Monitoring zagrożeń i zanieczyszczenia środowiska leśnego Puszczy Białowieskiej.pdf

Tom 51, 2002

Numer 4 (257)

Strony 435–441

E L¯BIETA M ALZAHN

Instytut Badawczy Leœnictwa

Zak³ad Lasów Naturalnych

17-230 Bia³owie¿a

e-mail:emalzahn@las.ibl.bialowieza.pl

MONITORING ZAGRO¯EÑ I ZANIECZYSZCZENIA ŒRODOWISKA LEŒNEGO PUSZCZY

BIA£OWIESKIEJ

WSTÊP

Instytut Badawczy Leœnictwa prowadzi na

ca³ymobszarze kraju od 1986 r. programmoni-

toringu lasu , polegaj¹cy na gromadzeniu mate-

ria³u dokumentacyjnego umo¿liwiaj¹cego ak-

tualn¹ ocenê jego kondycji, wyznaczaniu tren-

dów ró¿norodnych procesów w nim za-

chodz¹cych i prognozowaniu sytuacji zdro-

wotnej lasóww Polsce wed³ug kryteriów reko-

mendowanych przez Uniê Europejsk¹. W ra-

mach rozszerzanego stale zakresu badañ na

148 sta³ych powierzchniach obserwacyjnych

realizowany jest szeroki program identyfikacji

czynników œrodowiska, maj¹cych decyduj¹cy

wp³yw na zdrowotnoœæ drzewostanów. Dwie

takie powierzchnie zlokalizowane s¹ w Pusz-

czy Bia³owieskiej i one reprezentuj¹ Puszczê w

skali krainy przyrodniczo-leœnej. Wyniki badañ

monitoringowych s¹ zamieszczane w corocz-

nych raportach pt. „Stan uszkodzenia lasów w

Polsce”, wydawanych w serii „Biblioteka Moni-

toringu Œrodowiska”. W 2000 r. stopieñ prze-

rzedzenia koron drzew w Puszczy Bia³owie-

skiej mieœci³ siê w granicach 21–25%, co ozna-

cza „stan ostrzegawczy” (D OBROWOLSKI i

wspó³aut. 2001).

Puszcza Bia³owieska zas³uguje na dok³ad-

niejsz¹ analizê zagro¿eñ z wielu wzglêdów,

m.in. z powodu unikalnej wartoœci przyrodni-

czej i nie spotykanego w innych lasach ni¿u eu-

ropejskiego znacznego stopnia naturalnoœci

drzewostanów, co czyni z niej wzorzec natural-

nych mechanizmów obrony ekosystemów le-

œnych przed presj¹ ró¿nych czynników œrodo-

wiska. Wp³yw czynników antropogenicznych

na stan œrodowiska leœnego jest tu najbardziej

widoczny w silnym zanieczyszczeniu jednej z

puszczañskich rzek — Leœnej Prawej. Na ca³ym

obszarze Puszczy w ostatniej dekadzie obser-

wowane s¹ zmiany w sk³adzie epifitycznych

porostów oraz eutrofizacja siedlisk leœnych, za

których przyczynê uznawane s¹ zanieczyszcze-

nia powietrza (S OKO£OWSKI 1991). Z tych po-

wodów Zak³ad Lasów Naturalnych IBL w

Bia³owie¿y prowadzi od 1986 r. programmoni-

toringu regionalnego na ca³ym obszarze pol-

skiej czêœci Puszczy, w tym równie¿ na obsza-

rze Bia³owieskiego Parku Narodowego.

MONITORING TECHNICZNY

Potencjalne zagro¿enie œrodowiska leœne-

go, jakie stanowi¹ zanieczyszczenia powietrza,

jest oceniane poprzez realizowany od 1986 r.

monitoring techniczny, w sk³ad którego

wchodz¹ pomiary depozycji suchej (SO 2 iNO x )

i opadu py³ów (w sieci 25 punktów pomiaro-

wych) oraz depozycji mokrej, poprzez badanie

kwasowoœci i sk³adu chemicznego opadów at-

436

E L¯BIETA M ALZAHN

mosferycznych w Bia³owie¿y (M ALZAHN

2001). Depozycja sucha obejmuje cz¹steczki

gazów i py³ów wprowadzane do lasów przez

osiadanie oraz substancje gazowe nie rozpusz-

czone w wodzie. Depozycja mokra (deszcz,

œnieg) wnosi do ekosystemu substancje gazo-

we rozpuszczone w wodzie oraz py³y i aerozo-

le wymywane z atmosfery przez deszcz. Na

o cenê aktualnego poziomu i kierunku zmian

zanieczyszczeñ powietrza na obszarze Puszczy

wp³ywaj¹ zró¿nicowane, w³asne i literaturo-

we, kryteria wartoœciowania.

Na podstawie wieloletnich zmian rozk³adu

przestrzennego depozycji suchej, reprezento-

wanej przez wspó³czynnik sumy obci¹¿enia za-

nieczyszczeniami gazowymi powietrza (Wzg),

mo¿na wnioskowaæ o ci¹g³ej poprawie jakoœci

powietrza (Ryc. 1). W porównaniu z okresem

1986–1996 (M ALZAHN 1999), w ostatnich piê-

ciu latach wspó³czynnik Wzg by³ podobny na

ca³ymobszarze Puszczy i tylko na ma³ymobsza-

rze przylegaj¹cymdomiasta Hajnówki przekra-

cza³ przyjêt¹ dla Puszczy wartoœæ krytyczn¹

równ¹ 1. Obszar Bia³owieskiego ParkuNarodo-

wego znajdowa³ siê w strefie najmniejszego

obci¹¿enia zanieczyszczeniami gazowymi. W

ostatnich latach zmniejsza³ siê równie¿ opad

py³ów (Op) na ca³ym obszarze Puszczy, a

zw³aszcza na polanie bia³owieskiej. Natomiast

depozycjê mokr¹ zanieczyszczeñ powietrza,

ocenian¹ na podstawie podwy¿szonego pozio-

mu kwasowoœci opadów atmosferycznych

(œrednie pH 4,57) oraz stosunkowo du¿ego

udzia³u kwaœnych deszczy (pH < 4,6) w sumie

opadów atmosferycznych (36,8 %), zaliczono

do istotnych zagro¿eñ, podkreœlaj¹c jej wp³yw

1986 - 1996

1997 - 2001

Wzg

5km

< 0,5

0,5 - 1,0

1,0 - 1,5

1,5 - 2,0

2,0 - 2,5

1986 - 1996

1997 - 2001

1,0 - 1,5

1,5 - 2,0

2,0 - 2,5

> 2,5

Ryc. 1. Rozk³ad przestrzenny sumarycznego wspó³czynnika obci¹¿enia zanieczyszczeniami

gazowymi (Wzg) i opadu py³ów (Op) na obszarze Puszczy Bia³owieskiej w latach 1986–2001.

Wzg1=5mgSO 2 m –2 24 h –1 + 0,1 mg NO x m –2 24 h –1 ;Op–gm –2 miesi¹c –1 .

Monitoring zagro¿eñ i zanieczyszczenia œrodowiska leœnego Puszczy Bia³owieskiej

437

na przyœpieszenie tempa zakwaszenia œrodowi-

ska leœnego (M ALZAHN 2000). Sk³ad chemiczny

opadów atmosferycznych w Bia³owie¿y w ko-

lejnych latach zmienia³ siê w mniejszym stop-

niu i w mniej regularny sposób ni¿ zawartoœæ

zanieczyszczeñ gazowych w powietrzu

(Ryc. 2). W latach 1994–2001 roczny opad mo-

rok –1 (M ANNINEN i wspó³aut. 1997). Œrednia

depozycja ca³kowita azotu w Puszczy Bia³owie-

skiej sk³ada³a siê tylko w 28% z depozycji su-

chej i a¿ w 72% z depozycji mokrej i w 2001 r.

wynosi³a 11 kg ha –1 . Przyjêty na œwiecie po-

ziomkrytycznego obci¹¿enia lasówazotemwy-

nosi 15 do 20 kg ha –1 rok –1 dla lasów gospodar-

czych, ale tylko 2 do 5 kg dla lasów zbli¿onych

do naturalnych (G RODZIÑSKA iS ZAREK 1995).

Obci¹¿enie azotem lasów Puszczy Bia³owie-

skiej, du¿o ni¿sze od przeciêtnego obci¹¿enia

lasów europejskich, przekracza³o jednak war-

toœæ krytyczn¹ dla lasów naturalnych o co naj-

mniej 6 kg ha –1 rok –1 .

Proporcje udzia³u ró¿nych form depozycji

siarki i azotu w Puszczy s¹ zgodne z wynikami

badañ modelowych, które wykaza³y zale¿noœæ

wzglêdnego udzia³u suchej i mokrej depozycji

w depozycji ca³kowitej od charakterystyki ob-

szaru (W HELPDALE i wspó³aut. 1997). Przy oce-

nie globalnych depozycji kwaœnych ustalono,

¿e w Europie sucha depozycja stanowi 20–70%

ca³kowitej depozycji siarki i 15–50% ca³kowi-

tej depozycji azotu, przy czym udzia³ tej depo-

zycji z regu³y maleje wraz ze wzrostem od-

leg³oœci od silnych Ÿróde³ emisji.

Rok

Kationy

Aniony

2001

N- NH4

S-SO4

N- NO3

N- NO2

2000

1999

1998

1997

1996

1995

1994

300

200

100

200 mg m -2

Ryc. 2. Struktura opadumokrego kationów i anio-

nów w Bia³owie¿y w latach 1994–2001.

kry sumy kationów by³ z regu³y wy¿szy ni¿

opad sumy anionów. W porównaniu z pozio-

mem jonów w opadach atmosferycznych w in-

nych lasach zwraca³o uwagê stosunkowo du¿e

stê¿enie jonów azotu utlenionego w Puszczy,

czego skutkiemby³ du¿y opadmokry azotu, np.

opad N-NO 3 w Puszczy w latach 1994–2001

wynosi³ 7,2 kg ha –1 rok –1 , podczas gdy w kra-

jach europejskich w latach 90. waha³ siê w gra-

nicach 0,4–7,6 kg, a w Polsce po³udniowej wy-

nosi³ 5,3 kg ha –1 rok –1 (S ZAREK -£ UKASZEWSKA

1999).

Poziom depozycji ca³kowitej siarki i azotu

w Puszczy Bia³owieskiej mo¿na interpretowaæ

w ró¿ny sposób (Ryc. 3). Œrednia depozycja

ca³kowita siarki w latach 1986–2001 sk³ada³a

siê w 55% z depozycji suchej i 45% z mokrej. W

2001 r. jej poziom wynosi³ 13 kg ha –1 .P rzyjêty

na œwiecie poziom krytycznego obci¹¿enia la-

sów siark¹ wynosi, w zale¿noœci od w³asnoœci

buforowych gleby, od 3 do 32 kg ha –1 rok –1 .

Obci¹¿enia siark¹ lasów Puszczy Bia³owieskiej

znajdowa³o siê w po³owie przedzia³u wartoœci

krytycznej i by³o du¿o ni¿sze od przeciêtnego

obci¹¿enia lasów europejskich. By³o jednak o

co najmniej 3 kg ha –1 wy¿sze od proponowanej

wartoœci krytycznej depozycji siarki dla lasów

pó³nocno-wschodniej Europy — 5–10 kg ha –1

kg ha -1

rok -1

Depozycja sucha

Depozycja mokra

Siarka

Azot

1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000

Ryc. 3. Depozycja ca³kowita siarki i azotu w Pusz-

czy Bia³owieskiej w latach 1986–2001.

Równie wa¿na jak ocena aktualnego pozio-

mu zanieczyszczenia powietrza, jest ocena kie-

runku jego zmian, na podstawie której mo¿na

by³oby prognozowaæ zagro¿enie œrodowiska

438

E L¯BIETA M ALZAHN

przyrodniczego w nastêpnych latach. Optymi-

zmemnapawa istotne zmniejszanie siê depozy-

cji ca³kowitej siarki, wynikaj¹ce g³ównie z re-

gularnego spadku depozycji suchej. Z pewno-

œci¹ przyczyn¹ takiego trendu jest moderniza-

cja wielu kot³owni w Bia³owie¿y i Hajnówce w

ostatnich latach, polegaj¹ca na zamianie su-

rowców energetycznych, z wêgla i koksu, na

olej opa³owy lub gaz. D epozycja ca³kowita azo-

tu w takiej samej sytuacji nie zmniejsza³a siê

prawdopodobnie z powodu rosn¹cego natê¿e-

nie lokalnego ruchu samochodowego. Kieru-

nek zmian depozycji zwi¹zków siarki i azotu w

Puszczy by³ zgodny z trendami zmian emisji i

depozycji tych pierwiastków w Europie

(B ERGE i wspó³aut. 1999). Od 1985 do 1995 r.

emisja siarki zmniejszy³a siê o 39%, azotu utle-

nionego o 10% i zredukowanego o 18%. Spo-

wodowa³o to obni¿enie depozycji odpowied-

nio o 34, 9 i 12%. S zczególnie gwa³towne obni¿-

enie emisji siarki w Polsce mia³o miejsce w la-

tach 1989–1990 i by³o zwi¹zane z recesj¹ go-

spodarcz¹. Od 1991 r. tempo spadku emisji

siarki wyraŸnie zmala³o. Natomiast emisja azo-

tu zmniejsza³a siê do 1992 r., po czym po krót-

kim okresie stabilizacji pojawi³ siê niewielki

wzrost emisji od 1994 r.

MONITORING BIOLOGICZNY

Do oceny poziomu zanieczyszczenia œrodo-

wiska leœnego Puszczy Bia³owieskiej s³u¿y od

1988 r. monitoring biologiczny, w którym

jedn¹ z metod jest prowadzona corocznie na

75 sta³ych powierzchniach bioindykacyjnych

analiza zmian sk³adu chemicznego wybranych

bioindykatorów roœlinnych, w tym mchu ro-

kietnika pospolitego Pleurozium schreberi

(Brid.) Mitt. i 2-letnich igie³ sosny zwyczajnej

Pinus sylvestris L . , której leœnicy przypisuj¹ naj-

wiêksz¹ wartoœæ diagnostyczn¹ w ocenie za-

gro¿enia œrodowiska leœnego (M ALZAHN 1999,

2001). Analizowane zawartoœci makropier-

wiastków oraz 8 metali ciê¿kich w bioindyka-

torach s¹ porównywane z zakresami normal-

nych i toksycznych ich zawartoœci w roœlinach.

Makropierwiastki (N, P, K, Ca, Mg) s¹ nie-

zbêdne do prawid³owego przebiegu podsta-

wowych funkcji fizjologicznych w roœlinach.

Poziom ich zawartoœci œwiadczy o stopniu

od¿ywienia, a niedobory o niedostatecznej ich

zawartoœci w glebie lub o degradacji œrodowi-

ska, spowodowanej g³ównie przez jego zanie-

czyszczenie, bêd¹ce przyczyn¹ pierwotn¹. Ta-

k¿e zawartoœci powy¿ej fizjologicznego maksi-

mum niektórych makropierwiastków (np. azo-

tu) w aparacie asymilacyjnym drzew s¹ t³uma-

czone wp³ywem zanieczyszczeñ powietrza

(D E V RIES i H EIJ 1991). Œrednie zawartoœci ma-

kropierwiastków w 2-letnich ig³ach sosny

mieszcz¹ siê w granicach klasy 2, w trzyklaso-

wej skali zawartoœci makropierwiastków w

ig³ach sosny uznawanej przez Centrum Koor-

dynacyjne do spraw chemizmu aparatu asymi-

lacyjnego, dzia³aj¹cego w ramach ICP-Forest

(F OREST F OLIAR C ONDITION I N E UROPE 1997).

Zaopatrzenie w sk³adniki pokarmowe drzew

jest wiêc wystarczaj¹ce, chocia¿ niepokoi ma-

lej¹ca zawartoœæ azotu, fosforu i cynkuw ig³ach

sosny. Wostatnich latach wzros³a natomiast za-

wartoœæ magnezu, która groŸnie zmniejsza³a

siê do 1995 r., zw³aszcza w zachodniej czêœci

Puszczy (Ryc. 4). Tê tendencjê nale¿y oceniæ

pozytywnie ze wzglêdu na bardzo istotn¹

ujemn¹ korelacjê pomiêdzy zawartoœci¹ ma-

gnezu w ig³ach a poziomem defoliacji drzew,

czyli degradacji ich aparatu asymilacyjnego. W

ostatnich latach najlepiej zaopatrzone w ma-

gnez s¹ sosny w pó³nocno-wschodniej czêœci

Puszczy, w tym tak¿e w Bia³owieskim Parku

Narodowym. Wed³ug zawartoœci siarki w

ig³ach, ca³y obszar Puszczy ci¹gle mo¿na zali-

czyæ do strefy ma³o zanieczyszczonej (0,09%

do 0,12%) (M OLSKI i D MUCHOWSKI 1986). Du¿¹

wartoœæ diagnostyczn¹ maj¹ prawid³owe sto-

sunki pomiêdzy makropierwiastkami w apara-

cie asymilacyjnym drzew (Ryc. 5). Stosunek

N:Pw ig³ach sosnywynosi³ œrednio 9,6. Czasem

przekracza³ wartoœæ 10, ale w ¿adnym roku nie

przekroczy³ wartoœci 11, uznawanej w literatu-

rze za krytyczn¹, wskazuj¹c¹ na mo¿liwoœæ

uszkodzenia igie³ sosny na skutek nadmierne-

go nawo¿enia azotem lub zmniejszenia stê¿e-

nia fosforu w warunkach silnego zakwaszenia.

Stosunek N:K istotnie zmniejsza³ siê, wynosi³

œrednio 2,7 i by³ zawsze ni¿szy od krytycznej

wartoœci 3,5 œwiadcz¹cej o naruszeniu równo-

wagi pomiêdzy tymi pierwiastkami w ig³ach.

Stosunek N:S, który w ig³ach sosny na obszarze

kraju waha siê w granicach 8–16 i w najmniej

zanieczyszczonej strefie (pó³nocno-wschodnia

Polska) wynosi³ na pocz¹tku lat 90. 12–14

(D MUCHOWSKI i W AWRZONIAK 1994), w Pusz-

czy wynosi³ œrednio 13,8 i charakteryzowa³ siê

Monitoring zagro¿eñ i zanieczyszczenia œrodowiska leœnego Puszczy Bia³owieskiej

439

1992 - 1996

1997-2000

5km

Mg, %

0,05 - 0,06

0,06 - 0,07

0,07 - 0,08

0,08 - 0,09

Ryc. 4. Rozk³ad przestrzenny zawartoœci magnezu w 2-letnich ig³ach sosny zwyczajnej Pinus sylvestris

w Puszczy Bia³owieskiej w latach 1992–2000.

istotnym trendem malej¹cym. Najbardziej ko-

rzystnym trendem jest zmniejszanie siê od

1994 r. stosunku N:Mg w ig³ach. A wiêc w pod-

sumowaniu mo¿na stwierdziæ, ¿e zaopatrzenie

w pierwiastki od¿ywcze drzew w Puszczy w

ostatnich latach wykaza³o oznaki poprawy, co

tak¿e ma wp³yw na zmniejszanie siê kumulacji

metali ciê¿kich. Sumaryczna zawartoœæ metali

w ig³ach by³a bowiem istotnie ujemnie skorelo-

wana z zawartoœci¹ w nich azotu, fosforu, ma-

gnezu i cynku.

Zawartoœæ metali ciê¿kich w roœlinach ba-

dana jest pod k¹tem zapotrzebowania roœlin na

metale, które spe³niaj¹ wa¿ne funkcje fizjolo-

giczne (np. ¿elazo, miedŸ, cynk) oraz wp³ywu

nadmiaru metali na roœliny w zwi¹zku z postê-

puj¹cym ska¿eniem œrodowiska (K ABATA -P EN-

DIAS i P ENDIAS 1993). Kierunek zmian zanie-

czyszczenia œrodowiska leœnego mo¿na prze-

œledziæ na przyk³adzie kumulacji metali ciê-

¿kich przez organizmy bioindykacyjne. Jed-

nym z gatunków ³atwo kumuluj¹cych metale

jest mech Pleurozium schreberi , u¿ywany do

badañ w Puszczy przez kilku autorów w ci¹gu

ostatnich 25 lat (Ryc. 6). Istotne prostoliniowe

trendy malej¹ce zawartoœci wiêkszoœci metali

w mchu œwiadcz¹ o ci¹g³ym zmniejszaniu siê

zanieczyszczenia œrodowiska leœnego metala-

mi ciê¿kimi.

PROGNOZY ZAGRO¯EÑ I ZANIECZYSZCZENIA ŒRODOWISKA LEŒNEGO

W latach 1988–2000 stwierdzono du¿o

istotnych korelacji dodatnich i ujemnych po-

miêdzy ró¿nymi wskaŸnikami zanieczyszczeñ

powietrza a sk³ademchemicznymbioindykato-

rów. Wiêcej istotnych korelacji pomiêdzy za-

nieczyszczeniami powietrza a zawartoœci¹ me-

tali ciê¿kich zarejestrowano w ig³ach sosny ni¿

w mchu, co mo¿e byæ zwi¹zane z ró¿nym spo-

sobem ich kumulacji. W ig³ach sosny stwier-

dzono istotne korelacje dodatnie pomiêdzy za-

wartoœci¹ wapnia i o³owiu a kwasowoœci¹ opa-

dów atmosferycznych oraz pomiêdzy zawarto-

œci¹ azotu, fosforu, ¿elaza i sumarycznego in-

deksu zawartoœci metali ciê¿kich a depozycj¹

siarki. G³ówne istotne dodatnie korelacje za-

wartoœci metali w mchu by³y zwi¹zane z opa-

dem py³ów. Depozycja azotu by³a mniej skore-

lowana ze sk³adem chemicznym bioindykato-

rów ni¿ depozycja siarki. W Puszczy Bia³owie-

skiej wyj¹tkowo du¿y udzia³ w depozycji ca³ko-

witej azotu stanowi depozycja mokra (72%).

Prawdopodobnie w zwartych kompleksach le-

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: