES T.D., WIGINGTON JR P.J., TRANTER M., KRETSCHER W.A., 1996. Use of factor analysis to investigate processes controlling the chemical composition of four streams in Adirin-dack Mountaions, New York. J. Hydrol. 185 s. 297–316.
• GRODZIŃSKA K., 1993. Badania ekologiczne w leśnej zlewni Ratanicy (Pogórze Karpackie). W: Zin-tegrowany monitoring środowiska przyrodniczego w Polsce. Wybrane problemy. Pr. zbior. Red. A.Kostrzewski. Bibl. Monitoringu Środ. s. 128–137.
• HAAG D., KAUPENJOHANN M.,2001.Landscape fate of nitrate fluxes and emissions in Central Europe. A critical review of concepts, data, and models for transport and retention. Agric. Ecosyst. Envi-ron. 86 ss. 21.
• HEATHWAITE A.L., DILS R.M., 2000. Characterising phosphorus loss in surface and subsurface hydro-logical pathways. Sci. Total Environ. 251/252 s. 523–538.
• ISERMANN K., ISERMANN R.,1997. Globale, territoriale und betriebliche Nährstoffbilanzierung. W: Umweltbundesamt (Red.) Stoffbilanzierung in der Landwirtschaft. Vol. 20. Wien: Umwelt-bundesamt s. 241–313.
• JOBSON J.D., 1991. Applied multivariate? analysis. Vol. 1. Regression and experimental design. New York: Springer ss. 650.
• KOSTRZEWSKI A., MAZUREK M., ZWOLIŃSKI Z., 1994. Dynamika transportu fluwialnego górnej Parsę-ty. Poznań: Stow. Geomorfologów Pol. s. 165.
• LINDBERG S.E., HARRISS R.C., HOFFMAN W.A., LOVETT G.M. TURNER R.R., 1989. Atmospheric chemistry, deposition, and canopy interactions. W: Analysis of biogeochemical cycling processes in Walker Branch watershed. Pr. zbior. Red. D.W.JohnsoniR.I.van Hook. New York: Springer- -Verlag s. 96–163.
• LINDBERG S.E., LOVETT G.M., RICHTER D.D., JOHNSON D.W., 1985. A two-year comparsion of bulk and set/dry flux measurements above and below a forest canopy. Ann. Meet. Nat. Atmos. Deposit. Program, Fort Collins, Colorado ss. 30.
• MACIOSZCZYK A., DOBRZYŃSKI D., 2002. Hydrogeochemia strefy aktywnej wymiany wód podziem-nych. Warszawa: PWN ss. 448.
• MORRISON D.F., 1990. Wielowymiarowa analiza statystyczna. Warszawa: PWN ss. 589.
• PETRY J., SOULSBY C., MALCOLM I.A., YOUNGSTON A.F., 2002. Hydrological controls on nutrient concentrations and fluxes in agricultural catchments. Sci. Total Environ. 294 s. 95–110.
• PIONKE H.B., GBUREK W.J., SHARPLEY A.N., SCHNABEL R.R., 1996. Flow and nutrient export patterns for an agricultural hill-land watershed. Water Resour. Res. 32 6 s. 1795–1804.
• PUCKETT L.J. ,BRICKER O.P., 1992. Factors controlling the major ion chemistry of streams in the Blue Ridge Valley and physiographic provinces of Virginia and Maryland. Hydrol. Proces. 6 s. 79–98.
• RACINE J.B., REYMOND H., 1977. Analiza ilościowa w geografii. Warszawa: PWN ss. 254.
• REEDER S.W., HITCHON B., LEVINSON A.A., 1972. Hydrochemistry of the surface waters of the Mackenzie River drainage basin, Canada. Cz. 1. Factors controlling inorganic compositon. Geo-chim. Cosmochim. Acta 36 s. 825–865.
• WITKOWSKI D., 1997. Wybrane czynniki kształtujące jakość wód powierzchniowych w małych zlewniach nizinnych. Rocz. Gleb. 47 3/4 s. 5–21.