1. Introducere

Cercetările desfăşurate asupra fenomenului complex de „declin al pădurilor” au identificat anumite relaţii între starea de sănătate a arborilor din păduri şi nivelul poluării aerului. La începutul anilor ’80 s-a lansat ipoteza „ploilor acide” care încerca să coreleze starea de sănătate a arborilor cu valoarea pH a precipitaţiilor şi cu intrările de ioni poluanţi şi de protoni de hidrogen în ecosistemul forestier. Datele existente referitoare la poluarea aerului şi încărcarea cu poluanţi a apelor din precipitaţii se referă în general la măsurători efectuate în teren liber, având relevanţă redusă în explicarea proceselor care au loc în coronamentul pădurii, în litieră şi în sol. Datorită rugozităţii mari (comparativ cu terenul liber) coronamentul pădurii are capacitatea de a filtra mult mai bine masa de aer, producându-se depuneri de pulberi şi substanţe poluante pe frunze, ramuri şi trunchi şi în perioadele fără precipitaţii. Aceste depuneri au fost denumite generic depuneri uscate. Prin intermediul apelor de precipitaţii aceste depuneri uscate sunt transferate la nivelul solului intrând în reacţie cu componentele minerale şi organice ale acestuia. Modificarea parametrilor chimici ai solului poate avea efecte asupra nutriţiei şi creşterii arborilor în special şi poate conduce la modificarea funcţionării ecosistemului în general.

Modificarea condiţiilor de mediu datorită intrărilor de poluanţi nu este cunoscută decât parţial; de aici decurg câteva consecinţe: pădurile de astăzi în special cele tinere, se dezvoltă într-un mediu diferit de cel în care s-au dezvoltat generaţiile anterioare; răspunsul fiziologic al arborilor la acumularea poluanţilor în aer (CO₂, SO₂, No_x, O₃ etc.) şi în sol nu este încă bine cunoscut şi de asemenea nu este încă suficient precizată capacitatea de suport a solurilor formate pe diferite substrate la acumularea ionilor acizi proveniţi din poluanţii atmosferici; nu se pot face prognoze pe termen lung sau mai scurt privind repercursiunile economice şi ecologice ale acestor modificări.

Scopul cercetărilor este de a stabili dinamica intărilor în ecosistem prin intermediul apelor din precipitaţii care spală atmosfera şi antrenează pe organele exterioare şi pe sol o serie de ioni minerali (al căror rol fiziologic nu este încă bine precizat) şi identificarea modificărilor fiziologice şi de nutriţie la arborii forestieri.

2. Felul şi locul cercetărilor

Cercetările s-au desfăşurat în 24 puncte reprezentative pentru jud. Suceava şi au constat din recoltarea în perioada 1991-1994 a precipitaţiilor căzute şi analiza chimică în laboratorul APM Suceava după metodele standardizate, recomandate de OMM (Organizaţia Meteorologică Mondială) şi adaptate de ICIM (Institutul de Cercetări pentru Ingineria Mediului Bucureşti). Probele au fost colectate în recipienţi din sticlă sau material plastic şi s-au recoltat după fiecare cădere semnifiativă de precipitaţii sau la intervale de maximum o săptămână.

Buletinele de analiză chimică a precipitaţiilor efectuate de laboratorul Agenţiei de protecţia mediului Suceava au fost grupate pe zone ecologice şi pe puncte de colectare. Probele de precipitaţii au fost recoltate imediat după căderea acestora aşa încât pentru fiecare punct de observaţie şi pentru fiecare lună există un număr diferit de probe analizate. Pentru fiecare punct de observaţie s-au calculat mediile aritmetice ale concentraţiei ionilor poluanţi. Pentru calculul intrărilor lunare de poluanţi s-a extrapolat valoarea medie a concentraţiilor ionilor poluanţi la cantitatea medie de precipitaţii căzute în perioada 1980 – 1990 în punctul respectiv s-au la un punct pluviometric apropiat de reţeaua INMH. Valorile anuale ale intrărilor s-au calculat prin însumarea valorilor lunare şi s-au exprimat în kg/ha pentru fiecare ion poluant în parte. La unele probe datorită cantităţii reduse recoltate nu s-au putut determina toate componentele şi din această cauză, în general, căderile reduse de precipitaţii sunt mai puţin reprezentate în valorile medii calculate. Rezultatele obţinute au fost sintetizate în tabele şi grafice reprezentative.

3. Rezultate obţinute

3.1 Variaţia pH-ului apelor din precipitaţii în perioada 1991-1994

In tabelul 1 au fost sintetizate rezultatele măsurătorilor asupra pH-ului apelor de precipitaţii recoltate, calculându-se valorile medii, maxime şi minime pentru şirul anual de observaţii din cele 24 de puncte de colectare. In funcţie de specificul geografic cele 24 puncte de recoltare au fost grupate în 5 zone caracterizate prin parametri geomorfologici, climatici şi de emisie a poluanţilor similari (tabelul 2).

Din analiza tabelelor 1 şi 2 se constată că zona în care se înregistrează cele mai acide precipitaţii este Vatra Dornei în care se află cea mai mare exploatare minieră de sulf şi instalaţii de prelucrare a minereului în sulf tehnic pur (măcinare, flotare, autoclavizare etc.). In cadrul acestei zone valorile cele mai reduse se înregistrează la punctele Călimani, Gura Haitii, Ortoaia şi Vatra Dornei cu valori minime de pH 3,1-3,85.

La punctele de observaţie situate în aceaşi zonă dar aflate la distanţe mai mari de sursele de emisie (Dornişoara şi Iacobeni) şi sub influenţa unor vânturi dominante din alte direcţii decât dinspre sursă, valorile minime ale pH-ului variază între 4,32 – 4,44. In celelalte zone valorile minime ale pH sunt mai ridicate : în zona Câmpulung 4,25-5,69 iar în zona Rădăuţi 4,4-6,35. In zonele industrializate ale judeţului (Suceava şi Rădăuţi) se constată că uneori valorile minime ale precipitaţiilor sunt bazice (ex. Burdujeni 7,02-7,11) sau aproape neutre (ex. Fălticeni, pH 5,94-6,08). Explicaţia se găseşte în emisiile de pulberi bazice de la industria hârtiei si detergenţilor.

In ceea ce priveşte amplitudinea anuală a pH-ului apelor din precipitaţii se constată că în zonele puternic afectate de emisiile locale de poluanţi valorile sunt mai mari (2,27 unităţi pH în Călimani, 2,22 la Iacobeni, 2,8 – 3,73 la Fălticeni) decât în zonele slab industrializate (1,72 pH la Câmpulung şi 1,85 la Moldova Suliţa). Amplitudinea cea mai mare s-a înregistrat pe probele recoltate din zona industrială a oraşului Fălticeni şi a avut valoarea 5,7 unităţi pH în anul 1993.

Analizând valorile medii ale pH-ului din apele de precipitaţii se constată că acestea oscilează între 5,6 şi 6,16 în zona Vatra Dornei, între 5,92 şi 7,06 în zona Câmpulung, între 5,82 şi 6,82 în zona Rădăuţi şi au valori mai mari în zonele industriale care emană substanţe bazice (sodă, detergenţi) de la Suceava şi Fălticeni. Astfel la Suceava, valorile medii ale pH-ului apelor din precipitaţii oscilează între 6,46-7,44 iar la Fălticeni între 6,07 şi 7,06.

Analizând în dinamică (1991-1994) valorile medii ale pH-ului şi valorile extreme se constată (tabelul 1) că acestea cresc aproape sistematic. Astfel, în Călimani valoarea medie a pH-ului creşte de la 5,6 în 1991 la 6 în 1994. Explicaţia acestui fenomen se află în reducerea puternică a activităţii la exploatarea minieră Călimani în ultimii 3 ani.

Pentru fiecare punct de recoltare au fost calculate frecvenţele procentuale ale căderilor de precipitaţii cu pH mai scăzut decât 5,6 (considerate normale datorită CO₂ din aer) care sunt caracterizate ca ploi acide. Frecvenţele maxime ale ploilor acide s-au înregistrat în zona Vatra Dornei. In Călimani, 48 % din precipitaţiile căzute în 1991 au fost acide, valoarea scăzând la 21,7 % în 1994. Valori comparabile au fost obţinute la toate punctele de recoltare din zonă. In zona Câmpulung, frecvenţa ploilor acide a fost de 10-27 % în 1991 şi 0-25 % în 1994, remarcându-se aceeaşi tendinţă de scădere. In zona Rădăuţi, frecvenţa ploilor acide a fost de 18 % în 1991 şi 9-33 % în 1994 cu o medie de circa 20 %. In această zonă se constată o mare variabilitate de la un punct la altul şi de la un an la altul fără o tendinţă evidentă. De remarcat că în zonele Suceava şi Fălticeni, practic, nu se înregistrează ploi acide ci mai frecvent bazice. Explicaţia fiind emisiile de pulberi şi substanţe cu caracter bazic din instalaţiile industriale existente în zonă. Se pot formula următoarele concluzii :

– în raza jud. Suceava se pot delimita (pe baza măsurătorilor efectuate în perioada 1991-1994) cel puţin trei zone diferenţiate sub raportul ploilor acide din totalul căderilor de precipitaţii: zona Vatra Dornei-Călimani cu circa 40 % de ploi acide; zona Câmpulung-Rădăuţi caracterizată printr-o frecvenţă de 20 % de ploi acide; zona Suceava-Fălticeni, caracterizată prin lipsa ploilor acide şi frecvenţa ridicată a ploilor bazice;

– în perioada 1991 – 1994 în zona Vatra Dornei – Călimani s-a constatat o tendinţă de creştere a valorii pH a apelor din precipitaţii care se explică prin reducerea activităţii în zonă şi probează o corelaţie strânsă între activitatea industrială cu emisie de poluanţi acizi şi aciditatea ploilor, pe de o parte şi frecvenţa căderilor de precipitaţii acide, pe de altă parte;

– în zonele industrializate, încărcarea cu ioni a apelor de precipitaţii este puternic influenţată de emisiile specifice.

3.2 Încărcarea cu ioni a precipitaţiilor în raport cu altitudinea

Pe baza măsurătorilor efectuate în perioada 1991-1994 în 24 puncte situate la diferite altitudini şi condiţii geomorfologice, s-a încercat punerea în evidenţa a influenţei altitudinii asupra încărcării cu ioni a precipitaţiilor. Dată fiind marea variabilitate a factorilor care influenţează încărcarea cu ioni poluanţi (existenţa surselor locale de poluare, originea şi direcţia de deplasare a maselor de aer, intensitatea şi durata precipitaţiilor, gradul de expunere la circulaţia dominantă etc.) a apelor din precipitaţii, nu s-au găsit corelaţii asigurate statistic între altitudine şi concentraţia precipitaţiilor în ioni. Pe zone, se poate afirma că în zona Călimani – Vatra Dornei, caracterizată printr-o puternică emisie de SO₂ si alţi compuşi cu sulf, concentraţia ionilor SO₄^2- creşte cu altutudinea. In zona Câmpulung situată între culmea Rarău – Giumalău la sud, Obcina Mestecăniş la vest şi Obcina Mare la est, cantităţile de ioni din precipitaţii sunt mai mari la altutudini mai mici şi mai reduse la altutudini mari. Aşa cum s-a arătat există o variabilitate foarte mare a încărcării cu ioni în apele de precipitaţii. In tabelul 3 au fost calculate concentraţiile medii ale principalilor ioni poluanţi măsurate pe probe recoltate după căderea de zăpadă din 3-4 februarie 1994, în 17 puncte de observaţie distribuite relativ uniform în jud. Suceava.

Calculul parametrilor statistici ai eşantionului arată că abaterile standard şi abaterea medie procentuală au valori foarte mari. Astfel pentru SO₄, s% este 93, pentru NH₄ s% = 104, pentru NO₃ s% = 152 iar pentru clor s% = 57. Probele recoltate din 13 puncte de recoltare situate în Podişul Sucevei (zonele Suceava, Rădăuţi, Fălticeni) din zăpada căzută în 12-13 II. 1994 au fost analizate în serie obţinându-se concentraţiile din tabelul 4.

Calculând valorile medii şi abaterile standard ale eşantionului şi ale populaţiei s-au obţinut şi pentru aceste probe valori destul de ridicate. Coeficientul de variaţie (s%) a avut valori s%=71 pentru SO₄, s%=43 pentru NH₄, s%=76 pentru NO₃ şi cea mai mică valoare s% = 32 pentru Cl. O concluzie care se desprinde este că pe suprafeţe mari şi cu condiţii variate sub raportul factorilor care influenţează calitatea precipitaţiilor, coeficienţii de variaţie ai valorilor măsurate au valori s% = 37-157 şi acestea trebuie extrapolate cu foare multă prudenţă.

Barajul pe care Carpaţii Orientali îl reprezintă pentru masele de aer care se deplasează perpendicular pe versanţi cu tendinţa de escaladare constituie, în sine, un factor de modificare a conţinutului în ioni sulfat în precipitaţiile provenite din aceeaşi masă de aer, căzute în aceeaşi zi.

In fig. 1 au fost calculate şi reprezentate concentraţiile de ioni sulfat în apele de precipitaţii căzute în zilele de 7.02.1993 şi 14.02.1993 în nordul Carpaţilor Orientali.

Acest proces de „descărcare” a maselor de aer ce escaladează Carpaţii Orientali a fost pus în evidenţă (Barbu, I., 1991) iar datele acumulate până în prezent probează că pe versanţii situaţi „în vânt” încărcarea cu precipitaţii este mai ridicată decât pe versanţii situaţi „sub vânt”.

Cercetările teoretice efectuate în Franţa, pentru modelarea transportului, tranformărilor şi depunerilor poluanţilor în regiuni cu relief accidentat (Ulrich, E. ş.a. 1991 în Landmann, G., 1991) au pus în evidenţă că pe versanţii situaţi „în vânt” concentraţia poluanţilor este mai ridicată decât pe versanţii „sub vânt” (fig. 2).

De remarcat că valorile medii ale încărcărilor înregistrate în zona precarpatică Rădăuţi – Ilişeşti sunt de circa partu ori (15-25 mg/l SO₄) mai mari decât în Valea Moldovei, la Câmpulung (5 mg/l SO₄) sau Moldova Suliţa (3 mg/l SO₄). Alte exemple se prezintă în tabelele 3 şi 4.

Interpretarea valorilor obţinute din analiza anumitor căderi de precipitaţii este nerelevantă totuşi, pentru evaluarea „intrărilor” totale de ioni poluanţi din apele de precipitaţii dintr-un punct. Pentru aceasta, este necesară utilizarea valorilor măsurate în cadrul unui şir lung de observaţii de cel puţin 1 an.

Pentru anul 1994 au fost calculate valorile totale ale intrărilor de ioni poluanţi din precipitaţii pentru un număr de 18 puncte de observaţie situate în zonele ecologice Rădăuţi-Fălticeni (6), Câmpulung (6) şi Vatra Dornei-Călimani (6). Valorile obţinute au fost reprezentate grafic în fig. 3.

In tabelul 5 au fost calculate valorile medii ale intrărilor de ioni poluanţi pentru punctele reprezentate grafic în fig. 3.

3.3 Variaţia conţinutului în ioni în funcţie de natura precipitaţiilor

Cercetările efectuate asupra conţinutului în ioni al apelor din precipitaţii au arătat că acesta este determinat şi de natura precipitaţiilor. Glazer, G. ş.a. (1988) au analizat conţinutul în ioni sulfat (SO₄^2-) şi nitrat (NO₃^–) al precipitaţiilor căzute sub formă de ploaie, zăpadă şi chiciură (fig. 4), în două puncte de observaţie în Austria în perioada iulie 1986 – iunie 1987.

Conţinutul mediu de ioni sulfat în apa de ploaie a fost de 3-7 mg/l, în probele de zăpadă a fost de 7-23 mg/l, iar în probele de chiciură a fost de 32-60 mg/l. Se costată deci, că în probele de zăpadă conţinutul ionilor sulfat este în medie de 4 ori mai mare decât în apa de ploaie, iar în chiciură de 9 ori mai mare decât în apa de ploaie. Raporturile se menţin între aceleaşi limite şi pentru conţinutul în ioni nitrat.

Nu se fac precizări asupra altor factori (originea maselor de aer care au produs precipitaţiile) care ar putea influenţa aceste valori. Concluzia care se desprinde este că în zăpadă şi chiciură, conţinutul de ioni sulfat şi nitrat este de 4-9 ori mai mare decât în precipitaţiile lichide.

Dat fiind faptul că determinarea precipitaţiilor din chiciură este relativ dificilă, semnalăm acest factor ca o sursă importantă de „intrări” greu de cuantificat, care ar putea explica vătămările mai puternice produse arborilor de pe culmi şi de pe versanţii expuşi, care „beneficiază” de cantităţi importante de precipitaţii sub formă de chiciură sau depuneri din ceaţă.

Cercetările noastre au încercat să pună în evidenţă conţinutul mediu în ioni sulfat, nitrat, amoniu şi clor la precipitaţiile căzute în luna ianuarie 1994 în mai multe puncte de observaţie din jud. Suceava. In tabelul 6 au fost sintetizate valorile medii obţinute.

La probele recoltate din ploi nu s-au făcut determinări la sulfat decât în două puncte, datorită cantităţilor reduse de eşantionaj. Se constată că în probele de zăpadă analizate, încărcarea cu ioni este de circa 6 ori mai mare la ionul amoniu şi de 2,5 ori la ionul clor. Datele insuficiente nu ne permit stabilirea ordinului de mărime al încărcării cu ionul sulfat, dar, judecând după valorile măsurate la Gura Haitii, se constată o încărcare de circa 6,7 ori mai mare. Menţionăm că în luna ianuarie 1993, exploatarea minieră Călimani nu a fost în activitate iar solul era acoperit cu un strat

gros de zăpadă de 50-60 cm.

3.4 Aportul (intrările) de ioni din precipitaţii în teren liber

Pe baza determinării concentraţiei medii lunare a ionilor din probele de precipitaţii recoltate şi a cantităţii medii de precipitaţii (1980-1990) în punctele de observaţie s-a calculat cantitatea de ioni care intră anual în sistem prin intermediul vectorului precipitaţii. Au fost calculate concentraţiile medii lunare ale ionilor poluanţi (mg/l) şi cantităţile medii de ioni sulfat, amoniu, nitrat şi clor (kg/ha) care intră în pădure la nivelul părţilor superioare a coronamentului sau în teren liber. A fost pusă în evidenţă o foarte mare variabilitate a concentraţiei medii a ionilor poluanţi în apele de precipitaţii de la o lună la alta şi de la un an la altul. In fig. 5 s-au prezentat grafic volumele estimate de ioni ajunşi la sol în precipitaţii la cele 6 puncte de observaţie în bazinul Dorna în anii 1993 şi 1994. Se constată că în 1993, an în care activitatea la exploatarea de sulf Călimani s-a desfăşurat încă în condiţii normale intrările de sulf în ecosistem au avut, în medie, valori duble. Datele prezentate demonstrează marea variabilitate a intrărilor în ioni poluanţi în atmosferă în ecosisteme şi necesitatea detalierii cercetărilor în suprafeţe experimentale complexe.

In fig. 6 se prezintă valorile medii ale cantităţilor de ioni ajunse la sol, în diferite puncte din jud. Suceava în 1994 ordonate în funcţie de distanţa faţă de flancul nord-estic al Carpaţilor Orientali.

Pădurea, prin dezvoltarea verticală pe care o are şi prin capacitatea de filtrare foarte ridicată se încarcă în perioadele fără precipitaţii cu pulberi sau depuneri uscate de ioni poluanţi care sunt spălaţi de precipitaţii şi transportaţi la sol. Pe baza măsurătorilor sistematice s-a demonstrat că sub coronamentul pădurii concentraţia ionilor conţinuţi în apele de precipitaţii este mult mai mare decât în teren liber. Mărimea acestui raport este variabilă, în funcţie de caracteristicile orizontale şi verticale ale pădurii.

Pe baza măsurătorilor comparative efectuate în perioada 1986-1987 în 3 suprafeţe de cercetare instalate în Austria, Glazel, G. ş.a. (1988) a calculat raportul dintre cantităţile de ioni înregistrate în arboret şi în teren liber (tabelul 7). Aceste valori medii au valoare orientativă deoarece există o mare variabilitate a datelor în funcţie de perioada (luna) din an în care s-au făcut determinările, de cantitatea de precipitaţii căzute şi de caracteristicile arboretului.

Cercetările viitoare urmează să precizeze influenţele parametrilor structurali – funcţionali ai arboretelor asupra mărimii intrărilor de ioni în ecosistemul forestier şi eventualele influenţe ale acestora asupra nutriţiei, creşterii şi dezvoltării arborilor.

4. Concluzii

In jud. Suceava au fost delimitate trei zone ecologice relativ omogene sub raportul caracteristicilor calitative ale precipitaţiilor calculate în valori anuale : zona Vatra Dornei – Călimani cu circa 40 % căderi de ploi acide; zona Câmpulung – Rădăuţi cu o frecvenţă de circa 20% căderi de ploi acide; zona Suceava – Fălticeni caracterizată prin lipsa ploilor acide şi frecvenţa ridicată a ploilor bazice (pH > 5,63) datorită emanaţiilor de substanţe bazice din procesele industriale.

Faţă de valorile medii calculate ale concentraţiilor ionilor poluanţi din aceeaşi cădere de precipitaţii, coeficientul de variaţie are valori maxime pentru ionii SO₄ (s% = 71 %), NH₄ (s%=73 %) şi NO₃ (s% = 76 %), cele mai mici valori ale coeficientului de variaţie fiind înregistrate la ionul Cl (s% = 32 %).

In perioada 1991-1994, în zona Vatra Dornei-Călimani s-a constatat o tendinţă de creştere a valorii pH a apelor din precipitaţii care se explică prin reducerea activităţii la exploatarea minieră Călimani.

Incărcarea cu ioni poluanţi este influenţată puternic de natura precipitaţiilor (ploaie, zăpadă) şi este în medie de 2-6,5 ori mai mare sub coronamentul arborilor decât în teren liber.

Intrările medii anuale de ioni poluanţi în ecosistem au valori de 34,4-40,6 kg/ha pentru SO₄, 7,1-12,45 kg/ha pentru ionul NH₄, 9,9-19 kg/ha pentru NO₃ şi de 21,7-22,6 kg/ha pentru Cl. Valorile medii anuale calculate pentru nordul Carpaţilor Orientali sunt comparabile sau ceva mai mici decât cele citate în cercetări similare făcute în alte ţări (Austria, Franţa, Germania).

Bibliografie

Barbu, I., 1991. Moartea bradului – simptom al degradării mediului. Ed. Ceres, Bucureşti, 276 p.

Glazel, G., 1983. Die Messung der Deposition Langzeitwirksamer Luftschadstoffe in Waeldern. Institut fur Forstoklogie. Univ. Bodenkultur Vien. 165 p.

Landmann, G. (Ed), 1991. French Research into Forest decline. DEFORPA – Programme. ENGREF-Nancy, 120 p.

Ulrich, E., 1991. The pollution climate. In vol. French Research into Forest Decline – DEFORPA programme 2-nd report ENGREF-Nancy, 120 p.