I.

Program monitoringu lasów

1.

Program monitoringu lasów w 2019 roku

II.

Monitoring lasów na stałych powierzchniach obserwacyjnych I rzędu

2.

Ocena poziomu zdrowotnego monitorowanych gatunków drzew w 2019 r. oraz w pięcioleciu 2015-2019

3.

Ocena uszkodzeń monitorowanych gatunków drzew w 2019 r.

4.

Charakterystyka warunków pogodowych i ich wpływ na zdrowotność drzewostanów w latach 2015-2019

5.

Warunki wodne gleby na terenach leśnych Polski w 2019 r.

6.

Stałe powierzchnie obserwacyjne monitoringu lasów na obszarach Natura 2000

III.

Monitoring lasów na stałych powierzchniach obserwacyjnych II rzędu

7.

Pomiary dendrometryczne, ocena zasobów i przyrostów

8.

Florystyczne i ekologiczne zmiany charakteru runa

9.

Ocena wpływu eutofizacji i zakwaszania na występowanie porostów i mszaków

10.

Charakterystyka odnowienia naturalnego

IV.

Badania na stałych powierzchniach obserwacyjnych monitoringu intensywnego

11.

Dynamika parametrów meteorologicznych w 2019 r.

12.

Poziom stężenia NO2 i SO2 w powietrzu na terenach leśnych

13.

Wielkość depozytu wnoszonego z opadami atmosferycznymi na terenach leśnych

14.

Opady podkoronowe oraz roztwory glebowe na terenach leśnych

Anna Kowalska

14.1.

Opady podkoronowe

Substancje transportowane przez opady atmosferyczne są dostarczane do dna lasu w formie opadów podkoronowych. Dodatkowo trafia do gleby pewna pula pierwiastków, których źródłem są procesy interakcji opadów z koronami drzew (ryc. 25). Opady podkoronowe różnią się od opadów atmosferycznych zarówno pod względem ilości, jak i składu chemicznego. Ich badanie dostarcza istotnych informacji o obiegu pierwiastków w środowisku leśnym.

Średnia przewodność elektrolityczna właściwa będąca pośrednio miarą ogólnej zawartości jonów w wodach wynosiła na SPO MI w 2019 r. od 12,3 do 313 mS cm^-1. W opadach podkoronowych w niemal wszystkich przypadkach wartości przewodności były wyższe niż w opadach docierających do koron. Wartości przewodności były zależne od ilości opadów w badanym okresie. W okresach niskich opadów zanieczyszczenia dostarczane z wodą opadową i spłukiwane oraz wymywane z liści były obecne w próbkach w dużych stężeniach, zaś wysokim opadom towarzyszył tzw. efekt rozcieńczenia.

Roczny depozyt podkoronowy wyliczono jako sumę depozycji azotu całkowitego (N_tot), jonów wodorowych, chlorków, siarczanów (VI), jonów wapnia, sodu, potasu, magnezu, żelaza, glinu, manganu i metali ciężkich w opadach pod okapem.

W 2019 r. do gleby wpłynął ładunek substancji od 1,7 do 3,7 razy większy niż z opadem na otwartej przestrzeni. Stosunkowo niskie wzbogacenie pod okapem miało miejsce w drzewostanach bukowych w Gdańsku i Birczy (2-krotnie), świerkowym w Szklarskiej Porębie, dębowym w Łącku oraz sosnowych w Kruczu, Strzałowie i Chojnowie (1,7–2,1-krotnie). Opady podkoronowe były bardziej wzbogacone w stosunku do opadów bezpośrednich (2,6–3,7-krotnie) w drzewostanach: dębowym w Krotoszynie, sosnowych w Zawadzkiem i Białowieży oraz w świerczynach w Piwnicznej i Suwałkach.

Depozyt podkoronowy mieścił się w zakresie od 33,7 do 72,0 kg ha^-1 rok^-1. Był wysoki na powierzchniach w Suwałkach, Krotoszynie i Gdańsku (powyżej 70,0 kg ha^-1 rok^-1). W Szklarskiej Porębie i Zawadzkiem przekraczał 50 kg ha^-1 rok^-1. Poniżej 40 kg ha^-1 rok^-1 wyniosła depozycja w Łącku, Kruczu i Birczy.

W opadach podkoronowych występowało więcej istotnych różnic pomiędzy badanymi powierzchniami niż w opadach na otwartej przestrzeni. Różnice uwidaczniają wpływ koron na skład depozycji. Powierzchnie, gdzie opady podkoronowe charakteryzowały się największą kwasowością (Szklarska Poręba, Zawadzkie), różniły się istotnie od powierzchni Polski północno-wschodniej (Białowieża, niekiedy Suwałki i Strzałowo) pod względem depozycji co najmniej jednego ze składników, które wskazują na zakwaszenie lub eutrofizację opadów: H⁺, S-SO₄^2-, N-NO₃^-, N-NH₄⁺. Zawadzkie, w których opady na otwartej przestrzeni różniły się pod względem szczególnie niskiej zdolności zobojętniania kwasów (ANC) w stosunku do Suwałk, pod okapem wykazują istotne różnice również w stosunku do Gdańska i Białowieży, co potwierdza ogólnie mniejsze obciążenie związkami o charakterze zakwaszającym w lasach Polski północno-wschodniej w porównaniu z lasami Śląska i Sudetów. W opadach w drzewostanie bukowym w Birczy występowały istotnie mniejsze depozyty rozpuszczonego węgla organicznego (RWO) niż w drzewostanie sosnowym w Zawadzkiem i świerkowym w Szklarskiej Porębie. Różnice w depozycji podkoronowej RWO między drzewostanem liściastym i iglastym są opisane w literaturze: Le Mellec i in. (2010) odnotowali mniejsze stężenia i depozyty RWO w opadach w drzewostanie bukowym niż w świerkowym.

Właściwości kwasowo-zasadowe wód opadowych. Obniżone pH, tj. niższe niż 5,0, występowało w ciągu roku w 19% miesięcznych próbek opadów. Opady o pH poniżej 5,0 sporadycznie występowały w półroczu letnim, natomiast przeważały w okresie zimowym, szczególnie styczniu i grudniu (na sześciu SPO MI) oraz lutym (na pięciu SPO MI). Średnie roczne pH poniżej 5 (4,9) odnotowano jedynie w Zawadzkiem, a niewiele wyższe (5,2) – w rejonach górskich i podgórskich: w Szklarskiej Porębie, Birczy i Piwnicznej. Wyższym średnim rocznym pH (5,5–5,9) charakteryzowały się powierzchnie zlokalizowane w Polsce północno-wschodniej (Gdańsk, Suwałki, Białowieża, Strzałowo).

W 2019 r. odczyn opadów był bardziej kwaśny niż 2017 r. jedynie w Zawadzkiem i Suwałkach (o 0,1–0,2 jednostki pH), natomiast mniej kwaśny – w Gdańsku, Kruczu, Birczy i Szklarskiej Porębie (o 0,2 do 0,8 jednostki pH). Na pozostałych powierzchniach pH opadów w 2019 r. było zbliżone do pH z 2018 r.

Pojemność zobojętniania kwasów (ANC), obliczona jako różnica stężeń kationów mocnych zasad (Ca, Mg, Na, K) i anionów mocnych kwasów (SO₄^2-, NO₃^-, Cl^-) w opadach, mierzona w μeq dm^-3, jest wskaźnikiem pozwalającym ocenić, czy w wodach występuje nadmiar wolnych mocnych kwasów (ANC<0), czy zasad (ANC>0). Inaczej mówiąc, ANC charakteryzuje zdolność wody do zobojętniania kwasów.

W porównaniu z wodami opadowymi udział opadów podkoronowych z ujemnymi wartościami ANC występował rzadziej (w 27% przypadków). Ujemne wartości ANC, związane z przewagą jonów wolnych kwasów, występowały przeważnie w okresie zimo-wym, co można przypisać zarówno wzmożonym emisjom zanieczyszczeń w związku z sezonem grzewczym, jak i zmniejszonej aktywności biologicznej drzew i mniejszej wymianie jonowej niż w okresie wegetacyjnym. Na niemal wszystkich powierzchniach obserwacyjnych ANC półrocza zimowego było niższe niż w półroczu letnim, z wyjątkiem Birczy i Piwnicznej, gdzie przyjmowało zbliżone wartości w obu półroczach (ryc. 30).

Średnio rocznie dodatnią wartość ANC (przewagę wolnych zasad) w opadach podkoronowych odnotowano w Szklarskiej Porębie (1,1 μeq dm^-3 rok^-1), w Kruczu, Chojnowie i Piwnicznej (od 10 do 27,4 μeq dm^-3 rok^-1), w Łącku (39,8 μeq dm^-3 rok^-1), w Strzałowie i Gdańsku (76,8 i 93,4 do 27,4 μeq dm^-3 rok^-1) w Krotoszynie (152 μeq dm^-3 rok^-1), w Suwałkach (214 μeq dm^-3 rok^-1) oraz w Białowieży (228 μeq dm^-3 rok^-1).

Przewagę jonów wo-lnych kwasów obserwowano w opadach na powierzchni na Śląsku (Zawadzkie; ANC =     -53,0 μeq dm^-3 rok^-1).

Jony o zakwaszającym oddziaływaniu na środowisko (SO₄^2-, NO₃^-, NH₄⁺, Cl^-) stanowiły od 41% do 64% rocznego molowego depozytu (sumy azotu mineralnego, chlorków, siarczanów (VI), kationów zasadowych, żelaza, glinu, manganu i metali ciężkich, wyrażonej w mol_c ha^-1).

Najwyższy udział jonów o charakterze zakwaszającym (64%) stwierdzono, podobnie jak w poprzednich latach, w Zawadzkiem. Udział przekraczający połowę całkowitej depozycji podokapowej zarejestrowano w Kruczu (60%), Chojnowie (58%), Szklarskiej Porębie (57%), Birczy (55%) i Łącku (54%). (ryc. 31).

Roczny depozyt podkoronowy był od 1,7 do 3,7 większy niż z opadem na otwartej przestrzeni i mieścił się w zakresie od 33,7 do 72,0 kg ha-1 rok-1. Był wysoki na powierzchniach w Suwałkach, Krotoszynie i Gdańsku (powyżej 70,0 kg ha-1 rok-1). W Szklarskiej Porębie i Zawadzkiem przekraczał 50 kg ha-1 rok-1. Poniżej 40 kg ha-1 rok-1 wyniosła depozycja w Łącku, Kruczu i Birczy.

W 2019 r. dopływ azotu (Ntot) do gleb pod okapem drzewostanów nie przekraczał 10 kg N ha-1 w Białowieży, Strzałowie, Łącku i Piwnicznej. W pozostałych drzewostanach przyjmował wartości od około 11 kg N ha-1 (Bircza, Krucz), poprzez 13–14 kg N ha-1 (Gdańsk, Chojnów, Suwałki), 15–16 kg N ha-1 (Szklarska Poręba, Krotoszyn), po niemal 18 kg N ha-1 (Zawadzkie).

Po uwzględnieniu gazowych form azotu pobieranych przez rośliny z powietrza oraz azotu zawartego w opadach i sorbowanego w koronach drzew oszacowano, że w 2019 r. całkowita depozycja mineralnych związków azotu mogła osiągać w Krotoszynie niemal 30 kg N ha-1, w Suwałkach i Gdańsku mogła przekraczać 20 kg N ha-1, a na żadnej z pozostałych SPO MI nie spadała poniżej 10 kg N ha-1. Oznacza to, że na większości badanych powierzchni monitoringu intensywnego jest prawdopodobna nadmierna podaż azotu i związane z tym zagrożenie eutrofizacją.

14.2.

Spływ po pniu w drzewostanach bukowych

Wody spływające po pniach drzew to frakcja wód opadowych badana w ramach programu monitoringu lasów jedynie w drzewostanach bukowych. Architektura koron buka w większym stopniu sprzyja odprowadzaniu opadu po pniach, niż u innych gatunków drzew. W buczynach spływ po pniu stanowi istotną formę transportu wody, substancji pokarmowych oraz zanieczyszczeń zawartych w opadach, modyfikując warunki glebowe w strefach wokół pni (Chang i Matzner 2000).

Pobór próbek odbywa się w okresie bezrmroźnym. W 2019 r. był to okres od marca do grudnia na powierzchni w Gdańsku oraz od kwietnia do listopada w Birczy. Szacuje się, że w pierwszej lokalizacji, ilość spływu po pniu przekroczyła 38,8 mm, w drugiej - 28,1 mm. W próbkach miesięcznych spływ po pniu stanowił od 2% do 9% opadu bezpośred-niego (na otwartej przestrzeni) w Gdańsku oraz od 1% do 6% w Birczy, co odpowiada wartościom przytaczanym w literaturze (Chang i Matzner 2000, Johnson i Lehmann 2006).

W składzie chemicznym spływu po pniu na powierzchni w Gdańsku zauważalny był wpływ aerozoli morskich, średnie stężenia jonów chlorkowych, Na, siarczanów (VI), Ca, Mg i K były większe niż w Birczy. Spływ po pniu w Birczy charakteryzował się nieco wyższym pH lecz znacznie niższą zasadowością i ANC w porównaniu z Gdańskiem. W obu lokalizacjach średnia roczna pojemność zobojętniania kwasów (ANC) tej frakcji wód opadowych była większa niż w opadach podkoronowych i na otwartej przestrzeni.

Depozyt składników wniesiony ze spływem po pniu wyniósł w okresie badań 4,9 kg ha-1 w Gdańsku oraz 3,5 kg ha-1 w Birczy. Woda opadowa, spływając po pniach w większym stopniu niż przepływając przez warstwę koron, wzbogaca się w związki organiczne (Van Stan i Stubbins 2018). Pomimo, że suma opadu odprowadzonego po pniach stanowiła średnio zaledwie 5–7% opadu podkoronowego, depozyt rozpuszczonego węgla organicznego wynosił około 20% depozycji podokapowej RWO.

14.3.

Roztwory glebowe

Roztwory glebowe stanowią drogę transportu składników odżywczych i substancji toksycznych między fazą stałą gleby a korzeniami roślin. Ich skład chemiczny jest więc źródłem informacji istotnych dla oceny wpływu zanieczyszczeń powietrza oraz innych czynników stresowych na ekosystemy leśne (Nieminen 2011).

W 2019 roku wskutek niskich opadów na większości powierzchni (oprócz Piwnicznej) były okresy, w których nie było możliwe pobieranie wystarczającej ilości próbek do badań. W najtrudniejszej sytuacji pod względem dostępności wody znalazły się drzewostany w Strzałowie, Krotoszynie, Łącku i Birczy, gdzie od czerwca lub lipca do późnej jesieni lub nawet do końca roku nie udało się pobrać roztworów glebowych do badań. Nawet w zazwyczaj dobrze zaopatrzonej w wodę świerczynie w Szklarskiej Porębie w okresie późnoletnim i jesiennym dawały o sobie znać niedobory wody w glebie.

W 2019 r. średnie pH badanych roztworów glebowych wynosiło od 4,2 do 6,8 na głębokości 25 cm oraz od 4,6 do 7,4 na głębokości 50 cm. Zmiany większe niż ± 0,2 jednostki pH w porównaniu z rokiem poprzednim wystąpiły jedynie w kilku przypadkach i mogły być spowodowane niewystarczającą dostępnością wody glebowej. Taka sytuacja miała miejsce w Birczy, Krotoszynie, Strzałowie i Suwałkach.

Najbardziej kwaśne roztwory występowały w drzewostanach sosnowych w Kruczu, Chojnowie, Zawadzkiem i Białowieży (pH od 4,2 do 4,7). W świerczynach w Szklarskiej Porębie i Piwnicznej, w drzewostanie dębowym w Łącku oraz w buczynie w Gdańsku pH roztworów glebowych na obu głębokościach mieściło się w zakresie 4,4–4,8. W dąbrowie w Krotoszynie, mimo że pH na głębokości 50 cm wynosiło 5,7, w płytszym poziomie było równe tylko 4,2. W Strzałowie (sosna), w Birczy (buk) i w Suwałkach (świerk) pH osiągało średnie wartości w zakresie 6,4–7,4. Z reguły w górnej części profilu glebowego występowało nieznaczne zakwaszenie roztworów w stosunku do głębszych poziomów. W Krotoszynie, Birczy i Strzałowie różnica między pH na głębokości 25 i 50 cm była szczególnie wysoka i wynosiła odpowiednio 1,5, 0,9 i 0,7 jednostki pH.

W składzie roztworów glebowych znaczący udział miały kationy o charakterze zasadowym (Ca, Mg i K). Na głębokości 50 cm stanowiły 86% sumy jonów w Birczy, 79% w Strzałowie oraz 61% Suwałkach, w płytszej części profilu wynosiły: 76% sumy jonów w Birczy, 72% w Suwałkach i 59% w Strzałowie (ryc. 32). Udział kationów o charakterze zasadowym w sumie jonów był niski (22–24%) na powierzchni świerkowej w Szklarskiej Porębie i w drzewostanach sosnowych w Chojnowie i Zawadzkiem. W drzewostanie sosnowym w Białowieży, w dąbrowie w Łącku, w buczynie w Gdańsku i świerczynie w Piwnicznej był on nieco wyższy i wynosił od 29 do 36%.

Przyjmuje się, że przy wartościach stosunku molowego jonów zasadowych (Ca, Mg i K) do glinu (BC/Al.) ≥ 1 korzenie drzew są chronione przed skutkami zakwaszania gleb. Wskaźnik ten przyjął znacznie niższe od jedności wartości, mieszczące się w zakresie od 0,3 do 0,7 w roztworach glebowych na obu głębokościach w nadleśnictwach: Szklarska Poręba, Chojnów i Zawadzkie. W Piwnicznej mieścił się w granicach 0,6–0,9. W Kruczu i Gdańsku wynosił odpowiednio 0,5 i 0,7 na głębokości 25 cm i wzrastał do 1,1–1,2 w głębszym poziomie gleby. Na pozostałych powierzchniach – przekraczał, niekiedy znacznie, przyjętą wartość krytyczną, wskazując na brak zagrożenia korzeni ze strony toksycznych form glinu.

Obecność azotanów w roztworach glebowych z reguły stanowi wskaźnik tzw. wysycenia ekosystemu azotem, czyli sytuacji, gdy podaż azotu przekracza zapotrzebowanie roślin i mikroorganizmów (np. Aber i in. 1989, Gundersen i Rasmussen 1995, Kristensen i in. 2004). Pojawianie się podwyższonych poziomów azotanów (V) w roztworach glebowych może być jedną z przyczyn zamierania drzewostanów. Przyspieszone tempo mineralizacji materii organicznej i wzmożona nitryfikacja towarzyszące degradacji siedliska, przy jednocześnie wysokim ładunku azotu dopływającego z opadami, skutkują uwolnieniem azotanów do roztworu glebowego, ich przepływem poniżej głównej strefy wzrostu korzeni drzew (na głębokości 50 cm) i wymywaniem poza profil gleby (Rasmussen 1998).

W Białowieży i Krotoszynie jony NO₃^- występowały w roztworach glebowych na głębokości 50 cm przez cały okres pobierania próbek (odpowiednio: w stężeniu od 0,7 do 4,2 mg N dm^-3 oraz od 13 do 15 mg N dm^-3). W Kruczu występowały w miesiącach letnich (w stężeniu 0,3–0,7 mg N dm^-3), a w Suwałkach – w pierwszej połowie roku (w stężeniu od 1,8 do 2,8 mg N dm^-3).

W Suwałkach obecność azotanów można wiązać z uszkodzeniem drzewostanu i powolnym rozpadem, związanym z obecnością kornika i chorobami grzybowymi w wyniku czego część powierzchni badawczej została pozbawiona drzew, w Krotoszynie – z przeprowadzonymi w 2017 r. cięciami sanitarnymi, czego następstwem może być wzmożone uwalnianie N-NO₃^- do roztworów glebowych, w Białowieży – z obecnością opieńki oraz z występującymi w ostatnich latach wiatrowałami, co może wskazywać na gorszą kondycję drzew, punktowe odsłonięcie gleby sprzyjające przyspieszonej mineralizacji i uwalnianiu azotanów do roztworów glebowych.

W Łącku, Strzałowie i Piwnicznej, gdzie w poprzednich latach obserwowano podwyższone stężenia jonów NO₃^- w roztworach glebowych, w 2019 roku jony azotanu (V) nie pojawiały się w znaczących ilościach.

Obecność jonów amonowych (NH₄⁺) w roztworach glebowych w Suwałkach i Białowieży może świadczyć zarówno o nadmiernym dopływie azotu z depozycją atmosferyczną, jak i o wysokim tempie mineralizacji materii organicznej, będącym następstwem, np. odsłonięcia gleby wskutek obumarcia drzew lub przeprowadzonych cięć sanitarnych. Innym czynnikiem stymulującym pojawianie się jonów amonowych w fazie wodnej gleby jest spowolnienie tempa nitryfikacji (por. Gundersen i in. 1998) przy niskim pH gleby i szerokim stosunku węgla do azotu w warstwie organicznej, czyli w warunkach charakterystycznych dla gleby powierzchni w Zawadzkiem, gdzie NH₄⁺ również były obecne w wykrywalnych ilościach.

Udział jonów o charakterze zakwaszającym (SO₄^2-, NO₃^-, Cl^- i NH₄⁺) w depozycie wyrażonym sumą ładunku molarnego (H⁺, Cl^-, SO₄^2-, NO₃^-, NH₄⁺, Ca, Na, K, Mg, Fe, Al, Mn, Zn, Cu, Cd i Pb) dominował na każdej z powierzchni i wynosił od 58% do 71%. Udział jonów o charakterze zakwaszającym był najwyższy (71%) w Krotoszynie. W Kruczu, Zawadzkiem, Łącku i Szklarskiej Porębie – przekraczał 65%, a zjawisku temu towarzyszył niski udział (poniżej 30%) jonów o charakterze zasadowym. Z kolei niski udział depozycji jonów o charakterze zakwaszającym występował w Piwnicznej i Suwałkach (58%), przy jednocześnie wysokim udziale jonów o charakterze zasadowym (odpowiednio: 35% i 41%).

Średnie pH w badanych roztworach glebowych wynosiło od 4,2 do 6,8 na głębokości 25 cm oraz od 4,6 do 7,4 na głębokości 50 cm. Najbardziej kwaśne roztwory (pH od 4,2 do 4,7) występowały w drzewostanach sosnowych w Kruczu, Chojnowie, Zawadzkiem i Białowieży.

Na powierzchniach w Birczy, Strzałowie i Suwałkach w składzie roztworów glebowych znaczący udział miały kationy o charakterze zasadowym (Ca, Mg i K). Na głębokości 50 cm stanowiły odpowiednio: 86%, 79% i 61% sumy jonów, w płytszej części profilu wynosiły: 76, 59% i 72% sumy jonów.

Na czterech powierzchniach (Szklarska Poręba, Chojnów, Zawadzkie i, Piwniczna) stosunek molowy jonów zasadowych (Ca, Mg i K) do glinu (BC/Al) w roztworach glebowych na obu głębokościach przyjmował niższe od jedności wartości, co wskazuje na istnienie zagrożenia korzeni ze strony toksycznych form glinu. W Kruczu i Gdańsku wartość wskaźnika na głębokości 25 cm nie przekraczała jedności, natomiast w głębszym poziomie gleby wzrastała do 1,1–1,2. Na pozostałych sześciu powierzchniach wskaźnik przekraczał, niekiedy znacznie, przyjętą wartość krytyczną, co oznacza, że korzenie drzew są tam chronione przed skutkami zakwaszania gleb.

W Białowieży, Krotoszynie i Suwałkach odnotowano podwyższone stężenia azotanów (jonów NO3-) w roztworach glebowych na głębokości 50 cm. W Białowieży, Suwałkach i Zawadzkiem w roztworach glebowych występowały jony amonowe (NH4+).

15.

Zmiany stężeń zanieczyszczeń gazowych, depozycji oraz składu roztworów glebowych po roku 2010

Literatura