Badania naukowe w poludniowej czgSci Wy£yny...

7
Badania naukowe w poludniowej czgSci Wy£yny Krakowsko-Cz^stochowskiej Materiafy koftferencyjne - referaty, postery, sesje terenowe Ojcow, 10 -11roaja2001 r. .: : PIOTR W^ZYK, STANISLAW MALEK SKAZENIE METALAMI CI^ZKIMI WIERZCHNICH WARSTW GLEB OJCOWSKIEGO PARKU NARODOWEGO - ANALIZY PRZESTRZENNE GIS WPROWADZENIE Metale ci^zkie gromadzq, sie_ w wierzchniej warstwie gleby, a ich negatywne oddzialywanie z uptywem czasu pozostaje bez zmian lub zmniejsza SIQ w znikomym stopniu. Jezeli zrodto skazenia emituje przez dtugi czas, to akumulacja tych zanieczyszczen osia_ga poziom, ktory staje si$ toksyczny dla roslin i innych form zycia (Greszta, Panek 1989). Modelowanie zjawisk przyrodniczych takich jak symulowanie ste_zen dobowych zanieczyszczen i ich zmiennosci staje sie_ mozliwe dziejd stosowaniu technik z zakresu GIS (Loibl 1994). Analizy przestrzenne GIS rozszerzac mozna wykorzystuja^c informacje zawarte w cyfrowym modelu terenu (Hafele 1993; Pyka,Sitekl993). Celem prezentowanej pracy bylo okreslenie w uje_ciu przestrzennym koncentracji metali ci^zkich w poziomie organicznym tj. w warstwie scioly (OL) oraz w warstwie akumulacji prochnicy (A), a takze wzajemnych zwia_zkow korelacyjnych pomi^dzy tymi wartosciami a szeregiem zmiennych losowych na terenie Ojcowskiego Parku Narodowego. W pracy poshigiwano si? narze_dziami z zakresu Geograficznych Systemow Informacyjnych (GIS). METODYKA Do okreslenia przestrzennego rozkladu zanieczyszczen nagromadzonych w wierzchnich organicznych warstwach gleby (OL oraz A), zastosowano stochastyczna^ metod^ polegaja^ na pobraniu probek materiahi w regularaie rozmieszczonych 111 powierzchniach monitoringowych. Wybrano je sposrod 258 powierzchni shiza_cych celom urza_dzania lasu rozlokowanych w oczkach siatki 200m x 200m. Zawieraly si? one w skrzyzowanych transektach badawczych o dhigosci 3400 metrow i szerokosci 1200 metrow przebiegaja_cych na kierunkach W-E oraz N-S. Powierzchnia tego wieloboku wyniosia 668,70 ha, jednak interpolate ograniczano tylko do granicy obszarow lesnych Ojcowskiego PN, tj. do powierzchni 604,67 ha (rye. 1). Jesienia. 1996 roku dokonano zbioru materiahi wykonuja^c tzw. probk^ mieszana^ z pi^ciu stanowisk (25 cm x 25 cm) na kazdej powierzchni monitoringowej. Na podstawie archiwalnych rejestrow drzew na powierzchniach monitoringowych okreslono piersnicQ (dh) oraz wysokosc ba^dz dlugosc (H, L) drzew martwych. W celu okreslenia zawartosci metali ci^zkich, zblizonej do calkowitej, przyj^to metod mineralizacji ,,na mokro". Oznaczenie koncentracji: Cd, Cr, Cu, Ni, Fe, Mn, Pb oraz Z dokonano metodq, plomieniowej absorpcji atomowej przy pomocy spektrofotometru Varian Spectr AA-20 (Litynski i in. 1976). Do modelowania przestrzennego zastosowano algorytm interpolacji IDW (Inverse Distanc Weighting) z zadanym warunkiem ograniczenia procesu do wewnqtrznych konturow kompleksow lesnych (opcja BORDER coverage). Inne mozliwe procedury takie jak Kriging cz Spline nie dawaly niestety lepszych rezultatow podobnie jak w pracach (We_zyk 1999). W prac wykorzystywano mapy topograficzne (1:5 000, 1:10 000 oraz 1:25 000), lesne map gospodarcze (1:5 000 oraz 1:10 000), digitizer ALTEK 32 (format AO), oprogramowan Arc/Info UNIX ver. 7.1.2 oraz Arc View 3.1 (ESRI), odbiorniki firmy Corvalis MicroTechnolog (W?zykl998). 118

Transcript of Badania naukowe w poludniowej czgSci Wy£yny...

Page 1: Badania naukowe w poludniowej czgSci Wy£yny …geo.ur.krakow.pl/download/pobierz.php?file=publikacje/literatura/... · si$ toksyczny dla roslin i innych form zycia ... ba^dz dlugosc

Badania naukowe w poludniowej czgSci Wy£yny Krakowsko-Cz^stochowskiejMateriafy koftferencyjne - referaty, postery, sesje terenowe

Ojcow, 10 -11 roaja 2001 r. .: :

PIOTR W^ZYK, STANISLAW MALEK

SKAZENIE METALAMI CI^ZKIMI WIERZCHNICH WARSTW GLEBOJCOWSKIEGO PARKU NARODOWEGO - ANALIZY PRZESTRZENNE GIS

WPROWADZENIE•

Metale ci^zkie gromadzq, sie_ w wierzchniej warstwie gleby, a ich negatywne oddzialywaniez uptywem czasu pozostaje bez zmian lub zmniejsza SIQ w znikomym stopniu. Jezeli zrodtoskazenia emituje przez dtugi czas, to akumulacja tych zanieczyszczen osia_ga poziom, ktory stajesi$ toksyczny dla roslin i innych form zycia (Greszta, Panek 1989). Modelowanie zjawiskprzyrodniczych takich jak symulowanie ste_zen dobowych zanieczyszczen i ich zmiennosci stajesie_ mozliwe dziejd stosowaniu technik z zakresu GIS (Loibl 1994). Analizy przestrzenne GISrozszerzac mozna wykorzystuja^c informacje zawarte w cyfrowym modelu terenu (Hafele 1993;Pyka,Sitekl993).

Celem prezentowanej pracy bylo okreslenie w uje_ciu przestrzennym koncentracji metalici^zkich w poziomie organicznym tj. w warstwie scioly (OL) oraz w warstwie akumulacjiprochnicy (A), a takze wzajemnych zwia_zkow korelacyjnych pomi^dzy tymi wartosciamia szeregiem zmiennych losowych na terenie Ojcowskiego Parku Narodowego. W pracyposhigiwano si? narze_dziami z zakresu Geograficznych Systemow Informacyjnych (GIS).

METODYKA

Do okreslenia przestrzennego rozkladu zanieczyszczen nagromadzonych w wierzchnichorganicznych warstwach gleby (OL oraz A), zastosowano stochastyczna^ metod^ polegaja^ napobraniu probek materiahi w regularaie rozmieszczonych 111 powierzchniachmonitoringowych. Wybrano je sposrod 258 powierzchni shiza_cych celom urza_dzania lasurozlokowanych w oczkach siatki 200m x 200m. Zawieraly si? one w skrzyzowanych transektachbadawczych o dhigosci 3400 metrow i szerokosci 1200 metrow przebiegaja_cych na kierunkachW-E oraz N-S. Powierzchnia tego wieloboku wyniosia 668,70 ha, jednak interpolateograniczano tylko do granicy obszarow lesnych Ojcowskiego PN, tj. do powierzchni 604,67 ha(rye. 1).

Jesienia. 1996 roku dokonano zbioru materiahi wykonuja^c tzw. probk^ mieszana^ z pi^ciustanowisk (25 cm x 25 cm) na kazdej powierzchni monitoringowej. Na podstawie archiwalnychrejestrow drzew na powierzchniach monitoringowych okreslono piersnicQ (dh) oraz wysokoscba^dz dlugosc (H, L) drzew martwych.

W celu okreslenia zawartosci metali ci^zkich, zblizonej do calkowitej, przyj^to metod^mineralizacji ,,na mokro". Oznaczenie koncentracji: Cd, Cr, Cu, Ni, Fe, Mn, Pb oraz Zndokonano metodq, plomieniowej absorpcji atomowej przy pomocy spektrofotometru VarianSpectr AA-20 (Litynski i in. 1976).

Do modelowania przestrzennego zastosowano algorytm interpolacji IDW (Inverse DistanceWeighting) z zadanym warunkiem ograniczenia procesu do wewnqtrznych konturowkompleksow lesnych (opcja BORDER coverage). Inne mozliwe procedury takie jak Kriging czySpline nie dawaly niestety lepszych rezultatow podobnie jak w pracach (We_zyk 1999). W pracywykorzystywano mapy topograficzne (1:5 000, 1:10 000 oraz 1:25 000), lesne mapygospodarcze (1:5 000 oraz 1:10 000), digitizer ALTEK 32 (format AO), oprogramowanieArc/Info UNIX ver. 7.1.2 oraz Arc View 3.1 (ESRI), odbiorniki firmy Corvalis MicroTechnology(W?zykl998).

118

Page 2: Badania naukowe w poludniowej czgSci Wy£yny …geo.ur.krakow.pl/download/pobierz.php?file=publikacje/literatura/... · si$ toksyczny dla roslin i innych form zycia ... ba^dz dlugosc

[ IQ . J -Q .2f 1 0.2-0.3| | 0.3 - 0.4[|i^1 0.4 -0.5

0.7-0.80.8-0.90.9-1

1000

Indeks Ave.MLSciofe - OL Prochnica ~A

Rye. I . Lokalizacja punktdw monitoringowych na transekcie w Ojcowskim Parku Narodowym oraz obrazyrastrowe sredniego indeksu zanieczyszczen (Ave.Mi) dla poziomu OL i akumulacji prochnicy (A).

119

Page 3: Badania naukowe w poludniowej czgSci Wy£yny …geo.ur.krakow.pl/download/pobierz.php?file=publikacje/literatura/... · si$ toksyczny dla roslin i innych form zycia ... ba^dz dlugosc

W celu porownywania koncentracji metali ciejzkich zastosowano metodq jednostkistandaryzowanej poprzez utworzenie tzw. ,,indeksu zanieczyszczeh" (Mi) dla poszczegolnychpierwiastkow oraz wartosci sredniej indeksu (Ave.Mi) dla wszystkich analizowanychw obszarze badah (W^zyk 1999). Nie starano si$ uzyskac odpowiedzi na pytanie: ,,jak bardzotoksyczna jest warstwa gleby?", lecz: ,jak bardzo zroznicowana przestrzennie jest koncentracjawszystkich polutantow?".

W celu analizowania wzajemnych zwia^zkow przestrzennych pomi^dzy wygenerowanymipowierzchniami GRID reprezentuj^cymi skazenie poszczegolnymi metalami ci^zkimi glebOjcowskiego PN, zastosowano odpowiednia_ procedure^ programu Arc/Info ESR1 (modul GRID).Badania rozszerzono rowniez na okreslanie zwia_zkow korelacyjnych poraiqdzywyinterpolowanymi powierzchniami skazenia metalami, a innymi obrazami reprezentuja_cymiuksztattowanie terenu i szereg innych zmiennych tj.: Sredni indeks zanieczyszczen (Ave.Mi);wartosc odczynu pfi (H2O) oraz pH(KCl); Cyfrowy Model Terenu; Spadek (stopnie); Ekspozycjestokow (kajt azymutalny); mas% drewna martwego na powierzchniach monitoringowych (m3/ha);mas% opadu organicznego (kg/ha/rok).

WYNIKI I DYSKUSJA

W ostatnich latach obserwujemy znaczne ograniczenie emisji przemyslowych w rejonieKrakowa. Dane z lat 1996 i 1987, wskazuja_ na zredukowanie emisji pyfow o 84 %, a gazowo 73% (Turzanski, Wertz 1997). Przy obowia_zuj^cej normie (z roku 1990) dla opadu pytuw parkach narodowych wynosza^cej 400 kg/ha/rok, wielkosci depozycji w OPN w roku 1991 niezostary przekroczone (360 kg/ha/rok), choc byly bliskie gornej jej granicy. Kolejne pomiarywskazywaly na obnizenie depozycji w OPN do 290 kg/ha/rok (Turzanski i in. 1997) jednakniepublikowane jeszcze informacje WIOS z roku 1 999 wskazuja^ na ponowne zwiejcszanie si$ tejwartosci do 533 kg/ha/rok co oznaczaioby powrot do poziomu z roku 1990.

Wyniki oznaczen koncentracji metali w poszczegolnych warstwach gleby wskazuja_ napodwyzszone bq.dz przekroczone w stosunku do innych terenow wartosci skazeh (tab. 1 i 2).

Tabela 1Podstawowe statystyki dla metali ci^zkich zawartych w sciole w Ojcowskim Parku Narodowym (OPN).

StatystykaMinimumMaximumSrednia arytm.Odch. Stand.

Cd0,07,12,51,3

Cr17,0

100,333,512,1

c«0,0

55,023,0

1,1

Fe2715,0

12335,07942,12053,9

Mn181,0

3067,0628,8448,7

Ni'0,0

30,011,65,7

Pb20,9

469,2180,799,2

Zn88,3

405,6196,064,8

Tabela 2Podstawowe statystyki dla metali ci^zkich zawartych w warstwie akumulacji prochnicy (A) w OPN.

StatystykaMinimumMaximumSrednia arytm. ;Odch. stand.

Cd0,0

12,91,72,4

Cr19,855,436,5

6,1

Cu3,5

19,69,23,3

Fe7340,0

20600,012304,22990,9

Mn90,0

2174,0397,3310,5

Nr>1,2

24,58,54,4

Pb39,1

320,7115,751,1

Zn32,0

648,0129,3112,6

Porownanie danych z OPN do wynikow skazenia sciory kompleksow Lasu Wolskiegow Krakowie (Wqzyk 1998) wykazalo duze roznice koncentracji dla takich pierwiastkow jak Pb(+ 233% wiejtsza koncentracja w OPN niz w Lesie Wolskim), Fe (+ 50%) oraz Ni (+ 43%),a takze Mn (- 47%) i Zn (- 43%). W przypadku tego ostatniego pierwiastka jest to o tylezastanawiaj^ce, iz OPN lezy blizej zrodla emisji w OUcuszu.

Srednie zwartosci kadmu, chromu oraz olowiu (tab. 2) w warstwie akumulacji prochnicy (A)ksztattowaly si$ w OPN na poziomie wielokrotnie wyzszym niz na terenie wojewodztwakrakowskiego. Wedhag badan J. Lisa i A. Pasiecznej (1995) wynosily one 0,2 ppm dla Cd, 8 ppmdla Cr oraz 18 ppm dla Pb. Koncentracje miedzi, zelaza oraz niklu nie wykazaty wi^kszychwartosci od otaczaja_cych go terenow wojewodztwa krakowskiego tj. odpowiednio: 12,5 ppm

120

Page 4: Badania naukowe w poludniowej czgSci Wy£yny …geo.ur.krakow.pl/download/pobierz.php?file=publikacje/literatura/... · si$ toksyczny dla roslin i innych form zycia ... ba^dz dlugosc

(Cu) i 7700 ppm (Fe - Lis, Pasieczna 1995) oraz 12,12 ppm Ni (Turzanski, Godzik 1996).Koncentracja cynku w warstwie A w OPN wykazuje podwyzszone wielkosci bliskie stejzeniomnotowanym w glebach trawnikow przyulicznych (129 ppm) oraz parkow (143 ppm) w Krakowie(Lis, Pasieczna 1995).

Analizujctc zaleznosci pomie_dzy koncentracjami poszczegolnych metali w warstwie OL (tab.3) zauwazamy silne dodatnie zwiajzki korelacyjne dla takich par pierwiastkow jak: Zn/Cd, Zn/Ni,Pb/Cu oraz Fe/Pb (powyzej 0,50). Oznaczac to moze to samo zrodlo emisji tych pylow doatmosfery czyli z duzym prawdopodobienstwem hute_ cynku i olowiu w Olkuszu. Ujemnekorelacje, stosunkowo jednak niewielkie (< 0,3) okreslano dla Mn/Fe (mozliwy antagonizm tychjonow). Sredni indeks (Ave.Mi) korelowal z praktycznie wszystkimi powierzchniami, przy czymtylko Mn wykazal ujemny i bardzo niski zwia_zek korelacyjny. Najwiejcsze wartosci korelacjizanotowano dla Fe. Mozna wi$c postawic hipotezQ, iz przestrzenna depozycja Fe na terenietransektu OPN jest najbardziej zblizona do calkowitego sredniego skazenia wszystkimipolutantami tego obszaru (rye. 1). Depozycja pylow zawieraja_cych Zn, Pb, Cd i Cu wykazujekorelacje ze srednim indeksem (Ave.Mi} na poziomie co najmniej 0,50 (tab. 3). Wyniki analizkorelacyjnych dla tych samych zmiennych w poziomie A przedstawiono w tabeli 4.

T a b e l a 3.Korelacje pomi^dzy wygenerowanymi powierzchniami (GRID) reprezentuja^cymi skazenie sciorymetalami ci^zkimi oraz srednim indeksem zanieczyszczenia (Ave.Mi) na transekcie w OPN.

ZnPbNiMnFeCHCrCd

Zn

^ 1

Av&M - \b

0,01

1

Ni

0,51-0,17

V 1

Mn-0,10-0.200.01

... - ]

Fe0,100,580,09

-0,29. :- : 1

Cu0,070,490,04-0,110,40

1

Cr-0,120,190,28

-0,160,26

-0,04.:... 1

: Cd0,630,230,17

-0,030,110,10

-0,06:± I

Av&Mi

0,590,580,54

-0,030,630,490,360,57

1 1; '

Tabe la 4.Korelacje pomie_dzy wygenerowanymi powierzchniami (GRID) reprezentujapymi skazenie poziomuakumulacji prochnicy (A) metalami ci^zkimi oraz srednim indeksem zanieczyszczenia (Mi) w OPN.

ZnPbNi

MnFe ;

CuCrCd

Ave,Mi

Zn

I

:Pb0,38

^AH

-"Ni

0,750,00

.;:L,, 1

MB

0,65-0,050,79

;.w~, . i

:-. Fe .;

0,680,120,820,61

:..-; ;i

Cu

0,460,740,260,200,40

I'- ; ; 4-

Cr0,340,100,490,300,170,01: 'J

Cd0,970,280,780,710,660,370,36

= 1

Ave.Mi

0,900,440,860,710,780,590,530,88

.',.. *

Koncentracje metali w warstwie (A) akumulacji prochnicy wykazuj^ dodatnie zwia^zkikorelacyjne powyzej 0,60 dla takich par pierwiastkow jak: Zn/Cd (najwyzsza wartosc korelacji),Zn/Ni, Zn/Fe, Zn/Mn, Pb/Cu, Ni/Mn, Mn/Fe, Fe/Cd, Cd/Ni, Ni/Fe. Oznaczac to moze to samozrodlo emisji tych pylow do atmosfery czyli z duzym prawdopodobienstwem hute_ cynkui otowiu w Olkuszu. Najbardziej do obrazu sredniego indeksu zanieczyszczen (Ave.Mi) zblizonyjest rozklad przestrzenny Zn a takze Cd oraz Ni. Depozycja cynku (Zn) odzwierciedla zatemgeneralny obraz zroznicowania przestrzennego wszystkich analizowanych pierwiastkow (rye. 1).

Wyniki procedury korelacji pomie_dzy obrazami rastrowymi: CMT, spadku, ekspozycji,zasobnosc drzewostanow OPN w drewno martwe (m3/ha) oraz wielkosci opadu organicznego(kg/ha/rok) a srednim indeksem skazenia metalami (Ave.Mi) w poszczegolnych analizowanychwarstwach gleby zaprezentowano w tabeli 5 (warstwa OL) oraz tabeli 6 (warstwa A).

121

Page 5: Badania naukowe w poludniowej czgSci Wy£yny …geo.ur.krakow.pl/download/pobierz.php?file=publikacje/literatura/... · si$ toksyczny dla roslin i innych form zycia ... ba^dz dlugosc

Tabe la 5.a e a .Korelacje pomi^dzy wygenerowanymi powierzchniami reprezentuj^cymi skazenie scioty (OL) metalamici^zkimi oraz powierzchnia. sredniego indeksu zanieczyszczenia (Ave.Mi) i poszczegdlnymi zmiennyminiezaleznymi na transekcie w OPN.

ZnPbNiMnFeCuCr

CdIndex (AveJWi)

CMT

-0,110,250,040,100,10-0,100,350,000,17

Spadek

0,26-0,260,01-0,11

-0,17-0,10-0,230,16-0,11

Ekspozycja

0,180,200,05-0,130,160,100,120,150,23

Drewno martwe[mMia]0,36-0,270,27-0,07-0,26-0,35-0,080,18-0,03

Opad organiczny(kg/ha]

-0,130,34-0,37-0,120,420,100,100,100,11

T a b e l a 6.Korelacje pomi^dzy wygenerowanymi powierzchniami reprezentuja^cymi skazenie gleby metalami ci^zkimioraz powierzchnia, sredniego indeksu zanieczyszczenia (Ave.Mi) i poszczegolnymi zmiennymi niezaleznymi natransekcie w OPN.

ZnPbNiMnFeCuCr

2^Ave.Mi

pH (KC1)

pH(H20)

pH(KC1)0,74-0,130,780,660,690,170,310,78

0,70

1

0,99

pH(H20)

0,73-0,180,780,670,700,120,260,77

0,67

0,99

1

CMT

-0,040,25-0,07-0,06-0,100,130,12-0,08

0,03

-0,18

-0,17

Spadek

0,19-0,150,200,170,19-0,090,060,22

0,14

0,32

0,33

Ekspozycja

0,120,250,00-0,050,070,180,010,08

0,11

0,02

0,02

:Drewno martwe;EmVha]0,27-0,090,250,220,20-0,210,330,32

0,23

0,37

0,39

Opad organicznyfkg/hal

-0,180,13-0,26-0,190,140,19-0,55-0,24

-0,18

-0,24

-0,24

Interpretacja wynikow analiz korelacyjnych (tab. 5 i 6) jest trudna i niejednoznaczna, gdyznp. dla zmiennej Spadek tylko dwa pierwiastki (Zn i Cd) wykazuja^ dodatnie korelacje a resztaujemne (warstwa OL). Oznaczac to moze, iz na stokach o bardzo duzym spadku zwiej-cszaja^ si$koncentracje Zn i Cd w sciotce (tab. 5). Moze to bye wynikiem silnego splywupowierzchniowego lub wystQpowania okruchow skalnych zawierajacych te pierwiastki. Podobnehipotezy stawiono w badaniach nad depozycj^zanieczyszczen w Lesie Wolskim (We_zyk 1999).Potwierdzac moglaby to, ujemna (choc niewielka) korelacja Zn z CMT. Im wyzej n.p.m. tymmniejsza jest koncentracja Zn w sciole. Dodatkowa analiza korelacji zmiennej Spadek z CMTwykazaJa odwrotna^ zaleznosc tych cech (—0,24). Tereny w gl^bi doliny wykazuja_ najwyzszespadki w przeciwienstwie do lagodnych stokow na wysoczyznach. Rozpatruj^c zwia^kipomi^dzy wysokosci^. n.p.m. (CMT) a wielkoscia^ skazenia zauwazamy niskie korelacje. JedynieCr i Pb wykazuja_ zwiqzek powyzej 0,25. Takie pierwiastki jak Zn i Cr wyraznie wykazujq.wi^ksze koncentracje w nizszych partiach stokow (ujemna korelacja).

Ekspozycja stokow (kaj: azymutalny) nie jest wyraznie skorelowana z analizowanymi w sciolemetalami. Najwiejtsze wartosci prezentuje sredni indeks zanieczyszczen (AveMi) i oznaczacmoze jedynie tyle, iz takie kierunki ekspozycji stokow jak: SW, W oraz N cechujq_ najwiejcszeskazenia (tab. 5). Mogloby si$ to pokrywac z kierunkami wiatrow domimija^cych z kierunku W,jednak ze wzgl^du na rozny przebieg wiatrow w dolinach nie da sie_ tej hipotezy tatwoudowodnic.

122

Page 6: Badania naukowe w poludniowej czgSci Wy£yny …geo.ur.krakow.pl/download/pobierz.php?file=publikacje/literatura/... · si$ toksyczny dla roslin i innych form zycia ... ba^dz dlugosc

Masa drewna martwego jakie wyst^powalo na powierzchniach monitoringowych w roku 1996wykazuje pewhe charakterystyczne zwia_zki z koncentracja^ metali w sciolce. Wiejtszosc metali(poza: Zn, Ni oraz Cd) wykazuje ujemna_ korelacjq co oznaczac by moglo zahamowanie tempazamierania drzew wraz ze wzrostem koncentracji pylow zawierajq.cych Pb, Fe i Cu (powyzej -0,27). Pierwiastki te korelowaly ze Spadkiem a ten z kolei wykazal dodatni zwia^zek z masa_drewna martwego (+0,31).

Produkcja aparatu asymilacyjnego jest w pewnym stopniu funkcjq. kondycji zdrowotnejdrzewostanu a ten z kolei wynikac moze z jakosci siedliska lesnego. Tylko Zn, Ni i Mnwykazaly ujemna^ korelacJQ z opadem organicznym co wskazuje na spadek produkcji biomasyaparatu asymilacyjnego wraz ze wzrostem ich koncentracji. Wptyw pytow zawieraja_cych innepierwiastki mozna by analogicznie uznac za dodatni, pobudzaj^cy produkcje^ biomasy. Bezustalenia bilansu oraz wzajemnych zaleznosci pomiejizy wszystkimi pierwiastkarniw ekosystemie nie mozna jednak stawiac takiej hipotezy.

Interpretacja wynikow korelacji (tab. 6) dla warstwy akumulacji prochnicy jest rownieznielatwa. Zwia^zki pomie_dzy poszczegolnymi stejzeniami metali a wartosciq. odczynu pH sq.bardzo wysokie dla Zn, Ni, Mn, Fe oraz Cd. Wraz ze wzrostem wartosci odczynu pH wzrastailosc metalu w giebie. Niski odczyn pH powoduje zwiejcszanie sie_ mobilnosci kationow metaliw glebie. Z duza^ mobilnosciq. form przyswajalnych metali cie_zkich mamy do czynienia zwykleprzy obnizeniu odczynu pH gleby w ponizej 5,8-5,0 (Kabata-Pendias i in. 1993). Dla Zn:zwie_kszona mobilnosc i przyswajanie przez rosliny wyst^puje przy pH<5,8. Odpowiednio dlaCd - pH<5,0; Mn - 8,0<pH<5,5 oraz Ni - pH <6,0. Na podstawie analizy przestrzennejokreslono wielkosc obszaru spelniaja^cego w/w kryterium wartosci pH. Okazuje siQ, iz warunkitakie dotycz% duzej cze^sci analizowanego terenu (84% dla Zn, 72% dla Cd, 78% dla Mn oraz87%dlaNi).

Koreluja_c obrazy rastrowe CMT zauwazamy dla olowiu (Pb) dodatnia_ i znacza_ca^ (na tieinnych) wartosc (tab. 6). Interpretowac to nalezy jako wzrost koncentracji tego pienviastka wrazz wysokoscia^ n.p.m. co zostato potwierdzone na innych obszarach (Niemtur 1994). Dla Zn, Ni,Mn, i Cd stwierdzono ujemna korelacjq co oznaczac by moglo wie_ksza^ depozycj^ na terenachpolozonych najnizej w gle_bi doliny. Wartosc ka_ta nachylenia stokow (Spadek) skorelowana jestz obrazami koncentracji takich pierwiastkow jak: Cd, Ni, Zn, Fe, Mn na niezbyt wysokimpoziomie w granicach 0,2 (tab. 6). Oznacza to, ze na stokach o duzych wartosciach k^tanachylenia zwiejcsza sie_ ilosc tych pierwiastkow. Wraz ze wzrostem wartosci zmiennej Spadekzmienia si$ rowniez odczyn pH w kierunku zasadowego czego dowodzi dodatnia korelacjaz tymi zmiennymi (tab. 6). Powodowane jest to prawdopodobnie pojawianiem si$ znacznej ilosciokruchow wapiennych na stokach o duzym nachyleniu oraz przephikiwaniem gleby w dol stoku.Otow (Pb) wykazal ujemna_ korelacJQ co oznacza wie_ksze jego koncentracje na terenacho marym spadku. Z takimi obszarami mamy do czynienia na kulminacjach stokow czyliwysoczyznach. Potwierdza to dodatkowo zwiajzek z CMT. Ekspozycja stokow nie wykazalapraktycznie zwiajzkow korelacyjnych z metalami poza koncentracja^ otowiu. Wraz ze wzrostemwartosci ka_ta azymutalnego wzrasta koncentracja Pb w glebie w OPN. W terenie tym mamy doczynienia z przewaga. wiatrow z kierunkow W, NW, SW co moze potwierdzac ten zwiajzek.

Masa drewna martwego jakie okreslono na powierzchni badawczej wykazala zadziwiaja^cozgodna. i dodatnia^ korelacj^ z wartosciami koncentracji wiejkszosci analizowanych metali(w poziomie A), a srednim indeksem zanieczyszczen (Ave.Mi) oraz wartoscia_ pH (tab. 6).Wzrostowi koncentracji Zn, Ni, Mn, Fe, Cr i Cd towarzyszy zwiejcszenie sie_ masy drewnamartwego. Jedynie Cu wykazuje tu odmienna^ role, co jednak wythimaczyc mozna jej niskq.koncentracja na calym terenie badan. Z kolei korelacja odczynu pH z masa_ drewna martwegomoze bye thimaczona wzrostem depozycji pylow alkalicznych zawieraja_cych toksycznepierwiastki.

Wzrost poziomu koncentracji a tym samym toksycznosci kationow: Zn, Ni, Mn, Cd oraz Crw warstwie akumulacji prochnicy (A) moze sie_ objawiac w zmniejszeniu masy opaduorganicznego (ujemna korelacja tych obrazow rastrowych). Takie pierwiastki jak Pb, Fe i Cu

123

Page 7: Badania naukowe w poludniowej czgSci Wy£yny …geo.ur.krakow.pl/download/pobierz.php?file=publikacje/literatura/... · si$ toksyczny dla roslin i innych form zycia ... ba^dz dlugosc

wykazaly dodatnia_ korelacje, co swiadczy o braku toksycznosci lub o niewystej>owaniu duzejilosci form przyswajalnych. Ich wptyw mozna by uznac za dodatni, pobudzaja_cy produkcjsbiomasy.

WNIOSKI

1. Obszar OPN podlega silnym wptywom immisji przemyslowych co potwierdzaja^ wysokiewartosci koncentracji: Cd, Pb, Ni oraz Cu w sciole (OL) oraz Cr, Cd, Zn oraz Mn w warstwieakumulacji prochnicy, ktore byty wyzsze niz na terenie aglomeracji miejskiej Krakowa.

2. Wysokie wartosci korelacji pomi^dzy kationami metali: Zn/Cd, Zn/Ni, Zn/Fe, Zn/Mn,Pb/Cu, Ni/Mn, Mn/Fe, Fe/Cd, Cd/Ni oraz Ni/Fe wskazuja_ na wspolne zrodla emisji pyJow.

3. Wysoka korelacja (0,90) pomie_dzy skazeniem warstwy A cynkiem oraz obrazemsredniego indeksu zanieczyszczenia (Ave.Mi), dowodzi charakteru immisji. Bye moze wystarczyskupic SIQ na okreslaniu koncentracji tylko cynku w glebach OPN a koncentracje innych metaliobliczac na podstawie modeli matematycznych.

4. Analiza przestrzenna w kierunku okreslania podatnosci na zwie_kszanie mobilnoscikationow metali w warstwie A, przeprowadzona dla: Zn, Cd, Mn i Ni, dowiodla iz niemal 80%terenu badah narazone jest na zwiejtszone przyswajanie pierwiastkow toksycznych lub ichwymywanie do wod gruntowych.

5. Zwie_kszaja^cej si$ koncentracji niektorych metali ci^zkich w glebach oraz sciole w OPN:(np. Zn, Ni, Mn, Cr i Cd) towarzyszy wzmozone zamieranie drzew (drewno martwe) orazobnizanie produkcji biomasy aparatu asymilacyjnego (opad organiczny).

6. Istnieje potrzeba rozszerzenia transektu na pozostaia^ cze^sc Ojcowskiego PN w tymi enklawy zewnQtrzne oraz powtorzenia np. po 5 latach (w roku 2001) badah na wszystkichpowierzchniach monitoringowych.

Literature

Greszta J., Panek E. 1989. Wpfyw metali ciqzkich na drzewa. [w:] ,,Zycie drzew w skazonym srodowisku" 21, s.195-222. Kornik, Instytut Dendrologii.

Hafele G. 1993. Herstellung digitater Schraglichtsschattierung mil CIS. Salzburger Geographische Materialien,Heft 20, Salzburg.

Kabata-Pendias A., Pendias H. 1993. Biogeochemiapierwiastkow sladowych. Warszawa.Lis J., Pasieczna A. 1995. Alias geochemiczny Polski 1: 2 500 000. Warszawa.Lityriski T., Jurkowska J., Gorlach E. 1976. Analizy chemiczne w rolnictwie. Przewodnik do analiz

laboratoryjnych gleby. WarszawaLoibl W. 1994. Flacheninterpolation von Mefidaten Hohen- und Tageszeitabhdngiger Sachadstoffbelastungen and

deren Animation am Beispiel der Ozonkonzentration. Salzburger Geographische Materialien, Heft 21, Salzburg.Niemtur S. 1994. Skazenie Gorczanskiego Parku Narodowego zwiazkami S, N i Pb na podstawie analizy

poziomu organicznego gleby. [w:] Siwecki R. (red.), ,,Reakcje biologiczne drzew na zanieczyszczeniaprzemystowe., Ill Krajowe Sympozjum, Kornik, 23-26 V 1994 r.", torn 1, s. 133-147.

Pyka K., Sitek Z. 1993. Remarks on DTM generation for CIS needs. CIS for Environment, [w:] ,,Conference onGIS in Environmental Studies", Krakow, s. 197-205.

Turzaiiski K.P., Wertz J. (red.). 1997. Raport o stanie srodowiska w wojewodztwie krakowskim w 1996 roku.[w:] Biblioteka Monitoringu Srodowiska. Krakow.

Turzanski K.P., Godzik B. (red.). 1996. Ocena stanu zanieczyszczenia gleb wojewodztwa krakowskiegometalami cigzkimi i siarkq. [w:] ,,Biblioteka Monitoringu Srodowiska". Krakow

W^zyk P. 1998. Pollution of Recreational Areas of Krakow with Heavy Metals on the Example of Las Wolski.[w:] ,,II International Conferene-Trace Elements. Effect on Organism and Environment", Cieszyn, s. 119-127.

W?zyk P. 1999. Monitoring of spatial contamination with heavy metals in forest ecosystem (Las Wolski in Cracow,Poland) using GIS, photogrammetry and GPS techniques, [w:] ,JUFRO Conference on Remote Sensing and ForestMonitoring. June 1-3, 1999", Rogow s. 680-690.

Dr inz. Piotr WgzykDr inz. Stanislaw MalekWydzial Lesny Akademii Rolniczej im. Hugona Kollataja w KrakowieKatedra Ekologii LasuAl 29-go Listopada 4631-425 Krakowe-mail: [email protected]: [email protected]

124