Zmienność temperatury i wilgotności gleby w pasmie Połoniny Wetlińskiej (Bieszczady Zachodnie)

Karolina Mostowik; Agnieszka Kafel; Marta Kisiel; Agnieszka Kozioł; Dominika Paruch; Eliza Płaczkowska; Bartłomiej Rzonca; Janusz Siwek; Jakub Słotwiński; Mateusz Stolarczyk

Zmienność temperatury i wilgotności gleby w pasmie Połoniny Wetlińskiej (Bieszczady Zachodnie)

Data publikacji: 27.03.2024

Prace Geograficzne, 2023, Zeszyt 173, s. 57 - 85

https://doi.org/10.4467/20833113PG.23.019.19231

Autorzy

Pobierz pełny tekst

PDF

drukuj

Tytuły

Zmienność temperatury i wilgotności gleby w pasmie Połoniny Wetlińskiej (Bieszczady Zachodnie)

Abstrakt

W pracy określono zmienność temperatury i wilgotności gleb brunatnych na trzech stanowiskach w paśmie Połoniny Wetlińskiej i związek tych parametrów z warunkami meteorologicznymi. Badania prowadzono na dwóch głębokościach (20 cm i 45 cm) w okresie od 23.11.2020 r. do 19.11.2021 r. Badania wykazały występowanie wyższej temperatury gleby od końca kwietnia do sierpnia w przypowierzchniowej części analizowanych gleb oraz jej silną zależność od temperatury powietrza w półroczu ciepłym i najwyższą średnią temperaturę na stanowisku eksponowanym w kierunku południowym (7,5ºC na obu głębokościach). W półroczu chłodnym wykazano mniejszą zmienność temperatury gleby, izolujące działanie pokrywy śnieżnej i brak przemarzania gleb w badanych lokalizacjach. Średnie roczne wartości wilgotności objętościowej badanych gleb mieściły się w zakresie 42–53% na głębokości 20 cm i 39–44% na głębokości 45 cm. Wyższe wartości wilgotności objętościowej cechowały te spośród badanych gleb, które charakteryzują się mniejszym udziałem frakcji iłowej, mniejszą gęstością objętościową i wyższą zawartością materii organicznej. Na wzrost wilgotności gleb, poza infiltracją wody opadowej i roztopowej, wpływać może również dostawa wód spływu śródpokrywowego. Wilgotność analizowanych gleb była zależna od sumy opadów w okresie poprzedzającym. W półroczu chłodnym wyższej wilgotności dodatkowo sprzyjała wyższa temperatura powietrza, natomiast w półroczu ciepłym odwrotnie – niższa. W pracy udokumentowano mniejszą zmienność wilgotności gleb na dwóch polanach śródleśnych na stoku północnym Połoniny Wetlińskiej względem stanowiska na otwartej przestrzeni na stoku południowym. Zmienność wilgotności była najmniejsza w okresie zimowym w najwyżej położonym stanowisku blisko grzbietu, a największa w okresie letnim na stoku południowym. Ponadto, w półroczu ciepłym ewapotranspiracja stanowiła ważny czynnik, wpływający na większą dynamikę zmian wilgotności objętościowej gleb w płytszej części badanych profili. Większe zdolności retencyjne gleb w górnych częściach bieszczadzkich pasm górskich mogą wpływać na efektywniejsze zasilanie zbiorników wód podziemnych, które następnie są drenowane przez wysoko położone źródła.

The purpose of the research was to define the variability of soil temperature and moisture in three profiles in the Połonina Wetlińska Range in the period 23/11/2020–19/11/2021 and to assess the relationship between these parameters and meteorological conditions. Soil temperature and moisture loggers were situated at two depths (20 cm & 45 cm). Research has shown a higher soil temperature at a subsurface depth between the end of April and August. The soil temperature was strongly correlated with the air temperature in the warm half-year. The highest average soil temperature was observed for the southern slope (7,5ºC at both depths). In the cold half-year, low variability of soil temperature, the the insulating role of snow cover, and the lack of soil freezing were discovered. The annual average volumetric soil moisture of the soils studied ranged from 42% to 53% at a depth of 20 cm, and from 39% to 44% at a depth of 45 cm. Among the soils studied, those represented by the lower clay fraction content, the lower bulk density, and the higher organic matter content were characterised by the higher volumetric moisture. An increase in soil moisture, mainly driven by infiltration of rainwater and melting snow, may also be caused by lateral throughflow. Generally, soil moisture was dependent on the previous precipitation totals. Additionally, in the cold half-year, higher soil moisture was related to higher air temperature, whereas in the warm half-year, this relation was opposite. The research revealed a lower variability of soil moisture in profiles located within a forest glade on the northern slope than at the profile located within a meadow, on the southern slope of the Połonina Wetlińska. The variability in soil moisture was lowest during the winter months in the highest elevated profile close to the ridge, whereas the highest variability was observed during the summer on the southern slope. Furthermore, in the warm half-year, evapotranspiration was an important factor resulting in a greater variability of soil moisture at shallower depths of the studied profiles. The higher soil retention capacity in the upper part of the Bieszczady Mountains ranges may affect a more effective recharge of groundwater reservoirs, which feed springs located in the upper part of the slopes

Słowa kluczowe

wilgotność objętościowa gleb, skład granulometryczny, warunki meteorologiczne, korelacja, Karpaty

volumetric soil moisture, soil texture, meteorological conditions, correlation, Carpathians

Bibliografia

Pobierz bibliografię

Bai Y., Scott T.A., Min Q., 2014, Climate change implications of soil temperature in the Mojave Desert, USA, Frontiers of Earth Science, 8(2), 302–308.

Bernatek-Jakiel A., Jakiel M., Krzemień K., 2017, Piping dynamics in mid-altitude mountains under a temperate climate: Bieszczady Mountains, eastern Carpathians, Earth Surface Processes and Landforms, 42, 9, 1419–1433.

Blöschl G., Hall J., Parajka J. i in., 2017, Changing climate shifts timing of European floods, Science, 357(6351), 588–590.

Bochenek W., 2006, Dynamika i wpływ czynników kształtujących wilgotność karpackich fliszowych pokryw stokowych na przykładzie stoku doświadczalnego IGiPZ PAN w Szymbarku, Monitoring Środowiska Przyrodniczego, 7, 39–47.

Boczoń A., Kowalska A., Dudzińska M., Wróbel M., 2016, Drought in Polish Forests in 2015, Polish Journal of Environmental Studies, 25(5), 1857–1862.

Braganza K., Karoly D. J., Arblaster J. M., 2004, Diurnal temperature range as an index of global climate change during the twentieth century, Geophysical Research Letters, 31(13), L13217.

Bryś K., 2008, Wieloletni wpływ pokrywy roślinnej na termikę gleby, Acta Agrophysica, 12(1), 39–53.

Büntgen U., Urban O., Krusic P. i in., 2021, Recent European drought extremes beyond Common Era background variability, Nature Geoscience, 14, 190–196.

Cebulak E., Limanówka D., Malota A. i in., 2008, Przebieg i skutki ulewy w dorzeczu górnego Sanu w dniu 26 lipca 2005 r., Materiały Badawcze IMGW, Seria Meteorologia, 40.

Chełmicki W., Skąpski R., Soja R., 1998/1999, Reżim hydrologiczny rzek karpackich w Polsce, Folia Geographica ser. Geographica-Physica, 29–30, 67–80.

Chowaniec J., 1998/1999, Wody podziemne polskich Karpat Fliszowych, Folia Geographica. Series Geographica-Physica, 29–30, 113–133.

Chowaniec J., Oszczypko N., Witek K., 1983, Hydrogeologiczne cechy warstw krośnieńskich centralnej depresji karpackiej, Kwartalnik Geologiczny, 27, 797–810.

Ciaranek D., 2013, Wpływ warunków pogodowych na przebieg temperatury gleby w Ogrodzie Botanicznym Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie, Prace Geograficzne, 133, 77–99.

Dincă L., Badea O., Guiman G., i in., 2018, Monitoring of soil moisture in long-term ecological research (LTER) sites of Romanian, Carpathians Annals of Forest Research, 61(2), 171–188.

Drewnik M., Kacprzak A., Maziarka N., 2010, Właściwości gleb porolnych na obszarze dawnej wsi Caryńskie, Roczniki Bieszczadzkie, 18, 205–216.

Drewnik M., Musielok Ł., Prędki R., i in., 2019, Degradation and renaturalization of soils affected by tourist activity in the Bieszczady Mountains (South East Poland), Land Degradation & Development, 30(6), 670–682.

Feng H., Liu Y., 2015, Combined effects of precipitation and air temperature on soil moisture in different land covers in a humid basin, Journal of Hydrology, 531, 1129–1140.

Haczewski G., Kukulak J., Bąk K., 2007, Budowa geologiczna i rzeźba Bieszczadzkiego Parku Narodowego, Wydawnictwo Naukowe Akademii Pedagogicznej, Kraków.

Hardie M.A., Doyle R.B., Cotching W.E., Lisson S., 2012, Subsurface lateral flow in texture- contrast (duplex) soils and catchments with shallow bedrock, Applied and Environmental Soil Science, 2012.

Hashimoto S., Suzuki M., 2004, The impact of forest clear-cutting on soil temperature: a comparison between before and after cutting, and between clear-cut and control sites, Journal of Forest Research, 9, 2, 125–132.

Hu G., Liu H., Anenkhonov O.A. i in., 2013, Forest buffers soil temperature and postpones soil thaw as indicated by a three-year large-scale soil temperature monitoring in the forest-steppe ecotone in Inner Asia, Global and Planetary Change, 104, 1–6.

IUSS Working Group WRB, 2015, World Reference Base for Soil Resources 2014, update 2015: International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps, World Soil Resources Reports, 106, FAO, Rome.

James S.E., Pärtel M., Wilson S.D., Peltzer D.A., 2003, Temporal heterogeneity of soil moisture in grassland and forest, Journal of Ecology, 91(2), 234–239.

Jokiel P., 1994, Zasoby, odnawialność i odpływ wód podziemnych strefy aktywnej wymiany wody w Polsce, Acta Geographica Lodziensia, 236, 66–67.

Kabała C., Charzyński P., Chodorowski J., i in., 2019. Systematyka gleb Polski, Wydawnictwo Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu, Wrocław.

Kacprzak A., Skiba M., 2001, Uziarnienie i skład mineralny gleby jako wskaźniki genezy utworów macierzystych gleb w katenie Małej Rawki (Bieszczady Zachodnie), Roczniki Bieszczadzkie, 9, 169–181.

Laszczak E., Ziółkowski L., Siwek J., 2011, Opady i pokrywa śnieżna, [w:] B. Rzonca, J. Siwek (red.), Hydrologia Bieszczadów. Zlewnie Sanu i Solinki do Jeziora Solińskiego, IGiGP UJ, Kraków, 21–30.

Legates D.R., Mahmood R., Levia D. F., 2011, Soil moisture: A central and unifying theme in physical geography, Progress in Physical Geography, 35, 1, 65–86.

Łajczak A., Dumnicka E., Galas J., 2010, Plan ochrony Bieszczadzkiego Parku Narodowego. Operat ochrony zasobów przyrody nieożywionej. Warunki wodne, Krameko, Kraków.

Mahmood R., Littell A., Hubbard K.G., You J., 2012, Observed data-based assessment of relationships among soil moisture at various depths, precipitation, and temperature, Applied Geography, 34, 255–264.

Malata T., Jankowski L., Żytko K., 2014, Objaśnienia do Szczegółowej Mapy Geologicznej Polski. Arkusz 1066 – Lutowiska, PIG–PIB, Warszawa.

McDaniel A., Regan M.P., Brooks E. i in., 2008, Linking fragipans, perched water tables, and catchment-scale hydrological processes, Catena, 73, 2, 166–173.

McGlynn B.L., McDonnell J.J., 2003. Quantifying the relative contributions of riparian and hillslope zones to catchment runoff, Water Resources Research, 39, 11, 1310.

Mellander E., Laudon H., Bishop K., 2005, Modelling variability of snow depths and soil temperatures in Scots pine stands, Agricultural and Forest Meteorology, 33, 109–118.

Michalik S., Denisiuk Z., Dubiel E. i in., 2016, Zbiorowiska roślinne Bieszczadzkiego Parku Narodowego (mapa), [w:] A. Górecki, B. Zemanek (red.), Bieszczadzki Park Narodowy – 40 lat ochrony, Bieszczadzki Park Narodowy, Ustrzyki Górne.

Michalska B., Nidzgorska-Lencewicz J., 2005, Elementy meteorologiczne kształtujące temperaturę gleby nieporośniętej i pod żytem w stacji agrometeorologicznej w Lipkach, Acta Agrophysica, 6(2), 425–441.

Michna E., Paczos S., 1972, Zarys klimatu Bieszczadów Zachodnich, Ossolineum. Wrocław– Warszawa.

Mostowik K., 2022, Obieg wody w małych zlewniach w Bieszczadach Zachodnich na przykładzie pasma Połoniny Wetlińskiej, Praca doktorska, Arch. IGiGP UJ, Kraków.

Mostowik K., Jastrzębska B., Kowalik K., 2019a, Odpływ podziemny ze zlewni elementarnych w Bieszczadach, Roczniki Bieszczadzkie, 27, 367–387.

Mostowik, K., Krzyczman D., Płaczkowska E., 2021, Spring recharge and groundwater flow patterns in flysch aquifer in the Połonina Wetlińska Massif in the Carpathian Mountains, Journal of Mountain Science, 18(4), 819–833.

Mostowik K., Siwek J., Kisiel M., 2019b, Runoff trends in a changing climate in the Eastern Carpathians (Bieszczady Mountains, Poland), Catena, 182, 104174.

Musielok Ł., Drewnik M., Szymański W. i in., 2021, Conditions favoring local podzolization in soils developed from flysch regolith – A case study from the Bieszczady Mountains in southeastern Poland, Geoderma, 381, 114667.

Musielok Ł., Drewnik M., Szymański W., Stolarczyk M., 2019, Classification of mountain soils in a subalpine zone – a case studyfrom the Bieszczady Mountains (SE Poland), Soil Science Annual, 70, 170–177.

Nowosad M., 1994, Zarys charakterystyki pokrywy śnieżnej w Bieszczadach, Annales UMCS, 49(14), 197–215.

Nowosad M., 1995, Zarys klimatu Bieszczadzkiego Parku Narodowego i jego otuliny w świetle dotychczasowych badań, Roczniki Bieszczadzkie, 4, 163–183.

Nowosad M., Wereski S., 2016. Warunki klimatyczne, [w:] A. Górecki, B. Zemanek (red.), Bieszczadzki Park Narodowy – 40 lat ochrony, Bieszczadzki Park Narodowy, Ustrzyki Górne, 31–38.

Pińskwar I., Choryński A., Kundzewicz Z.W., 2020, Severe Drought in the Spring of 2020 in Poland–More of the Same?, Agronomy, 10(11), 1646.

Plenzler J., Bajorek J., Jaśkowiec B. i in. 2010. Specific base flow in the High Bieszczady Mountains, Przegląd Geologiczny, 58(12), 1147–1151.

Płaczkowska E., Górnik M., Mocior E. i in., 2015, Spatial distribution of channel heads in the Polish Flysch Carpathians, Catena, 127, 240–249.

Płaczkowska E., Siwek J., Maciejczyk K. i in., 2018, Groundwater capacity of a flysch-type aquifer feeding springs in the Outer Eastern Carpathians (Poland), Hydrology Research, 49(6), 1946–1959.

Polskie Towarzystwo Gleboznawcze, 2009, Klasyfikacja uziarnienia gleb i utworów mineralnych – PTG 2008, Roczniki Gleboznawcze, 60(2), 5–16.

Robock A., Vinnikov K.Y., Srinivasan G. i in., 2000, The global soil moisture data bank, Bulletin of the American Meteorological Society, 81(6), 1281–1300.

Rubinkiewicz J., Tomaszczyk M., 2016, Objaśnienia do Szczegółowej Mapy Geologicznej Polski, Arkusz Wetlina, PIG–PIB, Warszawa.

Rzonca B., Siwek J., Zawiło M. i in., 2016, Niżówka w Bieszczadach w 2015 roku, Roczniki Bieszczadzkie, 24, 263–279.

Saxton K.E., Rawls W.J., 2006, Soil water characteristic estimates by texture and organic matter for hydrologic solutions, Soil Science Society of America Journal, 70, 1569–1578.

Siwek J.P., 2020, Effects of hurricane-driven deforestation and reforestation on diurnal soil temperature changes in the Tatra Mountains in southern Poland, Acta Scientiarum Polonorum Formatio Circumiectus, 19(3), 59–71.

Siwek J.P., 2021, Effects of forest disturbance on seasonal soil temperature changes in the Tatra Mountains in southern Poland, Central European Forestry Journal, 67, 35–44.

Skiba S., 1999, Charakterystyka pokrywy glebowej Bieszczadzkiego Parku Narodowego, Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych, 467, 21–23.

Skiba S., Szmuc R., Zaleski T., 1995, Wstępna charakterystyka właściwości wodnych gleb Bieszczadzkiego Parku Narodowego, Roczniki Bieszczadzkie, 4, 117–122.

Solon J., Borzyszkowski J., Bidłasik M. i in., 2018, Physico-geographical mesoregions of Poland: Verification and adjustment of boundaries on the basis of contemporary spatial data, Geographia Polonica, 91(2), 143–170.

Somorowska U., 2008, Dynamika glebowych zasobów wodnych w Polsce współcześnie i w przyszłości, Przegląd Geofizyczny, 2, 155–165.

Stolarczyk M., Gus M., Jelonkiewicz Ł., 2017, Zmiany we właściwościach chemicznych gleb torfowych wskutek odwodnienia na przykładzie Tarnawy Wyżnej (Bieszczady Zachodnie), Roczniki Bieszczadzkie, 25, 387–402.

Sun F., Lü Y., Wang J. i in., 2015, Soil moisture dynamics of typical ecosystems in response to precipitation: A monitoring-based analysis of hydrological service in the Qilian Mountains, Catena, 129, 63–75.

Tomczyk A.M., Bednorz E., Szyga-Pluta K., 2021, Changes in Air Temperature and Snow Cover in Winter in Poland, Atmosphere, 12(1), 68.

USDA NRCS, 2004, Soil Survey Laboratory Methods Manual. Soil Survey Investigations Report No. 42, U.S. Department of Agriculture, Natural Resources Conservation Service, Lincoln.

Vargas Zeppetello L., Battisti D.S., Baker M. B., 2019, The origin of soil moisture evaporation “regimes”. Journal of Climate, 32(20), 6939–6960.

Vereecken H., Huisman J.A., Bogena H., 2008, On the value of soil moisture measurements in vadose zone hydrology: A review, Water Resources Research, 44(4), W00D06.

Wacławczyk P., Mostowik K., Rzonca B., 2021, Bilans wodny wybranych zlewni w Bieszczadach w latach 1989–2018, Roczniki Bieszczadzkie, 29, 121–142.

Wang Y., Yang J., Chen Y. i in., 2018, The spatiotemporal response of soil moisture to precipitation and temperature changes in an arid region, China, Remote Sensing, 10, 468.

Wiekenkamp I., Huisman J. A., Bogena H.R. i in., 2016, Changes in measured spatiotemporal patterns of hydrological response after partial deforestation in a headwater catchment, Journal of Hydrology, 534, 139–149.

Wiekenkamp I., Huisman J.A., Bogena H.R., Vereecken, H., 2020, Effects of deforestation on water flow in the vadose zone, Water, 12, (1), 35, 1–16.

Wild J., Kopecky M., Macek M. i in., 2019, Climate at ecologically relevant scales: A new temperature and soil moisture logger for long-term microclimate measurement, Agricultural and Forest Meteorology, 268, 40–47.

Winnicki T., Zemanek B., 2003, Przyroda Bieszczadzkiego Parku Narodowego, Bieszczadzki Park Narodowy, Ustrzyki Dolne.

Wojkowski J., Skowera B., 2017, Związek temperatury gleby z temperaturą powietrza w warunkach jurajskiej doliny rzecznej. Inżynieria Ekologiczna, 18, 1, 18–26.

Wypych A., Ustrnul Z., Schmatz D., 2018, Long-term variability of air temperature and precipitation conditions in the Polish Carpathians, Journal of Mountain Science, 15(2), 237–253.

Zhang Y., Chen W., Smith S.L. i in., 2005, Soil temperature in Canada during the twentieth century: Complex responses to atmospheric climate change, Journal of Geophysical Research, 110, D03112.

Źródła internetowe:

Dane pomiarowo-obserwacyjne IMGW–PIB, https://dane.imgw.pl/data/dane_pomiarowo_obserwacyjne/ (dostęp: 5.10.2022).

Weather archive in Play, Raspisaniye Pogodi Ltd, https://rp5.ua/Weather_archive_in_Play (dostęp: 31.01.2022).

Informacje

Informacje: Prace Geograficzne, 2023, Zeszyt 173, s. 57 - 85

DOI: https://doi.org/10.4467/20833113PG.23.019.19231

Typ artykułu: Oryginalny artykuł naukowy

Tytuły:

Polski:

Zmienność temperatury i wilgotności gleby w pasmie Połoniny Wetlińskiej (Bieszczady Zachodnie)

Angielski:

The variability of soil temperature and moisture across the Połonina Wetlińska Range (the Western Bieszczady Mountains)