•  
  •  
 

Acta Universitatis Lodziensis, Folia Biologica et Oecologica

Abstract

This review discusses the importance of ecotones with high plant diversity which are highly effective in retaining pollutants and waste. Biogeochemical barriers play a vital role in eliminating biogenic pollutants, pesticides and heavy metals. Belts of rush plants and meadow vegetation considerably expand the accumulation capacity of water bodies and watercourses. The mechanisms responsible for the protective role of biogeochemical barriers involve various processes such as sorption, sedimentation, denitrification and assimilation, which require the coexistence of plants and microorganisms in aquatic ecosystems. Buffer barriers were presented as one of the ecohydrology tools in agricultural landscapes.

Polish Abstract

Bariery biogeochemiczne stanowią obszary o potencjalnie dużej zdolności do ograniczania przedostawania się metali ciężkich, pestycydów oraz związków biogenicznych do środowiska wodnego. Zastosowanie rozwiązań ekohydrologicznych pozwala na regulację nadwyżki pierwiastków biogenicznych oraz przyczynia się do wzorstu bioróżnorodności, dzięki wytworzeniu siedlisk dla licznych gatunków roślin i zwierząt. W niniejszym opracowaniu włączono bariery biogeochemiczne w ogół układów buforowych. Rozwiązania tego typu mogą być traktowane, jako filtry marginalne umiejscowione bezpośrednio w strefie przybrzeżnej ekosystemu wodnego, co w przypadku wysokiego wstępnego obciążenia spływu powierzchniowego może okazać się nie wystarczające dla osiągnięcia dobrych efektów biofiltracji. Aby w sposób skuteczny przeciwdziałać degradacji ekosystemów wodnych na obszarach rolnicznych, konieczne jest zwiększenie powierzchni strefy oddzielającej je od wód oraz wykorzystanie zróżnicowanej roślinności. W obrębie stref buforowych wyróżnia się asymilację związków nieorganicznych, w tym azotu i fosforu przez rośliny, co umożliwia ich transformację w biomasę, a także procesy biogeochemiczne realizowane dzięki aktywności drobnoustrojów występujących w postaci biofilmów. Ponadto proces sorpcji i transportu rozpuszczalnych oraz nierozpuszczalnych związków fosforu realizowany jest w glebie, gdzie odpływ krąży w jej wierzchniej warstwie. Skuteczne działanie stref buforowych powinno obejmować preferencje siedlisk, określone rodzaje roślinności i ich tolerancję dla różnych warunków hydrologicznych. Przytoczone badania zwracają uwagę na konieczność zachowania zróżnicowanych gatunków w obrębie stref buforowych. Obecność na obszarze jednego siedliska zarówno drzew, krzewów i traw zapewnia ponad 90% efektywność w usuwaniu związków biogenicznych. Zapewnienie odpowiednich warunków dla współistnienia wielu organizmów w obrębie jednego ekotonu pozwala na skuteczne działanie procesów samooczyszczania i redukuje ryzyko degradacji ekosystemu.

Keywords

buffer zones, water protection, ecohydrology, biological filters, wetlands

References

Blanco-Canqui, H. & Lal, R. 2008. Buffer strips. In: Principles of soil conservation and management, pp. 223–257, Springer Netherlands.

Błaszczyk, M.K. 2010. Samooczyszczanie się zbiorników wodnych. In: Mikrobiologia środowisk, pp. 244–246. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa.

Bonanno, G. & Giudice, R.L. 2010. Heavy metal bioaccumulation by the orgaus of Phragmites australis (common reed) and their potential use as contamination indicators. Ecological Indicators, 10: 639–645.

Caracciolo, D., Nato, L.V., Istanbulluoglu, E., Fatichi, S. & Zohu, X. 2014. Climate change and ecotone boundaries: Insights from a celluar automata ecohydrology model in a Mediterranean catchment with topography controlled vegetation patterns. Advances in Water Resources, 73: 159–175.

Carluer, N., Tournebize, J., Gouy, V., Margoum, C., Vincent, B. & Gril, J.J. 2011. Role of buffer zones in controlling pesticides fluxes to surfance waters. Procedia Environmental Sciences, 9: 21–26.

Fortier, J., Truax, B., Gagnou, D. & Lambert, F. 2015. Biomass carbon, nitrogen and phosphorus stock in hybrid poplar buffers, herbaceous buffers and natural woodlots in the riparian zone on agricultural land. Journal of Environmental Management, 154: 333–345.

Izydorczyk, K. Frątczak, W. Drobniewska, A., Cichowicz, E., Michalska-Hejduk, D., Gross, R. & Zalewski, M. 2013. A biogeochemical barrier to enhance a buffer zone for reducing diffuse phosphorus pollution – preliminary result. Ecohydrology & Hydrobiology, 13: 104–112.

Jaskulska, R. & Hoppe-Wawrzyniak, A. 2013. Właściwości fizykochemiczne i wodne gleb płowych pól uprawnych i sąsiadujących z nimi zadrzewień śródpolnych. Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering, 58(3): 235–239.

Kędziora, A. 2007. Przyrodnicze podstawy ochrony ekosystemów rolniczych. Fragmenta Agronomica, 3(95): 213–223.

Koc, J. & Szyperek, U. 2004. Skuteczność barier biogeochemicznych w ograniczaniu spływu azotu w środowisku rolniczym. Annales UMCS, 59 (1): 93–100.

Lemkowska, B., Sowiński, P. & Pożarski, K. 2010. Zmiany warunków glebowo-troficznych rezerwatu Ustnik jako element zagrożeń jego funkcji przyrodnicznych. Woda – Środowisko – Obszary wiejskie, 10, 1(29): 73–87.

Ławniczak, A.E. & Zbierska, J. 2007. Wpływ sposobu użytkowania strefy przybrzeżnej jeziora na jakość wód gruntowych. Fragmenta Agronomica, 3(95): 283–291.

Maksimenko, S.Y., Zemskaya, T.I., Pavolova, O.N., Ivanov, V.G. & Buryukhaer, S.P. 2008. Microbial community of the water column of the Selenga river-lake Baikal biogeochemical barierr. Microbiology, 77 (5): 587–594.

Miałdun, J. & Ostrowski, M. 2010. Wymiar fraktalny fragmentów zdjęć lotniczych strefy przybrzeżnej jeziora Mikołajskiego, Śniardw i Łukajno. Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, 21: 267–279.

Ryszkowski, L. Bartoszewicz, A. & Kędziora, A. 1999. Management of matter fluxes by biogeochemical barriers at the agricultural landscape level. Landscape Ecology, 14: 479–492.

Sahu, M. & Gu, R.R. 2009. Modeling the effects of riparian buffer zone and contur strips on stream water quality. Ecological Engineering, 35: 1167–1177.

Sohel, S. J. & Ullah, H. 2012. Ecohydrology: A framework for overcoming the environmental impacts of shrimp aquaculture on the costal zone of Bangladesh. Ocean & Coastal Management, 63: 67–78.

Sowiński, P., Smólczyński, S. & Orzechowski, M. 2004. Gleby obniżeń śródmorenowych jako bariery biogeochemiczne w krajobrazie rolniczym Pojezierza Mazurskiego. Annales UMCS, Sec. E 59(3): 1057–1064.

Stachowicz, W. & Nagengast, B. 2013. Roślinność strefy przybrzeżnej mezotroficznego jeziora Powidzkiego w warunkach wzrastającej presji osadniczej i rekreacyjnej: stan aktualny oraz ocena wartości dla ochrony przyrody. Badania Fizjograficzne, R I. Seria B Botanika (B59): 7–42.

Syversen, N. & Bechmann, M. 2004. Vegetative buffer zones as pesticide filters for siumulated surface runoff. Ecological Engineering, 22: 175–184.

Wasilewski, Z. 2012. Dobór gatunków traw i roślin bobowatych na strefy buforowe oraz zasady ich zakładania i pielęgnowania, 12, 1(37): 219–227.

Wysocka-Czubaszek, A. & Banaszuk, P. 2003. Migracja składników azotowych i bariery biogeochemiczne w zalewowych dolinach rzecznych na przykładzie doliny górnej Narwi. Acta Agrophysica, 1(2): 349–354.

Vymazal, J. & Břazinová, T. 2015. The use of constructed wetlands for removal of pesticides from agricultural runoff and drainage: A review. Environmental International, 75:11–20.

Zalewski, M. 2013. Ecohydrology: process-oriented thinking towards sustainable river basin. Ecohydrology & Hydrobiology, 13: 97–103.

Zieliński, P. & Jekatierynczuk-Rudczyk, E. 2015. Comparison of mineral and organic phosphours froms in regulated and restored section of small lowland river (NE Poland). Ecohydrology & Hydrobiology (In press).

Życzyńska – Bałoniak, I., Szajdak, L. & Jaskulska, R. 2005. Impact of biogeochemical barriers on the migration of chemical compounds with the water of agricultural landscape. Polish Journal of Environmental Studies, 14 (5): 671–676.

First Page

9

Last Page

15

Language

eng

Included in

Biology Commons

Share

COinS