Development of comprehensive river typology based on macrophytes in the mountain-lowland gradient of different Central European ecoregions

The aim of the study was to identify the vegetation pattern in the different types of watercourses basing on survey in reference conditions in a wide geographical gradient, including mountain, upland and lowland rivers. We tested relationship between composition of macrophytes to environmental variables including: altitude, slope, catchment area, geology of valley, land use, hydromorphological sfeatures, water physical and chemical measurements. Analysis based on 109 pristine river sites located throughout major types of rivers in Central Europe. Qualitative and quantitative plant surveys were carried out between 2005 and 2013. Based on TWINSPAN classification and DCA analysis, six macrophyte types were distinguished. The lowland sites were divided into the following three types: humic rivers and two types of siliceous rivers depending on the catchment area, including medium-large and small rivers. The mountain and upland rivers were divided into three geological types: siliceous, calcareous and gravel. We found that the variation of macrophyte communities was determined by several habitat factors (mainly altitude, flow type, riverbed granulometry, conductivity and alkalinity), whereas the spatial factor was rather limited; further, the plant diversity was not reflected accurately by the European ecoregion approach

Macrophyte and macroinvertebrate patterns in unimpacted mountain rivers of two European ecoregions

The aim of the study was to compare the patterns of development of macrophytes and macroinvertebrates in different types of reference mountain rivers. The study is based on reference river sites surveyed throughout the mountains in Poland and Slovakia in two European ecoregions (9—Central Highlands, 10—The Carpathians). A wide range of environmental variables were estimated, including water chemistry, hydromorphology, geology, and the spatial factor. Based on the Jaccard index, macrophyte and macroinvertebrate variation was confirmed between four mountain and upland river types. It was found that the biological diversification is mainly influenced by geological and associated chemical factors. In the case of macroinvertebrates, additionally, the importance of the spatial factor was revealed (difference between ecoregions). Finally, the habitat preferences of various taxa were identified. It was found that extreme mountain conditions can sometimes distort bioindicative response, as was detected in the case of macroinvertebrates in the highest mountain sites. We concluded that consideration of two groups of organisms enables more comprehensive and reliable monitoring than assessment based on a single group, especially when standard bioindicative methods can be distorted by extreme local conditions

Analiza budżetu azotu w gospodarstwach historyczno-geograficznej krainy Wielkopolski w latach 1843–2012

Celem pracy była ocena intensywności gospodarowania azotem w rolnictwie na podstawie bilansu na powierzchni pola w zmieniających się granicach regionu Wielkopolski ze stolicą w Poznaniu. Do badań wybrano 14 okresów na przełomie trzech wieków – XIX, XX i XXI. Powierzchnia badanego regionu wahała się od 8151 km2 w 1992 r. do 39 503 km2 w 1946 r. W XIX w. obszar Wielkopolski znajdował się pod panowaniem pruskim. Region ten miał jednak dużo większą autonomię niż ziemie w pozostałych zaborach. Dzięki temu rolnictwo rozwijało się tutaj dość prężnie. Bardzo szybko wzrastała ilość gospodarstw stosujących maszyny i urządzenia rolnicze. To tutaj po raz pierwszy zastosowano motor elektryczny w rolnictwie, czy też wprowadzono aparat udojowy. Zaczęto też stosować zwiększone dawki nawozów mineralnych, które praktycznie do II wojny światowej w wielu regionach kraju były traktowane jako pomocnicze. We wszystkich analizowanych okresach kultura rolna była tutaj dużo bardziej rozwinięta niż w pozostałych regionach kraju. Azot jest jednym z najważniejszych składników plonotwórczych. Jego nadwyżki, niewykorzystane w produkcji rolniczej, ulegają rozproszeniu w środowisku, wywołując w nim niekorzystne zmiany. Obliczony w pracy bilans azotu uzależniony był w głównej mierze od sytuacji gospodarczo- politycznej oraz administracyjnej, która wpływała na stopień intensyfikacji produkcji rolnej tego regionu. Zabory, dwie wojny światowe, zmiana stosunków społecznych na wsi oraz ustroju państwa, przemiany gospodarcze, światowy kryzys agrarny w okresie międzywojennym, nieudolne reformy na wsi w okresie powojennym, wprowadzenie agrominimum w latach 60. XX w., czy nowe problemy gospodarki kapitalistycznej po 1989 r. wpływały na fluktuacje intensywności gospodarowania w rolnictwie. Miało to swoje odzwierciedlenie w wynikach bilansu azotu. Salda obliczonego bilansu wahały się w zakresie od – 33,69 do 103,72 kg N∙ha-1 UR. Do roku 1955 saldo azotu wykazywało wartości ujemne. Z sozologicznego punktu widzenia jest to saldo poprawne, ponieważ nie powstają nadwyżki tego składnika, które mogą ulec rozproszeniu w środowisku i zagrażać jakości ekosystemów naturalnych. Uwzględniając jednak aspekt gospodarczo- -ekonomiczny nie jest to sytuacja akceptowalna. Minusowe saldo oznacza, że więcej składnika jest wynoszone z pola niż na nie trafia. W dłuższej perspektywie czasu może to doprowadzić do jednostronnego wyczerpania składnika z gleby oraz obniżenia wskaźników biologicznych i produkcyjnych plonu. Po 1955 r. notowano już tylko salda dodatnie, co było spowodowane wzrostem intensywności gospodarowania, ale także zwiększonym zużyciem nawozów mineralnych

Assessment of Water Quality Indicators in the Orla River Nitrate Vulnerable Zone in the Context of New Threats in Poland

Currently, one of the most serious threats to the environment in rural areas is industrial livestock production, which generates a significant amount of chemical and biological pollution. It causes pollution of waters, affects biodiversity, and has an impact on the climate. Research was carried out in the Orla River (Poland) with a catchment area of 1.546 km2. Studies were concentrated on pH, dissolved oxygen, alkalinity, and other factors. Analyses were conducted on the area of livestock buildings in two buffer zones, 1 and 3 km wide, respectively, and included the abundance of phosphorus and potassium in soil as well as its potential impact on the quality of river water. Seasonal variability was observed for nutrients. In the winter period the highest concentrations of nitrates were observed, while in the summer this was the case for phosphates and total phosphorus. The highest concentrations of nutrients occurred in 2012, particularly total and ammonium nitrogen. There was a positive correlation between livestock building area and parameters such as ammonium, organic, and total nitrogen in the 1 km buffer, as well as organic and total nitrogen, potassium and dissolved oxygen in the 3 km buffer. Negative correlation in the case of pH was observed in both buffer zones. Relationships were found between the area of livestock buildings and parameters analyzed during seasons

The concept for innovative Comprehensive Assessment of Lowland Rivers.

Current river assessment methods focus on evaluating a single aspect (e.g. the physical and chemical quality of the water or its hydromorphological state) and usually do not integrate various factors. The lack of an interdisciplinary method makes it difficult to correctly assess the condition of a river as a complex ecosystem significantly influenced by humans. This study aimed to develop a novel Comprehensive Assessment of Lowland Rivers (CALR) method. It is designed to integrate and evaluate all-natural and anthropopressure-related elements that influence a river. The CALR method was developed using the Analytic Hierarchy Process (AHP). The application of the AHP allowed the assessment factors to be determined and given weights to define the importance of each assessment element. As a result of AHP analyses, the following ranks were determined for the six main parts of the CALR method: hydrodynamic assessment (0.212), hydromorphological assessment (0.194), macrophyte assessment (0.192), water quality assessment (0.171), hydrological assessment (0.152) hydrotechnical structures assessment (0.081). In the comprehensive assessment of lowland rivers, each of the six elements listed above is rated on a scale of 1-5 (where 5 means very good and 1 bad) and multiplied by an appropriate weighting. After summing up the obtained results, a final value is obtained, classifying the river. CALR can be successfully applied to all lowland rivers thanks to its relatively simple methodology. The widespread use of the CALR method may facilitate the assessment process and enable the comparison of the condition of lowland rivers worldwide. The research conducted in this article is one of the first attempts to develop a comprehensive method for evaluating rivers that considers all aspects

The concept for innovative Comprehensive Assessment of Lowland Rivers

Current river assessment methods focus on evaluating a single aspect (e.g. the physical and chemical quality of the water or its hydromorphological state) and usually do not integrate various factors. The lack of an interdisciplinary method makes it difficult to correctly assess the condition of a river as a complex ecosystem significantly influenced by humans. This study aimed to develop a novel Comprehensive Assessment of Lowland Rivers (CALR) method. It is designed to integrate and evaluate all-natural and anthropopressure-related elements that influence a river. The CALR method was developed using the Analytic Hierarchy Process (AHP). The application of the AHP allowed the assessment factors to be determined and given weights to define the importance of each assessment element. As a result of AHP analyses, the following ranks were determined for the six main parts of the CALR method: hydrodynamic assessment (0.212), hydromorphological assessment (0.194), macrophyte assessment (0.192), water quality assessment (0.171), hydrological assessment (0.152) hydrotechnical structures assessment (0.081). In the comprehensive assessment of lowland rivers, each of the six elements listed above is rated on a scale of 1–5 (where 5 means very good and 1 bad) and multiplied by an appropriate weighting. After summing up the obtained results, a final value is obtained, classifying the river. CALR can be successfully applied to all lowland rivers thanks to its relatively simple methodology. The widespread use of the CALR method may facilitate the assessment process and enable the comparison of the condition of lowland rivers worldwide. The research conducted in this article is one of the first attempts to develop a comprehensive method for evaluating rivers that considers all aspects

Ocena stanu ekologicznego oraz potrzeb renowacji rowów odwadniających zlewni Strumienia Junikowskiego

Drainage systems are responsible for maintaining adequate soil moisture levels and alleviating negative consequences of excess water coming from the spring thaw as well as torrential rains. In the face of the climate change and pervasive extreme weather conditions, the importance of these ameliorative measures will be increasing. It is imperative to ensure appropriate functioning of these drainage systems. To be effective they need to be adequately operated and maintained, with maintenance measures performed appropriately and with required frequency. Basic ditch conservation procedures include mowing to remove vegetation overgrowth and cleanout to remove sediment. A significant problem in Poland results from an insufficient number of renovation and conservation operations performed on drainage systems, their gradual deterioration and depreciation. As a result, it is crucial to assess the need for renovation and modernisation of drainage ditches. It needs to be remembered that these operations interfere with the environment and may cause some unfavourable ecological changes. In view of the above, the authors of this publication conducted a thorough evaluation of both the required renovation of the investigated drainage ditch system and its current ecological status. The study area comprised the Strumień Junikowski catchment with the main outlet, i.e. Strumień Junikowski, its tributaries (the Skórzynka, Ławica, Plewianka, Ceglanka) as the main collection ditches and field ditches. During the field inspection the existing drainage structures were inventoried, with their technical condition assessed according to Kaca and Interewicz (1991). In this paper the characteristics of habitats found in the drainage area of the watercourse are presented along with the bioindicator analysis performed using the Macrophyte River Assessment Method. Based on the MIR index the ecological status of the stream was assessed and classified in accordance with the Water Framework Directive. The results demonstrate a significant variation of the ecological state of Strumień Junikowski over its entire course. The condition of the drainage structures in the drainage area varies. In the main watercourse of Strumień Junikowski the inspected culverts are in a good condition in contrast to the ones located on the tributaries. Vegetation overgrowth and sediment deposition in the ditches are major problems of the drainage area. This is caused by a lack of effective and systematic maintenance and renovation of the watercourses. The Strumień Junikowski drainage area is further being developed, which is associated with a rapid and increased discharge of rainwater and snowmelt. Thus it is necessary to maintain drainage ditches to ensure their optimal condition, which is essential to decrease the risk of flooding in the urban areas adjacent to the watercourse.Systemy melioracyjne odpowiadają za zapewnienie prawidłowego uwilgotnienia gleb oraz niwelowanie negatywnych skutków nadmiaru wód pochodzących z roztopów oraz deszczy nawalnych. W obliczu zmian klimatycznych oraz coraz częstszego występowania ekstremalnych zjawisk pogodowych rola urządzeń melioracyjnych będzie wzrastać. Niezwykle ważne jest zatem zapewnienie prawidłowego funkcjonowania tych systemów. Warunkiem skutecznego działania urządzeń wodnomelioracyjnych jest ich właściwa eksploatacja, a także konserwacja, prowadzona w odpowiednim zakresie oraz z określoną częstością robót. W Polsce dużym problemem jest niewystarczająca ilość przeprowadzanych renowacji i konserwacji urządzeń melioracyjnych oraz ich stopniowe starzenie się i dekapitalizacja. Dlatego też niezwykle ważne jest dokonanie oceny potrzeb renowacji i modernizacji rowów melioracyjnych. Należy pamiętać przy tym, że zabiegi te istotnie ingerują w środowisko i mogą przyczynić się do niekorzystnych zmian ekologicznych. Autorzy niniejszej publikacji przeprowadzili kompleksową ocenę zarówno potrzeb renowacji systemu rowów odwadniających jak i jego aktualnego stanu ekologicznego.Obiekt badań stanowiła zlewnia Strumienia Junikowskiego z rowem pierwszego rzędu – Strumieniem Junikowskim (główny odbiornik), rowami drugiego rzędu – dopływy Strumienia Junikowskiego (Skórzynka, Ławica, Plewianka, Ceglanka) oraz rowami trzeciego rzędu. Podczas wizji terenowej zinwentaryzowano istniejące budowle wodnomelioracyjne oraz oceniono ich stan techniczny według metody Kacy i Interewicza (1991). W pracy przedstawiono również charakterystykę siedlisk występujących w obrębie cieku oraz wykonano badania bioindykacyjne z wykorzystaniem Makrofitowej Metody Oceny Rzek (MMOR). Na podstawie otrzymanego wskaźnika MIR (Makrofitowego Indeksu Rzecznego) sklasyfikowano stan ekologiczny wód strumienia wg wytycznych Ramowej Dyrektywy Wodnej. Otrzymane wyniki badań wskazują na duże zróżnicowanie stanu ekologicznego Strumienia Junikowskiego na całej jego długości. Stan budowli melioracyjnych w zlewni również nie jest jednolity. W obrębie głównego cieku – Strumienia Junikowskiego, zinwentaryzowane przepusty są w dobrym stanie w przeciwieństwie do tych znajdujących się na jego dopływach. Dużym problemem zlewni jest też wzrastające zarastanie oraz zamulenie rowów. Przyczyną tego stanu jest brak wystarczającej i systematycznej konserwacji i renowacji cieków. Zlewnia Strumienia Junikowskiego cały czas jest poddawana dalszej zabudowie, co wiąże się nagłym i zwiększonym odpływem wód opadowych i roztopowych. Z tego powodu zachowanie rowów odwadniających w optymalnym stanie jest bardzo ważne i ma ogromny wpływ na zmniejszenie ryzyka podtapiania terenów zurbanizowanych przyległych do cieku

Estimation of selected agri-environmental indicators in farms located in direct infl uence zone on Natura 2000 area Dąbrowy Krotoszyńskie (PLH300002)

The aim of this paperwork was the potential risk assessment from farming for natural-valuable ecosystems in Natura 2000 area, based on selected production and environment indicators. There were selected 75 farms located in Dąbrowy Krotoszyńskie (PLH300002) and in zone of direct effect on the NATURA 2000 area, in the Wielkopolska province. In the research data from years 2004–2011 were used. Dąbrowy Krotoszyńskie are located in two nitrogen vulnerable zone’s (NVZ) – Orla river, Czarna Woda and Kuroch rivers. Average size of 75 farms chosen to research was 37.8 ha. All of farms led plant and animal production. In the structure of livestock species predominated cattle (62.1%). Pork accounted for 36.6% share. To hear the current threat to the quality of surface waters from agricultural production for the 26 representative farms were calculated NPK nutrients balance by “on field surface” methodology. The results showed the average balance of nutrients surplus, the group analyzed on the level 121.9 kg N·ha–1 and 47.1 kg K·ha–1, which indicates that macro-components are unsustainable management. Content of phosphorus did not exceed standards. One of the basic environmental indicators in agriculture is a load of farmland nitrogen from manure produced by livestock kept on the farm. Of the 75 surveyed farms only 12% exceeded the recommended standard 170 kg N·ha–1, while in 56% of farms had amount not exceeding 100 kg N·ha–1. In the paper were analyzes the status and the needs for structures to store manure. From the 75 studied farms, only seven had the right size concrete structure for storing solid manure for a period of six months. As many farmers had a suitable tank for liquid manure. Concrete for solid manure did not have 18% of farmers and 73%, there was no tank for liquid manure. This demonstrates the high negligence in this area and the potential risk of migration of nutrients to the environment.Celem pracy była ocena potencjalnego zagrożenia wód powierzchniowych na obszarze Natura 2000 ze strony gospodarki rolnej na podstawie wybranych wskaźników produkcyjno-środowiskowych. Do badań wytypowano 75 gospodarstw rolnych, umiejscowionych w strefie bezpośredniego oddziaływania na obszar Natura 2000 Dąbrowy Krotoszyńskie (PLH300002) w województwie wielkopolskim. W badaniach wykorzystano dane z okresu 2004–2011. Badany obszar niemal w całości położony jest w granicach obszaru szczególnie narażonego na zanieczyszczenia związkami azotu ze źródeł rolniczych (OSN) w zlewni rzeki Orli. Wielkość badanych gospodarstw wahała się od 2,8 do 805 ha. Średnia powierzchnia gospodarstw wyniosła 37,8 ha. Wszystkie gospodarstwa rolne prowadziły produkcję roślinną i zwierzęcą. W strukturze gatunkowej inwentarza przeważało bydło (62,1%). Trzoda stanowiła 36,6% udziału. Dla rozpoznania aktualnego zagrożenia jakości wód powierzchniowych ze strony produkcji rolniczej dla 26 reprezentatywnych gospodarstw rolnych obliczono bilans biogenów NPK metodą „na powierzchni pola”. Wyniki bilansu składników wykazały średnią nadwyżkę, w grupie analizowanych gospodarstw, na poziomie 121,9 kg N·ha–1 i 47,1 kg K·ha–1, co wskazuje na nieracjonalną gospodarkę tymi składnikami. Saldo bilansu fosforu mieściła się w normie. Jednym z podstawowych wskaźników środowiskowych w rolnictwie jest obciążenie gruntów rolnych azotem z nawozów naturalnych, wytworzonych przez zwierzęta gospodarskie utrzymywane w gospodarstwie. Spośród 75 badanych gospodarstw tylko 12% przekraczało zalecaną normę 170 kg N·ha–1, przy czym w 56% gospodarstw była to ilość nieprzekraczająca 100 kg N·ha–1. W pracy przeanalizowano również stan i zapotrzebowanie na budowle do przechowywania nawozów naturalnych. Spośród 75 analizowanych gospodarstw tylko siedem miało odpowiedniej wielkości płytę do przechowywania obornika przez 6 miesięcy, tyle samo miało odpowiedni zbiornik na płynne nawozy naturalne. Płyty obornikowej nie miało 18% rolników, a w 73% przypadków w gospodarstwie nie było zbiornika na płynne nawozy naturalne. Świadczy to o dużych zaniedbaniach w tym zakresie oraz potencjalnym ryzyku migracji biogenów do środowiska