Impact of deforestation on water chemistry in the western Tatras and Beskid Slaski range in the Polish Carpathians

• Autorzy: Kosmowska A. , Zelazny M. , Malek S. , Stanczyk T.

Warianty tytułu

PL

Wpływ wylesień na skład chemiczny wód w Karpatach Polskich na przykładzie Tatr Zachodnich i Beskidu Śląskiego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article describes the research into the impact of deforestation on the values of physicochemical traits and chemical composition of waters which drain the catchments covered with forest, and those that have been deforested, in the western part of Polish Carpathians. The research was carried out in independent catchments in the Skrzyczne massif in the Beski Śląski (Silesian Beskidy Range) in 2013–2014, and in the Kościeliska Valley in the Western Tatras in 2015–2016. During field studies, water samples were collected monthly in catchments with various degrees of deforestation, and the physicochemical characteristics of water were measured (pH, PEW, Tw). In the laboratory, the chemical composition of water, specifically the content of 14 ions (Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺, NH₄⁺, Li⁺, HCO₃⁻ , SO₄²⁻, Cl⁻, NO2 ⁻, NO₃⁻ , PO₄³⁻ , Br⁻, F⁻), was determined by means of ion chromatography (DIONEX 2000). The conducted research has shown the impact of deforestation on the value of physical and chemical traits and chemical composition of water. Deforestation of the slopes caused changes in the structure of the chemical composition of water, especially in the area of correlations between anions. In the Tatras, in the basins deforested as a result of windfall, a significant increase in the proportion of NO₃⁻ (% mval ∙ dm⁻³) in the anionic element of the chemical composition of water was observed, and in the Beskid Śląski, in catchments deforested due to the tree stand decay associated with the imission of pollutants, a significant increase in SO₄²⁻ (% mval ∙ dm⁻³) and a significant decrease in HCO₃⁻ (% mval ∙ dm⁻³) in the anionic structure of the chemical composition of waters was observed. These examples document the extremely important role played by forests, which cover mountain slopes, in the hydrochemical functioning of the catchment. In the spatial aspect, there is an unusual phenomenon of hydrochemical mosaicism consisting in the occurrence of different relationships between anions, especially hydrogen carbonates, sulphates and nitrates.

PL

W artykule opisano badania wpływu wylesień na wartości cech fizyczno–chemicznych i skład chemiczny wód odwadniających zlewnie pokryte lasem i wylesione w zachodnich Karpatach Polskich. Badania przeprowadzono w niezależnych zlewniach w masywie Skrzycznego w Beskidzie Śląskim w latach 2013–2014 i w Dolinie Kościeliskiej w Tatrach Zachodnich w latach 2015–2016. W terenie pobierano co miesiąc próbki wody w zlewniach o różnym stopniu wylesienia oraz mierzono cechy fizyczno-chemiczne wody (pH, PEW, Tw). W laboratorium metodą chromatografii jonowej (DIONEX 2000) oznaczono skład chemiczny wód w zakresie 14 jonów (Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺, NH₄⁺, Li⁺, HCO₃⁻ , SO₄²⁻, Cl⁻, NO2 ⁻, NO₃⁻ , PO₄³⁻ , Br⁻, F⁻). Przeprowadzone badania wykazały wpływ wylesień na wartości cech fizyczno-chemicznych i skład chemiczny wód. Wylesienie stoków spowodowało zmiany w strukturze składu chemicznego wód szczególnie w zakresie relacji między anionami. W Tatrach, w zlewniach wylesionych wskutek wiatrołomu zaobserwowano zgodnie z oczekiwaniem znaczny wzrost udziału NO₃⁻ (% mval ∙ dm⁻³) w członie anionowym składu chemicznego wody, a w Beskidzie Śląskim w wylesionych zlewniach wskutek rozpadu drzewostanu związanego z imisją zanieczyszczeń zaobserwowano znaczny wzrost udziału SO₄²⁻ (% mval ∙ dm-3) i znaczny spadek HCO₃⁻ (% mval ∙ dm⁻³) w anionowym członie struktury składu chemicznego wód. Te przykłady dokumentują niezwykle ważną rolę, jaką odgrywają lasy pokrywające stoki górskie w hydrochemicznym funkcjonowaniu zlewni. W aspekcie przestrzennym występuje nietypowe zjawisko mozaikowości hydrochemicznej, polegające na występowaniu różnych relacji między anionami, szczególnie wodorowęglanami, siarczanami i azotanami.

Słowa kluczowe

EN

Carpathians Mountains; Tatras Mountains; Silesian Beskids Mountains; mountain area; deforestation; water chemistry

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Scientiarum Polonorum. Formatio Circumiectus
• Rocznik: 2018
• Tom: 17
• Numer: 3
• Opis fizyczny: p.89-99,fig.,ref.

Twórcy

autor

Kosmowska A.

• Department of Hydrology, Institute of Geography and Spatial Management, Jagiellonian University, Gronostajowa 7, 30-387 Krakow

autor

Zelazny M.

• Department of Hydrology, Institute of Geography and Spatial Management, Jagiellonian University, Gronostajowa 7, 30-387 Krakow

autor

Malek S.

• Department of Forest Ecology and Reclamation, Faculty of Forestry, University of Agriculture in Krakow, al.29 Listopada 46, 31-425 Krakow

autor

Stanczyk T.

• Department of Environmental Improvment, Faculty of Civil and Environmetal Enineering, Warsaw University of Life Sciences - SGGW, Nowoursynowska 159, 02-787 Warsaw

Bibliografia

• Burns, D. A., Murdoch, P. S. (2005). Effects of a clearcut on the net rates of nitrification and N mineralization in a northern hardwood forest, Catskill Mountains, New York, USA. Biogeochemistry, 72(1), 123−146.
• Chełmicki, W. (2012). Woda. Zasoby, degradacja, ochrona. Warszawa: PWN.
• Czop, M., Motyka, J., Rajchel, L. (2008). Zagrożenia środowiska wód mineralnych rejonu Piwnicznej przez turystykę narciarską. W: M. J. Kotarba (red.), Przemiany środowiska naturalnego a rozwój zrównoważony. Kraków: Wydawnictwo TBPŚ “Geosfera”, 175−188.
• Dahlgren, R. A. (1998). Effects of forest harvest on stream−water quality and nitrogen cycling in the Caspar Creek watershed. Proceedings of the Conference on Coastal Watersheds: The Caspar Creek Story, May 6, 1998, Ukiah, California, 45−53.
• Drużkowski, M., Szczepanowicz, B. (1988). Migracja pierwiastków w wodach powierzchniowych i opadach atmosferycznych na obszarze małej zlewni Pogórza Karpackiego. Folia Geographica, seria Geographica Phisyca 20, 101–120.
• Grodzki, W., Guzik, M. (2009). Wiatro- i śniegołomy oraz degradacja kornika drukarza w Tatrzańskim Parku Narodowym na przestrzeni ostatnich 100 lat. Próba charakterystyki przestrzennej. W: M Guzik (red.), Długookresowe zmiany w przyrodzie i użytkowaniu TPN. Zakopane: Wydawnictwa Tatrzańskiego Parku Narodowego, 33–46.
• Houlton, B. Z., Driscoll, C. T., Fahey, T. J., Likens, G. E., Groffman, P. M., Bernhardt, E. S., Buso, D. C. (2003). Nitrogen dynamics in ice storm−damaged forest ecosystems: implications for nitrogen limitation theory. Ecosystems, 6(5), 431−443.
• Kosmowska, A., Żelazny, M., Małek, S., Siwek, J. P. (2015). Wpływ wylesień na krótkoterminowe zmiany składu chemicznego wody w zlewni Potoku Malinowskiego (Beskid Śląski). Sylwan, 159(9), 778−790.
• Kosmowska, A., Żelazny, M., Małek, S., Siwek, J.P., Jelonkiewicz, Ł. (2016). Effect of deforestation on stream water chemistry in the Skrzyczne massif (the Beskid Śląski Mountains in the southern Poland). Science of the Total Environment, 568, 1044-1053.
• Martin, C. W., Pierce, R. S., Likens, G. E., Bormann, F. H. (1986). Clearcutting affects stream chemistry in the White Mountains of New Hampshire. U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Northeastern Forest Experiment Station, Broomall.
• Maultz, S. (1972). Chemizm wód dopływów Górnej Wisły. Folia Geographica, Series Geographica-Physica, 6, 5–101.
• Michalik, A. (2008). The use of chemical and cluster analysis for studying the spring water. Quality in the Świętokrzyski National Park, South–Central Poland. Polish Journal of Environmental Studies, 17(3), 357–362.
• Michalik, A., Migaszewski, Z. M. (2012). Stable sulfur and oxygen isotope ratios of the Świętokrzyski National Park spring waters generated by natural and anthropogenic factors (south-central Poland). Applied Geochemistry, 27(6), 1123–1132.
• Murdoch, P. S., Stoddard, J. L. (1992). The role of nitrate in the acidification of streams in the Catskill Mountains of New York. Water Resources Research, 28(10), 2707−2720.
• Siwek, J.P. (2012). Zmienność składu chemicznego wód w małych zlewniach na progu Pogórza Karpackiego. Kraków: Instytut Geografii i Gospodarki Przestrzennej UJ.
• Swank, W. T., Vose, J. M. (1997). Long−term nitrogen dynamics of Coweeta forested watersheds in the southeastern United States of America. Global Biogeochemical Cycles, 11(4), 657−671.
• Pazdro Z., Kozerski B. (1990). Hydrogeologia ogólna. Warszawa: Wydawnictwa Geologiczne.
• Vitousek, P. M., Reiners, W. A. (1975). Ecosystem succession and nutrient retention: a hypothesis. BioScience, 25(6), 376−381.
• Wang, X., Burns, D. A., Yanai, R. D., Briggs, R. D., Germain, R. H. (2006). Changes in stream chemistry and nutrient export following a partial harvest in the Catskill Mountains, New York, USA. Forest Ecology and Management, 223 (1−3), 103−112.
• Welc, A. (1985). Zmienność denudacji chemicznej w Karpatach fliszowych (na przykładzie zlewni potoku Bystrzanka). Dokumentacja Geograficzna 5.
• Żelazny, M. (1995). Chemizm wód powierzchniowych i podziemnych w zlewni Starej Rzeki (Pogórze Wielickie). W: L. Kaszowski (red.). Struktura i funkcjonowanie środowiska przyrodniczego Progu Karpat: wyniki badań Stacji Naukowej Instytutu Geografii Uniwersytetu Jagiellońskiego w Łazach. Zeszyty Naukowe Uniwersytetu Jagiellońskiego, Prace Geograficzne, 100, 73–83.
• Żelazny, M. (red.). (2005). Dynamika związków biogennych w wodach opadowych, powierzchniowych i podziemnych w zlewniach o różnym użytkowaniu na Pogórzu Wiśnickim. Kraków: Instytut Geografii i Gospodarki Przestrzennej Uniwersytetu Jagiellońskiego.
• Żelazny, M. (2012). Czasowo-przestrzenna zmienność cech fizykochemicznych wód Tatrzańskiego Parku Narodowego. Kraków: Instytut Geografii i Gospodarki Przestrzennej UJ.
• Żelazny, M., Kosmowska, A., Stańczyk, T., Mickiewicz, M. (2017). Effect of deforestation on water chemistry in the Kościeliska Valley in the Western Tatras in southern Poland. Annals of Warsaw University of Life Sciences–SGGW. Land Reclamation, 49(3), 223-235.

Identyfikatory

DOI

10.15576/ASP.FC/2018.17.3.89