|
11.
|
Ocena presji środowiska na ekosystemy leśne na podstawie badań na SPO MI
Anna Kowalska, Paweł Lech
W roku 2014 na 12 stałych powierzchniach obserwacyjnych monitoringu intensywnego (SPO MI) realizowano w cyklach miesięcznych badania poziomu zanieczyszczeń powietrza, depozytu całkowitego, podkoronowego (w tym spływu po pniu), roztworów glebowych oraz ciągłe pomiary parametrów meteorologicznych.
Suma opadów rocznych przypadająca średnio na stację była zbliżona do tej z roku 2013, zawierała się w przedziale od 454,5 mm w Suwałkach do 1006,3 mm w Szklarskiej Porębie. Większość opadów (64,7%,) przypadała na okres letni, zaś dla poszczególnych powierzchni mieściła się w zakresie od 53,3% (Strzałowo) do 70,8% (Szklarska Poreba). Wydaje się, że dostępność wody dla drzew w roku 2014 była wystarczająca.
Wg raportu Europejskiej Agencji Środowiska (European Union emission inventory report 1990-2011, 2013) emisje dwutlenku siarki na obszarze Unii Europejskiej w okresie 1990-2011 zmalały, o 82%, co sprawiło, że według prognoz EMAP do 2020 roku zagrożenie ekosystemów leśnych zakwaszeniem znacząco zmaleje. Przekroczenie ładunków krytycznych występować będzie tylko na 2-4% powierzchni ekosystemów Europy, z czego relatywnie najwięcej przypadać będzie na Polskę, tu zagrożonych zakwaszeniem może być nawet jedna czwarta ekosystemów. W przypadku tlenków azotu redukcje emisji w ostatnich dziesięcioleciach były mniejsze, aczkolwiek znaczące (48% pomiędzy latami 1990-2011), jednakże prognozowane zagrożenie eutrofizacją ekosystemów Europy w 2020 r. utrzymywać się będzie w dalszym ciągu na wysokim poziomie, przekroczenie ładunków krytycznych dotyczyć może nawet około połowy powierzchni ekosystemów, oddziałując niekorzystnie na ich różnorodność biologiczną i stabilność. Wg danych KOBIZE w Polsce również następowało w minionych latach zmniejszenie emisji SO2, w latach 2000-2012 o 41%. W przypadku NO2 redukcja emisji była znacząco mniejsza, w tym samym okresie wyniosła tylko 5%. Najniższe średnie roczne stężenia dwutlenku siarki (poniżej 2 μg·m-3) występowały w 2014 r. w Polsce północno-wschodniej na SPO MI w Białowieży, Strzałowie i Suwałkach. W Gdańsku, Chojnowie i Piwnicznej odnotowano niskie stężenia nie przekraczające 2,5 μg·m-3. Na powierzchniach w Zawadzkiem i Łącku odnotowano najwyższe stężenia SO2, (3,5 i 3,2 μg·m-3). Średnie roczne stężenia SO2 były na większości powierzchni wyższe o 7% do 33% od notowanych w roku poprzednim, z wyjątkiem powierzchni w Birczy, gdzie odnotowano spadek stężenia aż o 34%. Powyżej podane wartości średnie roczne stanowiły od 7% do 18% wartości stężenia SO2 dopuszczalnego dla roślin wg Rozporządzenia Ministra Środowiska z 2012 r. Stężenia rejestrowane dla okresu zimowego (1,4-5,6 μg·m-3), wyższe niż dla całego roku, stanowiły od 6% do 28% wartości dopuszczalnej. Średnie roczne stężenia dwutlenku azotu były w 2014 r. wyższe niż w roku ubiegłym o 19% w Łącku, 14-16% w Gdańsku i Strzałowie, a na pozostałych powierzchniach nie różniły się o więcej niż 10%. Podobnie jak w latach ubiegłych najwyższe średnie roczne stężenia SO2 stwierdzono w rejonach Polski centralnej: w Chojnowie i Łącku (14,8 i 11,3 μg·m-3) oraz południowej, w Zawadzkiem (8,6 μg·m-3). Powierzchnie te zlokalizowane są w sąsiedztwie dużych aglomeracji miejskich (Chojnów – Warszawa) i/lub ośrodków przemysłowych (Zawadzkie – GOP, Łąck – Płock) oraz ruchliwych dróg krajowych. Znacząco niższe średnie roczne stężenia NO2 (od 4,0 do 6,8 μg·m-3) odnotowano w Polsce północno-wschodniej (Białowieża, Strzałowo, Suwałki i Gdańsk) oraz w rejonach górskich (Bircza, Bielsko i Szklarska Poręba). W 2014 r. średnie wartości stężeń NO2 wyniosły, w zależności od powierzchni, od 12% do 48% wartości dopuszczalnej wg Rozporządzenia Ministra Środowiska z 2012 r., co oznacza, że zarówno SO2, jak i NO2 nie stanowiły w skali kraju czynnika negatywnie oddziałującego na kondycję lasów. Analizy statystyczne wykazują jednak istnienie zróżnicowania obciążeniem zanieczyszczeniami gazowymi poszczególnych SPO MI. Najmniejsza łączna depozycja siarki i azotu z atmosfery (3,3-5,1 kg N+S·ha-1·rok-1) występowała na powierzchniach północno-wschodniej Polski (Białowieża, Strzałowo, Suwałki i Gdańsk, przeciętna (4,9-6,1 kg) w centralnej części kraju (Łąck, Krotoszyn i Krucz) oraz na terenie Karpat Wschodnich i Sudetów (Bircza i Szklarska Poręba), zaś najwyższa - w Chojnowie (8,5 kg) i Zawadzkiem (8,2 kg). Rejony centralnej Polski cechujące się wysoką depozycją gazowych zanieczyszczeń powietrza pokrywają się z obszarami zagrożonymi przekroczeniem ładunków krytycznych eutrofizacji i zakwaszenia. Prognozy EMAP wskazują, że zagrożenie to, pomimo systematycznego zmniejszania się poziomu emisji w minionych dekadach, będzie się utrzymywać, nawet po wdrożeniu ustaleń zrewidowanego Protokołu z Göteborga.
Odczyn opadów na otwartej powierzchni w 2014 r. przyjmował miesięczne wartości pH w zakresie od 4,0 do 7,1, udział opadów o pH < 5,0 wyniósł 30%, nieco mniej niż w latach ubiegłych. Najniższe średnie roczne pH opadów odnotowano w górach (Piwniczna i Szklarska Poręba), trochę wyższe (w zakresie 5,2-5,3) - w Gdańsku oraz w Polsce centralnej (Krucz, Łąck, Krotoszyn, Chojnów i Zawadzkie), najniższe – na powierzchniach w Birczy Strzałowie, Białowieży i Suwałkach (pH od 5,4 do 5,7). Zbliżone wyniki odzwierciedla inna miara: pojemność zobojętniania kwasów (ANC), która była ujemna (co oznacza nadmierną ilość jonów mocnych kwasów w opadach) na wszystkich SPO MI z wyjątkiem Białowieży. 85% miesięcznych opadów miało ujemne wartości ANC, w okresie zimowym udział próbek wody o ujemnym ANC wynosił 93%, zaś w okresie letnim – 77%. Najniższe wartości ANC charakteryzowały w 2014 r. powierzchnie zlokalizowane w Kruczu, Łącku, Krotoszynie, Birczy, i Szklarskiej Porębie (poniżej -30 μeq·dm-3·rok-1). Również depozyt jonów zakwaszających (Cl-, S-SO42-, NO3-, NH4+) w ciągu całego roku stanowił 54%-67% ładunku molarnego na otwartej powierzchni. Najmniejszy udział tych jonów stwierdzono, podobnie jak w 2013 r., w Polsce północno-wschodniej: w Białowieży (43%), Suwałkach i Gdańsku (58% i 54%), wyższy w Chojnowie (59%), wysoki (62-67%) na pozostałych powierzchniach.
Nieco korzystniejsze były właściwości kwasowo-zasadowe podokapowych wód opadowych. Obniżona wartość pH (poniżej 5,0) wystąpiła w 28% miesięcznych prób opadów. W porównaniu z wodami opadowymi z otwartej przestrzeni udział opadów podkoronowych z ujemnymi wartościami ANC (pojemność zobojętniania kwasów) był w 2014 r. zdecydowanie niższy i wynosił 36%. Ujemne wartości ANC, związane z przewagą jonów wolnych kwasów, występowały głównie w okresie zimowym, co wiąże się ze wzmożonymi emisjami zanieczyszczeń w sezonie grzewczym. Podobnie jak w opadach na otwartej przestrzeni, na wszystkich powierzchniach obserwacyjnych ANC półrocza zimowego było niższe niż w półroczu letnim. Przewaga wolnych kwasów (średnie roczne ANC<0) w opadach podokapowych w całym roku była znacząca w Zawadzkiem, Chojnowie, Szklarskiej Porębie oraz Kruczu (ANC równe odpowiednio: -51,9, -45,2, -24,6 i -9,7 μeq·dm-3·rok-1).
Średnie pH roztworów glebowych na większości SPO MI w 2014 r. było zbliżone do wartości z 2013 r., wynosiło od 4,14 do 6,19 na głębokości 25 cm oraz od 4,49 do 6,77 na głębokości 50 cm. Kwaśnemu odczynowi roztworów glebowych z reguły towarzyszył bardzo niski udział kationów zasadowych w całkowitej sumie jonów. Na powierzchniach ze świerkiem w Szklarskiej Porębie i z bukiem w Gdańsku mieścił się on w zakresie 9-11%, zaś na powierzchniach z sosną w Chojnowie, Kruczu i Zawadzkiem – w zakresie 11-17%. Ponadto roztwory glebowe z powierzchni w Nadl. Szklarska Poręba, Chojnów, Krucz i Zawadzkie i Gdańsk cechował niski stosunek sumy jonów zasadowych (Ca, Mg i K) do glinu (Al), na obu głębokościach mieścił się w zakresie od 0,3 do 0,7, a w Piwnicznej – od 0,6 do 0,9, czyli znacznie poniżej granicy jedności, uznawanej za bezpieczną dla rozwoju i funkcjonowania korzeni roślin. Wskazuje to na ograniczoną zdolność gleb na tych powierzchniach do kompensowania zakwaszania i potencjalną niestabilność ekosystemu leśnego i rosnących na nich drzewostanów.
Analiza danych pozwoliła dokonać oceny co do występowania zagrożenia zakwaszeniem i eutrofizacją siedlisk leśnych na SPO MI. Trzy spośród 5 powierzchni z sosną (w Chojnowie, Kruczu i Zawadzkiem) oraz jedna spośród 3 powierzchni ze świerkiem (w Szklarskiej Porębie) zagrożone są zakwaszeniem. Powierzchnie te cechowały się wysoką kwasowością roztworów glebowych, niekorzystnym stosunkiem jonów zasadowych do glinu, ujemnym ANC oraz wysoką depozycją siarki. Na pozostałych dwu powierzchniach świerkowych (w Piwnicznej i w Suwałkach) wyniki badań nie są tak alarmujące. W Piwnicznej odczyn roztworów glebowych był zbliżony do mierzonego w Szklarskiej Porębie, ale udział zasad był ponad dwukrotnie wyższy, korzystniejszy był tu również stosunek jonów zasadowych do glinu. W Suwałkach, odczyn roztworów glebowych był wyższy niż na pozostałych powierzchniach ze świerkiem, depozycja zanieczyszczeń gazowych była niska, a udział jonów zasadowych przekraczał 50%. Występujące na tej powierzchni podwyższone stężenia azotanów w roztworach glebowych na głębokości 50 cm nie są symptomem postępującej eutrofizacji, ale raczej powolnego rozpadu drzewostanu, spowodowanego czynnikami o charakterze biotycznym – występowaniem patogenów korzeni i szkodników wtórnych. Na powierzchniach z bukiem zagrożenia związane z zakwaszeniem występują jedynie w Gdańsku, gdzie w roztworach glebowych kationy o charakterze zasadowym miały niewielki udział, występowało niskie pH gleby (3,5-4,2) w fazie mineralnej (do głębokości 65 cm) i roztworów glebowych (pH 4,7), co oznacza obecność toksycznego jonu Al3+, szkodliwego dla rozwoju roślin. Powierzchnia w Birczy, o znacząco wyższej żyzności gleb i ich zdolności buforującej wolna jest od tego typu zagrożeń. Spośród dwu powierzchni z dębem, jedynie ta w Łącku może być zagrożona zakwaszeniem, na co wskazuje niższy od jedności stosunek jonów zasadowych do glinu w roztworach glebowych na głębokości 25 cm.
Dopływ azotu (Ntot) do gleb pod okapem wahał się od poniżej 10 kg N·ha-1 (Białowieża, Strzałowo i Piwniczna), poprzez wartości rzędu 11-15 kg N·ha-1 (Krucz, Chojnów, Łąck, Gdańsk, Suwałki i Bircza), do około 16-20 kg N·ha-1 (Szklarska Poręba, Zawadzkie i Krotoszyn). W puli azotu całkowitego od 59% do 83% stanowiły formy mineralne (N-NH4+ i N-NO3-). Wielkość całkowitej depozycji azotu jest jednak trudna do określenia, ze względu na pomijane w pomiarach gazowe formy azotu, pobierane przez rośliny z powietrza, podobnie jak część azotu z opadów, która jest sorbowana w warstwie koron i za pośrednictwem roślin trafia do ekosystemu. Wnioskowanie na podstawie wielkości depozycji pod okapem prawdopodobnie powoduje niedoszacowanie całkowitej ilości azotu, wnoszonego do ekosystemów leśnych. Zakładając, że całkowita depozycja azotu może być większa, niż wskazują na to wyniki depozycji podkoronowej w 2013 r., na niektórych badanych powierzchniach monitoringu intensywnego, głównie poza północną częścią Polski i terenami górskimi na południu, nie można wykluczyć zagrożenia, spowodowanego nadmierną podażą azotu i wynikającą stąd eutrofizacją środowiska leśnego.
|
