Zmiany jakości wód opadowych w ekosystemie leśnym w Świętokrzyskim Parku Narodowym

• Autorzy: Kowalkowski, A. , Jóźwiak, M. , Kozłowski, R.

Warianty tytułu

EN

Changes in the quality of stem flow in forest ecosystem in the Świętokrzyski National Park

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

EN

Monitoring research of rainfall penetrating through the forest to the soil surface was conducted in Świętokrzyski National Park between 1994--1995 and 2000-2001 in order to recognize the role of rainfall in the process of acidifying soil and surface waters. In compliance with the assumptions used for monitoring system of water and matter circulation (Fig. 1) the dynamics of chemical composition and acidity were tested in the bulk precipitation (OA) were tested at the height of 30 m over soil - 4 m over crown beech stand, throughfall in the fir-beech stand (OpJd) and beech stand (OpBk) and stemflow of 5 fir trees 180-190 years old (SpJd) and 5 beech trees 80-100 years old (SpBk). In the monthly samples, the content of Cl, SO42-, NO3-, PO43-, NH4+, Ca2+, Mg2+, K+, Mn2+, Pb2+, Fe3+, Al3+ was determined, whereas pH was determined directly after the rainfall in this area. The soils of the investigated forest area developed from quartzite weathering with an admixture of eolic dust are very acid with alkaligenous cation saturation in mineral horizons from 8-11% in the Ah and E horizons to 6-30% in the C and SolDg horizons (Fig. 2). On the basis of the pH measurements it has been stated that between 1994-2001 there was a considerable trend of increasing acidification in rainfall flowing downwards the stand to the surface, especially stemflow in comparison with bulk precipitation (Table 1). The seasonal dynamics of pH in rainfall is considerable, however, with lower pH-values in cold periods and 2,0-2,5 pH higer in warm periods (Table 2, Fig. 3). From the investigated fir-beech stand and beech stand, rain waters leaches considerable amounts of K+, Mn2+, and H+, and also Ca2+, NH4+, Al3+, NO3-, SO42-, Cl-, PO43-, and Mg2+ to the lower degree (Table 2, Fig. 4). This phenomenon is especially sharply manifested in the constant stemflow "pathes", directly to the rhyzosphere. High enrichment of rain waters in hylosphere with anions of strong acids NO3- SO42-, Cl-, and protons H+ may be caused by dry deposition in dry periods of gases coming from emission and in wet periods by decomposition dust and acrosol of deposited on the surface of plants above-ground. The quantity of then cation and anion rinsed from the tree organs depends on the acidity of the soil. The molar rations Ca2+/Al3+, mol*mol-1 and the base saturation degree Ma% of rain waters in hylosphere indicate intensive neutralization of acides by basic ions washed out from trees by acid rain waters (Fig. 5). The calculated Acid Neutralising Capacity ANCaq μmol* μmol 1-1 confirms slight overbalance of acids in the bulk precipitation in years 1994-1995 and 2000-2001 (Table 3, Fig. 6). In the throughfall there was a decreasing trend of basic cation domination and in 2000-2001 with increased dominance of acids over bases. Stemflow in the investigated period shows overbalance of acids in relation to bases with negative values ANCaq. In the dynamics of ANCaq there is considerable dominance of acids components in cold periods. In vegetation periods they are buffered by leaching from the assimilation organs and from bark of basic cations, increasing with the increased concentration of anions of strong acides in waters.

Słowa kluczowe

PL

kwaśne deszcze; monitoring wód opadowych; obumieranie drzew

• Czasopismo: Czasopismo Techniczne. Środowisko
• Rocznik: 2002
• Tom: R. 99, z. 5-Ś
• Strony: 97--110
• Opis fizyczny: Bibliogr. 33 poz., il., wykr., tab.

Twórcy

autor

Kowalkowski, A.

• Stacja Monitoringu Akademii Świętokrzyskiej w Kielcach

autor

Jóźwiak, M.

• Zakład Ochrony i Kształtowania Środowiska, Akademia Świętokrzyska, Kielce

autor

Kozłowski, R.

• Zakład Ochrony i Kształtowania Środowiska, Akademia Świętokrzyska, Kielce

Bibliografia

• [1] Block J., Eichhorn J., Gehrmann J., Kölling C., Matzner E., Meiwes K.J., V.Wilpert K., Wolff B., Kennwerte zur Charakterisierung des Ökochemischen Bodenzustandes und des Gefährdungspotentials durch Bodenversauerung und Stickstoffsättigung an Level II-Waldökosystem-Dauerbeobachtungsflächen, Arbeitskreis C der Bund-Länder Arbeitsgruppe Level II. BML, Bonn 2000, s. 1-167.
• [2] Bróż E., Szata roślinna rezerwatu "Czarny Las" w Świętokrzyskim Parku Narodowym, Roczn. Święt. 12, Warszawa-Kraków 1985, s. 99-124.
• [3] Cronan C.S., Grigal D.F., Use of calcium/aluminium ratios as indicators of stress in forest ecosystems, J. Environm.Qual. 24, 1995, s. 209-226.
• [4] De Vries W., Reinds G.J., Deetstra H.D., Klap J.M., Vel E.M., Intensive Monitoring of forest Ecosystems in Europe. 1999: Techn. Rep. EC, UM/ECE, Brussels, Geneva 1999, s. 160.
• [5] Draaijers G.P.J., Erisman J.W., A canopy budget model to assess atmospheric deposition from throughfall measurements, Water, Air and Soil Pollution 85, 1995, s. 2253-2258.
• [6] Feger K.H., Influence of soil development and management practices on freshwater acidification in Central European forest ecosystems, [in:] C. Steinberg, R.F. Wright (Eds.), Acidification of Freshwater Ecosystems, Envir.Sci.Res.Rep. 14, London 1994, s. 68-82.
• [7] Gehrmann J., Andreae H., Fischer U., Lux W., Spranger T., Luftqualität und atmosphärische Stoffeinträge an Level ll Dauerbeobachtungsflächen in Deutschland, BMVEL, Berlin 2001.
• [8] Heimath B., Untersuchungen über Schwefelsäuervorkommen in sauren Waldhumus, Zeitschr.Pflem.,Düngung und Bodenkunde A.31, 1933.
• [9] Heinrichs H., Siewers U., Böttcher G., Matschullat J., Roostai A.H., Schneider J., Ulrich B., Auswirkungen von Luftverunreinigungen auf Gewässer im Einzugsgebiet der Seetalsperre, [In:] J.Matschullat, H.Heinrichs, J.Schneider, B.Ulrich (Eds.), Gefahr für Ökosysteme und Wasserqualität. Springer Verlag, Berlin 1994, s. 233-259.
• [10] Kapuściński R., Funkcje i organizacja monitoringu skażeń na terenie Świętokrzyskiego Parku Narodowego, [w:] A. Kowalkowski (red.), Monitoring Środowiska Regionu Świętokrzyskiego 1/93, Kielce 1993, s. 59-63.
• [11] Kowalkowski A., Zagrożenia krajobrazu leśnego Gór Świętokrzyskich wskutek działalności człowieka, [w:] Elementy rozwoju i monitoringu antropogenicznych krajobrazów w Górach Świętokrzyskich, Kielce 1996, s. 35-112.
• [12] Kowalkowski A., Zintegrowany Monitoring Środowiska Przyrodniczego, Stacja Bazowa Św. Krzyż, Wybrane zagadnienia przyrodnicze i techniczne, Biblioteka Monitoringu Środowiska, Warszawa 1994, s. 37-44.
• [13] Kowalkowski A., Brogowski Z., Kocoń J., Swałdek M., Stan odżywienia i zdrowotności jodły (Abies Alba Mill.) w Świętokrzyskim Parku Narodowym. Roczn. Świet., 17, Warszawa-Kraków 1990, s. 11-26.
• [14] Kowalkowski A., Józwiak M., Skład chemiczny wód opadowych, [w] S. Cieśliński, A. Kowalkowski (red.), Świętokrzyski Park Narodowy, Przyroda, Gospodarka, Kultura, Bodzentyn-Kraków 2000, s. 407-414.
• [15] Kowalkowski A., Jóźwiak M., Kozłowski R., Pedogeniczne czynniki procesów zakwaszenia wód w ekosystemie leśnym Świętokrzyskiego Parku Narodowego, [w:] M. Jóźwiak, A. Kowalkowski (red.), Zintegrowany Monitoring Środowiska Przyrodniczego. Funkcjonowanie i monitoring geoekosystemów z uwzględnieniem zanieczyszczenia powietrza, Biblioteka Monitoringu Środowiska, Kielce 2001, s. 253-270.
• [16] Kozłowski R., Dopływ składników mineralnych z opadem atmosferycznym do dna lasu na Stacji Bazowej Zintegrowanego Monitoringu Środowiska Przyrodniczego Święty Krzyż (Góry Świętokrzyskie), [w:] M. Jóźwiak, A. Kowalkowski (red.), Zintegrowany Monitoring Środowiska Przyrodniczego. Funkcjonowanie i monitoring geoekosystemów z uwzględnieniem zanieczyszczenia powietrza, Biblioteka Monitoringu Środowiska, Kielce 2001, s. 207-218.
• [17] Krauss G., Die sogenannten Bodenerkrankungen - Jahresbericht Deutscher Forstverein, 1928, s. 121-133.
• [18] Laatsch W., Dynamik der deutschen Acker-und Waldböden, Steinkopff Verlag, Dresden 1938, s. 297.
• [19] Lindberg S.E., Bredemeier M., Schaefer D.A., Qi L., Atmospheric concentrations and deposition of nitrogen and maior ions in conifer forest in the United States and Federal Republic of Germany, Atmospheric Environment 24, 1990, s. 2207-2220.
• [20] Lorz C., Gewässerversauerung und Bodenzustand im Westerzgebirge, UFZ-Bericht Nr 14. Dissertation, Leipzig 1999, s. 1-154.
• [21] Miklaszewski S., Gleby Polski, Warszawa 1930.
• [22] NihIgård B., The ammonium hypothesis - an additional explanation to the forest dieback in Europe, Ambio 14, 1985, s. 2-8.
• [23] Persson G., Acidification today and tomorrow, Risbergs Tryckeri. Udderalla, 1982, s. 1-231.
• [24] Roelofs J.G.M., Mitschell M.J., Scott T.J., Zhang Y.M., Raynal DJ., Measurements of wet and dry deposition in a Northern hardwood forest, Water, Air and Soil Pollution 48, 1989, s. 225-238.
• [25] Reuss J.O., Johnson D.W., Acid deposition and the acidification of soils and water, Ecological studies 59, Springer Verlag, New York etc, 1986, s. 1-120.
• [26] Ulrich B., Nutrient and acid-base budget of central European forest ecosystems, Effects of Acid Rain of Forest Process, Wiley-Liss. Inc, 1994, s. 1-50.
• [27] Ulrich B., Ökochemische Kennwerte des Bodens. Z. Pflanzenem. Bdkunde. 157, 1988, s. 171-176.
• [28] van Miegroet H., The relative importance of sulphur and nitrogen compounds in the acidification of freshwater, [in:] C. Steinberg, R.F. Wright (Eds.), Acidification of freshwater ecosystems, Implications for the future, Vir. Sci. Res. Rep. 14, 1994, s. 34-49.
• [29] Warfvinge P., Svedrup H., Calculating critical loads of acid deposition with PROFILE-a steady - state Soil chemistry model, Water, Air and Soil Pollution 63, 1992, s. 119-143.
• [30] Warfvinge P., Svedrup H., Critical loads of acidity to Swedisch forest soils. Methods, data and results, Rep.in Ecology and Environment Engineering 5, 1995, s. 1-104.
• [31] Weiting J., Gewässerversauerung dutch Luftschadstoffe in der Bundesrepublik Deutschland, Wasserwirtschaft 76, 1986, s. 58-62.
• [32] Wróbel S., Wójcik D., Zakwaszenie wód w Świętokrzyskim Parku Narodowym i w rezerwacie przyrody na Baraniej Górze, [w:] Wróbel S. (red.), Zanieczyszczenia atmosfery a degradacja wód, Mater.Symp.Kraków 14-15 listopada 1989, PAN, Kraków 1989, s. 77-83.
• [33] Wróbel S., Szczęsny B., Zakwaszenie wód w Polsce i próby ich neutralizacji, [w:] Z. Kajak (red.), Funkcjonowanie ekosystemów wodnych i ich ochrona i rekultywacja, cz. II, 1990, s. 194-206.