Impact of deforestation on changes of ion share in chemical composition of waters of the Malinowski stream along longitudinal hydrochemical profiles

• Autorzy: Kosmowska A.

Warianty tytułu

PL

Wpływ wylesienia na zmiany udziału jonów w składzie chemicznym wód Malinowskiego Potoku wzdłuż podłużnych profili hydrochemicznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Aim of the study The aim of the study was to determine the changes of ion share in chemical composition of water with the catchment area increase along longitudinal hydrochemical profiles in an area affected by an ecological disaster. Material and methods The research was conducted in the Malinowski stream catchment in the Skrzyczne massif in the Silesian Beskid mountain range from 2013 to 2014. The catchment was divided into smaller sub-catchments (dependent and independent) and 6 longitudinal profiles were separated along the catchment with the increase in the catchment area surface. Water samples were collected in catchments with a different deforestation level on a monthly basis and its physical and chemical features (pH, EC25°C, Tw) were measured. The chemical composition of water was determined with the ion chromatography method (DIONEX 2000) in the range of 14 ions (Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺, NH₄⁺, Li⁺, HCO₃⁻, SO₄²⁻, Cl⁻, NO²⁻, NO₃⁻, PO₄³⁻, Br⁻, F⁻). Results and conclusions The conducted research showed the impact of deforestation on the ion share in the chemical composition of water. In the deforested catchments, an increase in the share of SO₄²⁻, and a decrease in the share of HCO₃⁻ were observed. The share of SO₄²⁻ in the waters that were draining the deforested catchment was so high that it occured in the first position in the water’s hydrochemical type, while the concentration of HCO₃⁻ was so low that its share was minimal. The analysis of hydrochemical types changes along longitudinal profiles showed the difference in chemical composition of waters draining the upper, deforested zone in comparison to the lower, forested zone. As the catchment area increases, the importance of NO₃⁻ decreases and the importance of HCO₃⁻ increases. If the research was conducted exclusively in the profile that closes the Malinowski stream catchment it would show that the catchment is a typical Carpathian catchment in hydrochemical terms, where bicarbonates are in the first place in water chemical composition. The analysis of water chemical composition conducted in the longitudinal profiles enables the identification of hydrochemical effects of the degradation of forest stand in mountain catchment.

PL

Cel pracy Celem badań było określenie zmian udziału jonów w składzie chemicznym wody wraz z przyrostem powierzchni zlewni wzdłuż podłużnych profili hydrochemicznych na obszarze dotkniętym klęską ekologiczną. Materiał i metody Badania prowadzono w zlewni Malinowskiego Potoku w Masywie Skrzyczne w Beskidzie Śląskim, w latach 2013–2014. Zlewnię Malinowskiego Potoku podzielono na mniejsze zlewnie cząstkowe: zależne i niezależne oraz wyodrębniono 6 profili podłużnych wzdłuż zlewni wraz z przyrostem powierzchni zlewni. W terenie pobierano co miesiąc próbki wody w zlewniach o różnym stopniu wylesienia oraz mierzono cechy fizyczno-chemiczne wody (pH, EC25°C, 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⁻). Wyniki i wnioski Przeprowadzone badania wykazały wpływ wylesienia na udział jonów w składzie chemicznym wody. W zlewniach wylesionych zaobserwowano wzrost udziału SO₄²⁻ i spadek HCO₃⁻. Udział SO₄²⁻ w wodach odwadniających zlewnię wylesioną był tak duży, że pojawił się na pierwszym miejscu w typie hydrochemicznym tych wód, zaś HCO₃⁻ miały tak niewielkie stężenie, że ich udział był znikomy. Analizując zmiany typów hydrochemicznych wzdłuż profili podłużnych, zauważono odmienność składu chemicznego wód odwadniających górną, wylesioną strefę, w porównaniu do dolnej. Wraz z przyrostem powierzchni zlewni, następuje spadek znaczenia NO₃⁻ i wzrost znaczenia HCO₃⁻. Gdyby badania prowadzono jedynie w profilu zamykającym zlewnią Malinowskiego Potoku, wówczas zlewnia ta byłaby typową zlewnią karpacką pod względem hydrochemicznym, gdzie na pierwszym miejscu w składzie chemicznym wody występują wodorowęglany. Analiza składu chemicznego wód przeprowadzona w podłużnych profilach pozwala zidentyfikować hydrochemiczne skutki rozpadu drzewostanu w zlewni górskiej.

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Scientiarum Polonorum. Formatio Circumiectus
• Rocznik: 2019
• Tom: 18
• Numer: 3
• Opis fizyczny: p.97-112,fig.,ref.

Twórcy

autor

Kosmowska A.

Bibliografia

• Alexandrowicz, S.W. (1999). Budowa geologiczna. In: L. Starkel (red.). Geografia Polski. Środowisko przyrodnicze. Warszawa: PWN, 221–242.
• Astel, A., Małek, S., Krakowian, K. (2008). Sustainable afforestation as a tool of spring water sources protection in the mountain ecosystem. Pol. J. Environ. Stud., 17(3a), 22–27.
• Balon, J., Jodłowski, M. (2014). Regionalizacja fizycznogeograficzna Karpat Zachodnich – studium metodologiczne. In: W. Ziaja, M. Jodłowski (red.). Struktura środowiska przyrodniczego a fizjonomia krajobrazu. Kraków: IGiGP UJ, 85–105.
• Barszcz, J. Małek, S. (2015). Przyczyny zamierania świerczyn. In: S. Małek (ed.), Ekologiczne i hodowlane uwarunkowania przebudowy drzewostanów świerkowych w Beskidzie Śląskim i Beskidzie Żywieckim. Kraków: Wyd. Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie.
• Borg, H., Sundbom, M. (2014). Long–term trends of water chemistry in mountain streams in Sweden – slow recovery from acidification. Biogeosciences 11, 173–184.
• Bytnerowicz, A., Godzik, B., Frączek, W., Grodzińska, K., Krywult, M., Badea, O., Barančok, P., Blum, O., Černy, M., Godzik, S., Mankovska, B., Manning, W., Moravčik, P., Musselman, R., Oszlányi, J., Postelnicu, D., Szdzuj, J., Varšavova, M., Zota, M. (2002). Distribution of ozone and other air pollutants in forests of the Carpathian Mountains in central Europe. Environ. Pollut., 116(1), 3–25.
• Capecki, Z. (1994). Rejony zdrowotności lasów zachodniej części Karpat. Prace Inst. Bad. Leśn., A 781, 83–191.
• 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. In: M. J. Kotarba (red.), Przemiany środowiska naturalnego a rozwój zrównoważony. Kraków: Wyd. TBPŚ „Geosfera”, 175−188.
• 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.
• Durło, G. (2012). Wpływ obserwowanych i prognozowanych warunków klimatycznych i obserwowanych na stabilność drzewostanów górskich w Beskidzie Śląskim. Kraków: Wyd. Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie.
• Geologiczna Mapa Polski 1:50000. (1966a). Region Karpat i Przedgórza. Arkusz M34–87 A: Milówka. Instytut Geologiczny Oddział Karpacki, Wydawnictwa Geologiczne.
• Geologiczna Mapa Polski 1:50000. (1966b). Region Karpat i Przedgórza. Arkusz M34–86 B: Wisła. Instytut Geologiczny Oddział Karpacki, Wydawnictwa Geologiczne.
• Gromadzka, M., Wolanin, A., Żelazny, M., Pęksa, Ł. (2015). Physical and chemical properties of the Goryczkowe and Bystrej Górne vaucluse springs in the Tatra Mountains. Hydrology Research, 46(6), 954–968.
• Hydrologiczny rocznik wód powierzchniowych. (1974–1983). Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej, Wyd. Komunikacji i Łączności.
• Jasik, M., Małek, S. (2013). Quality assessment of spring water from the area of the Łysogóry Mts. In Świętokrzyski National Park in 2010. Folia For. Pol., Ser. A, Leśn., 55(1), 27–32.
• Jasik, M., Małek, S., Żelazny, M. (2017). Effect of water stage and tree stand composition on spatiotemporal differentiation of spring water chemistry draining Carpathian flysch slopes (Gorce Mts). Science of the Total Environment, 599–600, 1630–1637.
• Jarvie, H.P., Withers, P. J.A., Bowes, M.J., Palmer-Felgate, E.J., Harper, D.M., Wasiak, K., Wasiak, P., Hodgkinson, R.A., Bates, A., Stoate, C., Neal, M., Wickham, H.D., Harman, S.A., Armstrong, L.K. (2010). Streamwater phosphorus and nitrogen across a gradient in rural–agricultural land use intensity. Agriculture, Ecosystems and Environment 135, 238–252.
• 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.
• Kosmowska, A., Żelazny, M., Małek, S., Stańczyk, T. (2018). Impact of deforestation on water chemistry in the Western Tatras and Beskid Śląski range in the Polish Carpathians. Acta Sci. Pol. Formatio Circumiectus, 18(3), 89–99.
• Macioszczyk, A. (1987). Hydrogeochemia. Warszawa: Wydawnictwa Geologiczne.
• Malata, M. (2015). Sezonowa zmienność fizyko–chemiczna źródeł Babiogórskiego Parku Narodowego. Prz. Nauk. Inż. Kszt. Środ., 67, 26–39.
• Małek, S. (2010). Nutrient fluxes in planted Norway spruce stands of different age in Southern Poland. Water Air Soil Pollut., 209(1), 45–59.
• Małek, S. (2015). Obieg biogeochemiczny w małych zlewniach leśnych z dużym udziałem świerka. In: S. Małek (ed.), Ekologiczne i hodowlane uwarunkowania przebudowy drzewostanów świerkowych w Beskidzie Śląskim i Beskidzie Żywieckim. Kraków: Wyd. Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie.
• Małek, S., Gawęda, T. (2004). The characteristic of surface water of Potok Dupniański and Olza drainage area in Beskid Śląski. Zeszyty Naukowe, Inżynieria Środowiska 131(12), 257–264.
• Małek, S., Gawęda, T. (2006a). Charakterystyka chemiczna wód powierzchniowych zlewni Potok Dupniański w Beskidzie Śląskim. Sylwan, 150(2), 29–36.
• Małek, S., Gawęda, T. (2006b). Charakterystyka chemiczna źródeł Potoku Dupniańskiego w Beskidzie Śląskim. Sylwan, 150(3), 39–46.
• Małek, S., Krakowian, K. (2012). The effect of deforestation on spring water chemistry on Skrzyczne (Silesian Beskid Mountains, Poland). J. For. Sci., 58(7), 308–313.
• Małek S., Barszcz, J., Kędziora, B. (2012b). Factors influencing silvicultural value of cultures of silver fir Abies alba Mill. at higher altitudes in the Beskid Śląski and Beskid Żywiecki Mountains. Folia Forestalia Polonica series A 54 (3), 145–152.
• Małek, S., Barszcz, J., Majsterkiewicz, K. (2012a). Changes in the threat of spruce stand disintegration in the Beskid Śląski and Żywiecki Mts in the years 2007–2010. Journal of Forest Science 58 (12), 519–529.
• Małek, S., Martinson, L., Sverdrup, H. (2005). Modeling future soil chemistry at a highly polluted forest site at Istebna in Southern Poland using the “SAFE” model. Environmental Pollution 137(3), 568–573.
• 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.
• Moldan, B., Schnoor, J.L. (1992). Czechoslovakia: examining a critically ill environment. Environ. Sci. Technol., 26(1), 14–21.
• Murdoch, P.S., Stoddard, J.L. (1992). The role of nitrate in the acidification of streams in the Catskill Mountains of New York. Water Resour. Res., 28(10), 2707–2720.
• PN–89/C–04638/02. Bilans jonowy wody. Sposób obliczenia bilansu jonowego wody. PKNMiJ.
• Oszczypko, N. (1995). The Miocene subsidence history of the Carpathian Foredeep in Poland. Special Publications of the Geological Society of Greece 4(1), 372–379.
• Ozga-Zielińska, M., Brzeziński, J. (1994). Hydrologia stosowana. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN.
• Pazdro Z., Kozerski B. (1990). Hydrogeologia ogólna. Warszawa: Wydawnictwa Geologiczne.
• Pulikowski, K., Paluch, J., Paruch A., Kostrzewa, S. (2005). Okres pojawiania się maksymalnych stężeń azotanów w wodach powierzchniowych. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol., Warszawa 505, 339–345.
• Pulikowski, K., Czyżyk, F., Pawęska, K., Strzelczyk, M. (2011). Sezonowe zmiany wielkości ładunku azotu odpływającego z mikrozlewni użytkowanych rolniczo. Infrastruktura i ekologia terenów wiejskich, 10, PAN, Kraków, 161–171.
• Ratajczak, T., Witczak, S. (1983). Mineralogia i hydrogeochemia żelaza w kolmatacji filtrów studziennych ujmujących wody czwartorzędowe. Zesz. Nauk. AGH, Geologia 29. 229 s. Cyt. za: Witczak, S., Kania, J., Kmiecik, E. (2013). Katalog wybranych fizycznych i chemicznych wskaźników zanieczyszczeń wód podziemnych i metod ich oznaczania. Biblioteka Monitoringu Środowiska, Warszawa.
• Sajdak, M., Siwek, J., Bojarczuk, A., Żelazny, M. (2018). Hydrological and chemical water regime in the catchments of Bystra and Sucha Woda in the Tatra National Park. Acta Sci. Pol. Formatio Circumiectus, 17(3), 161–173.
• 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.
• Vitousek, P. M., Reiners, W. A. (1975). Ecosystem succession and nutrient retention: a hypothesis. BioScience, 25(6), 376−381.
• Welc, A. (1985). Zmienność denudacji chemicznej w Karpatach fliszowych (na przykładzie zlewni potoku Bystrzanka). Dokumentacja Geograficzna 5.
• Wolanin, A. (2013). Właściwości fizykochemiczne wody potoków tatrzańskich w okresie kwiecień–listopad 2011 roku. Prace Geograficzne. Kraków: Instytut Geografii i Gospodarki Przestrzennej UJ, 133.
• Wolanin, A., Chmiel, S., Żelazny, M., Jelonkiewicz, Ł., Janusz, J., Hałas, S., Trembaczowski, A. (2017). Anomalia hydrogeochemiczna w Tatrach: źródło z wodami siarczanowymi. Przegląd Geologiczny, 65(11/1), 1025–1028.
• Worrall, F., Burt, T. P. (1998). Decomposition of river water nitrate time series – comparing the agricultural and urban signs. Science of the Total Environment, 210–211, 153–162.
• Żelazny, M. (1995). Chemizm wód powierzchniowych i podziemnych w zlewni Starej Rzeki (Pogórze Wielickie). In: L. Kaszowski (ed.). 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. (ed.). (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 a). 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.
• Żelazny, M., Siwek, J.P., Fidelus, J., Stańczyk, T., Siwek, J., Rutkowska, A., Kruk, P., Wolanin, A., Jelonkiewicz Ł. (2017 b). Wpływ wiatrołomu i degradacji drzewostanu na zróżnicowanie chemizmu wód w zlewni Potoku Kościeliskiego w obszarze Tatrzańskiego Parku Narodowego. Sylwan, 161(1), 27–33.
• Żelazny, M., Wolanin, A., Płaczkowska, E. (2013). Hypsometric factors for differences in chemical composition of Tatra National Park spring waters. Polish Journal of Environmental Studies, 22(1), 289–299.