Wstęp

I.

Program monitoringu lasów

1.

Program monitoringu lasów w 2020 roku

II.

Monitoring lasów na stałych powierzchniach obserwacyjnych I rzędu

2.

Ocena poziomu zdrowotnego monitorowanych gatunków drzew w 2020 r. i porównanie w latach 2011-2020

3.

Ocena uszkodzeń drzew na stałych powierzchniach obserwacyjnych I rzędu monitoringu lasu w 2020 r.

4.

Warunki wodne gleby na terenach leśnych Polski w 2020 r. i ich wpływa na stan zdrowotny lasów

5.

Stałe powierzchnie obserwacyjne monitoringu lasów na obszarach Natura 2000

III.

Badania na stałych powierzchniach obserwacyjnych monitoringu intensywnego (SPO MI)

6.

Warunki pogodowe na powierzchniach SPO MI w 2020 roku oraz w latach 2015-2020

7.

Poziom stężenia NO2 i SO2 w powietrzu na terenach leśnych

8.

Wielkość depozytu wnoszonego z opadami atmosferycznymi na terenach leśnych

9.

Opady podkorowe oraz spływ po pniu

Anna Kowalska

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. Opady są wzbogacane poprzez wymywanie części składników z tkanek roślinnych i zmywanie z powierzchni aparatu asymilacyjnego suchej depozycji. Równocześnie pierwiastki są pobierane z opadów przez tkanki roślinne bądź sorbowane na powierzchniach roślin, zwłaszcza na korze pni i gałęzi (ryc. 9.1. 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.

9.1

Opady podkorowe

Średnia przewodność elektrolityczna właściwa będąca pośrednio miarą ogólnej zawartości jonów w wodach w 2020 roku przyjmowała miesięcznie wartości od 12,0 do 217 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 2020 r. do gleby wpłynął ładunek substancji od 1,6 do 3,7 razy większy niż z opadem na otwartej przestrzeni. Stosunkowo niskie wzbogacenie pod okapem miało miejsce w drzewostanach: bukowym w Gdańsku (1,6-krotnie), świerkowym w Szklarskiej Porębie, dębowym w Łącku oraz sosnowych w Kruczu, Strzałowie i Chojnowie (1,7–2,3-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 35,0 do 78,5 kg ha^-1 rok^-1 (tab. 9.1). Był wysoki na powierzchniach w Suwałkach i Szklarskiej Porębie (powyżej 78,0 kg ha^-1). W Birczy przekraczał 60 kg ha^-1, w Gdańsku, Krotoszynie, Chojnowie, Białowieży, Zawadzkiem oraz w Piwnicznej – przekraczał 50 kg ha^-1, w Łącku i Krotoszynie – przekraczał 40 kg ha^-1, natomiast na powierzchni w Kuczu wyniósł jedynie 35 kg ha^-1.

W opadach podkoronowych występowało więcej istotnych różnic pomiędzy SPO MI, niż w opadach na otwartej przestrzeni. Różnice dotyczyły nieco innych składników niż w opadach na otwartej przestrzeni, uwidaczniając wpływ koron na skład depozycji. Powierzchnie, gdzie opady podkoronowe charakteryzowały się największą kwasowością (Szklarska Poręba, Zawadzkie), różniły się istotnie od powierzchni Polski północnej, północno-wschodniej (Białowieża, Suwałki, Gdańsk i Strzałowo) i centralnej (Łąck) pod względem depozycji co najmniej jednego ze składników, które wskazują na zakwaszenie lub eutrofizację opadów: ANC, H⁺, S-SO₄^2-, N-NO₃^-. Wyniki wskazują na ogólnie mniejsze obciążenie związkami o charakterze zakwaszającym w lasach Polski północno-wschodniej i centralnej w porównaniu z lasami Śląska i Sudetów.

Wpływy depozycji morskiej zauważane w opadach na otwartej przestrzeni w rejonach nadmorskich (Gdańsk) oraz w Sudetach (Szklarska Poręba) zaznaczają się także pod okapem drzewostanów w istotnie wyższej depozycji Cl^- i Na niż na obszarach Polski centralnej (Łąck) i Podkarpacia (Bircza).

W opadach w drzewostanie bukowym w Gdańsku występowały istotnie mniejsze depozyty rozpuszczonego węgla organicznego (RWO) niż w drzewostanie sosnowym w Białowieży, 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.

Depozyt pierwiastków śladowych i metali ciężkich: żelaza, manganu, glinu, cynku, miedzi, kadmu i ołowiu wynosił od 0,48 do 1,11 kg ha^-1 rok^-1, co odpowiadało od  0,8% do 2,3% całkowitej rocznej depozycji podokapowej. Najwyższy udział omawianych metali w depozycie ogólnym stwierdzono w Kruczu i Łącku, przy czym w depozycie metali około 58% w Kruczu i aż 70% udziału w Łącku miał Mn. Mangan jest pierwiastkiem łatwo ulegającym wymywaniu z koron drzew i jego stężenia w opadach podkoronowych mogą wielokrotnie przewyższać stężenia w opadach atmosferycznych (Kowalska i Janek 2009). Udział samych metali ciężkich (Zn, Cu, Pb, i Cd) stanowił w sumie rocznego depozytu od 0,1 do 0,4%. Na poszczególnych powierzchniach depozyt metali ciężkich wyniósł od 0,10 do 0,25 kg ha^-1 rok^-1, z czego od 73% do 82% stanowił cynk.

Właściwości kwasowo-zasadowe opadów podkoronowych. Obniżone pH, tj. niższe niż 5,0 występowało na przestrzeni roku w 15% miesięcznych próbek opadów. Opady o pH poniżej 5,0 sporadycznie występowały w półroczu letnim, natomiast przeważały w okresie zimowym, a szczególnie styczniu (na sześciu powierzchniach) oraz lutym (na pięciu powierzchniach).

Powierzchnie zlokalizowane w Polsce północno-wschodniej (Suwałki, Gdańsk) oraz centralnej (Łąck, Krotoszyn) charakteryzowały się wyższym średnim rocznym pH (5,7–6,0) niż w pozostałych rejonach Polski. W 2020 r. najniższa średnia wartość rocznego pH wynosiła 5,1 (w Zawadzkiem na Śląsku), w rejonach górskich (w Szklarskiej Porębie i Piwnicznej) była również stosunkowo niska (do 5,4).

Odczyn opadów był bardziej kwaśny niż średnio w 2019 r. jedynie w Białowieży (o 0,2 jednostki pH), natomiast mniej kwaśny – w Birczy, Krotoszynie, Zawadzkiem, Łącku, Piwnicznej, Strzałowie i Suwałkach (o 0,2 do 0,4 jednostki pH). Na pozostałych powierzchniach pH opadów w 2020 r. było zbliżone do pH z 2019 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. Wpływ okapu w róż-nych gatunkowo drzewostanach wyrażał się w podniesieniu wartości ANC średnio w roku w opadach podkoronowych, w stosunku do opadów docierają-cych do koron. Na niemal wszystkich powierzchniach obserwacyjnych (z wyjątkiem Birczy) ANC półrocza zimowe-go było niższe niż w półroczu letnim (ryc. 9.2).

Opady podkoronowe z ujemnymi wartościami ANC występowały rzadziej (w 26% pobranych próbek), niż miało to miejsce w przypadku opadów na otwartej przestrzeni (w 74% pobranych próbek). Ujemne wartości ANC, związane z przewagą jonów wolnych kwasów, występowały przeważnie w okresie zimowym, 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.

Średnio rocznie dodatnią wartość ANC (przewagę wolnych zasad) w opadach podkoronowych odnotowano w obu drzewostanach dębowych: w Krotoszynie i Łącku (odpowiednio: 110 i 76,6 μeq dm^-3 rok^-1) i bukowych: w Gdańsku i Birczy (35,9 i 94,8 μeq dm^-3 rok^-1), w świerczynach: w Piwnicznej i Suwałkach (59,2 i 183 μeq dm^-3 rok^-1) oraz w czterech z pięciu drzewostanów sosnowych: Białowieży, Strzałowie, Chojnowie i Kruczu (odpowiednio: 206, 89,4, 76,1 i 45,0 μeq dm^-3 rok^-1). Przewagę jonów wolnych kwasów (ujemną wartość ANC) obserwowano w opadach w drzewostanie sosnowym na Śląsku w Zawadzkiem (-8,3 μeq dm^-3 rok^-1) i w drzewostanie świerkowym w Sudetach w Szklarskiej Porębie (-3,7 μeq dm^-3 rok^-1).

Jony o zakwaszającym oddziaływaniu na środowisko (SO₄^2-, NO₃^-, NH₄⁺, Cl^-) stano-wiły od 39% do 59% 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 (59%) stwierdzono, podobnie jak w poprzednich latach, w  Zawadzkiem. Udział przekraczający połowę całkowitej depozycji podokapowej zarejestrowano w Szklarskiej Porębie (57%), Kruczu (52%) i Gdańsku (51%). W Strzałowie, Suwałkach, Białowieży i Birczy wynosił od 39 do 44% (ryc. 9.3).

Roczny depozyt podkoronowy był od 1,6 do 3,7 większy niż ten, który wpłynął z opadem na otwartej przestrzeni i mieścił się w zakresie od 35,0 kg ha^-1 (na powierzchni w Kruczu) do 78,5 kg ha^-1 (na powierzchni w Szklarskiej Porębie).

Przewagę jonów wolnych kwasów obserwowano w opadach w drzewostanie sosnowym na obszarze Śląska (Zawadzkie; ANC -8,3 μeq dm^-3 rok^-1) i w świerczynie w Sudetach (Szklarska Poręba; ANC -3,7 μeq dm^-3 rok^-1). Na pozostałych SPO MI odnotowano dodatnia wartość średniej rocznej ANC.

Dopływ azotu (N_tot) do gleb pod okapem drzewostanów nie przekraczał 10 kg N ha^-1 w Gdańsku, Kruczu i Strzałowie. W pozostałych drzewostanach przyjmował wartości od 11-12 kg N ha^-1 (Bircza, Łąck, Chojnów, Białowieża, Piwniczna), poprzez 14–15 kg N ha^-1 (Krotoszyn, Suwałki), 17 kg N ha^-1 (Zawadzkie), po niemal 19 kg N ha^-1 (Szklarska Poręba). W puli azotu całkowitego (N_tot) od 73% do 86% stanowiły formy mineralne (N-NH₄⁺ i N-NO₃^-).

Po uwzględnieniu gazowych form azotu pobieranych przez rośliny z powietrza oraz azotu zawartego w opadach i sorbowanego w koronach drzew (wg modelu bilansu koronowego) oszacowano, że w 2020 r. całkowita depozycja mineralnych związków azotu mogła w Suwałkach przekroczyć 30 kg N ha^-1, w Szklarskiej Porębie, Birczy i Krotoszynie wyniosła więcej niż 20 kg N ha^-1, a jedynie w Kruczu spadła 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.

9.2

Spływ po pniu

Wody spływające po pniach drzew to frakcja wód opadowych badana w ramach programu monitoringu lasów jedynie w drzewostanach bukowych (powierzchnie w nadleśnictwach w Gdańsku i Birczy). 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. Szacuje się, że w okresie badań na powierzchni w Gdańsku ilość spływu po pniu przekroczyła 40 mm, a na powierzchni w Birczy – 42 mm. W próbkach miesięcznych spływ po pniu stanowił od 3 do 12% opadu bezpośredniego (na otwartej przestrzeni) w Gdańsku oraz od 4 do 11% 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. Spływ po pniu w Birczy charakteryzował się średnio w okresie badań wyższym pH i zasadowością w porównaniu z Gdańskiem. Na obu powierzchniach średnio rocznie pojemność zobojętniania kwasów (ANC) była większa niż w opadach podkoronowych i na otwartej przestrzeni.

Depozyt składników wniesiony ze spływem po pniu wyniósł w okresie badań 5,9 kg ha^-1 w Gdańsku oraz 4,0 kg ha^-1 w Birczy, co stanowiło odpowiednio: 11% i 6% depozytu podkoronowego. Depozyt rozpuszczonego węgla organicznego wynosił około 20% depozycji podokapowej RWO.

10.

Roztwory glebowe

11.

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

Literatura