Effect of deforestation of different genesis on spatial variability of nitrate concentration in stream water in the Tatra National Park

• Autorzy: Zelazny M. , Pufelska M. , Sajdak M. , Jelonkiewicz L. , Bukowski M.

Warianty tytułu

PL

Wpływ rozpadu drzewostanu w Tatrzańskim Parku Narodowym na zróżnicowanie przestrzenne stężenia azotanów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Aim of study The aim of the study was to determine the effect of deforestation of different genesis on the spatial differentiation of NO₃⁻ concentration in the Polish Tatras. Materials and methods In 2018, 728 water samples were collected in the Tatras by hydrological and chemical survey. In the Hydrological and Chemical Laboratory of IGiGP UJ, ion chromatography determined: Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺, HCO₃⁻, SO₄²⁻, Cl⁻, NO₃⁻, NO²⁻, NH₄⁺, PO₄³⁻, Li⁺, F⁻ and Br⁻. Nitrates from 1719 water samples were analyzed in order to compare their current concentration to the period of 2007–09 (n = 991 water samples). The Tatras were divided into 13 areas. Results and conclusions The chemical composition of waters draining both forested and deforested Tatra slopes showed that in the decade from 2007–09 to 2018 the concentrations of NO₃ increased rapidly. In 2018, an average NO₃⁻ concentration expressed by median was higher by as much as 60.2%, rising from 1.76 to 2.82 mg · dm⁻³. The fluctuations in maximum concentrations were more pronounced, because their multiple increase occurred in five valleys, with the largest in: The Lejowa (by 348.2%) from 4.75 to 21.30 mg · dm⁻³; over double: Małej Łąki, Za Bramką and in Suchy Żleb; Kościeliska with Staników Żleb; Strążyska, Ku Dziurze and Spadowiec and Olczyska. Only in two areas the concentrations were lower. Comparison of the average NO₃⁻ concentration in Tatra waters has definitely proven its higher levels than in other regions of Poland in forested catchments or agricultural catchments, with the exception of catchments with intensive agricultural activities. Diverse genesis of deforestation result in strong mosaic–like spatial differentiation of the NO₃⁻ concentration. In waters draining the slopes deforested due to windfall, there is a concentration of NO₃⁻ > 10 mg · dm⁻³, which can potentially cause an unfavorable phenomenon of eutrophication of waters, however, it has a natural cause.

PL

Cel pracy Celem badań było określenie wpływu rozpadu drzewostanu różnej genezy na zróżnicowanie przestrzenne stężenia NO₃⁻ w Tatrach Polskich. Materiał i metody W 2018 r. w Tatrach metodą kartowania hydrologiczno–chemicznego pobrano 728 wód. W laboratorium Hydrologiczno–Chemicznym IGiGP UJ metodą chromatografii jonowej oznaczono: Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺, HCO₃⁻, SO₄⁻, Cl⁻, NO₃⁻, NO²⁻, NH₄⁺, PO₄³⁻, Li⁺, F⁻, Br⁻. Do interpretacji wykorzystano azotany z 1719 wód, ponieważ ich obecne stężenie porównano do lat 2007–09 (n = 991 wód). Tatry podzielono na 13 obszarów. Wyniki i wnioski Skład chemiczny wód drenujących zalesione oraz wylesione stoki tatrzańskie wykazał, że w dekadzie od 2007–09 do 2018 gwałtownie wzrosło stężenie NO₃⁻ . W 2018 r. przeciętne stężenie NO₃⁻ wyrażone medianą było wyższe aż o 60,2%, wzrosło z 1,76 do 2,82 mg · dm⁻³. Silniej uwidoczniło się zróżnicowanie maksymalnych stężeń, ponieważ ich wielokrotny wzrost wystąpił w pięciu dolinach największym w dolinie Lejowej (o 348,2%) z 4,75 do 21,30 mg · dm⁻³; ponad dwukrotny w dolinach Małej Łąki, Za Bramką i w Suchym Żlebie; Kościeliskiej ze Stanikowym Żlebem; Strążyskiej, Ku Dziurze i Spadowcu i Olczyskiej. Tylko w dwóch obszarach występowały niższe stężenia. Porównując średnie stężenie NO₃⁻ w wodach tatrzańskich wykazano, że są zdecydowanie wyższe niż w innych regionach Polski w zlewniach zalesionych lub w zlewniach rolniczych, z wyjątkiem zlewni z intensywną gospodarka rolną. Poligenetyczne przyczyny rozpadu drzewostanu skutkują silnym zróżnicowaniem przestrzennym stężenia NO₃⁻, które ma charakter mozaikowy. W wodach drenujących wylesione wskutek wiatrołomu stoki, występuje stężenie NO₃⁻ > 10 mg · dm⁻³, co potencjalnie może wywołać niekorzystne zjawisko eutrofizacji wód, jednak jego geneza ma naturalną przyczynę.

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Scientiarum Polonorum. Formatio Circumiectus
• Rocznik: 2019
• Tom: 18
• Numer: 3
• Opis fizyczny: p.149-161,fig.,ref.

Twórcy

autor

Zelazny M.

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

autor

Pufelska M.

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

autor

Sajdak M.

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

autor

Jelonkiewicz L.

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

autor

Bukowski M.

• Tatra National Park, Zakopane, Poland

Bibliografia

• Bogdał, A., Wałęga, A., Kowalik, T., Cupak, A. (2019). Assessment of the Impact of Forestry and Settlement–Forest Use of the Catchments on the Parameters of Surface Water Quality: Case Studies for Chechło Reservoir Catchment, Southern Poland. Water, 11, 964.
• Bombówna, M. (1969). Hydrochemiczna charakterystyka rzeki Raby i jej dopływów. Acta Hydrobiologica, 11(4), 479−504.
• Černý, J., Pačes, T. (1995). Acidification in the Black Triangle Region: Acid reign‚ 95, 5th International Conference on Acidic Deposition: Science and Policy, Göteborg, Sweden, 26–30 June 1995: Excursion, June 21–24, 1995, Czech Geological Survey, Prague.
• Dąbrowska, J., Moryl, A., Kucharczak–Moryl, E., Żmuda, R., Lejcuś, I. (2016). Zawartość związków azotu w wodach rzeki Strzegomki powyżej zbiornika Dobromierz. Acta. Sci. Pol., Formatio Circumiectus, 15(3), 57–69.
• 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.
• Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 91/676/EWG (1991). Dotyczy ochrony wód przed zanieczyszczeniami powodowanymi przez azotany pochodzące ze źródeł rolniczych, Dz.U. UE L z dnia 31 grudnia 1991 r.
• Eshleman, K. N., Morgan, II R. P., Webb, J. R., Deviney, F. A., Galloway, J. N. (1998). Temporal patterns of nitrogen leakage from mid−Apallachian forested watersheds: role of insect defoliation. Water Resources Research, 34(8), 2005−2116.
• Fabijanowski, J., Dziewolski, J. (1996). Gospodarka leśna. [in:] Z. Mirek, Z. Głowaciński, K. Klimek, H. Piękoś–Mirkowa (ed.), Przyroda Tatrzańskiego Parku Narodowego, Tatry i Podtatrze 3, Tatrzański Park Narodowy, Kraków–Zakopane, 675–696.
• Hess M.T. (1974). Piętra klimatyczne Tatr, Czasopismo Geograficzne, 45(1), 75–94.
• Hornbeck, J.W. Martin, C.W., Pierce, R.S, Bormann, F.H, Likens, G.E, Eaton, J.S. (1987). The Northern hardwood forest ecosystem: ten years of recovery from clearcutting, NE–RP–596. Broomall, PA: U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Northeastern Forest Experiment.
• Hornbeck, J. W., Smith, C. T., Martin, Q. W., Tritton, L. M., Pierce, R. S. (1990). Effects of intensive harvesting on nutrient capitals of three forest types in New England. Forest Ecology and Management, 30 (1−4), 55−64.
• Houlton, B., 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.
• Jachniak, E., Jaguś, A,. Młyniuk, A., Nycz, B. (2019). The Quality Problems of the Dammed Water in the Mountain Forest Catchment. Journal of Ecological Engineering, 20 (5), 165–171.
• 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.
• Kanownik, W., Rajda, W. (2008). Źródła zanieczyszczenia wód powierzchniowych w zlewni potoku Sudół Dominikański. Acta Scientiarum Polonorum Formacio Circumiectus, 7(2), 3–14.
• Kaznowska, E., Hejduk, L. (2011). Ocena wybranych charakterystyk ilościowych i jakościowych okresów bezwezbraniowych w rzece Zagożdżonce. Przegląd Naukowy – Inżynieria i Kształtowanie Środowiska 52, 108–118.
• Kisiel, M., Bochnak, D., Jastrzębska, B., Mostowik, K., Pufelska, M., Rzonca, B., Siwek, J. (2018). Skład chemiczny wód źródlanych w masywie Połoniny Wetlińskiej. Roczniki Bieszczadzkie, 26, 205–222.
• 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., 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.
• Likens, G. E. (2013). Biogeochemistry of a Forested Ecosystem. New York: Springer.
• Likens, G. E., Bormann, F. H., Johnson, N. M. (1969). Nitrification: importance to nutrient losses from a cutover forested ecosystem. Science, 163(3872), 1205−1206.
• Małek, S., Gawęda, T. (2006). Charakterystyka chemiczna wód powierzchniowych zlewni Potok Dupniański w Beskidzie Śląskim. Sylwan, 150(2), 29−36.
• Małek, S., Jasik, M., Durło, G. (2019). Jakość wody z ujęć zlokalizowanych w terenach leśnych zarządzanych przez Nadleśnictwo Myślenice. Sylwan, 163(4), 328−337.
• 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.
• Miatkowski, Z., Smarzyńska, K. (2014). Dynamika zmian stężenia związków azotu w wodach górnej Zgłowiączki w latach 1990–2011. Woda–Środowisko–Obszary Wiejskie, 14, 3(47), 99–111.
• 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.
• Pierzgalski, E., Janek, M., Kucharska, K., Tyszka, J., Wróbel, M. (2007). Badania hydrologiczne w leśnych zlewniach sudeckich. Synteza badań prowadzonych w latach 1993–2005. Sękocin Stary: Instytut Badawczy Leśnictwa.
• Pierzgalski, E., Janek, M., Kucharska, K., Niemtur, S., Stolarek, A., Tyszka, J., Wróbel, M. (2009). Procesy hydrologiczne i erozyjne w leśnych zlewniach górskich. Sękocin Stary: Instytut Badawczy Leśnictwa.
• Radwańska-Paryska, Z. (1974). Roślinność tatrzańska. Czasopismo Geograficzne, 45(1), 47–62.
• Rothe, A., Mellert, K.H. (2004). Effects of forest management on nitrate concentration in seepage water of forests in Southern Bavaria, Germany, Water, Air, and Soil Pollution, 156 (1–4), 337–355.
• Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 23 grudnia 2002 r. w sprawie kryteriów wyznaczania wód wrażliwych na zanieczyszczenie związkami azotu ze źródeł rolniczych. Dz.U. z 2002 r., 241, poz. 2093.
• Sajdak, M., Siwek, J., Bojarczuk, A., Żelazny, M. (2018). Hydrological and chemical water regime in the catchments of Bystra and Sucha Woda. Acta Sci. Pol., Formatio Circumiectus, 17(3), 161–173.
• Siemion, J., Burns, D. A., Murdoch, P. S., Germain, R. H. (2011). The relation of harvesting intensity to changes in soil, soil water, and stream chemistry in a northern hardwood forest, Catskill Mountains, USA. Forest Ecology and Management, 261(9), 1510−1519.
• Siwek, J. (2012). Naturalne i antropogeniczne uwarunkowania zmienności chemizmu wód powierzchniowych w małych zlewniach na progu Pogórza Wiśnickiego. Kraków: Instytut Geografii i Gospodarki Przestrzennej UJ.
• Strzyżowski, D., Fidelus, J., Żelazny, M. (2016). Geomorphological changes within a hillslope caused by a windthrow event in the Tatra Mountains, Southern Poland. Geografiska Annaler: Series A, Physical Geography, 98, 347–360.
• Strzyżowski, D., Fidelus–Orzechowska, J., Żelazny M. (2018). Sediment transport by uprooting in the forested part of the Tatra Mountains, southern Poland. Catena, 160, 329–338.
• Stupnicka, E. (1997). Geologia regionalna Polski. Warszawa: Wyd. UW.
• Swank, W.T., Swift, Jr. L.W., Douglass, J.E. (1988). Streamflow changes associated with forest cutting, species conversions, and natural disturbances, [in:] W.T. Swank, D.A. Crossley Jr., (eds.), Forest Hydrology and Ecology at Coweeta, Ecological Studies, 66, 297–312.
• 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.
• Szpikowska, G., Szpikowski, J. (2012). Właściwości fizykochemiczne wód rozlewisk bobrowych w Dolinie Kłudy (górna Parsęta) (Physicochemical properties of beaver wetlands water in the Kłuda Valley). Monitoring Środowiska Przyrodniczego, 13, 95–102.
• 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.
• Wójcik, S. (2012). Zróżnicowanie i sezonowa zmienność chemizmu wybranych źródeł zlewni potoku Olczyskiego w Tatrach, Prace Geograficzne, Instytut Geografii i Gospodarki Przestrzennej UJ, 128, 61–75.
• 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 UJ.
• Żelazny, M. (2012). Czasowo–przestrzenna zmienność cech fizykochemicznych wód Tatrzańskiego Parku Narodowego. Kraków: Instytut Geografii i Gospodarki Przestrzennej UJ.
• Żelazny, M. (2015). Środowisko hydrogeochemiczne Tatr Polskich. Skala 1:250 000. [In:] K. Dąbrowska, M. Guzik (eds.), Atlas Tatr: przyroda nieożywiona. Cz. III.5. Skład chemiczny wód. Zakopane: Tatrzański Park Narodowy.
• Żelazny, M., Adamska, M., Ciemborowicz, M., Fidelus–Orzechowska, J., Gus, M., Jaśkowiec, B., Jelonkiewicz, E., Jelonkiewicz, Ł., Karcz, T., Kolerski, T., Kosmowska, A., Kowalski, A., Lelito, M., Lisowicz, M., Michno, A., Płonka, K., Pufelska, M., Rajwa–Kuligiewicz, R., Rutkowska, A., Siwek, J.P., Siwek, J., Sajdak, M., Sobucki, M., Skaszczyk, A., Stańczyk, T., Stolarczyk, M., Stopka–Walkosz, M., Strzyżowski, D., Szubert, P., Wasak, K., Wrońska–Wałach, D. (2018). Ocena wpływu wielkoobszarowych wiatrołomów na reżim hydrochemiczny i denudację zlewni położonych w obszarach leśnych na terenach górskich (Tatry Polskie) – kontynuacja z modyfikacją. Kraków: Instytut Geografii i Gospodarki Przestrzennej UJ. www.tpn.nauka.raporty
• Żelazny, M., Siwek, J.P., Fidelus, J., Stańczyk, T., Siwek, J., Rutkowska, A., Kruk, P., Wolanin, A., Jelonkiewicz, Ł. (2017). 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.