Ocena zagrożeń i zanieczyszczenia
środowiska leśnego
Puszczy Białowieskiej.
Celem niniejszej pracy jest:
*opracowanie wyników badań monitoringowych na obszarze polskiej części Puszczy Białowieskiej w latach 1986-1996
*ocena poziomu zmian depozycji suchej i mokrej zanieczyszczeń powietrza
*analiza rozkładu przestrzennego zanieczyszczeń powietrza
*określenie udziału poszczególnzch rodzajów zanieczyszczeń i ich wpływu na zanieczyszczenia środowiska leśnego
*prognoza zagrożeń środowiska leśnego Puszczy Białowieskiej
Człowiek od wieków przekształca środowisko przyrodnicze,wywołując zmiany,które są celowe lub są efektem ubocznym jego dzialalności.W Europie znajdują się tylko 2,8% obszarów wolnych od przemysłowej działalności człowieka,a Polska jest jednym ze 108 państw na świecie,w których już nie ma takich obszarów.Od lat siedemdziesiątych naszego wieku,kiedy to po raz pierwszy zaobserwowano zjawisko masowego, wielkoobszarowego zamierania drzew,coraz więcej uwagi poświęca się zagrożeniom środowiska przyrodniczego.
Obszar północno-wschodniej Polski jest regionem o wyjątkowych wartościach przyrodniczych.Znajdują się tu trzy parki narodowe i kilka kompleksów leśnych,w tym jeden z najcenniejszych obszarów leśnych Europy Puszcza Białowieska.
Jest to zwarty kompleks leśny,zajmujący około 1500 km2 i podzielony granicą państwową na dwie części.Część wschodnia,należąca do Białorusi zajmuje około 874km2,część zachodnia należąca do Polski-647,14km2.
Wg Sokołowskiego zasadniczymi cechami wyróżniającymi Puszczę Białowieską spośród lasów Polski i Europy są:
*wysoki stopień naturalności,duża zwartość i rozległość kompleksu leśnego oraz występowanie wszystkich głównych siedlisk leśnych spotykanych na obszarze Europy-od skrajnie ubogich do wybitnie żyznych i od skrajnie suchych do bagiennych
*obecność dużych,dorodnych starych drzewostanów naturalnego pochodzenia
*obecność w warunkach niżu europejskiego pełnego zespołu dużych ssaków,bytujących w naturalnym środowisku
*strefowy układ ochrony i stopnia naturalności ekosystemów:od całkowicie naturalnych,a nawet pierwotnych, podlegających ścisłej ochronie,poprzez sieć rezerwatów leśnych aż do lasów hodowlanych
W trwającej od kilku lat dyskusji na temat najwłaściwszej formy ochrony zasobów przyrodniczych Puszczy Białowieskiej,ważną rolę powinna pełnić aktualna ocena zanieczyszczenia oraz prognozy dotyczące przyszłych zagrożeń środowiska leśnego.
3.1 Warunki klimatyczno-hydrologiczne
Puszcza Białowieska położona jest w regionie charakteryzującym się najmniejszymi w Polsce zmianami antropogenicznymi i niskim poziomem zamierania lasów.Jednak w ostatnim dziesięcioleciu coraz liczniejsze doniesienia rejestrowaly negatywny wpływ czynników antropogenicznych na środowisko leśne Puszczy.Jego intensywność jest w dużej mierze uzależniona od czynników abiotycznych,w tym głównie od warunków klimatyczno-hydrologicznych.
Z wieloletnich obserwacji wynika,że okres wegetacyjny w rejonie Puszczy trwa 185 dni i jest o 30 dni krótszy niż w zachodniej Polsce.Znacznie dłużej zalega tu pokrywa śnieżna:w Białowieży ponad 90 dni,podczas gdy w Polsce zachodniej poniżej 40 dni.Może to być powodem mniejszej odporności ekosystemów leśnych na wpływy czynników antropogenicznych,w tym na zanieczyszczenie powietrza i wód.
Na podstawie miesięcznych wskaźników spostrzeżeń meteorologicznych na Stacji IM i GW w Białowieży w latach 1986-1996 stwierdzono małe wahania średniej temperatury w okresach wegetacyjnych oraz dużą zmienność sumy opadów atmosferycznych w poszczególnych latach i sezonach wegetacyjnych.Duże wahania sum opadów rocznych są normą w warunkach klimatycznych Polski.
W makroregionie północno-wschodnim Polski dominują wiatry z kierunku zachodniego i południowo-zachodniego.Sprzyjają one napływowi zanieczyszczonego powietrza z odległych źródeł emisji.W rozprzestrzenianiu się zanieczyszczeń powietrza istotną rolę odgrywa prędkość wiatru.Na przykład największe stężenia SO2 i najwyższe opady pylów stwierdzono w czasie pogody bezwietrznej lub z małą prędkością wiatru.Ciekawostkę może stanowić fakt,iż zasięg przenoszenia SO2 może osiągać 100-1000 km,a nawet zdaniem niektórych nawet do 3000 km.
3.2 Czynniki antropogeniczne
Do czynników stale wywołujących zmiany w zbiorowiskach leśnych Puszczy Bialowieskiej należą:gospodarka leśna,zmiany w stosunkach wodnych,powodo-
wane osuszaniem bagien i obecnością zbiornika retencyjnego w Siemianówce,
gospodarka rolna na terenach przyległych do Puszczy oraz skażenie i urbaniza-cja.
Środowisku leśnemu Puszczy Białowieskiej zagrażają emisje pochodzące z lokalnych źródeł-małych zakładów przemysłowych i gospodarki komunalnej prowadzonej w otaczających ją miejscowościach.W “Raporcie o stanie środo-
wiska w województwie białostockim w 1995 roku “ na wojewódzkiej liście 17
zakładów szczególnie uciążliwych znajdują się aż trzy zakłady z Hajnówki i
jeden z Bielska Podlaskiego,zlokalizowane w bliskiej odległości od Puszczy.
Łącznie wyemitowały one w 1995r 280,8 ton dwutlenku siarki;140,1 ton tlen-
ków azotu;617,8 ton tlenku węgla i 262,1 ton pyłów.Dobrze rokuje fakt,że kolejne kontrole emisji zanieczyszczeń przeprowadzone w ostatnich latach nie
wykazywały przekroczeń dopuszczalnych stężeń.
W opracowaniu Państwowej Inspekcji Ochrony środowiska pt.”Nadzwyczajne
zagrożenia środowiska województwa białostockiego” zaznaczono,że zagrożenie dla Puszczy Białowieskiej stanowi transport niebezpiecznych związków chemi-
cznych(m.in. chloru,metanolu,fosforu białego,kwasów,nawozów sztucznych)
trasami kolejowymi Siemianówka-Hajnówka-Czeremcha.
Czynniki antropogeniczne odpowiedzialne są za zróżnicowany stan czystości
wód na obszarze Puszczy Białowieskiej.Znajdują się tu dorzecza dwóch głów-
nych rzek-Narewki i Leśnej Prawej.Skład wód Narewki i jej dopływów uzależniony jest głównie od procesów zachodzących na obszarach leśnych.
Natomiast zlewnia Leśnej Prawej obejmuje tereny poza Puszczą,w tym ziemie
uprawne oraz obszar miejski Hajnówki.Z badań przeprowadzonych wynika,że
chemizm wód rzek leśnych(Łutownia,Orłówka,Hwoźna) kwalifikuje je do I kla-
sy czystości.Rzeki te nie są zagrożone wpływami zanieczyszczeń antropogeni-
cznych.Rolnictwo w Białowieży oraz w innych puszczańskich miejscowościach nie stanowi istotnego zagrożenia dla wód powierzchniowych,gdyż podstawo-
wym nawozem jest tu obornik.Połowa gospodarstw w ogóle nie stosuje nawoże-
nia mineralnego a w pozostałych gospodarstwach wysokość dawek NPK nie
przekracza 100kg/ha przy średnim krajowym poziomie 180-200kg\ha.
Natomiast wody rzeki Leśnej Prawej na obszarze Puszczy nie odpowiadają
normatywom nawet dla III klasy czystości wód.źródłem tak silnego zanieczyszczenia są ścieki komunalne i przemysłowe z Hajnówki.Wnioski te
oparto na wynikach badań przeprowadzonych w 1993r.Obecnie czystość wód
uległa poprawie ze względu na uruchomioną 2 lata temu nowoczesną oczy-
szczalnię ścieków.
Nie stwierdzono natomiast silnego wpływu czynników antropogenicznych
na stan gleb leśnych w Puszczy.Na podstawie przeprowadzonych analiz wyka-
zano,że w ostatnich latach ogólny obraz przemian glebowych jest właściwy
dla badanych siedlisk.Zawartość metali ciężkich w poziomach mineralnych gleb wykazywała niewielkie zróżnicowania wzrostowe i spadkowe.Ważną rolę ogra-
niczającą ich toksyczny wpływ przez spowolnienie wymywania makroelemen-
tów w głąb gleby,spełnia poziom butowinowy(Ofh),kumulujący metale.Poziom
koncentracji metali ciężkich w porównaniu z Górnośląskim Okręgiem Przemy-
słowym jest dla Fe trzy razy mniejszy a dla Zn,Cu,Pb i Cd 10-20 razy mniejszy.
W Puszczy w latach 1988-1996 w wierzchnich warstwach gleby zmniejszała się
zawartość siarki i metali ciężkich,z wyjątkiem ołowiu,którego zawartość regula-
rnie zwiększała się,nie przekraczając jednak wartości dopuszczalnych,czyli 16-
-20mg/kg.
4.1 Depozycja sucha zanieczyszczeń powietrza
Do oceny depozycji suchej zanieczyszczeń powietrza,które docierają do eko-
systemów leśnych bez udziału opadów atmosferycznych,założono na całym
obszarze Puszczy Białowieskiej sieć 25 punktów pomiarowych.W każdym na
wysokości 3m nad poziomem gruntu umieszczono urządzenie do pomiaru meto-
dą kontaktową zanieczyszczeń gazowych:SO2 i NOx.Metoda ta polega na ekspo-
nowaniu bibuły o powierzchni 100cm2 nasączonej roztworem węglanu potaso-
wego jako substancji chłonnej oraz oznaczaniu w niej SO2 i NOx metodą kolo-
rymetryczną.
4.2 Opad pyłów i metali ciężkich
Do pomiaru opadu pyłów wykorzystano tę samą sieć 25 punktów pomiaro-
wych.W każdym punkcie na wysokości 3m nad poziomem gruntu umieszczono pojemnik o pojemności 1l do pomiaru opadu pyłów metodą sedymentacyjną.
Zastosowana metoda umożliwiła pomiar całkowitej depozycji pyłów(suchej i
mokrej),tzn. tych ilości,jakie osadzają się w dni bezdeszczowe oraz przedosta-
ją się do pojemników wraz z opadem atmosferycznym.Pył oznaczano metodą
wagową.Od 1993r w opadzie pyłu oznaczano zawartość metali ciężkich:Fe,
Zn,Cu,Pb i Cd metodą spektrofotometrii atomowej.
4.3 Depozycja mokra zanieczyszczeń powietrza
Depozycję mokrą oznaczano poprzez pomiar kwasowości i składu chemiczne-
go opadów atmosferycznych w jednym punkcie(Stacja Meteorologiczna IM i GW w Białowieży na otwartej przestrzeni poza lasem).Chwytnik opadów skła-
dał się z umieszczonego na wysokości 1,5m nad poziomem gruntu leja z PCV
o średnicy 320nm ,połączonego szczelnie z zamkniętym pojemnikiem plastiko-
wym,w którym zbierany był każdy opad.Kwasowość opadu mierzono metodą
potencjometryczną przy pomocy jonometru.Analizując skład chemiczny opa-
dów atmosferycznych,stężenia anionów i kationów oznaczano metodą chromatografii jonowej.
5.1 Depozycja zanieczyszczeń powietrza
5.1.1 Zanieczyszczenia gazowe
Wskaźniki zawartości dwutlenku siarki w powietrzu charakteryzowały się du-
żą zmiennością w sezonach letnich niż w zimowych.. W całym okresie
średnia zawartość SO2 w powietrzu była 4-krotnie wyższa w sezonach zimo-
wych niż w letnich,przy czym była istotnie wyższa w każdym roku badań.
Rozkład przestrzenny zanieczyszczenia powietrza SO2 na obszarze Puszczy
wskazuje na większe obciążenie terenów przylegających do Hajnówki
i Białowieży we wszystkich sezonach i latach.Trendy zmian zawartości SO2
w powietrzu w ostatnim dziesięcioleciu były malejące w sezonach zimowych i
okresach rocznych,natomiast od 1992r wzrastała zawartość SO2 w sezonach
letnich.
Wskaźniki zawartości tlenków azotu w powietrzu charakteryzowały się wię-
kszą zmiennością niż wskaźniki SO2.W całym okresie średnia zawartość
NOX w powietrzu była ponad 6-krotnie wyższa w sezonach zimowych niż w letnich,przy czym była istotnie wyższa w każdym roku badań.Podobny do roz-kładu przestrzennego SO2 był również rozkład przestrzenny NOX.Inne
natomiast były trendy zmian zawartości NOX w powietrzu w ostatnim dziesię-
cioleciu.W sezonach zimowych i okresach rocznych zawartość NOX wzrastała
od 1992r,a w sezonach letnich zarejestrowano istotny trend prostoliniowy rosną-
cy w całym okresie badań.
Pomiary pozwoliły na obliczenie średniorocznych stężeń zanieczyszczeń ga-
zowych w Białowieży,które w 1991r wynosiły 15,8mg/m3 SO2 i 8,0mg/m3 NOX.
Dla porównania rekomendowane przez ekspertów WHO(World Health Organi-
zation) wartości dopuszczalnych stężeń zanieczyszczeń gazowych powietrza
wynoszą odpowiednio 50mg/m3 i 40-50mg/m3.
5.1.2 Opad pyłów
W latach 1986-1996 średni opad pyłów w Puszczy Białowieskiej wynosił 1,971g/m2/miesiąc ,czyli 23,65g/m2/rok,nie przekraczając wartości dopuszczalnych dla obszarów specjalnie chronionych przyjmowanych przez
Państwową Inspekcję Sanitarną – 40g/m2/rok.średnie miesięczne wartości opadu
pyłów były najwyższe od 15 kwietnia do 15 czerwca każdego roku,a średnie se-
zonowe ,jako jedyne wśród mierzonych parametrów zanieczyszczeń powietrza,
były istotnie wyższe w sezonach letnich niż w zimowych.Trendy zmian
wskaźnika opadu pyłu były istotnie malejące we wszystkich analizowanych
okresach.Pyły są zatem zanieczyszczeniem,które najbardziej znacząco
zmniejszało się w ostatnim dziesięcioleciu.
Ze względu na zastrzeżenia dotyczące wartości oznaczeń poadu pyłów w oce-
nie zagrożenia środowiska leśnego od 1993 r rozszerzono analizy o pomiary
opadu metali ciężkich(Fe,Zn,Cu,Pb i Cd) zawartych w pyle.Istotnie wyższy w sezonach zimowych niż w letnich był tylko średni opad ołowiu.średni opad żela-
za i cynku był niewiele wyższy,natomiast opad miedzi i kadmu był niewiele niż-
szy w sezonach zimowych niż w letnich.średni opad metali w Puszczy w
latach 1993-1996 wynosił:Fe-251,6 ;Zn-34,0 ;Cu-2,39 ;Pb-7,17 i Cd-0,25 kg/km2/rok i był o wiele niższy w porównaniu z opadem na obszarach silnie uprzemysłowionych.Na przykład w województwie katowickim na 1km2 lasów
rocznie w latach 1987-1989 opadło średnio 666kg Zn,103kg Pb,5kg Cd.
5.1.3 Kwasowość i skład chemiczny opadów atmosferycznych
Podstawowym kryterium oceny kwasowości opadów jest wartość ich pH.W li-
teraturze występują rozbieżności dotyczące progowej wartości pH,przy której
można mówić o kwaśnych deszczach i ich negatywnym oddziaływaniu na śro-
dowisko.Woda deszczowa jest naturalnie zakwaszona jonami H+ powstałymi w
reakcji z dwutlenkiem węgla.Koncentracja CO2 w atmosferze nie zakłócona działalnością antropogeniczną,wynosi średnio 300-320ppm,a naturalne pH wody
opadowej wynosi 5,6.Bezpośrednią przyczyną powstawania kwaśnych deszczy
jest emisja zanieczyszczeń do powietrza atmosferycznego.
Spośród wielu emitowanych substancji bardzo ważną rolę odgrywają zanie-
czyszczenia pierwotne – gazowe,zwłaszcza dwutlenek siarki,tlenki azotu,dwu-
tlenek węgla.Pod wpływem zachodzących w powietrzu reakcji pomiędzy ró-
żnymi zanieczyszczeniami,w zależności od wilgotności i temperatury powietrza,
nasłonecznienia i prędkości wiatru,zmienia się kwasowość opadów.Powstają za-
nieczyszczenia wtórne,w końcowym etapie przejawiające się w postaci mo-
cnych kwasów,o zdecydowanie wyższym stopniu szkodliwego oddziaływania
na środowisko.Za kwaśne deszcze,zawierające znaczne ilości zanieczyszczeń
antropogenicznych,uznawane są opady o pH poniżej 4,2.
Zestawienie kwasowości opadów atmosferycznych w Białowieży w kolejnych
sezonach i latach wskazało wyższą(średnio o 0,28 jednostki pH) kwasowość
opadów w sezonach zimowych niż w letnich.W sezonach zimowych reje-
strowano również więcej niż w letnich opadów bardzo kwaśnych(pH4) i mniej
zasadowych(pH6,5).Stwierdzono mało istotny trend malejący kwasowości opadów w kolejnych latach,przy zdecydowanie malejącej kwasowości opadów
w sezonach zimowych zwłaszcza w ostatnich trzech latach.W latach 90.
pH opadów atmosferycznych w Puszczy Białowieskiej mieściło się w granicach
4,41-4,75.
Od wielkości opadów atmosferycznych jest wprost proporcjonalnie zależna
wartość opadu mokrego.Opad mokry zanieczyszczeń wyrażany jest przez ilość
badanego jonu na jednostkę powierzchni w czasie jednego miesiąca.średnie sumy opadu kationów i anionów nieznacznie różniły się w sezonach letnich i
zimowych.W sezonach letnich występował większy średni opad siarczanów,
azotanów(III),jonów amonowych,magnezu i wapnia,natomiast w sezonach zimowych-azotanów(V),chlorków,jonów sodu i potasu.Było to wywołane
przede wszystkim większą ilością wód opadowych w sezonach letnich. Procentowy udział poszczególnych kationów i anionów w mokrym opadzie
wskazuje na większe zróżnicowanie sezonowe wśród kationów niż wśród
anionów(ryc.7).W kolejnych latach badań zarejestrowano niewielki,regularny
wzrost mokrego opadu sumy kationów (przy wyraźnym wzroście opadu NH4+,K+,a spadku opadu Mg2+ i Ca2+),natomiast nieregularne zmiany wielkości
mokrego opadu sumy anionów.
Opisana w poniższej pracy czasowa i przestrzenna zmienność stężeń zanieczy-
szczeń atmosferycznych dotyczy rejonu oddalonego od wielkich ośrodków i
szlaków komunikacyjnych,ale pozostającego w zasięgu oddziaływania odległych źródeł emisjji Europy zachodniej i Polski południowo-zachodniej.Znajduje to wyraz w podwyższonym poziomie stężeń zanieczyszczeń wtórnych powietrza
oraz kwasowości opadów atmosferycznych.Poziom zanieczyszczeń powietrza
w Puszczy Białowieskiej pozostanie w następnych latach w ścisłym związku z
charakterem klimatu Polski i usytuowania w polu emisji zanieczyszczeń w
Europie.
W najbliższej przyszłości ważna jest konsekwentna realizacja redukcji zanie-
czyszczeń gazowych,a zwłaszcza eliminacja SO2 z energetyki i ograniczania
tzw.niskiej emisji.W Polsce realne prognozy na lata 1995-2010 przewidują
systematyczne zmniejszanie emisji SO2(do około 2,3 mln t/rok),bardzo powolne
zwiększanie emisji NOX(do około 1,25 mln t/rok) oraz dalsze zmniejszanie krajowej emisji pyłów(do około 0,8 mln t/rok).Zgodnie z prognozą emisji,przewidywana wielkość depozycji suchej w Puszczy Białowieskiej
w 2010r wyniesie:SO2 – 1,13g/m2/rok ; NOX – 0,026g/m2/rok i opad pyłów -
16,1g/m2/rok.W przeliczeniu na stężenia wynosi to 10,3mg/m3 SO2 i 7,07mg/m3
NOX,co stanowi odpowiednio 65% i 96% stężenia tych zanieczyszczeń w roku 1991.Przewidywania dotyczące poziomu kwasowości deszczy są o wiele mniej
zadawalające.Wobec zdecydowanej w całym kraju dominacji wiatrów z kierunku zachodniego,można prognozować utrzymanie się w Puszczy wysokie-
go udziału kwaśnych deszczy w opadach atmosferycznych w następnych latach.
Jest to tym bardziej prawdopodobne,że kwasowość opadów w Puszczy Biało-
wieskiej jest silniej skorelowane z zanieczyszczeniami gazowymi,głównie zwią-
zkami,których przybywa,natomiast słabiej z niewielkim i zmniejszającym się opadem pyłów.
1.Puszcza Białowieska,mimo znacznego dystansu,dzielącego ją od wielkich ośrodków przemysłowych i szlaków komunikacyjnych,znajduje się w strefie za-
grożeń zanieczyszczeniami powietrza z dalekiego zasięgu.świadczy o tym pod-
wyższony na jej obszarze poziom zanieczyszczeń wtórnych powietrza oraz kwasowość opadów atmosferycznych.
2.Poziom depozycji suchej zanieczyszczeń powietrza na obszarze Puszczy nie
stwarza dużego zagrożenia,gdyż nie przekracza wartości dopuszczalnej i wyka-
zuje istotne trendy malejące.
3.Zmiany wieloletnie składu zanieczyszczeń gazowych(istotne zmniejszanie się
związków siarki i zwiększanie związków azotu) oraz stosunkowo wysoki opad
ołowiu- wskazują na coraz większy udział zanieczyszczeń pochodzących z tran-
sportu drogowego.Należy wzmóc wysiłki na rzecz ograniczenia ruchu samocho-
dowego w Puszczy.
4.Dużym zagrożeniem dla ekosystemów leśnych w Puszczy jest depozycja mokra zanieczyszczeń powietrza.O jej wysokim poziomie świadczy kwasowość
deszczy(pH 4,6) w opadach (39%).Zjawiska te mogą mieć wpływ na przyspie-
szenie tempa zakwaszania środowiska leśnego.
5.Prognoza zagrożenia środowiska leśnego Puszczy przez zanieczyszczenia po-
wietrza w nadchodzących latach,uwzględnia krajowe i europejskie prognozy re-
dukcji emisji zanieczyszczeń do 2010r,przewiduje dalsze obniżanie się poziomu
depozycji całkowitej siarki i opadu pyłów,oraz utrzymywanie się lub nawet wzrost poziomu depozycji całkowitej azotu.
6.Ocena poziomu zanieczyszczenia środowiska leśnego wymaga kontynuacji monitorowania stref małych zagrożeń.Otrzymane dane mogą stanowić punkt
odniesienia dla silnie zagrożonych obszarów leśnych w kraju i w całej Europie.
Są też niezbędną informacją w badaniach odporności na zanieczyszczenia chro-
nionych,najbardziej cennych ekosystemów leśnych,takich jak Puszcza Biało-
wieska.
1.Hryniewicz R.,Przybylska G. 1989. Zanieczyszczenie środowiska przez opad
z atmosfery. Aura,8: 9-11
2.Isidorow W.,Jaroszyńska J. 1998. Chemiczne problemy ekologii. Wyd.Uniwersytetu w Białymstoku,Białystok:1-232
3.Malzahn E. 1999.Prace Inst. Bad. Leś.,Seria A,1-167
4.Miniuk V. 1998.Chemizm wód powierzchniowych w różnych typach zago-
spodarowania zlewni na terenie Puszczy Białowieskiej.Parki Nar.Rez.Przyr.,
17,1: 93-115
5.Orecka – Grabda T.,Kujawiak K. 1998.Hajnowski przemysł zagrożeniem
Puszczy Białowieskiej.Aura,5: 20-22
6.”Raport o stanie środowiska w woj.białostockim w 1995r”,1996.Biblioteka
Monitoringu środowiska,PIOś,Białystok: 1-97
7.Sokołowski A.W. 1997.Ochrona przyrodniczych zasobów Puszczy Białowie-
skiej.Chrońmy Przyr.Ojcz.,3: 18-27