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

Tema se încadrează în programul de cercetare 11 - Monitoring Forestier din Programul Naţional pentru agricultură, silvicultură şi industrie alimentară. Tema reprezintă un segment dintr-un program complex de cercetare în ecosistemele forestiere europene (Monitoring forestier nivel II) care are ca obiectiv principal determinarea influenţelor antropice (poluarea) asupra funcţionării ecosistemelor forestiere.

Scopul cercetărilor este de a stabili dinamica „intrărilor” în ecosistemele forestiere prin intermediul apelor din precipitaţii care spală atmosfera şi antrenează pe organele externe ale arborilor şi pe sol o serie de ioni minerali al căror rol fiziologic nu este încă bine precizat. Tema reprezintă o noutate pentru cercetarea ştiinţifică din ţara noastră, iar pe plan european şi mondial o continuare şi o reluare a unor cercetări efectuate în studii pilot care au fundamentat abordarea unitară a evaluărilor depunerilor atmosferice de ioni poluanţi. Anterior, în cadrul temelor de cercetare vizând cauzele declinului pădurilor s-au mai făcut încercări de evaluare pe baza unor sondaje periodice ale încărcărilor cu ioni poluanţi ai precipitaţiilor fără a se desfăşura însă cercetări în dinamică precum cele ce se prezintă în continuare.

Rezultatele care se obţin în cadrul acestei teme vor permite înţelegerea mai profundă a funcţionării ecosistemelor forestiere şi fundamentarea pe baze moderne a gestionării pădurilor în zonele afectate de poluare cronică. La nivel european, rezultatele care se vor obţine după cel puţin 5 ani de cercetări continue vor permite delimitarea unor zone evident afectate de poluare.

Sub raport ştiinţific rezultatele preconizate a fi obţinute vor permite pentru fiecare zonă şi ecosistem forestier reprezentativ:

- identificarea fluxurilor de ioni minerali în teren liber şi sub coroanele arborilor

- stabilirea ecuaţiilor de bilanţ al ionilor pătrunşi în ecosistemul forestier;

- calcularea (evaluarea) ratelor periodice de intrare a ionilor din atmosferă în ecosistemele forestiere comparativ cu terenul liber;

- determinarea variaţiilor sezoniere ale acumulărilor de ioni din precipitaţiile medii ale încărcărilor cu ioni minerali ai apelor gravitaţionale din sol. Suprafeţele experimentale în care s-au făcut măsurători sistematice pentru determinarea ionilor minerali sunt prezentate în tabelul 1.

Tabelul 1. Localizarea suprafeţelor experimentale pentru determinarea depunerilor atmosferice în România

Nr. supraf.	Numele supraf. experimentale	Longitudine	Latitudine	Altitudine (m)	Tip de vegetaţie
1.	Solca - brad	25.50.42	47.44.03	520	Brădet de prod. superioară, afectat de uscare anormală
2.	Solca - molid	25.50.48	47.44.22	510	Plantaţie de molid şi brad
3.	Deia	25.34.02	47.32.43	790	Amestec de molid şi brad
4.	Rarău	25.32.21	47.28.34	1100	Amestec de răşinoase cu fag
5.	Fundata	25.16.11	45.25.59	1461	Făget de mare altitudine pe calcare
6.	Mihăieşti	24.59.33	45.01.47	573	Şleau de deal
7.	Ştefăneşti	26.10.00	44.31.00	90	Şleau de câmpie

Aspecte cercetate

- fluxul depunerilor minerale din atmosferă şi circuitul acestora în ecosistemul forestier;

- dinamica sezonieră şi anuală a depunerilor în funcţie de structura şi parametrii de stare ai pădurii;

- influenţa parametrilor structurali ai arboretelor asupra „intrărilor” de ioni minerali din atmosferă;

- diferenţierea zonală a „intrărilor” şi corelarea acestora cu nivelul poluării generale sau locale;

- influenţa parametrilor meteo-climatici asupra cantităţii şi calităţii depunerilor minerale din atmosferă;

- determinarea ratelor de acumulare în sol a ionilor minerali din atmosferă.

Metodele de cercetare au fost adoptate în raport cu obiectivele urmărite. Pentru determinarea cantitativă şi calitativă a precipitaţiilor au fost amplasaţi în fiecare suprafaţă experimentală câte 2 captatori de precipitaţii în teren liber şi câte 6 captatori sub coronamentul pădurii.

Captatorii s-au instalat liniar, randomizat la o distanţă variabilă de 5-10 m între ei în funcţie de densitatea arboretului. Distanţa medie dintre captatorii în teren liber şi bateriile de captatori sub masiv este de circa 200 m. Frecvenţa recoltării probelor a fost de o săptămână, însă în anumite perioade nu s-a putut respecta riguros acest interval, menţionându-se exact perioada. De menţionat că în toate suprafeţele experimentale s-au folosit acelaşi tip de captatori instalaţi la 1-1,2 rn de la suprafaţa solului. Probele recoltate se analizează în acelaşi laborator, de aceeaşi echipă de chimişti, după acelaşi metode. Laboratorul a adoptat metodele şi tehnicile cele mai bune în condiţiile reale existente (aparatură, reactivi, costuri etc.).

În 1995, 1996 şi 1997 laboratorul a participat la 4 exerciţii de intercalibrare interne cu laboratorul APM Suceava, APM Bacău şi IPEG Câmpulung Moldovenesc şi la 4 exerciţii internaţionale de intercalibrare coordonate de AQUACON-Med Bas Project (Italia). Rezultatele obţinute se consideră mulţumitoare şi garantează în mare măsură precizia şi acurateţea determinărilor.

Probele nu suferă tratamente pe durata conservării până la analiză. În laborator se analizează numai ioni sau elemente dizolvate în apa din precipitaţii pe baza manualului elaborat de NILU: EMEP/CCC-Report 1/95 "Manual for sampling and chemical Analysis" - recomandat de ICP - Forest şi FIMCI. Laboratorul este dotat cu echipament clasic de analize, nedispunând de echipamente moderne tip IC-lon Chromatrography sau PEM Plasma Emision Spectrometry, utilizate curent de laboratoarele din vestul Europei. În tabelul 3 se prezintă sintetic parametrii determinaţi în laboratorul staţiunii ICAS Câmpulung Moldovenesc şi echipamentele folosite.

Parametrul pH	U.M.	Aparatura din dotare	Limita de detecţie
	μS/cm	pH-metru	0,01
Conductivitatea	mg/l	conductometru-JENWAY	0,10
K	mg/l	Flanfolometru	0,30
Ca	mg/l	Flanfolometru	1,00
Mg	mg/l	AAS	0,10
Na	mg/l	AAS	0,10
N-NH4	mg/l	SPEC	0,04
Cl	mg/l	SPEC	0,10
N-NO3	mg/l	SPEC	0,03
S-SO4	mg/l	SPEC	0,05
Alcalinitate	microE/l	TIT-POT	2,00

Asigurarea controlului calităţii analizelor se realizează prin următoarele mijloace:

- calibrarea regulată a senzorilor şi aparatelor;

- stabilirea unor materiale standard şi reactivi chimic puri;

- trasarea curbelor de compensare;

- utilizarea unor metode de analiză şi control standardizate;

- interpetarea analizelor pentru 10-15 % din probe.

Rezultate obţinute

Cercetări asupra intercepţiei precipitaţiilor în coronamentul pădurii

Datele de bază pentru stabilirea intercepţiei în coronament a precipitaţiilor au fost recoltate în perioada aprilie 1996-august 1997 pentru suprafeţele experimentale Solca, Rarău şi Deia şi ianuarie-august 1997 pentru suprafeţele experimentale Fundata, Mihăieşti şi Stefăneşti. Au fost instalaţi captatori jgheab, cu suprafaţa de recepţie 100x10 cm = 0,1 m² în teren liber şi sub coronament la o distanţă care nu influenţează semnificativ cantitatea de precipitaţii în teren liber. Din ianuarie 1997, în toate suprafeţele experimentale s-au instalat suplimentar şi captatori cilindrici cu suprafaţa de 0,0085 m². Acesta reprezintă un sistem de eşantionaj redundant care sperăm că va contribui la controlul datelor globale şi la mai corecta estimare a intrărilor de ioni minerali în ecosistem.

Caracteristicile arboretelor în care s-au făcut măsurători sunt prezentate în tabelul 3.

Tabelul 3. Caracteristici ale arboretelor în care s-au instalat suprafeţele experimentale

Denumirea suprafeţei experimentale	Specia dominantă	Vârsta (ani)	Înălţimea dominantă (m)	Altitudinea (m)	Indicele de desime
Solca 1 (brad)	10 Br	100	29	520	0,37
Solca 2 (molid)	8Mo 2Br	35	23	510	1,00
Rarău	7Mo 2Br 1 Fa	70	33	1100	0,80
Deia	6Br 4Mo	70	33	790	0,80
Fundata	10Fa	60	18	1461	0,95
Mihăieşti	8Go 2Fa	60	20	573	0,80
Ştefăneşti	4St 4Te 2Fr	40	16	90	0,80

Arboretele sunt repartizate în nordul Carpaţilor Orientali (Solca, Rarău şi Deia) în Carpaţii Meridionali (Fundata), Subcarpaţii Meridionali (Mihăieşti) şi Câmpia Română. (Stefăneşti).

Având în vedere variabilitatea desimii coroanelor, pentru a surprinde o valoare medie a intercepţiei s-au amplasat un număr mediu de 6 captatori jgheab şi 6-8 captatori cilindrici în fiecare arboret. Valorile cu care vom opera reprezintă media măsurătorilor făcute cu fiecare tip de captator. Zăpada s-a măsurat cu ajutorul unor cilindri calibraţi. Numărul de sondaje a fost diferit (5-25), în funcţie de grosimea stratului de zăpadă şi gradul de spulberare, calculându-se o valoare medie pentru fiecare recoltare. În tabelul 4 au fost calculate intercepţiile medii anuale şi proporţia de precipitaţii ajunse la sol.

Tabelul 4. Intercepţia precipitaţiilor în suprafeţele experimentale Solca, Rarău şi

Deia în perioada aprilie 1996 - august 1997 (păduri de răşinoase)

Suprafaţa experimentală	Specia	Intercepţia (%)	Precipitaţii ajunse la sol (% din teren liber)
Solca 1	Brad	13	87
Solca 2	Molid	18	82
Rarău	Mo+Br	24	76
Deia	Br+Mo	25	75

Pentru suprafeţele experimentale Fundata, Mihăieşti şi Stefăneşti, instalate în păduri de foioase, intercepţiile au fost calculate separat pentru perioada de repaus vegetativ (ianuarie-aprilie) şi pentru sezonul de vegetaţie (mai-august). În tabelul 5 au fost calculate intercepţiile medii anuale şi proporţia de ajunse la sol pe sezoane.

Tabelul 5. Intercepţia precipitaţiilor în suprafeţele experimentale Fundata, Mihăieşti şi Stefăneşti (păduri de foioase) în perioada ianuarie - august 1997

Suprafaţa experimentală	Specia	Intercepţia (%)		Precipitaţii ajunse la sol (%) din teren liber
		repaus veg.	sezon de veg.	repaus veg.	sezon de veg.
Fundata	Fa	14	30,5	86	69,5
Mihăieşti	Go	14	19,0	86	81,0
Ştefăneşti	St, Te, Fr	14	37,0	86	63,0

Comparaţie intre rezultatele obţinute in suprafeţele experimentale Solca, Rarău şi Deia

În reprezentările grafice se prezintă comparativ dinamica parametrilor măsuraţi în cele trei suprafeţe experimentale (pH, conductivitate, K⁺, Na⁺, Ca²⁺, N-NH₄⁺, CI^-, N-N0₃^2-) în teren liber şi sub coroanele arborilor. Prin intermediul mediilor glisante pe 3-5 perioade s-a încercat atenuarea variaţiilor prea mari ale valorilor periodice. S-a încercat calculul unor curbe polinomiale care ar putea pune în evidenţă trendul, dar în această etapă rezultatele conduc la coeficienţi de corelaţie prea mici.

Câteva concluzii preliminare se desprind din analiza comparativă a graficelor .

- pH-ul: are valori minime în suprafaţa Solca. Valorile pH sunt de regulă mai mici în terenul liber decât sub coronament şi mai mari pe profilul solului decât în teren liber, probabil datorită ionilor bazici din sol.

- conductivitatea: are valori de regulă mai mari sub coronament decât în teren liber cu excepţîa SE Rarău, iar pe profilul solului în medie de 2-6 ori mai mare decât sub coronament.

- K: în teren liber şi sub coronament ionul K+ are valori mult mai mari decât Ca şi 1 Mg. Sub coronament K are valori de 4 ori mai mari decât în teren liber la Solca, de 7 ori la Deia şi de 2 ori la Rarău.

- Mg: în precipitaţii concentraţiile de Mg sunt reduse în toate suprafeţele. Valorile maxime au fost măsurate sub coronamentul arborilor de brad (Solca 1). Pe profilul solului se constată în toate suprafeţele o tendinţă de creştere de 7-10 ori faţă de valorile sub coronament.

- Na: acest ion înregistrează valori mari în sol. In SE Rarău cantitatea măsurată sub coronament a fost mai mică decât în teren liber.

- N-NH₄: în precipitaţii s-au înregistrat concentraţii comparabile în cele 3 suprafeţe (0,85 mg/L). Sub coronament valorile măsurate au fost de 3 ori mai mari la Solca şi Deia. Pe profilul solului, concentraţia N-NH₄ a fost numai la Solca - 10 cm - mai mare decât sub coronament, scăzând la adâncimea de 20 cm. La celelalte suprafeţe, valoarea amoniului este mai redusă şi se apreciază o pierdere redusă prin drenaj.

- CI: în suprafeţele experimentale Solca şi Deia, concentraţia ionului CI^- este mai mare sub coronament decât în teren liber. Pe profilul solului în toate se constată o uşoară creştere.

- N-NO³: nitraţii sunt ioni mobili şi migrează prin intermediul apei de precipitaţii sau asociaţi unor cationi. Concentraţiile măsurate au fost, în general, reduse, cu excepţia profilului de sol din Rarău unde s-au înregistrat valori de 8-16 ori mai mari la 10 şi, respectiv 20 cm.

- S-SO₄: nu se semnalează diferenţe semnificative ale concentraţiei medii a SO₄ în precipitaţiile în teren liber din cele trei suprafeţe. Sub coronament, în general, concentraţia este, în medie, de 2 ori mai mare, iar pe profilul solului, la adâncimea de 10 cm, concentraţia este de 6 ori mai mare la Solca şi de 4 ori la Deia. La 20 cm adâncime, concentraţia se menţine aceeaşi la Solca, dar creşte la Deia şi Rarău.

Comparaţie între rezultatele obţinute in suprafeţele experimentale din sudul ţării (Fundata, Mihăieşti şi Stefăneşti)

În tabelul 6 s-au sintetizat şi se prezintă comparativ cantitatea de ioni intrate în ecosistem (kg/ha), estimate pentru toate cele trei suprafeţe experimentale în perioada ianuarie-august 1997.

Tabelul 6. Comparaţie între cantităţile de ioni (kg/ha) măsurate în suprafeţele experimentale Fundata, Mihăieşti şi Stefăneşti în perioada ianuarie-august 1997

Supr. experim.	P (mm)	pH	Cond. (μS/cm)	K	Ca	Mg	Na	N-NH4	Cl	N-NO3	S-SO4
Fundata (teren liber)	593	5,89	40,6	2,0	25,9	0,60	1,9	4,6	2,3	1,10	9,9
Fundata (sub coron.)	460	6,00	40,7	4,9	17,4	0,80	1,7	3,6	2,2	0,90	7,9
Mihăieşti (teren liber)	560	5,90	34,3	4,4	13,4	0,60	2,0	7,8	3,7	1,74	11,6
Mihăieşti (sub coron.)	443	5,72	59,9	20,3	10,9	1,40	2,3	10,8	3,8	1,00	15,1
Ştefăneşti (teren liber)	491	5,77	39,4	2,3	16,4	0,75	1,5	4,8	7,3	4,60	9,9
Ştefăneşti (sub coron.)	358	6,30	62,6	16,7	11,4	1,90	2,2	7,6	4,7	3,20	6,9

Se constată că pentru ionii K, Mg şi Na cantităţile sub coronament sunt mai mari decât cele din teren liber, iar pentru ionii CI, N-N03 şi S-S04 (excepţie Mihăieşti) sunt mai mici decât valorile măsurate în teren liber. Această situaţie pune în evidenţă, pe de o parte, că depunerile uscate sunt reduse (anul 1997 a fost excesiv de ploios în toate suprafeţele, iar perioadele secetoase în care se înregistrează de regulă depuneri uscate au fost scurte), iar pe de altă parte arată că o parte din ioni sunt probabil absorbiţi prin frunze. Perioada de 8 luni pentru care se face analiza este mult prea scurtă pentru a se putea formula concluzii asigurate. În general, în literatura de specialitate se apreciavă că există variaţii foarte mari de la un an la altul şi de la o staţie de măsurare la alta (Brechtel, H.M., 1989; Boyle, G.M. ş.a., 1997, Ulrich, E., 1995), iar concluzii se pot desprinde numai după minimum 3-4 ani de măsurători continue.

Concluzii

După trei ani de cercetare din care un an şi jumătate au fost consacraţi testărilor în teren şi laborator, pentru stabilirea metodelor celor mai adecvate de lucru şi un an şi jumătate măsurătorilor continue se poate aprecia că s-a acumulat un volum important de date care au fost prezentate succint în referatul de faţă şi în referatele ştiinţifice parţiale din anii 1995, 1996 şi 1997. S-au prelevat periodic (1-2 săptămâni), măsurat şi analizat chimic pentru fiecare ecosistem circa 1000 probe de ape de precipitaţii din teren liber, de sub coronament şi de la două (patru) nivele pe profilul solului în 7 ecosisteme forestiere reprezentative pentru pădurile României. Datele obţinute şi prelucrate din patru strate ale ecosistemelor vor putea fi coroborate cu rezultatele investigaţiilor asupra solurilor, a stării de sănătate a pădurilor, pentru analize foliare, auxometrice şi dendrocronologice, care se realizează în cadrul altor teme de cercetare I.C.A.S. Pe baza observaţilor noastre din ultimii doi ani, starea de sănătate a arborilor din suprafeţele experimentale este bună (chiar şi în suprafaţa Solca 1, în care în perioada 1982-1987 s-au înregistrat uscări anormale intense). Calculele intrărilor de ioni în ecosistemele forestiere (kg/ha/an) se încadrează în limitele stabilite în literatura de specialitate (mai ales în vestul şi centrul Europei) pentru zonele mijlociu-slab poluate. Pentru prima dată în ţara noastră se prezintă evaluări ale depunerilor de ioni minerali din atmosferă în ecosistemele forestiere pe baza unor măsurători continue după o metodologie clară elaborată în consens cu recomandările programului european de monitoring al depunerilor atmosferice (EMEP 1996).

Sus

Copyright Staţiunea Experimentală de Cultura Molidului. Toate drepturile rezervate.