Odtwarzanie i funkcjonowanie stref buforowych, czyli ekotonów to element nowoczesnej, zrównoważonej gospodarki wodnej, która pomaga w redukcji spływu biogenów do wód powierzchniowych.

Doliny rzeczne od tysięcy lat stanowiły jedne z najlepszych terenów pod uprawy. To właśnie dostęp do wód i żyznych gleb w nich usytuowanych wyznaczał kierunek rozwoju największych cywilizacji. Na przestrzeni wieków w wykształciły się specyficzne krajobrazy i formy użytkowania terenu. W II połowie XX wieku na cele rolnicze. Wykorzystywano każdy skrawek ziemi, a grunty podmokłe przekształcano w tereny łąkowo-pastwiskowe, zbierając z nich biomasę do produkcji paszy i kiszonki.

Rozpoczęte w latach 60-tych ubiegłego wieku powszechne wielkoobszarowe melioracje i regulacje rzek wpłynęły na procesy hydro-morfologiczne naturalnie funkcjonujących terenów zalewowych. Spowodowało to daleko posunięte zmiany w ekosystemach dolin rzek, wśród których znaczną część stanowiły naturalnie wykształcone strefy ekotonowe, w tym podmokłe siedliska torfowiskowe, łęgowe i olsowe. Efektem była i jest m.in. intensyfikacja erozji gleb na dużych powierzchniach, co skutkuje wzrostem zużycia nawozów mineralnych, zwłaszcza azotowych i fosforowych. Obszarami szczególnie narażonymi są żyzne gleby, jak mady w dolinach rzecznych (Wojciechowski 1994, Izydorczyk i in. 2015, zmienione).

Czym są ekotony i strefy buforowe?

Strefa buforowa[1] to miejsce styku sąsiadujących ze sobą ekosystemów (Odum 1982). Ekotony zwykle są buforem magazynującym związki biogenne, a jako struktury, w których przenikają się składowe dwóch ekosystemów, posiadają cechy obu, dodatkowo tworząc własną strukturę troficzną. Stanowią funkcjonalne obszary bardzo istotne dla przepływu materii w środowisku przyrodniczym (Chmielewski i Kułak 2016, Wiens 1992, Pietrzak 1998).

Ekoton, podobnie jak strefa buforowa jest strefą przejściową między różnego typu ekosystemami. Przejście to ma charakter płynny, biocenozy przechodzą jedna w drugą stopniowo, bez ostro zaznaczonych granic[2]. Jednym z najczęściej spotykanych w środowisku przyrodniczym typów ekotonu jest brzeg lasu, czyli okrajek, stanowiący łącznik między lasem a łąką. Odnieść to również można do zlewni rzek i zbiorników wodnych, gdzie strefą przejściową jest zwykle pas roślinności sąsiadującej z ekosystem wodnym.

Na skład gatunkowy stref buforowych w dolinach rzecznych mają wpływ przede wszystkim warunki wodno-glebowe, będące wypadkową budowy geologicznej, rodzaju gleby, jak również głębokości występowania wód gruntowych i kierunku ich przepływu.

Strefy buforowe pełnią kluczową rolę w retencji korytowej. Roślinność tworząca strefy buforowe w siedliskach hydrogenicznych. Fot Jerzy Malicki  

Strefy buforowe w nowoczesnym zarządzaniu wodami

Strefy buforowe mają szerokie znaczenie praktyczne dla funkcjonowania większości ekosystemów. Tworzą je zbiorowiska roślinności niskiej, jak szuwary trzcinowe i ziołorośla. Istotną rolę pełnią również drzewa. Zadrzewienia składające się z kilku gatunków skuteczniej pełnią rolę, aniżeli zadrzewienia jednogatunkowe. Ich obecność w sąsiedztwie obiektów wodnych znacznie ogranicza ilość związków biogennych przedostających się do wód, mających szkodliwy wpływ na środowisko wodne.

Roślinność stref buforowych w dolinach rzecznych i systemach melioracyjnych zatrzymuje erodowany materiał glebowy spływający z pól, w tym składniki pochodzące z nawozów oraz środków ochrony roślin transportowane ze spływem powierzchniowym, uniemożliwiając im przedostanie się do wód w wyniku biofiltracji i asymilacji. Bardzo ważną rolę pełnią tu ich systemy korzeniowe, które przeciwdziałają erozji i wypłukiwaniu cząstek gleby, a niektóre z nich stwarzają optymalne warunki dla mikroorganizmów glebowych odpowiedzialnych za proces denitryfikacji[3]. Rośliny stref buforowych bierze zatem udział w samooczyszczaniu wód i procesach redukcji związków biogennych obecnych w wodach powierzchniowych.

Strefy buforowe - zwłaszcza w krajobrazie rolniczym - tworzą korytarze ekologiczne i siedliska dla wielu gatunków, wzmacniając lokalną bioróżnorodność. Co bardzo ważne, są miejscem bytowania i żerowania owadów zapylających, mających znaczenie w utrzymaniu i wzbogacaniu różnorodności florystycznej naszego kraju (wg. Izydorczyk i in. 2015, zmienione Wolnicki i Kolejko 2008).

Rola stref buforowych w redukcji biogenów

Powszechnie stosowane chemiczne środki ochrony roślin oraz niektóre formy fosforu mogą przemieszczać się wraz ze spływem powierzchniowym do wód płynących i stojących w obrębie ich zlewni. Z kolei rozpuszczone formy azotu stanowią większe zagrożenie dla warstw wodonośnych (Domagała-Świątkiewicz 2011, Izydorczyk i in. 2015). Najpoważniejszym problemem, wynikającym dopływu związków biogennych z obszarów rolniczych jest eutrofizacja wód śródlądowych. To proces naturalny, który wskutek działalności człowieka gwałtownie przyśpieszył (Izydorczyk i in. 2015, zmienione).

Na przestrzeni lat nastąpił wzrost ilości zanieczyszczeń transportowanych z ekosystemów lądowych do ekosystemów wodnych, a tym samym spowolnienie procesów samooczyszczania wód płynących (Izydorczyk i in. 2015). Właśnie dlatego rola stref buforowych dla ochrony wód w zlewniach rolniczych jest tak ważna. To właśnie dzięki nim jesteśmy w stanie efektywnie redukować ładunek biogenów odprowadzany do Bałtyku, działając w skali mikro, a obserwując efekt w skali makro.

 Ryc. 1 Pasy roślinności tworzącej strefy buforowe pomagają redukować biogeny, przetwarzając związki azotu i fosforu. Dzięki ich obecności ograniczamy emisję biogenów do wód powierzchniowych.

Ryc. 2. Wprowadzanie pasów roślinności zwłaszcza przy gruntach ornych pomaga przechwytywać i ograniczać ilość biogenów spływającą z pól do wód.

Jak utrzymywać i chronić strefy buforowe?

Skutecznym sposobem ochrony ekosystemów wodnych jest właściwe zagospodarowanie stref buforowych. Grunty orne powinny być możliwie jak najdalej odległe od linii brzegowej zbiorników i koryt rzecznych. Zaleca się by w obszarze alimentacyjnym zlewni dominowały zbiorowiska leśne, zaś w pobliżu obiektów wodnych trwałe użytki zielone. Nawożenie powinno uwzględniać odpowiednie dawki i formy nawozów. Powinno być też dopasowane do rzeczywistych potrzeb i stosowane we właściwym okresie.

Obecność pasów roślinności wzdłuż cieków wodnych, rowów melioracyjnych, czy wzdłuż linii brzegowej zbiorników wodnych wpływa korzystnie na mikroklimat, jakość wód i bioróżnorodność. Warunkiem efektywnego przechwytywania biogenów przez roślinność niską, zwłaszcza w zlewniach rolniczych, systemach obiektów melioracyjnych i małych ciekach jest jej utrzymywanie. Kluczowe jest tu wykaszanie i wywóz pozyskanej biomasy, bądź zagospodarowanie na miejscu w sposób uniemożliwiający powrót związków biogennych z rozłożonej roślinności, wprost do wód powierzchniowych. Zrównoważone gospodarowanie wodami to również dbałość o strefy ekotonowe w kluczowych miejscach, a także edukacja pokazująca ich znaczenie nie tylko dla użytkowników wód, ale także osób i podmiotów gospodarujących w zlewniach.

Każdy z nas ma wpływ na stan naszych wód odprowadzanych do Bałtyku. Przeciwdziałać wpływom biogenów do wód możemy już w momencie spływu wód z pól do rowów lub rzek, wykorzystując roślinność działającą, jak naturalny filtr. Pamiętajmy, że woda w środowisku krąży w obiegu zamkniętym, dlatego troska o jej jakość to nasze wspólne zadanie.

Z lewej: Zastawka piętrząca wodę na Kanale Oborskim, umieszczona w korycie przez pracowników Nadzoru Wodnego Wód Polskich w Jarocinie Z prawej: Strefy buforowe z trzciny pospolitej nad rzeką Mławką. Fot. Wody Polskie  

[1] Termin ten został wprowadzony do literatury naukowej na początku XX wieku przez F. E. Clementsa (1905) granicę między sąsiadującymi zbiorowiskami roślinnymi.

[2] W systemach podziału przestrzeni krajobrazowej, wyodrębnia się dwa typy granic, liniowe (wyraziste, ostre) i strefowe (łagodne, gradientowe) (van Leeuwen 1966). Różnego typu granice o charakterze strefowym określa się jako ekotony (Margalef 1974, van der Maarel 1990, Pietrzak 1998).

[3] Denitryfikacja - proces redukcji azotanów (NO₃) przez beztlenowe bakterie glebowe i wodne, podczas którego uwalnia się wolny azot.

Opracowanie

- dr Marcin Kolejko - Marcin Kolejko, ekspert Wód Polskich w RZGW w Lublinie,

- dr Joanna Sender - Katedra Hydrobiologii i Ochrony Ekosystemów, UP w Lublinie

Koordynator i redaktor

- Joanna Sasal - kierownik Wydziału Edukacji Wodnej w Wodach Polskich 

Bibliografia 

1. Chmielewski T.J., Sielewicz B., 1994. Ekologiczna waloryzacja terenu. Środowisko Przyrodnicze w strefie oddziaływania Kanału Wieprz-Krzna. Wyd. TWWP, AR Lublin, 9-28.
2. Chmielewski T.J., 2001: Pojezierze Łęczyńsko-Włodawskie. Przekształcenia struktury ekologicznej krajobrazu i uwarunkowania zagospodarowania przestrzennego. Wyd. Polit. Lub. Lublin, 146 pp.
3. Chmielewski T.J., 2006: Zmiany krajobrazów Pojezierza Łęczyńsko-Włodawskiego, a przemiany ich różnorodności biologicznej po 1950 r. [W:] Długookresowe przemiany krajobrazu Polski w wyniku zmian klimatu i użytkowania ziemi. M. Gutry-Korycka, A. Kędziora, L. Starkla, L. Ryszkowski (red.). IGBP Global Change PAN, ZBŚRiL PAN, Wyd. Prodruk, Poznań, 237-251.
4. Chmielewski T. J., Kułak A., 2016. Ekotony w Krajobrazie i Krajobraz Ekotonów: Nowe Wyzwania dla Uznanej Koncepcji. Prace Komisji Krajobrazu Kulturowego. Nr 31/2016: 25-42.
5. Clements, F.E., 1905. Research methods in ecology. University of Nevada, Lincoln, USA: 1-115.
6. Izydorczyk K., Michalska-Hejduk D., Frątczak W., Bednarek A., Łapińska M., Jarosiewicz P., Kosińska A., Zalewski M., 2015. Strefy buforowe i biotechnologie ekohydrologiczne w ograniczaniu zanieczyszczeń obszarowych. Wydawca: Europejskie Regionalne Centrum Ekohydrologii Polskiej Akademii Nauk, Łódź: 287.
7. Janiec B., 1984, Naturalna i antropogeniczna ewolucja właściwości wód jezior zachodniej części Pojezierza Łęczyńsko-Włodawskiego. Przew. Zjazd. PTG. Lublin, 191-194.
8. Margalef R., 1974. Ecologia. Omega; Barcelona: 1-252.
9. Michalczyk Z., 1985, Hydrologiczne konsekwencje antropopresji na obszarze Lubelskiego Zagłębia Węglowego. NOT, Lublin, 165-169.
10. Odum E.P., 1982. Podstawy ekologii. PWRiL Warszawa: 1-661
11. Pietrzak M., 1998. Syntezy krajobrazowe –założenia, problemy, zastosowania. Bogucki Wydawnictwo Naukowe; Poznań: 1-168.
12. Radwan S., Jarzynowa B., Zwolski W., Girsztowtt K., Kowalczyk Cz., Kowalik W., Paleolog A., 1988. Ekologiczna charakterystyka wód górnego i środkowego biegu rzeki Bystrzycy lubelskiej, jego dopływów oraz Zalewu Zemborzyckiego. Rocz. Nauk. PZW, z. 1: 123–156.
13. Radwan S., Girsztowtt Z., Kolejko M., 2003. Ichtiofauna środkowego biegu rzeki Bug. Acta Agrophys. 1(1): 153-161.
14. Radwan S., Sender J., 1996. Kształtowanie się różnorodności biologicznej w obszarach wodno-błotnych Pojezierza Łęczyńsko-Włodawskiego. [W:] Funkcjonowanie ekosystemów wodno-błotnych w obszarach chronionych Polesia. S. Radwan (red.). UMCS, AR Lublin, PPN, 44-56.
15. Van Leeuwen C.G.,1966. A relation –theoretical approach to pattern and processes in vegetation. Wentia, 15: 25-41.
16. Van der Maarel E.,1990. Ecotones and ecoclines are different. Forum. Journal of Vegetation Science; IAVS; Opulus Press, Uppsala: 135-138.
17. Wiens J. A., 1992. Ecological flows across landscape boundaries. A conceptual overview [w:] Landscape boundaries. Consequences for biotic diversity and ecological flows (red.): A.J. Hansen, F.Di Castri, Springer–Verlag. New York, Ber-lin, Heidelberg, London, Paris, Tokyo, Hong Kong, Barcelona, Budapest: 217-235.
18. Wilgat T., 1963. Budowa geologiczna, rzeźba i wody Polesia Lubelskiego. [W:] Polesie Lubelskie. Wilgat (red.). Wyd. Lubelskie, Lublin, 9-30.
19. Wojciechowski I., 1994: Wybrane problemy ekologiczne związane z eksploatacją systemu Kanału Wieprz-Krzna. [W:] Środowisko Przyrodnicze w strefie oddziaływania Kanału Wieprz-Krzna. Radwan (red.). Wyd. TWWP, AR Lublin, 87-89.
20. Wilgat T., Michalczyk Z., Paszczyk J., 1984. Płytkie wody podziemne w obszarze związanym z centralnym rejonem Lubelskiego Zagłębia Węglowego. UMCS, Lublin, 71 pp.
21. Wolnicki j., Kolejko M., 2008. Populacja strzebli błotnej w ekosystemach wodnych Polesia Lubelskiego i podstawy programu ochrony gatunku w tym regionie kraju. Poleski Park Narodowy, Instytut Rybactwa Śrólądowego w Olsztynie, odział w Żabieńcu, WFOŚ w Lublinie, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie. Wyd. Liber Duo sp. z o.o, ss. 82.