Hydrochemical zoning of valley peatlands as a result of water supply conditions: examples from Poland

Maciej Ziułkiewicz, Anna Fortuniak

Abstract


The chemical composition of water from two peatlands was investigated. Both peatlands, which are nature reserves, are located in central Poland in the Widawka and Rawka River valleys. The study concerned groundwaters, peat waters from different depths, and waters from draining ditches. The research permitted determination of the hydrochemical zoning of the peatlands resulting from the complex character of the water supply. The hydrochemical interpretation of surface waters outflowing alongside the ditches, in terms of their similarity to particular zones, provides an insight into the water-feeding structure of the peatlands. In the evaluation, hydrochemical indicators were applied, which have been used in hydrogeological studies. They are based on equivalent concentrations of the major ions: sodium, calcium, chlorides, and sulphates, selected from other hydrochemical elements by means of principal component analysis (PCA), conducted individually for each peatland. The analyses showed a high contribution of unconfined and confined groundwaters to the water supply, with clearly distinguishable zones, in terms of their transit through the structures of the peatlands.


Keywords


valley peatland, hydrochemical zoning, hydrochemical indicators

Full Text:

PDF

References


Banaś K. & Gos K., 2004. Effect of peat-bog reclamation on the physico-chemical characteristics of the ground water in peat. Polish Journal of Ecology, 52, 1, 69–74.

Bayley S.E., Behr R.S. & Kelly C.A., 1986. Retention and release of a S from a freshwater wetland. Water, Air and Soil Pollution, 31, 101–114.

Blancher P.J. & McNicol D.K., 1987. Peatland water chemistry in central Ontario in relation to acid deposition. Water, Air and Soil Pollution, 35, 217–232.

Brzeziński M., 1998. Objaśnienia do Szczegółowej mapy geologicznej Polski 1:50 000. Arkusz Bolimów (556). Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa. CHDB (Centralna Baza Danych Hydrogeologicznych, System Przetwarzania Danych Państwowej Służby Hydrogeologicznej), 2013. Państwowy Instytut Geologiczny – Państwowy Instytut Badawczy, Warszawa, [on-line:] http://spdpsh.pgi.gov.pl/PSHv7/ [access: 20 April 2013].

Dembek W. & Oświt J., 1992. Rozpoznawanie warunków hydrologicznego zasilania siedlisk mokradłowych. [in:] Jankowska-Huflejt H. (red.), Hydrogeniczne siedliska wilgotnościowe, Biblioteczka Wiadomości IMUZ 79, Wydawnictwo Instytutu Technologiczno-Przyrodniczego, 15–38.

Falkowski T. & Złociszewska-Niedziałek H., 2008. Rozpoznanie budowy geologicznej dla hydrogeologicznego modelu zasilania torfowiska rezerwatu Czerwone Bagno. Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego, 431, 35–40.

Forysiak J., Ziułkiewicz M., Kopeć D. & Żelazna-Wieczorek J., 2011. Warunki przyrodnicze torfowiska Korzeń. [in:] Torfowiska dorzecza Widawki: wybrane problemy i przykłady. Warsztaty naukowe „Torfowiska w krajobrazie przekształconym”, 1–3 czerwca 2011 r.: przewodnik sesji terenowej, Wydawnictwo Instytutu Archeologii Uniwersytetu Łódzkiego, Łódź, 61–73.

Forysiak J., 2012. Zapis zmian środowiska przyrodniczego późnego vistulianu i holocenu w osadach torfowisk regionu łódzkiego. Acta Geographica Lodziensia 99, Łódzkie Towarzystwo Naukowe, Łódź.

Forysiak J., Kucharski L. & Ziułkiewicz M., 2012. Peatlands in semi-natural landscape – their transformation and the possibility of protection. Bogucki Wydawnictwo Naukowe, Poznań. GIOŚ, 2012. Zestawienie wyników badania składu chemicznego opadów atmosferycznych na posterunkach monitoringowych w Sulejowie i Warszawie-Okęciu w latach 2009–2011 [Sheet of chemical composition records from monitoring stations Sulejów and Warsaw-Okęcie in 2009–2011].

Hounslow A.W., 1995. Water quality data. Analysis and interpretation. Lewis Publishers, New York.

Ilnicki P., 2002. Hydrologia torfowisk. [in:] Ilnicki P. (red.), Torfowiska i torf, Wyd. Akademii Rolniczej im. Augusta Cieszkowskiego, Poznań, 159–172.

Kaczorowska Z., 1962. Opady w Polsce w przekroju wieloletnim: tendencje, okresowość oraz prawdopodobieństwo występowania niedoboru i nadmiaru opadów. Prace Geograficzne – Polska Akademia Nauk. Instytut Geografii 33, Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa.

Kizuka T., Yamada H., Yazawa M. & Hoi-Hoon Ch., 2008. Effects of agricultural land use on water chemistry of mire pools in the Ishikari Peatland, Northern Japan. Landscape and Ecological Engineering, 4, 1, 27–37.

Kobojek E., 2009. Naturalne uwarunkowania różnych reakcji rzek nizinnych na antropopresję na przykładzie środkowej Bzury i jej dopływów. Rozprawy Habilitacyjne Uniwersytetu Łódzkiego, Wyd. Uniwersytetu Łódzkiego, Łódź.

Kruk M., 2000. Biogeochemical functioning of hydrologically modified peatland and its effect in eutrophication of freshwaters. Polish Journal of Ecology, 48, 103–161.

Kruk M. & Podbielska K., 2005. Trace metal fluxes in a sphagnum peatland – humic lake system as a consequence of drainage. Water, Air and Soli Pollution, 168, 213–233.

Krzemiński T. & Bezkowska G., 1987. Objaśnienia do Szczegółowej mapy geologicznej Polski 1:50 000. Arkusz Widawa (698). Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa.

Labus K. & Siwek P., 2001. Wspomaganie interpretacji hydrochemicznych metodami analizy czynnikowej. [in:] Bocheńska T. & Staśko S. (red.), Współczesne problemy hydrogeologii. 10, t. 2, “Sudety”, Wrocław, 379–383.

Macioszczyk A., 1988. Chemizm wód podziemnych dolin rzecznych oraz główne czynniki kształtujące go. [in:] Kiciński T., Łoś M. & Mioduszewski W. (red.), Zasilanie dolin rzecznych wodami gruntowymi, Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych 347, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa, 205–220.

McLaughlin J.W. & Webster K.L., 2010. Alkalinity and acidity cycling and fluxes in an intermediate fen peatland in northern Ontario. Biogeochemistry, 99, 143–155.

Mitchell C.P.J. & Branfireun B.A., 2005. Hydrogeomorphic Controls on Reduction-Oxidation Conditions across Boreal Upland-Peatland Interfaces. Ecosystems, 8, 731–747.

Mucina L. & Polacik S., 1982. Principal components analysis and trend surface analysis of a small-scale pattern in a transition mire. Vegetatio, 48, 165–173.

Myślińska E., 1999. Parametry fizyczne torfów i ocena metod ich oznaczania. Przegląd Geologiczny, 7, 676–682.

Norcliffe G.B., 1986. Statystyka dla geografów: wprowadzenie. Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa.

PN-ISO 7887:2002, Jakość wody – Badanie i oznaczanie barwy.

PN-ISO 9280:2002, Jakość wody – Oznaczanie siarczanów(VI) – Metoda grawimetryczna z chlorkiem baru.

PN-ISO 9297:1994, Jakość wody – Oznaczanie chlorków – Metoda miareczkowania azotanem srebra w obecności chromianu jako wskaźnika (metoda Mohra).

PN-ISO 9963-1:2001, Jakość wody – Oznaczanie zasadowości – Część 1: Oznaczanie zasadowości ogólnej i zasadowości wobec fenoloftaleiny.

Razowska L., 1999. Wskaźniki hydrochemiczne – mało przydatne czy niedoceniane. [in:] Krajewski S. & Sadurski A. (red.), Współczesne problemy hydrogeologii. T. 9, Hydrogeologia na przełomie wieków, Warszawa-Kielce 15–17 września 1999, Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa, 307–313.

Reeve A.S., Siegel D.I. & Glaser P.H., 1996. Geochemical controls on peatland pore water from the Hudson Bay Lowland: a multivariate statistical approach. Journal of Hydrology, 181, 285–304.

Reeve A.S., Siegel D.I. & Glaser P.H., 2001. Simulating dispersive mixing in large peatlands. Journal of Hydrology, 242, 103–114.

Siegel D.I. & Glaser P.H., 2006. The Hydrology of Peatland. [in:] Wieder R.K. & Vitt D.H. (eds), Boreal Peatland Ecosystems, Ecological Studies 188, Springer Science & Business Media, 289–311.

Skąpski K., Kruk L. & Garecki J., 2000. Mapa hydrogeologiczna Polski w skali 1:50000. Arkusz Widawa (698). Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa.

Steinmann Ph. & Shotyk W., 1997. Chemical composition, pH, and redox state of sulfur and iron in complete vertical porewater profiles from two Sphagnum peat bogs, Jura Mountains, Switzerland. Geochimica et Cosmochimica Acta, 61, 6, 1143–1163.

Stelmaszczyk M., Chormański J., Grygoruk M., Kardel I., Okruszko T. & Bartoszul H., 2009. Groundwater chemistry variation in wetland vegetation habitats of the „Red Bog Strict Protected Area”. [in:] Łachacz A. (ed.), Wetlands: their functions and protection. Monograph, University of Warmia and Mazury, Faculty of Environmental Management and Agriculture, Olsztyn, 157–172.

StatSoft Inc., 2005. STATISTICA v. 7.1, ed. 0205a-P.

Tahvanainen T. & Tuomaala T., 2003. The reliability of mire water pH measurements – a standard sampling protocol and implications to ecological theory. Wetlands, 23, 4, 701–708.

Urban N.R., Verry E.S. & Eisenreich S.J., 1995. Retention and mobility of cations in a small peatland: trends and mechanisms. Water, Air and Soil Pollution, 79, 201–224.

Wieder R.K. & Lang G.E., 1986. Fe, Al, Mn and S Chemistry od Sphagnum Peat in Four Peatlands With Different Metal and Sulphur Input. Water, Air and Soil Pollution, 29, 309–320.

Ziułkiewicz M. & Żelazna-Wieczorek J., 2012. Current ecological status of selected transitional peatlands in Central Poland in relation to hydrochemical conditions. [in:] Forysiak J., Kucharski L. & Ziułkiewicz M. (eds), Peatlands in semi-natural landscape: their transformation and the possibility of protection, Bogucki Wydawnictwo Naukowe, Poznań, 59–72.

Żurek S., 1990. Związek procesu zatorfienia z elementami środowiska przyrodniczego wschodniej Polski. Roczniki Nauk Rolniczych, Seria D, Monografie 220, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa.




DOI: https://doi.org/10.7494/geol.2016.42.1.39

Refbacks

  • There are currently no refbacks.