Prima pagină | Prezentare | Cercetare | Personal | Publicaţii | Servicii | Link-uri utile
Copiere articol

 

 

Cercetări privind dinamica depunerilor minerale din atmosferă şi nutriţia speciilor de arbori în principalele ecosisteme forestiere   

 

 

Ion Barbu

 

Pe baza cercetărilor efectuate în ultimii 15 ani atât în ţara noastră cât şi în alte ţări europene asupra fenomenului de uscare anormală a pădurilor s-au formulat mai multe ipoteze globale care încearcă să explice acest fenomen. Una dintre aceste ipoteze are la bază nivelul ridicat al poluării mediului (aer, ape din precipitaţii, sol, vegetaţie). S-au stabilit legături indubitabile între starea de sănătate a arborilor şi nivelul poluării. Poluarea aerului (şi prin intermediul acestui vector), poluarea solului şi apelor determină modificări, uneori importante în comportamentul fiziologic al arborilor. Modificarea mediului de viaţă al arborilor nu este cunoscută decât parţial.  Verificarea pe spaţii mari a acestei ipoteze ar permite formularea în viitor a unor răspunsuri la următoarele probleme: relaţia dintre nivelul poluării în apele de precipitaţii şi sol şi nutriţia arborilor forestieri, răspunsul fiziologic al arborilor la acumularea poluanţilor în aer şi in sol, prognoza evoluţiei ecosistemelor forestiere din zonele intens poluate.

Scopul cercetărilor în cadrul prezentei teme (monitoring european nivel II) este de a stabili dinamica "intrărilor" în ecosistem prin intermediul apelor din precipitaţii care "spală" atmosfera şi antrenează pe organele exterioare ale arborilor şi in sol o serie de ioni minerali al căror rol fiziologic nu este încă pe deplin cunoscut.

Cercetările se efectuează în ecosisteme forestiere reprezentative pentru fondul forestier al României. Având în vedere distribuţia inegală a poluanţilor în teritoriu se preconizează cercetarea în paralel a aceluiaşi ecosistem în zona "poluată" şi mai puţin poluată, urmând a se preciza pe baza acestor cercetări, dacă efectiv poluarea şi "intrările" de poluanţi influenţează semnificativ starea de sănătate a arborilor şi arboretelor. Cercetările fac parte dintr-un program mai amplu de cercetări care se efectuează în majoritatea ţărilor europene după o metodologie unitară.

Lucrări efectuate au fost grupate în trei faze (tabelul 1). Faza 1: calibrarea rezultatelor experimentale de laborator şi instalarea a trei blocuri experimentale pentru captarea depunerilor atmosferice totale (uscate + umede) în teren liber şi sub coronamentul pădurii. Faza 2: desfăşurarea cercetărilor în cele 3 suprafeţe experimentale instalate. Faza 3a: elaborarea şi testarea modelului experimental pentru determinarea circuitului ionilor  în ecosistemele forestiere din cele 3 suprafeţe experimentale instalate. Faza 3b. Desfăşurarea cercetărilor în staţionar în trei suprafeţe experimentale

 

 

Tabelul 1

 

Definirea obiectivelor urmărite	Lucrări de teren	Lucrări de laborator	Lucrări de birou
A. Stabilirea factorilor care influenţează variabilitatea încărcării cu ioni poluanţi a precipitaţiilor	Recoltarea periodică a precipitaţiilor din aceeaşi cădere din locuri diferite (222 probe)	Analize complete repetate de 2-5 ori	Analiza statistică a rezultatelor (lunar)
B. Intercalibrarea labora- torului I.C.A.S. cu alte laboratoare din ţară şi din Europa pentru stabilirea nivelului de precizie al rezultatelor analizelor	Recoltarea periodică de precipitaţii şi trimiterea la 2-3 laboratoare APM (26 probe)	Analize specifice repetate	Compararea rezultatelor. Interpretări

 

Locul cercetărilor: O.s. Solca, U.P. I Solca, u.a. 64 Brad (90 ani), u.a. 65 B amestec de molid, brad, fag, carpen (35 ani), O.s. Tomnatic, U.P. VI Tomnatic, u.a. 56 B. Arboret relativ plurien amestecat de brad şi molid (60-90 ani). Altitudine 780 m, O.s. Pojorâta, U.P. I Rarău, u.a. 89 B. Arboret relativ echien amestecat brad, molid, fag, vârsta 70 ani, altitudinea 1100 m.

               

Lucrările de  teren au vizat: identificarea a trei arborete reprezentative din etajul amestecurilor de răşinoase cu fag în nordul ţării (Bucovina); delimitarea suprafeţelor de cercetare, inventarierea şi descrierea detaliată a arboretului şi arborilor (în fiecare suprafaţă de cercetare a fost delimitată o suprafaţă de 2000 m² (50 x 40 m) în care s-au inventariat şi ridicat în plan poziţia fiecărui arbore şi a captatorilor instalaţi sub masiv); pregătirea echipamentelor de captare a precipitaţiilor şi instalarea lor în teren (în tabelul 2 se prezintă numărul de captatori instalaţi în fiecare suprafaţă experimentală); recoltarea periodică (săptămânală) a probelor, măsurarea, etichetarea şi transportul la laborator a probelor; verificarea în teren a integrităţii instalaţiilor, completarea şi înlocuirea captatorilor deterioraţi sau furaţi.

 

Tabelul 2. Captatori de precipitaţii instalaţi în 1996 în suprafeţele de cercetare experimentală în staţionar

 

Suprafaţa de cercetare	Nr. captatori instalaţi						Periodicitatea recoltării probelor
	Teren liber	Sub coronament	Lizimetre în sol la adâncimea ... (cm)
			10	20	40	60
Solca 1 - Brad	1	6	1	1	1	1	săptămânal
Solca 2 - Mo+Br+Ca	1	5	-	-	-	-
Tomnatic Deia	2	6	1	1	1	1	săptămânal
Rarău	2	6	1	1	1	1	săptămânal

 

 

Lucrările de  laborator au vizat: (1) pregătirea probelor pentru analize (măsurare, filtrare, depozitare); (2) efectuarea analizelor chimice (pH, SO₄, NO₃, NH₄, Cl, Na, K, Mg) şi a măsurătorilor fizice (conductivitate) conform metodicii şi obiectivelor stabilite pe baza evaluării periodice a rezultatelor obţinute. In perioada 30.04 - 31.10.1996 au fost recoltate din teren şi analizate în laborator un număr de 416 probe. Pe suprafeţe experimentale au fost analizate: 132 probe din S.E. Deia, 139 probe din S.E. Rarău şi 145 probe din S.E. Solca. (3) faza 3:  elaborarea modelului experimental pentru determinarea circuitului ionilor în ecosistemul forestier.

                Lucrările de teren au constat din instalarea unor captatori pentru recoltarea şi analiza soluţiei  solului. In fiecare suprafaţă experimentală a fost săpat un profil de sol magistral până la roca mamă de sol (1-1,2 m). In fiecare profil s-au instalat câte 4 plăci lizimetrice cu suprafaţa de recepţie de 50 x 30 cm = 1500 cm² la adâncimile de 10, 20, 40 şi 60 cm. Acestea preiau apa care percolează solul şi o conduc la un recipient din care apa este recoltată priodic (săptămânal) pentru analize.

                La birou s-a realizat prelucrarea datelor experimentale şi a constat din următoarele lucrări: analiza periodică a rezultatelor obţinute în laborator şi stabilirea măsurilor ce se impun pentru înlăturarea erorilor şi identificarea surselor de eroare; validarea rezultatelor de laborator pe baza analizelor repetate şi a metodelor interne de control; coroborarea datelor din teren cu analizele de laborator; stabilirea tehnicii de prelucrare unitară a datelor; introducerea datelor în computer şi obţinerea informaţiilor prelucrate; stocarea informaţiilor în banca de date, clasarea şi interpretarea unitară a rezultatelor; analiza comparativă a seriilor de probe (teren liber, sub coronament, soluţia solului) în vederea unei interpretări unitare a rezultatelor; descrierea modelului ipotetic pentru interpretarea circuitului ionilor în ecosistemul forestier.

                Multitudinea analizelor efectuate în laborator şi stratificarea lor prezentată în paragrafele anterioare pune în evidenţă variaţii mari de la o perioadă la alta. Explicaţia acestor variaţii este greu de formulat în câteva cuvinte. Aşa cum au demonstrat şi cercetările anterioare, încărcarea cu ioni a precipitaţiilor este foarte diversă şi depinde de originea maselor de aer, gradul de puritate al zonei străbătute şi al zonei în care se produc precipitaţiile. In ceea ce priveşte precipitaţiile sub coronament, încărcarea acestora depinde, în general, de gradul de acumulare al "depunerilor uscate" în intervalul dintre două căderi de precipitaţii, de originea şi parametrii chimici ai depunerilor uscate şi bineînţeles de "încărcarea" precipitaţiilor din teren liber.

                Pentru a elimina influenţa unor picuri irelevante pentru trendul curbei de evoluţie a parametrilor am procedat la înlăturarea "zgomotului" din datele experimentale individuale prin ajustarea datelor empirice. S-au păstrat valorile medii obţinute pentru fiecare grupă de captatori în parte, dar, prin calcularea unor medii glisante am obţinut curbe mai netede care pun în evidenţă anumite tendinţe pe care vom încerca să le evidenţiem în continuare. Pe baza testărilor am ales mediile glisante obţinute din 5 valori (5 per. Moving Average) două dinainte şi două după valoarea pentru care se calculează media glisantă. Computerele actuale permit foarte uşor calculul mediilor glisante şi pe această bază compensarea rezultatelor. În ceea ce priveşte variaţia parametrilor chimici ai precipitaţiilor în teren liber pe baza datelor obţinute în laborator au fost calculate şi trasate curbele corespunzând mediilor glisante pe 5 perioade ale pH , conductivităţii , SO₄ , Cl , NO₃, NH₄  din precipitaţiile în teren liber pe perioada analizată. Pentru suprafaţa experimentală Solca se constată o tendinţă evidentă de acidificare a precipitaţiilor în lunile de toamnă. Această tendinţă va continua probabil şi în lunile de iarnă. Pentru suprafaţa experimentală Deia şi Rarău curba de variaţie a mediilor glisante este monotonă, neevidenţiindu-se tendinţe clare. Deşi la SE Rarău pH-ul precipitaţiilor nu indică acidificare, conductivitatea are valori evident crescătoare în lunile de toamnă. La SE Solca s-au înregistrat valori ale conductivităţii mai ridicate primăvara la începutul sezonului de vegetaţie. In ceea ce priveşte încărcarea cu ioni SO₄^2- la SE Solca se constată o relaţie directă între conductivitate şi încărcarea cu SO₄.La celelate SE legătura nu este evidentă. Ionul Cl are fluctuaţii importante valorile medii înregistrate în SE Rarău şi Deia depăşind de două ori valoarea înregistrărilor în SE Solca. Tendinţe mult mai clare se înregistrează în ceea ce priveşte dinamica NO₃⁺ şi NH₄⁺. La toate suprafeţele experimentale se constată un maxim al concentraţiei NO₃ în timpul verii cu valori medii de 7-13 mg/l şi valori minime în afara sezonului de vegetaţie. Ionul NH₄ manifestă o tendinţă inversă având în toate suprafeţele experimentale valori maxime (1,5-4 mg/l) în afara sezonului de vegetaţie şi valori minime vara (0,7 - 1,2 mg/l).

                Referitor la variaţia parametrilor chimici ai precipitaţiilor sub coronamentul arboretelor, pe baza valorilor medii ponderate calculate pentru fiecare suprafaţă experimentală în parte, s-au calculat mediile glisante pe 5 perioade care au fost reprezentate grafic. Aceleaşi tendinţe generale se înregistrează şi în cazul precipitaţiilor sub coronament. De remarcat că la SE Solca precipitaţiile sub masiv sunt mai puţin acide decât în teren liber, iar la SE Rarău  şi Deia, la care s-au înregistrat frecvent precipitaţii neutre, scurgerile de sub coronament sunt mai acide decât precipitaţiile din teren liber. Dinamica conductivităţii este inversă la precipitaţiile de sub coronament comparativ cu valorile înregistrate în teren liber. Primăvara se înregistrează valori maxime, vara minime şi o tendinţă evidentă de creştere se înregistrează toamna.

                O analiză mai detaliată a acestor tendinţe va fi posibilă după minimum 2-3 ani de măsurători sistematice. Ionul sulfat înregistrează valorile maxime în afara sezonului de vegetaţie (6 - 8 mg/l în SE Solca şi 2,5 - 4,3 mg/l în SE Rarău şi Deia) iar valorile minime la sfârşitul verii (1 - 2,5 mg/l). In medie "intrările" de ioni SO₄ la Solca sunt duble (3,8-4 mg/l) faţă de Rarău (1,84 mg/l). Clorul are valori reduse (0,5-3,5 mg/l) şi nu evidenţiază variaţii importante în cursul anului la nici una dintre suprafeţele experimentale. Sistematic însă încărcările din SE Solca sunt duble sau triple faţă de Deia şi Rarău. Ionul nitrat (NO₃^-) are aceeaşi tendinţă ca în teren liber înregistrând concentrările maxime vara (8-10 mg/l la Deia şi Rarău şi 20-22 mg/l la Solca). De remarcat că la Solca concentraţia media a NO₃ în precipitaţiile de sub coronament au valori duble comparativ cu terenul liber iar în SE Deia şi Rarău au valori comparabile atât în  teren liber cât şi sub coronament.

                Analiza comparativă a ionului amoniu pune în evidenţă o încărcare de circa 4 ori mai mare a precipitaţiilor sub coronament comparativ cu terenul liber la Solca, valori comparabile la Rarău şi de 3 ori mai mari la Deia. Analiza comparativă a încărcării precipitaţiilor în teren liberşi sub coronament în SE Solca din acest an au pus în evidenţă că zona în care este amplasată SE Solca este mult mai expusă căderii unor precipitaţii cu încărcări mari de ioni poluanţi şi cu caracter acid. Din totalul analizelor efectuate în acest an a rezultat că în SE Solca 68% din precipitaţiile săptămânale căzute au fost acide; la SE Deia circa 40% iar la SE Rarău numai 21% din  probele analizate au avut caracter acid (pH < 5,6).             Din aceste motive am ales pentru comparaţie SE Solca în care tendinţele de evoluţie în timp ale parametrilor chimici sunt mai evidente. În fig. 1-3 s-au reprezentat valorile absolute pentru fiecare SE şi fiecare perioadă şi s-au reprezentat curbele medii glisante care ajustează mai bine datele empirice şi permit formularea unor tendinţe de prognoză.

 

Fig. 1. Variaţia pH-ului în teren liber (A) şi sub coronament (B) pentru cele trei suprafeţe cercetate

 

Fig. 2. Variaţia NH₄ în teren liber(A) şi sub coronament(B) pentru cele trei suprafeţe cercetate

 

Fig. 3. Variaţia SO₄^2- în teren liber(A) şi sub coronament(B) pentru cele trei suprafeţe cercetate

 

Se constată o ciclicitate evidentă a pH-ului, valorile minime înregistrându-se în sezonul rece (pH 3,7 - 4) iar valorile maxime în sezonul cald.

                Din analiza curbei mediilor glisante pe 5 perioade se constată că în timpul sezonului de vegetaţie practic nu există diferenţe între pH-ul precipitaţiilor în teren liber şi sub coronament, iar în sezonul rece aceste diferenţe se accentuează ajungând până la 1 - 1,5 unităţi pH. Conductivitatea are valori maxime în sezonul cald,  înregistrându-se în mai - iulie. Sub coronament valoarea conductivităţii este de 2-4 ori mai mare ca în teren liber indiferent de sezon. Încărcarea cu ioni SO₄ atinge valoarea maximă în sezonul rece (în teren liber) şi la începutul sezonului cald sub coronament. Minima se înregistrează la începutul toamnei. Intre încărcarea în teren liber şi sub coronament sunt diferenţe de 2 - 4 ori. Aceeaşi tendinţă pentru Cl. Ionul nitrat are valori comparabile în probele recoltate sub molidişul tânăr şi de 2-4 ori mai mari sub arboretul de brad afectat de uscare. Această situaţie trebuie urmărită pe viitor pentru a stabili dacă diferenţele sunt întâmplătoare sau o cauzalitate care trebuie evidenţiată. Ionul NH₄ înregistrează valoarea maximă la precipitaţiile de sub coronament, în ambele arborete fără diferenţe sensibile între ele. Raportul dintre încărcarea cu ioni amoniu la precipitaţiile de sub coronament şi în teren liber se menţin toată perioada în jurul valorii de 4 : 1.

 

                Concluziile în această etapă au caracter preliminar şi trebuie privite cu multă circumspecţie.

Acest gen de cercetări se realizează pentru prima dată în mod sistematic într-un laborator I.C.A.S. din România. Analiza ionilor poluanţi din precipitaţii reprezintă o activitate deosebit de laborioasă şi necesită aparatură de mare precizie şi personal calificat care trebuie să se specializeze în astfel de analize. Erorile la analiza concentraţiilor mici din apele de precipitaţii apar frecvent şi chiar la analize repetate coeficientul de variaţie al rezultatelor medii are valori de 30-50 %: la determinarea pH coeficientul de variaţie al valorii medii este în medie de 7–10 %; la determinarea conductivităţii s% are valori de ± 12-60%; la determinarea ionului Cl s% are valori de ± 35-65 %; la determinarea amoniului s% are valori de ± 25-35 %; la determinarea SO₄ coeficientul de variaţie are valori de ± 30-75 %.

                Coeficienţii de variaţie sunt cu atât mai mari cu cât concentraţia ionului analizat este mai reusă. Pe baza cercetărilor efectuate în 3 suprafeţe experimentale au fost puse în evidenţă încărcările cu ioni poluanţi de 2-5 ori mai mari ale apelor captate sub coronamentul pădurii comparativ cu cele recoltate în teren liber (figurile 1-3). Pentru obţinerea unor rezultate comparabile sub raport ştiinţific cu cele obţinute în alte ţări europene este necesară asigurarea mijloacelor materiale şi tehnice care să permită o evaluare corectă şi pertinentă a elementelor supuse analizei.

 

Sus

Copyright Staţiunea Experimentală de Cultura Molidului. Toate drepturile rezervate.