Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Funkcjonowanie wybranych geoekosystemów Polski w warunkach zróżnicowanej antropopresji na przykładzie gór niskich i pogórza

Kozłowski R.

Landform Analysis

|

2013

|

Vol. 23

3--150

EN

The natural environment is subject to constant transformation and change as a result of natural factors and human activity. Understanding these mechanisms, as well as identifying the multidirectional trends underlying these environmental changes is of great theoretical and practical importance. The changes taking place in the natural environment are not only local and regional, but also global. Although they proceed slowly, they often lead to disastrous consequences. It is necessary, therefore, to know the mechanisms of the natural environment. This knowledge should be based on a solid understanding of how nature developed in the past, a diagnosing of its current condition, and the ability to identify future trends. The aim of this research was to analyse the functioning of three geoecosystems located within low mountains and foothills, and affected by various human pressure factors, including alkaline emissions and acidification, both of a local type. The study was conducted over roughly a decade from 2002–2011 in geoecosystems located on the border of the Low Beskids and Carpathian Foothills (Szymbark), and in the region of the Świętokrzyskie Mountains (Święty Krzyż, Malik). The studies were conducted on experimental plots in stands of deciduous and coniferous trees. At Święty Krzyż, the study was conducted in forests of Dentario glandulosae-Fagetum, in Szymbark in a lime-oak-hornbeam forest (Tilio-Carpinetum), and in Malik in a pine forest (Dicrano-Pinion). The research methods used were consistent with those employed in Integrated Environmental Monitoring. In addition, observations were made of the assimilation organs of fir, spruce, and pine using a Quanta 250 scanning electron microscope (SEM). Differentiation in the studied geoecosystems’ location, elevation above sea level, meteorological conditions, and forest species composition affected the size and source of the incoming air pollution, which in turn determined their functioning. The study showed that in conditions of varying types and intensity of human impact on the geoecosystems, their reaction depended on the location of emission sources, terrain orography, weather conditions, and the systems’ general sensitivity to change. The functioning of the selected geoecosystems was significantly influenced by local, regional and remote SO2 and NO2 emissions, the level of which varied depending on meteorological conditions and the period in which they occurred. Another influencing factor was cross-border pollution, reaching the Świętokrzyskie Mountains from the Czech Republic and Slovakia, and the Low Beskids and Carpathian Mountains from Slovakia, as well as pollution originating in the Upper Silesian Industrial Region. Local emissions related primarily to the municipal sector, while in the south-western part of the Świętokrzyskie Mountains (Malik) there was additional influence from the cement and lime industry. Because the geoecosystem located in the central part of the Świętokrzyskie Mountains (Święty Krzyż) is distinctly elevated above the surrounding region, it is exposed to increased human pressure. The ten-year average value of SO2 concentrations was respectively 1.6 and 2.5 times higher in comparison with the geoecosystem of Malik and Szymbark. In the Świętokrzyskie Mountains’ geoecosystems, horizontal sediments play a significant role in affecting the amount of precipitation reaching the soil. This phenomenon was most clearly marked in the central part of the coniferous stands and occurred mainly during autumn and winter months. This phenomenon was not observed in the Bystrzanka catchment (Szymbark). When evaluating the chemical denudation of a geoecosystem, the deposition of elements in atmospheric precipitation and their transformation in trees plays a crucial role, providing a significant source of the matter circulating in the water catchments. In addition to wet deposition, dry deposition also has a significant impact on the matter balance sheet. Within the forest ecosystem, depending on species composition, the amount of precipitation reaching the forest floor in the form of throughfall and stemflow varies substantially – both being higher in deciduous forests. The factors affecting the amount of precipitation reaching the forest floor include the amount of bulk precipitation, relative humidity and air temperature, the structure and density of tree crowns, seasonal changes, distance from the tree trunk, circumference of the trunk, Summary 150 and roughness of the bark. When passing through tree crowns, water coming from bulk precipitation becomes significantly more acidic or alkaline, depending on the type of human pressure factors present, thus increasing the amount of elements deposited in the soil. This, in turn, affects the rate at which components leach from the soil. It was found that in the studied geoecosystems, an increase in conductivity occurred in the following order: bulk precipitation> throughfall within deciduous stands> stemflow within deciduous stands > throughfall within coniferous stands> stemflow within coniferous stands. Bulk precipitation deposition in the tested systems displayed the following diversity: –– Malik: SO42 – > NO3 – > Ca2+ > Cl – > Mg2+ > Na+ > K+ > NH4+, –– Święty Krzyż: SO42 – > NO3 – > Ca2+ > Cl – > Mg2+ > NH4+ > Na+ > K+, –– Szymbark: NO3 – > SO42 – > NH4+ > Ca2+> Cl – > Na+ > K+ > Mg2+. In temperate forest ecosystems affected by acidic pollutants, the volume of potassium leaching from trees occurs in the following order: autumn (the largest)> summer> spring> winter. The intensity of this process is affected by species composition, the volume of acid deposition, seasonal changes, and the physical-chemical composition (pH) of the precipitation. Rainwater running down tree trunks become acidic regardless of the type of pollutants and tree species. Acidic water reaching the forest floor causes the highest level of soil acidification near the tree trunks, affecting the spatial variability of the rates of soil leaching. Acidification decreases with distance from the tree trunk. The amount of elements present in the surface layer of the soil surrounding deciduous trees decreases with the distance from the trunk; and increases in the case of conifers. The study of pH spatial distribution affected by distance from the trunks of the trees indicates that the greatest acidification occurs within 10 cm of the trunk. In Szymbark, acidification levels reached the silicate buffer range (4.2≥pH>3.8), as well as the aluminum and iron range (3.8≥pH>3.2); in the Święty Krzyż geoecosystem, it was iron (pH <3.2); in Malik – calcium carbonate (pH> 6.3). Among the metals studied, lead was of the greatest importance from the point of view of anthropogenic soil stress in geoecosystems. The highest average lead content in soil samples was found in Święty Krzyż – 77.8 μg∙g–1 d.m., then in Malik – 38.7 μg∙g–1 d.m., and, finally, in Szymbark – 30.0 μg∙g–1 d.m. These values exceed the geochemical baseline. The factor most affecting the surface waters in the studied geoecosystems was calcium of anthropogenic origin. The lowest average calcium concentration levels in soil samples were measured at 287.9 μg∙g–1 d.m. in the Święty Krzyż geoecosystem, in the central part of the Świętokrzyskie Mountains. Values higher by a factor of at least 1.6 were recorded in Szymbark (462.8 μg∙g–1 d.m.), while the measurements in Malik, in the south-western part of the Świętokrzyskie Mountains, indicated a 14-fold increase in calcium (4156.3 μg∙g–1 d.m.). The results can be extrapolated to other areas of lower mountains in Europe in an analysis of the morphogenetic processes and geochemical cycles occurring within catchment areas.

2

Chemical denudation in a geoecosystem in acid immision conditions

Kozłowski R., Jóźwiak M.

Ecological Chemistry and Engineering. S

|

2013

|

Vol. 20, nr 1

41-54

EN

There is an analysis of the physico-chemical properties and the chemical composition of precipitation in a forest geoecosystem in acid immision conditions. The data used in the analysis was collected between 2000 and 2010. In that period, a drop in the immision scale of S-SO2 in the atmospheric air had been observed, which consequently was one of the reasons for a drop in the precipitation acidity. The conclusion was that rainwater, after penetrating treetops and trunks, undergoes a significant transformation whose intensity depends on species composition of the forest stand. Statistically relevant differences were found in coniferous stands, in which a substantial drop in pH was noted, in addition to an increase in the load of components accumulated in the soil in relation to atmospheric precipitation. The calculated indicators of the eco-chemical state of waters (Ma%) have revealed that throughfall waters in coniferous stands and fir and beech stemflow contain significant amounts of aluminium, manganese, iron and hydrogen ions in the sum of cations. Also the indicator of acid-neutralizing capacity (ANCaq) shows that these waters are more enriched with sulfate, nitrate and chloride ions than bulk precipitation. The recorded variation eventuates from processes related to dry and humid deposition, as well as ion-exchange processes occurring within the stand. The obtained results point to an intensification of chemical denudation within the trunks, triggering disadvantageous changes in both biotic and abiotic part of the ecosystem. The effects of the increased inflow of souring agents to the soil through stemflow are significant acidification of the top mineral soil horizon and an increase in the hydrolytic acidity.

PL

Dokonano analizy właściwości fizyczno-chemicznych i składu chemicznego opadów atmosferycznych w ekosystemie leśnym w warunkach kwaśnej imisji. Dane przyjęte do analizy objęły lata 2000-2010. W ww. okresie stwierdzono spadek wielkości imisji S-SO2 w powietrzu atmosferycznym, co w konsekwencji było jedną z przyczyn spadku kwasowości opadów atmosferycznych. Stwierdzono, że wody opadowe po przejściu przez strefę koron i pni drzew ulegają znaczącej transformacji, której intensywność zależy od składu gatunkowego drzewostanu. Istotnie statystyczne różnice stwierdzono w przypadku drzewostanu iglastego, w którym odnotowano znaczący spadek wielkości pH oraz wzrost ładunku składników deponowanych do gleb w odniesieniu do opadu atmosferycznego. Obliczone wskaźniki ekochemicznego stanu wód (Ma [%]) wykazały, że zwłaszcza wody opadu podkoronowego w drzewostanie iglastym oraz spływające po pniach jodeł i buków zawierają znaczne ilości jonów glinu, manganu, żelaza oraz wodoru w całkowitej sumie kationów. Również wskaźnik pojemności zobojętniania kwasów (ANCaq) wskazuje, że wody te są znacznie bardziej wzbogacone w jony siarczanowe, azotanowe i chlorkowe niż opad bezpośredni. Stwierdzona zmienność wynika z procesów związanych z suchą i wilgotną depozycją oraz procesami jonowymiennymi zachodzącymi w obrębie drzewostanu. Uzyskane wyniki wskazują na znaczne obciążenie tych wód składnikami zakwaszającymi, które doprowadzają do intensyfikacji denudacji chemicznej w obrębie pni drzew, wywołując niekorzystne zmiany zarówno w odniesieniu do biotycznej, jak i abiotycznej części ekosystemu. Efektem wzmożonego dopływu substancji zakwaszających do gleb z wodami spływającymi po pniach jest znaczące zakwaszenie wierzchniego mineralnego poziomu gleb oraz wzrost kwasowości hydrolitycznej.

3

Tendencies of changes in the chemical composition of precipitation in the Wielkopolski National Park

Walna B., Kurzyca I.

Journal of Water and Land Development

|

2009

|

no. 13a

53-69

EN

The results are presented of chemical studies on precipitation based on multi-year observations (1992-2007) carried out in the Wielkopolski National Park (WNP). They are compared with the monitoring data obtained by stations grouped in the European Monitoring and Evaluation Programme (EMEP) network. It was found that over the study period the pH of precipitation tended to grow systematically, thus contributing to a decrease of the annual deposition of (H+) ions. The trend lines of changes in the deposition of hydrogen ions have similar slope coefficients, which indicates similar rate of changes. The year with the lowest pH was 1994, in which the mean annual pH was 3.92. In turn, the acidification level was the lowest in 2006 with pH - 4.80. The deposition of hydrogen ions at all stations often exceeded 20 mg·m-² ·year-¹, and at the WNP station it even reached 70 mg·m-² in 1994. The deposition of acid-forming ions was also analysed. Predominant among them were sulphate ions, but their deposition showed a declining tendency with time. Their maximum values were recorded in precipitation in the WNP - 707 mg S-SO4 ·m-² (2002) and 260 mg N-NO3·m-² (2007). It was found that the NO3/SO4 eq/eq ratio tended to increase, which is indicative of changes in the composition structure of precipitation. This effect resulted from the decrease in SO2 emission in the Wielkopolska region and from the increase in NOx emission caused by car traffic in the Park and along its border. Calcium dominated among the deposited alkaline cations - its share exceeded 50%. The figures recorded for potassium and calcium deposition by lowland EMEP stations were several times lower than those obtained in the WNP and lower than the mean for Poland. Over the last years one can note a stabilisation in the amount of deposited cations.

PL

Przedstawiono wyniki badań chemicznych opadów atmosferycznych, opartych na wieloletnich obserwacjach (1992-2007), prowadzonych w Wielkopolskim Parku Narodowym (WPN) i porównano z rezultatami badań monitoringowych stacji, będących w europejskiej sieci EMEP. Stwierdzono, że w tym czasie pH opadów ulegało systematycznemu podwyższeniu powodując obniżenie rocznej depozycji jonów [H+]. Linie trendu zmian depozycji jonów wodorowych charakteryzująsię zbliżonym współczynnikiem nachylenia, co wskazuje na podobne tempo zmian. Rokiem o najniższym pH był 1994 r., w którym średnie roczne pH osiągnęło wartość 3,92. Natomiast rokiem o najmniejszym zakwaszeniu okazał się 2006 r. - pH 4,80. Depozycja jonów wodorowych we wszystkich stacjach monitoringu EMEP w Polsce często przekraczała wartość 20 mg·m-² ·rok-1, a w WPN osiągnęła w 1994 r. wartość 70 mg·m-². Przeanalizowano depozycję jonów kwasotwórczych. Wśród nich dominowała depozycja jonów siarczanowych, wykazując wartości malejące w kolejnych latach. Wartości maksymalne wyniosły - 707 mg S·m-² (2002) i 260 mg N-NO3·m-² (2007). Stwierdzono wzrastający współczynnik NO3/SO4 eq/eq, wskazujący na zmiany w strukturze składu anionów. Wśród deponowanych kationów alkalicznych najwyższe wartości przyjmuje wapń stanowiąc ponad 50%. Stacje nizinne EMEP charakteryzują się wartościami depozycji potasu i wapnia kilkukrotnie niższymi niż uzyskane w WPN oraz niższymi niż średnie dla Polski. W ostatnich latach obserwuje się stabilizację ilości deponowanych kationów.

4

Deposition of selected metals in the Świętokrzyskie mountains and their influence on changes of soil pH

Jóźwiak M., Kozłowski R.

Ecological Chemistry and Engineering. A

|

2008

|

Vol. 15, nr 11

1239-1256

EN

The research was performed in the central part of the Świętokrzyskie mountains in the sylvan ecosystem between 2000 and 2006. The results indicate growing acidification of rainwaters enriched with metals which results in the increase of acidifica-tion rate (Ma %) and decrease of pH. In the research period (2000--2006) an average amount of Ma % in precipitation amounted to 9.26 (weak acidic solution), after penetrating tree-crowns it is enriched with metals, mainly with Mn (fivefold increase of the load) and with Al (fourfold increase of the load). In the Świętokrzyskie mountains in 2000-2006 in total, the load of tested metals amounted to: 1.314 kg ź ha-1 in precipitation, 4.61 kg ź ha-1 in throughfall in fir-stand and 1.638 kg ź ha-1 in beech-stand.

PL

Na tle zróżnicowania przyrodniczego geoekosystemy górskie różnią się od niżowych nadwyżkami doprowadzanej energii i materii, przy jednoczesnym przyspieszonym ich odprowadzaniu. Dodatkowo wyniesienie tych geoekosystemów ponad otaczające tereny powoduje ich ekspozycję na osadzanie emisji zarówno lokalnego pochodzenia, jak i mas powietrza pochodzących ze zdalnego transportu. Wzrost stężeń w powietrzu atmosferycznym składników o działaniu kwasowym powoduje ukierunkowanie głównego nurtu przemian na postępujące, sięgające głęboko w glebach zakwaszenie środowiska całego geoekosystemu. Opady atmosferyczne, niosące ze sobą składniki zakwaszające, m.in. metale, ulegają dodatkowemu wzbogaceniu po przejściu przez strefę koron i pni drzew. Efektem jest mikromozaikowatość wierzchnich poziomów gleb oraz zmiany pH w profilu glebowym. O stopniu zakwaszenia decyduje procentowy udział kationów o charakterze kwasowym (Ma %) i H+ w całkowitej sumie kationów. Wśród kationów ważne miejsce zajmują metale: Fe, Mn, Al. Badania przeprowadzono w centralnej części Gór Świętokrzyskich w ekosystemie leśnym w latach 2000-2006. Wyniki wskazują na postępujące zakwaszenie wód opadowych, wzbogaconych w metale, czego efektem jest wzrost stopnia zakwaszenia (Ma %) oraz spadek wartości pR. Średnia wartość Ma % w opadzie atmosferycznym dla okresu przyjętego do badań (lata 2000-2006) wynosiła 9,26 (roztwór słabo kwaśny), po przejściu przez strefę koron oraz pni drzew uległa wzbogaceniu w metale, głównie Mn (pięciokrotny wzrost ładunku) i Al (czterokrotny wzrost ładunku). Łącznie w Górach Świętokrzyskich wartość ładunku analizowanych metali w latach 2000-2006 wynosiła średnio: w opadzie atmosferycznym 1,314 kg ź ha-1, w opadzie podkoronowym w drzewostanie jodłowym 4,61 kg . ha-I, w drzewostanie bukowym 1,638 kg ź ha-1.

5

Influence of pH on concentration of Pb2+ ions in bulk precipitation and throughfall

Kram K.J.

Chemia i Inżynieria Ekologiczna

|

2005

|

Vol. 12, nr 12

1375-1380

EN

Studies were performed on H+ and Pb2+ input in hulk precipitation and throughfall of 5 forest ecosystems of Kampinoski National Park. There were stands with following dominant trees: pine, birch, false acacia, alder, and oak. The studies were carried out during the growing seasons (April-October) 1998-2000. Results of that studies showed strict correlation between acidity of rainfalls (bulk precipitation and throughfali) and concentration of lead ions - the higher concentration of H+ (lower pH) the higher concentration of Pb2+. Besides concentrations of lead in throughfall were higher then in hulk precipitation with similar acidity.

PL

W trakcie sezonu wegetacyjnego (kwiecień-październik) w latach 1998-2000 na terenie Kampinoskiego Parku Narodowego przeprowadzono badania składu chemicznego opadów atmosferycznych. Badania te były prowadzone zarówno na terenie otwartym, jak i pod koronami drzew 5 różnych drzewostanów. Były to drzewostany, w których dominującym gatunkiem drzew były: sosna, brzoza, robinia, olsza i dąb. Wyniki tych badań wykazały, że stężenie jonów ołowiu (Pb2+) zarówno w wodach deszczowych, jak i podkoronowych było ściśle związane z kwasowością tych wód - przy wyższym stężeniu H+ (mniejsze pH) wyższe było stężenie jonów ołowiu. Przy czym przy podobnej kwasowości zaobserwowano większe stężenia jonów ołowiu w wodach podkoronowych niż w wodach deszczowych.