The flattening phenomenon in a seasonal variability analysis of the total nitrogen loads in river waters

Paweł Wilk,

Paulina Orlińska-Woźniak,

Joanna Gębala,

Mieczysław Ostojski

Abstrakt

W artykule przedstawiono wyniki analiz sezonowej zmienności azotu ogólnego w zależności od sezonu wegetacyjnego, a także przepływu rzeki i wielkości opadów występujących na zlewni środkowej Warty, Redy i Regi. Do tego celu został wykorzystany Makromodel DNS/SWAT, który został skalibrowany dla profili ujściowych wybranych zlewni. Przeprowadzona analiza potwierdziła znaczący wpływ roślin okrywowych na retencję wody i składników odżywczych. Zaobserwowano okresowe zmniejszanie się stężenia azotu w powierzchniowych wodach płynących. Zaobserwowane zjawisko może zostać wykorzystane do oceny stanu ekosystemu w obszarze dorzecza, a także umożliwia ocenę rzeczywistego wpływu zarządzania zlewnią na cykl azotu.

Słowa kluczowe: energetyczne wykorzystanie biogazu
References

1.     Abbaspour K.C., SWAT-CUP2: SWAT Calibration and Uncertainty Programs – A User Manual, Department of Systems Analysis, Integrated Assessment and Modelling, Eawag, Swiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology, Duebendorf 2008.

2.     BDL – Polish Local Database, http://stat.gov.pl/bdl/app/strona.html?p_name=indeks(access: 20.05.2015).

3.     Bossard M., Feranec J., Otahel J., CORINE land cover technical guide – Addendum 2000, Technical report No 40, European Environment Agency, Copenhagen 2000.

4.     Burwell R.E., Timmons D.R., Holt R.F., Nutrient Transport in Surface Runoff as Influenced by Soil Cover and Seasonal Periods1, Soil Sci. Soc. Am. J., 39:523-528, 1975.

5.     Byczkowski A., Hydrologia, volume I, Warsaw University of Life Sciences, Warszawa 1999.

6.     Cai Y., Guo L., Douglas T., Whitledge T., Seasonal variations in nutrient concentrations and speciation in the Chena River, Alaska, Journal of Geophysical Research, Volume 113, 2008.

7.     Causse J., Baurès E., Mery Y., Jung A.V., Thomas O., Variability of N export in water: a review, Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 2015.

8.     Centralny Ośrodek Dokumentacji Geodezyjneji Kartograficznej – national databases (Centre of Geodesic and Cartographic Documentation), www.codgik.gov.pl (access: 6.06.2015).

9.     CORINE, CORINE LAND COVER, http://www.eea.europa.eu/themes/landuse/interactive/clc-download, July (access: 6.06.2015).

10.Dabrowska J., Ocena zawartości związków azotu i fosforu w wodach rzeki Trzemny, Infrastruktura i ekologia terenów wiejskich, (07), 2008.

11.Directive 2000/60/EC of the European Parliament and of the Council establishing a framework for Community action in the field of water policy, 2000.

12.Douglas C.L., King K.A., Zuzel J.F., Nitrogen and Phosphorus in Surface Runoff and Sediment from a Wheat-Pea Rotation in Northeastern Oregon, J. Environ. Qual., 27:1170-1177, 1998.

13.Fal B., Zmienność odpływu z obszaru Polski w bieżącym stuleciu, Institute of Meteorology and Water Management – notifications, 3: 3-19, 1993.

14.Fotyma M., Kęsik K., Pietruch Cz., Azot mineralny w glebach Polski, Fertilizers and Fertilization, No 38, Institute of Soil Science and Plant Cultivation – State Reasearch Institute, Puławy 2010.

15.Gafur A., Jensen J., Borggaard O., Petersen L., Runoff and losses of soil and nutrients from small watersheds under shifting cultivation (Jhum) in the Chittagong Hill Tracts of Bangladesh, Journal of Hydrology, Vol. 274, 30-46, 2003.

16.Gaweł E., Rola roślin motylkowych drobnonasiennych w gospodarstwie rolnym, Woda – Środowisko – Obszary Wiejskie, 11, 2011, 73-91.

17.Gębala J., Orlińska-Woźniak P., Wilk P., Zanieczyszczenia związkami azotu pochodzenia rolniczego wód powierzchniowych w Polsce – wybrane problemy oceny jakości wód, Gospodarka Wodna, 11, 2013.

18.Gębala J., Method of assessing the impact of agricultural anthropopression on surface water quality on example of the Rega basin, PhD thesis supervising by M. Ostojski, Institute of Meteorology and Water Management – National Research Institute, Warsaw 2015.

19.Grabińska B., Kuc J., Glińska-Lewczuk K., Zanieczyszczenia obszarowe w zlewniach rolniczych i leśnych – możliwościograniczania. Wpływ użytkowania zlewni Narwi na zagrożenie wód związkami azotu, 164, 2004.

20.Gupta H.V., Sorooshian S., Yapo P.O., Status of automatic calibration for hydrologic models: Comparison with multilevel expert calibration, J. Hydrologic Eng., 4(2): 135-143, 1999.

21.HELCOM, Stakeholder Conference on the Baltic Sea Action Plan, Eutrophication in the Baltic Sea, Draft HELCOM Thematic Assessment in 2006, Helsinki 2006.

22.Hobot A., Banaszak K., Stolarska M., Serafin R., Stachura A., Warunki korzystania z wód zlewni rzeki Redy – Etap 1 – Dynamiczny bilans zasobów wodnych, The Regional Water Management Authority in Gdańsk, Gdańsk 2012.

23.IUNG 2009, Mapy kategorii glebowych Ministerstwa Rolnictwa i Rozwoju Wsi, Institute of Soil Science and Plant Cultivation – State Reasearch Institute, http://www.susza.iung.pulawy.pl/index.html?str=mapkat(access: 1.06.2015).

24.Kiryluk A., Rauba M., Zmienność stężenia związków azotu w różnie użytkowanej zlewni rolniczej rzeki Ślina, Woda – Środowisko – Obszary Wiejskie, 9, 71-86, 2009.

25.Kuźniar A., Twardy S., Kowalczyk A., Przyczyny zmian stężenia azotu i fosforu w wodach powierzchniowych górnej zlewni Sanu (po przekrój w Przemyślu) w latach 1990-2005, Woda – Środowisko – Obszary wiejskie, 8, 185-196, 2008.

26.Li J., Okin G., Alvarez L., Epstein H., Quantitative effects of vegetation cover on wind erosion and soil nutrient loss in a desert grassland of southern New Mexico, Biogeochemistry, Volume 85, Issue 3, 317-332, 2007.

27.Maréchal D., Holman P., Comparison of Hydrologic Simulations using Regionalised and Basin-Calibrated Parameter Sets for three Basins in England, Institute of Water and Environment, Cranfield University, UK, 2004.

28.MPHP, The Map of Hydrographical Divisions of Poland, Institute of Meteorology and Water Management – National Research Institute, Warszawa 2009.

29.Moriasi D.N., Arnold J.G., Model evaluation guidelines for systematic quantification of accuracy in watershed simulations, American Society of Agricultural and Biological Engineers, 2007.

30.Neitsch S.L., Arnold J., Kiniry R., Srinivasan R., Williams J.R., Soil and Water Assessments Tool Input/Output File Documentation, Blackland Research Center Texas Agricultural Experiment Station, 2004.

31.Neitsch S.L., Arnold J., Kiniry R., Williams J.R., Soil and Water Assessments Tool Theoretical documentation, Blackland Research Center Texas Agricultural Experiment Station, 2005.

32.Ostojski M.S., Modelowanie procesów odprowadzania do Bałtyku związków biogennych na przykładzie azotu i fosforu ogólnego, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2012.

33.Ozga-Zielińska M., Brzeziński J., Hydrologia stosowana, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1994.

34.Pietrzak S., Priorytetowe środki zaradcze w zakresie ograniczania strat azotu i fosforu z rolnictwa w aspekcie ochrony jakości wody, Instytut Technologiczno-Przyrodniczy, 2012.

35.Przywara L., Warunki i możliwości usuwania fosforanów i fosforu ogólnego ze ścieków przemysłowych, Ph.D. desideration, Bielsko-Biała2006.

36.Regulation of the Minister of Environment on the forms and manner of monitoring of surface water bodies and groundwater bodies, Journal of Laws, No 258/1550, 2011.

37.Regulation of the Minister of the Environment on the classification of surface water bodies and environmental quality standards for priority substances, Journal of Laws, No 257/1545, 2011.

38.Report on the state of the environment in Western Pomeranian in years 2006-2007.

39.Robinson H.T., Leydecker A., Keller A., Melack J.M., Steps towards modeling nutrient export in coastal Californian streams with a Mediterranean climate, Agricultural Water Management, 77, 144-158, 2005.

40.RZGW – TheRegional Water Management Authority in Szczecin, Charakterystyka ogólna, 2010, http://www.rzgw.szczecin.pl/ogolna-charakterystyka/index/id/129/print_site/1(access: 2.06.2015).

41.Sarma P.B., Delleur J.W., Rao A.R., Comparison of rainfall-runoff models for urban areas, Journal of Hydrology, Volume 18, Issues 3-4, 329-347, 1973.

42.Srinivasan R., Hadley J., Uhlenbrook S., Van Griensven A., Holvoet K., Bauwens W., European SWAT summer school, UNESCO – IHE, Institute for Water Education, 2006.

43.Srinivasan R., Soil and Water Assessment Tool, Introductory Manual – teaching materials, Texas, 2011.

44.Sullivan D.M., Hart J.M., Christensen N.W., Nitrogen Uptake and Utilization, A Pacific Northwest Extension Publication, Oregon – Idaho – Washington 1999.

45.Udawatta R.P., Motavalli P.P., Garrett H.E., Krstansky J.J., Nitrogen losses in runoff from three adjacent agricultural watersheds with claypan soils, Agriculture, Ecosystems & Environment, Elsevier, 2006.

46.Warric J.A., Washbum L., Brzezinski M., Siegel D., Nutrient contributions to the Santa Barbara Channel, California, from the ephemeral Santa Clara River, Estuarine Coastal and Shelf Science, 62, 559-574, 2005.

47.Watson C., Mills C., Gross nitrogen transformations in grassland soils as affected by previous management intensity, Soil Biology and Biochemistry, Volume 30, 6,743-753, 1998.

48.Wilk P., The method of calculating the absorption rate of the river as a tool to evaluate the physico-chemical state of surface water flowing, Ph.D thesis supervising by M. Ostojski, Institute of Meteorology and Water Management – National Research Institute, Warszawa 2015.

49.Youssef T., Skaggs M., Amatya R.D., Temporal variations and controlling factors of nitrogen export from an artificially drained coastal forest, Environmental Science & Technology, 46(18), 9956-9963, 2012.

50.Zhang G., Liu G., Wang G., Wang Y., Effects of Vegetation Cover and Rainfall Intensity on Sediment-Bound Nutrient Loss, Size Composition and Volume Fractal Dimension of Sediment Particles, Pedosphere, Vol. 21, 676-684, 2011.

51.ZwolsmanJ., Seasonal Variability and Biogeochemistry of Phosphorus in the Scheldt Estuary, south-west Netherlands, Estuarine, Coastal and Shelf Science, Volume 39, Issue 3, September, 227-248, 1994.