Zakład Inżynierii Leśnej Instytut Ochrony Ekosystemów Leśnych Wydział Leśny Uniwersytetu Rolniczego im. Hugona Kołłątaja w Krakowie.

Transkrypt

1 Zakład Inżynierii Leśnej Instytut Ochrony Ekosystemów Leśnych Wydział Leśny Uniwersytetu Rolniczego im. Hugona Kołłątaja w Krakowie Panel Obywatelski Co zrobić, żeby poprawić zatrzymywanie wody deszczowej na terenie Trójmiejskiego Parku Krajobrazowego? tytuł gospodarka leśna w poprawie retencji podtytuł Hydrologiczne funkcje lasu dr hab. inż. Jarosław Kucza (p. 312b, tel , j.kucza@ur.krakow.pl) Materiały wykorzystane w prezentacji autorstwa: dr inż. Anny Ilek, dr inż. Anny Klamerus-Iwan, dr inż. Janusza Gołębia oraz dr hab. inż. Jarosława Kuczy

2 Obieg wody w środowisku leśnym na stoku zbiorniki wodne środowiska leśnego (wg Suliński 1995) P Id Ir qs qi Rg Er qg qc

3 Intercepcja drzew i drzewostanów definicja intercepcji: zdolność do zatrzymania wody na powierzchni ciała stałego Pytanie badawcze Czy można z góry przewidzieć wysokość intercepcji drzew i drzewostanów? mm H20 /1 cm2

4 Składowe powierzchni intercepcji drzew Powierzchnia aparatu asymilacyjnego (żywa materia organiczna) Powierzchnia kory (martwa materia organiczna) Ten podział rodzi następne pytanie - która z tych powierzchni jest dla procesu intercepcji ważniejsza?

5 Wysokość intercepcji potencjalnej powierzchni liści i igieł wyznaczonej doświadczalnie (mm/cm2) SOSNA igły pojedyncze -przedział zmienności (0,0066-0,0125) wartość średnia 0,0094 (mm H 2 O/cm 2 ) pary igieł przedział zmienności ( 0,0165 0,0247) wartość średnia 0,0198 (mm H 2 O/cm 2 )

6 Wysokość intercepcji potencjalnej powierzchni liści i igieł wyznaczonej doświadczalnie (mm/cm2) ŚWIERK Wyniki badań wykonanych dla 5 próbek były następujące: 0,022, 0,027, 0,027, 0,031 i 0,032 mmh 2 O/cm 2. Za ostateczny wynik wysokości intercepcji przyjęto średnią wartość równą 0,0278 mm H 2 O/cm 2, która jest dwa razy większa od intercepcji igieł sosny. Należy jednak zwrócić uwagę na fakt, że przyjęta metodyka dotyczy poziomej orientacji igieł. Dodatkowe badania wykonane na 10 długich igłach (około 18 mm) ułożonych w czasie odsączania grawitacyjnego w pozycji pionowej dały wynik znacznie niższy, wynoszący 0,0096 mmh 2 O/cm 2. Obie wartości należy uznać za przedział zmienności intercepcji igieł świerka.

7 Wysokość intercepcji potencjalnej powierzchni liści i igieł wyznaczonej doświadczalnie (mm/cm2) DĄB Badania wykonano łącznie na 36 liściach. Wyniki tych badań były bardzo zróżnicowane. Liście w: układzie poziomym potrafiły zatrzymać warstwę wody o miąższości 0,088 mm (od 0,0692 do 0,0973 mm), układzie skośnym - 0,0502 mm (0,0281 do 0,0635mm) układzie pionowym - 0,0132 (od 0,0111 do 0,0158).

8 INTERCEPCJA Możliwości intercepcyjne aparatu asymilacyjnego zależą również od czynników zmieniających właściwości jego powierzchni, m.in.: Sezonowa zmienność Temperatura opadu i otoczenia Zanieczyszczenia powietrza Uszkodzenia mechaniczne Infekcje Opracowała Anna Klamerus Iwan Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie, Wydział Leśny, Instytut Ochrony Ekosystemów Leśnych, Zakład Inżynierii Leśnej

9 INTERCEPCJA Pytanie: W jaki sposób zróżnicowanie morfologii kory drzew może wpływać na proces intercepcji wody opadowej?. Pinus sylvestris Picea abies Larix decidua Abies alba Quercus rubra Acer pseudoplatanus Betula pendula Fagus sylvatica

10 Quercus rubra Abies alba

11 Pinus sylvestris

12 INTERCEPCJA Współczynnik rozwinięcia powierzchni kory i jego znaczenie dla procesu intercepcji Drzewa iglaste Drzewa liściaste

13 Intercepcja powierzchni kory wyznaczona doświadczalnie Dynamika właściwości intercepcyjnych kory drzew pochodzących z drzewostanów sosnowych, świerkowych i dębowych.

14 Schemat przebiegu intercepcji drzew oraz zatrzymywania wody przez poziomy organiczne drzew

15 Badania intercepcji na drzewkach świerk H=2,0 m

16 Przykład przebiegu intercepcji przy opadzie o natężeniu 15mm/godz.

17 Rozwój powierzchni intercepcji drzew Ryc. 20. Ilustracja wzorów opisujących zależność powierzchni intercepcyjnej badanych drzew sosny, świerka i dębu od objętości strzał i kłód.

18 Intercepcja badanych drzewostanów: sosnowych, świerkowych i dębowych Dla drzewostanów o miąższości strzał pojedynczych drzew = 0,4m3 Przy opadzie o natężeniu 15 mm/h i czasie opadu 3 godziny Sosna Świerk Dąb 3,7 mm 7,5 mm 5,5 mm Przekorne pytanie czy wypełnienie koron drzew dużą ilością biomasy na pewno jest okolicznością sprzyjającą dla bilansu wodnego drzewostanów?

19 Intercepcja runa leśnego Borówka czernica (Vaccinium myrtillus) Masa 2 t/ha - 0,19 mm 4,5 t/ha - 0,28 mm 9,0 t/ha - 0,40 mm 11 t/ha - 0,55 mm 16 t/ha - 0,78 mm Jeżyny (Rubus hirtus) Masa 0, 5 t/ha - 0,016 mm 1,5 t/ha - 0,04 mm 3,1 t/ha - 0,10 mm

20 Retencyjne właściwości gleby leśnej Retencyjne właściwości poziomów organicznych Infiltracyjne właściwości gleb leśnych

21 Retencja poziomów organicznych gleby leśnej

22 Zatrzymywanie wody przez materię organiczną w czasie symulowanych opadów deszczu Ryc. 29 Zależność przyrostu zapasu wody ΔZ i odsączania ΔZ 1, od wielkości zapasu początkowego Z 0, w wybranych monolitach: a drzewostanów bukowych, b jodłowych i c świerkowych (Kucza 2007). 22

23 Relacje pomiędzy miarami pojemności wodnej a gęstością objętościową Ryc. 26 Krzywe obrazujące zależność pojemności kapilarnej P k od gęstości objętościowej ρ d pojedynczych poziomów glebowych, wykształconych pod drzewostanami bukowymi, jodłowymi i świerkowymi. P k Pk, max 1 d d gdzie: P k pojemność kapilarna (mm H 2 O cm -3 ), P k,max maksymalna wartość pojemności kapilarnej (mm H 2 O cm -3 ), ρ d gęstość objętościowa (Mg m -3 ), α, β parametry równania. 23

24 Ryc. Międzygatunkowe różnice w gęstości objętościowej poziomu ściółki. Ryc. Międzygatunkowe różnice w pojemności kapilarnej poziomu ściółki.

25 Spływ powierzchniowy i śródpokrywowy P Warunek powstania spływu powierzchniowego P' q inf Spływ powierzchniowy q Q F q s q i płaszczyzna transformacji opadu w opływ q inf zdolność infiltracyjna poziomu A Q q f (k) k współczynnik filtracji q f (I) I spadek terenu q c q f (t) t temperatura q f (PE) PE pęcznienie cząstek organicznych i ilastych

26 Spływ powierzchniowy i śródpokrywowy

27 Założenia metodyczne określania współczynnika filtracji K K ' zk Wk Ws K rzeczywista wartość współczynnika filtracji (m h -1 ), K zk przybliżona wartość współczynnika filtracji, zredukowana wpływem kanału glebowego na objętość przepływającej przez daną próbkę wody (m h -1 ), W k współczynnik przeliczeniowy, uwzględniający wpływ nieregularnego kształtu próbki na wartość współczynnika filtracji, W s współczynnik redukujący wpływ zawartości w próbce szkieletu glebowego o różnej granulacji, na wartość współczynnika filtracji. Ryc. 15 Rodzaje kanałów glebowych. Ryc. 16 Sposób badania wpływu kanału glebowego na wartość współczynnika filtracji, gdzie: a kanał glebowy wypełniony materiałem o obniżonej gęstości objętościowej, b pusta przestrzeń powstała po usunięciu materiału glebowego, wypełniającego kanał, c przestrzeń zalana środkiem wypełniającym, w postaci roztopionej plasteliny.

28 Ryc. 32 Zależność a współczynnika filtracji K ok. i b współczynnika K zk, zredukowanego wpływem kanałów glebowych na objętość przepływającej wody, względem gęstości objętościowej ρ dc badanych próbek. 28

29 Zagrożenia hydrologiczne w lesie

30 Zakład Inżynierii Leśnej Instytut Ochrony Ekosystemów Leśnych Powierzchniowy spływ wody na górskich drogach leśnych szybki odpływ wody ze zlewni problem hydrologiczny określenie ilościowe spływu powierzchniowego i jego dynamiki w powiązaniu z charakterystyką opadu i odpływu ze zlewni odwodnienie i erozja nawierzchni problem techniczny poszukiwanie skutecznych sposobów powierzchniowego odwodnienia korpusu drogowego, gwarantujących odpowiednią nośność konstrukcji dróg i trwałą przejezdność erozja stoku w miejscu za wylotem urządzeń odwadniających drogi problem przyrodniczy i techniczny poszukiwanie skutecznych sposobów rozpraszania energii wody odprowadzanej na stok z urządzeń odwadniających koronę drogi w celu zmniejszenia erozji gleby autor prac tematycznych i fotografii: dr inż. Janusz Gołąb

31 Obiekty stosowane w lasach

32 Obiekty stosowane w lasach

33 Obiekty stosowane w lasach

34 Obiekty stosowane w lasach

35 Motto Środowisko leśne, jako duży konsument wody, musi przede wszystkim zabezpieczyć jej odpowiednie ilości dla własnych potrzeb mimo to dzieli się nią na bieżąco z innymi odbiorcami. (bardzo często wbrew własnej woli). Tak więc inni odbiorcy zaciągają w lesie dług którego nigdy nie będą w stanie spłacić.