RESEARCH PAPER
The assessment of soil environment transformation and the stability of forest ecosystems in the impact area of the "Puławy" S.A. Nitrogen Plant
1
Institute of Soil Science and Environmental Management, Agricultural University, ul. Leszczyńskiego 7, 20-069 Lublin, Poland
Publication date: 2022-04-25
Acta Agroph. 2007, 2(145), 1-95
ABSTRACT
To sum up, it should be stated that forest ecosystems in the impact area of the Puławy S.A. Nitrogen Plant feature a special complex of biotic and abiotic factors formed as a result of a long term nitrogen emission. The physical state of the soils studied was mainly determined by the properties of the material from which the soils were formed, i.e. sand or boulder clay, and did not explicitly depend on the distance from the source of emission. The influence of the physical state of the soil on the growth and functioning of plant roots is obvious and does not require any comments. However, it should be stressed that the root system also fulfils a mechanical function, and the tasks it performs in the edaphic environment cannot be substituted. In the studies discussed in this paper a considerable impact by soil grain sizes was found on the soil properties studied and on the species composition of the vegetation cover. In the case of the physico-chemical, chemical, and biological properties of the soils and the floral composition and development features of tree stands, the diversifying factors include, besides the intensity of the anthropogenic impact generated mainly by the Nitrogen Plant (and by the local heat and power plants, or road traffic increasing by the year,) different habitat conditions and the chemical composition of decaying organic material. The studies showed that the impact of industrial ambient concentration on the eco-chemical state and biological properties of the soils can be modified by the buffer capacity of the soil ecosystem, and by conditions favourable for the development of micro-organisms. The relatively high level of biological activity observed in the dust deposit gley soil situated at the largest distance (around 9 km) away from the Nitrogen Plant, was connected not only with the intensity of anthropogenic stress lower than in podzolic soils located closer to the source of emission, but also with different habitat conditions and different buffer response of the soils studied. Those results once again prove that there is close interdependence between the factors decisive for soil quality. They supplement each other, shaping the specific ecological condition of the soil environment. Differences in the shaping of biological activity in various soil types are mainly caused by the fact that depending on soil origin and development conditions each soil type has a different content of organic matter, granulometric composition, and micro-organism quantity. Each soil type also features a characteristic composition of enzymes and a unique level of enzymatic activity. The changes in the activity of biological parameters studied were dependant both on physical and chemical properties of soils, and on individual enzyme properties, which may result from a large diversification of their reactions, sensitivity and resistance to environmental factors. A relatively high level of urease activity in the post-forest soil located near the Nitrogen Plant was connected with the emission of fertilizer dust (urea and ammonium nitrate.) Although the emission of fertilizer dust containing urea was reduced in the years 2004-2006 by 85% as compared to 1985, it still amounts to over 600 tonnes annually. Urease is resistant to external factors, and it is observed that its activity increases in stress conditions. The only factor limiting urease activity is the availability of the substrate i.e urea. The next factor modifying the enzymatic activity of the soils studied was the diversified species composition of the vegetation cover, which influences the accumulation in the soil of su.bstrates specific to enzymatic reactions. The most dynamic properties of soils, and particularly the content of organic carbon, which is decisive for the development and activity of soil micro flora, are strongly connected with the functioning of forest biocenosis. It was observed that the strong acidification of the soils studied was connected with a long term intensive ambient concentration of nitric oxides and ammonia in the form of wet and dry fall, independently of the distance from the source of emission. In the area studied, the amount of protons exceeded the buffer capacity of soils as a result of the accumulation of acidifying substances, which resulted in the washing out of replaceable cations and nutrient components from the root system, and in the reduction of the enzymatic activity of soils, particularly clear in dehydrogenses. The acidic ambient concentrations first of all affect the assimilation part of an ecosystem and very quickly cuase plants to die, which finally results in the destruction of the entire ecosystem. The assimilation part of the ecosystem lacks such efficient mechanisms conditioning the system's homeostasis as the soil sub-ecosystem has. The results obtained showed that the ecosystem studied had the capacity to introduce nitrogen compounds from the air to the biological circulation or to hold them in the soil, and that the successive increase of the enzymatic activity of soils along with a larger distance from the source of emission is an indicator of the growing self-adjustment capacity of the soils, which was proved by the positive changes observed in the forest ecosystem components, such as the natural renewal of tree stands and ground cover. The studies showed that the identification of the changes in soil parameters in the aspect of complex relationships with the floral composition and the development features of the tree stands provided information on the condition (quality) of the environment, and also on the nature of changes, and allowed for the long term monitoring and identification of trends. The interdependence observed between the biochemical, physical and chemical, and chemical properties of the soils in the area of a long term nitrogen emission show that the use of biochemical parameters explains the complex relationships between the soil biota and soil components, which "buffer" the impact of external factors. It is essential to refer to the changes in soil properties caused by anthropogenic and natural factors, and to the capacity of soils to selfadjust to those changes, as those phenomena somehow overlap and make the analysis and interpretation of those changes even more difficult. As it is impossible to entirely eliminate acidic ambient concentrations in the forest areas surrounding the Nitrogen Plant, and because soil, being an open system, is exposed to the constant influence of the action of environmental factors, it is important to trace relationships between the changes in soil parameters, and the changes in the components of a forest ecosystem. Further studies should be carried out because they will facilitate the selection of measures aimed at the protection and renaturalisation of forest ecosystems in the impact area of "Pulawy" S.A. Nitrogen Plant.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Ocena przeobrażeń środowiska glebowego i stabilności ekosystemów leśnych w obszarze oddziaływania Zakładów Azotowych "Puławy" S.A.
Podsumowując należy stwierdzić, że ekosystemy leśne w rejonie oddziaływania Zakładów Azotowych "Puławy" S.A. cechują się specyficznym zespołem czynników biotycznych i abiotycznych, powstałym w wyniku długoletniej emisji azotowej. Stan fizyczny badanych gleb był determinowany głównie właściwościami materiału, z którego gleby zostały wytworzone, tj. piasku bądź gliny zwałowej i nie zależał jednoznacznie od położenia od źródła emisji. Wpływ stanu fizycznego gleby na wzrost i funkcjonowanie korzeni roślin jest oczywisty i nie wymaga komentarza. Należy natomiast podkreślić, że system korzeniowy spełnia również funkcję mechaniczną i jego zadań w środowisku edaficznym nie można niczym substytuować. W niniejszych badaniach wykazano znaczący wpływ uziarnienia na badane cechy gleb oraz skład gatunkowy szaty roślinnej. W przypadku właściwości fizykochemicznych, chemicznych i biologicznych gleb oraz składu florystycznego i cech rozwojowych drzewostanów czynnikami różnicującymi, poza intensywnością wpływów antropogenicznych generowanych głównie przez Zakłady Azotowe Uak również przez lokalne elektrociepłownie, czy nasilające się z roku na rok natężenie ruchu drogowego), były odmienne warunki siedliskowe oraz skład chemiczny rozkładającego się materiału organicznego. Przeprowadzone badania wykazały, że wpływ imisji przemysłowych na stan ekochemiczny i właściwości biologiczne gleb może być modyfikowany pojemnością buforową ekosystemu glebowego, a także warunkami korzystnymi dla rozwoju mikroorganizmów. Relatywnie wysoki poziom aktywności biologicznej obserwowany w glebie opadowoglejowej usytuowanej najdalej (w odległości około 9 km) od Zakładów Azotowych, wiązał się nie tylko z mniejszą intensywnością presji antropogenicznej niż w przypadku gleb bielicoziemnych znajdujących się bliżej źródła emisji, ale także z odmiennymi warunkami siedliskowymi i zróżnicowanymi reakcjami buforowymi analizowanych gleb. Wyniki te jeszcze raz potwierdzają, że pomiędzy czynnikami decydującymi o jakości gleb istnieje ścisła współzależność. Wzajemnie się one uzupełniają, kształtując określony stan ekologiczny środowiska glebowego. Różnice w kształtowaniu się aktywności biologicznej w różnych typach gleb są spowodowane głównie przez fakt, że każdy typ gleby zależnie od jej pochodzenia i warunków rozwojowych jest odmienny pod względem zawartości materii organicznej, składu granulo metrycznego i liczebności mikroorganizmów. Każdy typ gleby posiada charakterystyczny skład specyficznych enzymów i właściwy sobie poziom aktywności enzymatycznej. Zmiany aktywności badanych parametrów biologicznych uzależnione były zarówno od właściwości fizycznych i chemicznych gleb, jak i od indywidualnych właściwości enzymów, co może wynikać z dużego zróżnicowania ich reakcji, wrażliwości i odporności na czynniki środowiskowe. Relatywnie wysoki poziom aktywności ureazy w glebie poleśnej w pobliżu Zakładów Azotowych wiązał się z emisją pyłów nawozowych (mocznika i saletry amonowej). Emisja pyłów nawozowych zawierających mocznik w latach 2004-2006 w stosunku do 1985 roku została wprawdzie obniżona o 85%, lecz w dalszym ciągu v.ynosi ponad 600 ton rocznie. Ureaza jest odporna na działanie czynników zewnętrznych, a w warunkach stresowych obserwuje się wzrost jej aktywności. Jedynym czynnikiem limitującym jej aktywność jest dostępność substratu -mocznika. Kolejnym czynnikiem modyfikującym aktywność enzymatyczną badanych gleb był zróżnicowany skład gatunkowy szaty roślinnej, który wpływa na nagromadzanie się w glebie specyficznych substratów dla reakcji enzymatycznych. Najbardziej dynamiczne właściwości gleb, a zwłaszcza zawartość węgla organicznego, która decyduje o rozwoju i aktywności mikroflory glebowej, są silnie związane z funkcjonowaniem biocenozy leśnej. Obserwowane silne zakwaszenie badanych gleb, niezależnie od położenia od źródła emisji, wiąże się z długotrwałą, intensywną imisją tlenków azotu i amoniaku w formie opadu mokrego i suchego. Na badanym terenie, w wyniku akumulacji substancji zakwaszających ilość protonów przekroczyła możliwości buforowe gleb, co spowodowało wymycie ze strefy korzeniowej kationów wymiennych i składników odżywczych oraz obniżenie aktywności enzymatycznej gleb, szczególnie wyraźne w przypadku dehydrogenaz. Kwaśne imisje oddziałują przede wszystkim na część asymilacyjną ekosystemu i bardzo szybko doprowadzają do śmierci roślin, a w konsekwencji do zniszczenia całego ekosystemu. Asymilacyjna część ekosystemu jest pozbawiona tak sprawnych mechanizmów warunkujących homeostazę układu, jaki posiada podekosystem glebowy. Uzyskane rezultaty wskazujące, że badany ekosystem jest w stanie włączyć do obiegu biologicznego lub zatrzymać w glebie związki azotu docierające z atmosfery, a także sukcesywny wzrost aktywności enzymatycznej gleb wraz z odległością od źródła emisji jest wskaźnikiem narastania ich zdolności samoregulacyjnej, co znalazło potwierdzenie w obserwowanych pozytywnych zmianach komponentów ekosystemów leśnych, takich jak odnowienia naturalne drzewostanów i runa leśnego. Przeprowadzone badania wykazały, że kompleksowe określenie zmian parametrów glebowych w aspekcie złożonych powiązań ze składem florystycznym i cechami rozwojowymi drzewostanu dostarcza informacji o stanie (jakości) środowiska, a także o naturze jego zmian oraz pozwała na monitoring długookresowy i identyfikację trendów. Obserwowane zależności pomiędzy biochemicznymi i fizykochemicznymi oraz chemicznymi właściwościami gleb w strefie wieloletniej emisji azotowej wskazują, że wykorzystanie parametrów biochemicznych wiąże się z wyjaśnieniem złożonych relacji między aktywnością bioty glebowej a składnikami gleby, które "buforują" wpływ czynników zewnętrznych. Jest to istotne w świetle nakładania się zmian właściwości gleb spowodowanych czynnikami antropogenicznymi i przyrodniczymi oraz zdolności gleb do samoregulacji tych zmian, co znacznie utrudnia ich analityczne i interpretacyjne udokumentowanie. Wobec niemożności całkowitego wyeliminowania kwaśnych imisji na tereny leśne otaczające Zakłady Azotowe, a także wobec faktu, że gleba jako układ otwarty narażona jest na ciągły wpływ działania czynników środowiskowych, ważne jest śledzenie relacji pomiędzy zmianami parametrów glebowych a zmianami w komponentach ekosystemu leśnego. Badania z tego zakresu powinny być kontynuowane, ponieważ ułatwią wybór zabiegów związanych z ochroną i renaturyzacją ekosystemów leśnych w obszarze oddziaływania Zakładów Azotowych "Puławy" S.A.
| eISSN: | 2300-6730 |
| ISSN: | 1234-4125 |
We process personal data collected when visiting the website. The function of obtaining information about users and their behavior is carried out by voluntarily entered information in forms and saving cookies in end devices. Data, including cookies, are used to provide services, improve the user experience and to analyze the traffic in accordance with the Privacy policy. Data are also collected and processed by Google Analytics tool (more).
You can change cookies settings in your browser. Restricted use of cookies in the browser configuration may affect some functionalities of the website.
You can change cookies settings in your browser. Restricted use of cookies in the browser configuration may affect some functionalities of the website.
