Czy przyjeziorne torfowiska degradują jeziora?

Transkrypt

1 Andrzej Zykubek Czy przyjeziorne torfowiska degradują jeziora? Katedra Filozofii Biologii Katolicki Uniwersytet Lubelski Jana Pawła II e andrzej.zykubek@kul.lublin.pl Empiryczna część badań została wykonana w Katedrze Botaniki i Hydrobiologii KUL

2 Torfowiska przyjeziorne rozwinięte opaskowo jeziora dystroficzne torfowiska jako pułapki j. Pereszpa j. Piaseczno np. Jansson, M., R. Andersson, H. Berggren, L. Leonardson, Wetlands and lakes as nitrogen traps, Ambio 23:

3 Torfowiska przyjeziorne rozwinięte opaskowo jeziora dystroficzne rozwinięte strefowo j. Pereszpa j. Piaseczno pułapki (?)

4 Hipoteza Rozwijające się strefowo przyjeziorne torfy w zbiornikach ze strefy peryglacjalnej zlodowacenia bałtyckiego w istotny sposób modyfikują biogeochemiczne funkcjonowanie jezior.

5 Sobiborski Park Krajobrazowy wg Chałubińskiej i Wilgata (1954) oraz Kondrackiego (1968) za Michalczykiem i in. (1999) Oznaczenia: 1-4 granice regionów fizjograficznych: 1. I-rzędu, 2. IIrzędu, 3. III-rzędu, 4. IV-rzędu, 5. dorzecze Tarasienki, 6. obszar Sobiborskiego Parku Krajobrazowego

6 Zlewnia i jezioro Pereszpa λ=23 37 E, φ=51 35 N h=165 m n.p.m zlewnia 231,6 ha jezioro 24,2 ha 21 sesji terenowych w latach wiosna, lato i jesień 168 prób wody jeziorowej 504 próby wody gruntowej

7 Typy zlewni i piezometry organiczna ols (sektor I), torfowisko niskie i przejściowe (sektor III) mineralna - gleby bielicowe oglejone (sektor II) i gleby bielicowe właściwe (sektor IV) razem 36 piezometrów w 12 stanowiskach

8 l1 N h Jezioro Pereszpa l2 N śródjezierze warstwa powierzchniowa h śródjezierze warstwa przydenna S śródjezierze części południowej l stanowiska w strefie brzegowej l3 l5 S l4

9 Teren Analizy temperatura wody gruntowej i w jeziorze i temperatura powietrza, ph i przewodność elektrolityczna, widzialność SD, stężenie tlenu i nasycenie tlenem w wodzie jeziora poziom wód w piezometrach i w jeziorze Analizy w laboratorium główne kationy główne aniony materia organiczna i jej cechy formy azotu formy fosforu ponad 40 cech opisujących właściwości chemiczne wody zlewniowej, jeziorowej i osadów

10 Uwarunkowania klimatyczne Dane do bilansu wodnego średniomiesięczne wartości parowania terenowego: ewapotranspiracja, tj. parowanie z gleby i transpiracja roślin parowanie z otwartej powierzchni wody (w trakcie opracowywania)

11 Wody w zlewni 25 zmiennych opisujących cechy płytkich wód gruntowych w zlewni czynnik 2 (29,5%) 4 torfowisko 6 utwory mineralne ols 4 czynnik II (26,9%) 6 2 torfowisko utwory mineralne i ols czynnik I (61,4%) czynnik 1 (52,4%) czynnik II (12,4%) 4 Gleby organiczne (głównie w olsie) stały się ośrodkami akumulacji materii organicznej i mineralnej napływającej z ich stref zasilania i w tym sensie są podobne do sektorów z utworami mineralnymi. sektor I sektor II sektor III sektor IV tylko główne aniony i kationy tylko N i P czynnik I (27,2%) 2 4

12 Klasyfikacja wód w zlewni 25 cech wód w zlewni 6 czynnik 2 (29,5%) 4 torfowisko utwory mineralne ols czynnik 1 (52,4%) Zasadniczym czynnikiem modyfikującym jakość oraz strukturę mineralnego zasilania zlewniowego są wahania poziomu wody gruntowej, a w mniejszym stopniu skład chemiczny roztworu glebowego.

13 Zasilanie pulsacyjne Woda napływająca z przyjeziornych gruntów organicznych zasila jezioro przy niskim poziomie wody w zbiorniku. Zasilanie wodą autochtoniczną z torfowiska i olsu następuje wówczas, gdy praktycznie ustaje odpływ z części mineralnej zlewni, tj. gdy poziom wody spada w niej poniżej cm ppt. strefa saturacji w sektorach II i IV znajduje się na głębokości ok cm ppt w olsie i na torfowisku strefa saturacji znajduje się na głębokości ok. 16 i 10 cm ppt

14 Zasilanie pulsacyjne

15 Poziom i objętość wody 1995, '96, '98, '99, 2000, ' poziom wody [cm] cm 20 średnia dla wielolecia ( ) 0 zima wiosna lato lata przeciętne jesień zima wiosna lato jesień lata nieprzeciętne

16 Poziom i objętość wody 1995, '96, '98, '99, 2000, ' poziom wody [cm] 80 amplituda=72cm Vjeziora 20 0 <15%zmax 58 cm tys. m średnia dla wielolecia ( ) Przy średnim poziomie wodyzima w jeziorze ok. ⅔ lato jesień wiosna lato jesień objętości jeziora podlega mieszaniu w okresie lata przeciętne lata nieprzeciętne wegetacyjnym Vmix:Vstag=1,9 zima wiosna

17 Uwarunkowania klimatyczne są istotnym czynnikiem modyfikującym reżimy płytkich wód podziemnych w strefie zasilania jeziora Pereszpa i innych jezior Polesia.

18 Skład chemiczny wód jeziora

19 Humoeutrofia j. Pereszpa struktura TN

20 Humoeutrofia j. Pereszpa struktura TP struktura PP TP struktura OP

21 Co limituje produkcję pierwotną? średnio TN:TP = 3,6 rozwój fotolitoautotrofów limituje azot Przemienna limitacja nieorganicznych form azotu i fosforu Uzupełnianie niedoborów N i P może następować z form organicznych, toteż większy sukces kolonizacyjny zapewnią sobie gatunki potrafiące alternatywnie pobierać DIN z zasobów DON lub PON (miksotrofia) lub poprzez asymilację N2 (np. sinice).

22 Dynamika form P Stężenie form rozpuszczalnych fosforu w toni wodnej regulowane jest przez wzajemne przemiany sestonowych organicznych i mineralnych form P.

23 Skutki zasilania P z SH-P modele wyjaśniające zmienność stężeń chl a poprzez stężenie TP opracowane dla jezior harmonijnych Polski Północnej nie tłumaczą zadowalająco zmienności chl a w wodzie j. Pereszpa Zdanowski 1982, 1983; Uchmański i Szeligiewicz 1988; HillbrichtIlkowska 1994; Kufel 1998, 1999 Biotyczne skutki zasilania w P z połączeń z SH widoczne są zwłaszcza w warunkach niedoboru tego pierwiastka w toni wodnej.

24 Geneza jeziorowego DOC

25 Jakość jeziorowego DOC wysoki poziom wody (górny kwartyl) C:N [mol:mol] C:N [mol:mol] niski poziom wody (dolny kwartyl) 30 y = 5,14x + 3,44 r 2 = 0, wzrost stopnia spolimeryzowania k. humusowych 6 A4/A spadek stopnia spolimeryzowania k. humusowych y = -1,58x + 24,91 2 r = 0, A4/A6 modyfikowana jest przez uwarunkowania ekohydrologiczne i procesy utylizacji materii organicznej.

26 Dezeutrofizacja jeziora W czasie impulsowego zasilania jeziora w wodę z mineralnej części zlewni ulegają zmianie warunki optyczne w jeziorze i (w wyniku procesów dekompozycji i flokulacji) dochodzi do odżyźnienia wód jeziorowych.

27 Wzrost ilości wody w jeziorze zwiększa zasoby zawieszonych form fosforu (PP) i azotu (PON) i decyduje m.in. o zmniejszeniu stężenia jonów wapnia, magnezu i wodorowęglanów.

28 Zasilanie mineralne jeziora Stężenia wapnia i magnezu w wodach zasilających jezioro Pereszpa są wyraźnie mniejsze od stężeń w wodzie jeziorowej, dlatego zewnętrzny ładunek Ca i Mg nie decyduje o zmianach długotrwałych w dynamice form P. Oznaczenia: ZM i ZO odpowiednio podzlewnia mineralna i organiczna, L strefa brzegowa (litoral), P i S odpowiednio pelagial i śródjezierze. Dane dla j. Piaseczno pochodzą z lat (Misztal et al. 1992), dla j. Moszne z okresu (Misztal et al. 2003; Stępniewska i Bonnicelli 2003).

29 Skutek zasilania mineralnego woda powierzchniowa Zwiększenie ilości rozpuszczonego węgla nieorganicznego destabilizuje połączenia Ca-P w sestonie. Zewnętrzny ładunek nie zmienia istotnie zasobów Ca i Mg jeziorowego, ale może modyfikować chwilowe przemiany form P w toni wodnej.

30 Zasilanie nieprzeciętne 1995, '96, '98, '99, 2000, ' poziom wody [cm] cm 20 średnia dla wielolecia ( ) 0 zima wiosna lato lata przeciętne jesień zima wiosna lato jesień lata nieprzeciętne

31 Zasilanie mineralne torfów Dopływ do torfów wody wzbogaconej w związki mineralne przyspiesza wymywanie DOC (KF) i wzrost udziału kwasów humusowych (KH) o większej aromatyczności Suma odchyleń od średniej z lat

32 Jakość jeziorowego DOC SD [m] = 0,8 A2/A3 0,04 A4/A6 + 0,72 (F4,14=7,16, p<0,0003, r=0,41) Uzupełnienie wewnątrzjeziornej puli DOC na skutek dopływu allochtonicznych KF, prócz DOC, wzbogaca wodę jeziorową w przyswajalne i organiczne postaci azotu, zwłaszcza w latach nieprzeciętnych hydrologicznie.

33 Miksotrofia jeziora Oznaczenia: (Zd) i (Zp) typologia dla jezior di- i polimiktycznych wg Zdanowskiego (1982, 1983b), (C) wg Carlsona i Simpsona (1996), (V) wg wartości maksymalnych proponowanych przez Vollenveidera (1982) za Hillbricht-Ilkowską i in. (1996), mez mezotrofia, eueutrofia, hyp hypertrofia.

34 Wnioski Torfowiska przyjeziorne, stanowiące pierwotnie pułapkę dla substancji biogenicznych, mogą - wtórnie - decydować o uwarunkowanej klimatycznie gwałtownej i nie-antropogenicznej eutrofizacji jezior i o ustaleniu się warunków do rozwoju określonych grup organizmów auto-, miksolub heterotroficznych.

35 Dziękuję za uwagę