Advertisement

The Tree-Ring Method of Estimation of the Effect of Industrial Pollution on Pine (Pinus sylvestris L.) Tree Stands in the Northern Part of the Sandomierz Basin (SE Poland)

  • Joanna BarniakEmail author
  • Marek Krąpiec
Article

Abstract

In the last 40 years of the twentieth century, as a result of the growth in the exploitation and industrial processing of sulphur, the northern part of the Sandomierz Basin was one of the most polluted areas of Poland. Forests growing in this region, predominantly the Scots pine, offered an opportunity to analyse the degradation of the environment during that period using the dendrochronological method. The study was based on 814 samples, taken from 53 research surfaces belonging to nine linear transects. The investigations demonstrated that the highest reduction in growth occurred during the years 1970–1990. After that period, a considerable improvement in the condition of the pine trees was observed in most of the research plots. The spatial schedule of the trees with reductions reveals a clear relationship with the distance from the emitter i.e. the reductions were significantly lower in more distant sites. A distinct weakening of the trees is also indicated by missing rings, recorded in the years: 1964, 1974, 1978, 1979, 1980, 1985, 1990, and 2002. A definite impact on the condition of the tree stands was also due to the cone of depression around the Jeziórko mine, the post-flotation landfills, as well as pollution on a regional scale.

Keywords

Tree-ring analysis Air pollution Abrupt growth changes Pinus sylvestris SE Poland 

Notes

Acknowledgments

The study was carried out as a part of the statutory research of the Faculty of Geology, Geophysics and Environmental Protection, AGH University of Science and Technology, grant No. 11.11.140.173.

References

  1. Borowski, M. (1974). Przyrost drzew i drzewostanów (pp. 51–89). Warszawa: Państwowe Wydawnictwa Rolnicze i Leśne.Google Scholar
  2. Breymeyer, A. (1997). Transect studies of pine forests along parallel 52° N, 12–32° E and along a pollution gradient in central Europe: general assumptions, climatic conditions and pollution deposition. Environmental Pollution, 98(3), 335–345.CrossRefGoogle Scholar
  3. Bussotti, F., & Ferretti, M. (1998). Air pollution, forest condition and forest decline in southern Europe: an overview. Environmental Pollution, 101(1), 49–65.CrossRefGoogle Scholar
  4. Danek, M. (2007). The influence of industry on Scots pine stands in the south-eastern part of the Silesia-Krakow Upland (Poland) on the basis of dendrochronological analysis. Water, Air and Soil Pollution, 185, 265–277.CrossRefGoogle Scholar
  5. Danek, M. (2008). Wpływ działalności przemysłowej na szerokość przyrostów rocznych sosen (Pinus sylvestris L.) w rejonie Olkusza. Sylwan, 152(11), 56–62.Google Scholar
  6. Dziewański, J. (Ed.). (1988). Oddziaływanie przemysłu siarkowego na środowisko przyrodnicze województwa tarnobrzeskiego. Kraków: AGH.Google Scholar
  7. Farrar, J. F., Relton, J., & Rutter, A. J. (1977). Sulphur dioxide and the scarcity of Pinus sylvestris in the industrial pennines. Environmental Pollution, 14, 63–68.CrossRefGoogle Scholar
  8. Fowler, D., Cape, J. N., Coyle, M., Flechard, C. H., Kuylenstierna, J., Hicks, K., Derwent, D., Johnson, C., & Stevenson, D. (1999). The global exposure of forests to air pollutants. Water, Air and Soil Pollution, 116(1–2), 5–32.CrossRefGoogle Scholar
  9. Głowaciński, Z., & Michalik, S. (1979). Przyroda polska: Kotlina Sandomierska. Warszawa: Wiedza Powszechna.Google Scholar
  10. Greszta, J. (1987). Wpływ przemysłowego zanieczyszczenia powietrza na lasy. Warszawa: Wydawnictwa SGGW–AR.Google Scholar
  11. Greszta, J., & Barszcz, J. (1989). Effect of emissions from the electric power station Połaniec on some biometric traits in the scotch pine (Pinus sylvestris L.). Zeszyty Naukowe Akademii Rolniczej im. H. Kołłątaja w Krakowie, Poland. Sesja Naukowa, 23, 57–72.Google Scholar
  12. Grodzińska, K., & Szarek–Łukaszewska, G. (1997). Polish mountain forests: past, present, future. Environmental Pollution, 98(3), 369–374.CrossRefGoogle Scholar
  13. Grodzińska – Jurczak, M., & Szarek – Łukaszewska, G. (1999). Evaluation of SO2 and NO2-related degradation of coniferous forest stands in Poland. The Science of the Total Environment, 241, 1–15.CrossRefGoogle Scholar
  14. Grzmil, A. (1990). Uciążliwość przemysłu siarkowego w województwie tarnobrzeskim. In Międzyrzecze Wisły i Sanu – przykład regionu przeobrażonego przez górnictwo siarki i przemysł: VIII Sympozjum Geografów Wspólnej Komisji Podręcznikowej PRL – RFN 5 – 10 June 1989, Tarnobrzeg, Poland, Wydawnictwo Poznań: Instytut ZachodniGoogle Scholar
  15. Gutman, E., & Kwiecień, K. (1982). Przemysł siarkowy w Polsce: tradycje, teraźniejszość, przyszłość. Rzeszów: KAW.Google Scholar
  16. Hirano, T., & Morimoto, K. (1999). Growth reduction of the Japanese black pine corresponding to an air pollution episode. Environmental Pollution, 106, 5–12.Google Scholar
  17. Holmes, R. L. (1994). Dendrochronology program library users manual. Arizona: Tucson.Google Scholar
  18. Innes, J. L., & Cook, E. R. (1989). Tree-ring analysis as an aid to evaluating the effects of pollution on tree growth. Canadian Journal of Forest Research, 19, 1174–1189.CrossRefGoogle Scholar
  19. Ivshin, A. P., & Shiytov, S. G. (1995). The assessment of subtundra forest degradation by dendrochronological methods in the Norilsk industrial area. Dendrochronologia, 13, 113–126.Google Scholar
  20. Jaskulski, J., & Ząbecki, W. (1989). Przemysł siarkowy a środowisko leśne. Aura, 4, 12–14.Google Scholar
  21. Jämbäck, J., Heikkinen, O., Tuovinen, M., & Autio, J. (1999). The effect of air-borne pollutants on the growth of Pinus sylvestris in the City of Oulu, Finland. Fennia, 177(2), 161–169.Google Scholar
  22. Juknys, R., Stravinskiene, V., & Vencloviene, J. (2002). Tree-ring analysis for the assessment of anthropogenic changes and trends. Environmental Monitoring and Assessment, 77(1), 81–97.CrossRefGoogle Scholar
  23. Juknys, R., Vencloviene, J., Stravinskiene, V., Augustaitis, A., & Bartkevicius, E. (2003). Scots pine (Pinus sylvestris L.) growth and condition in a polluted environment: from decline to recovery. Environmental Pollution, 125(2), 205–212.CrossRefGoogle Scholar
  24. Kirejczyk, J. (1993). Postęp w zakresie ekologicznego prowadzenia otworowej eksploatacji siarki. In Górnictwo siarki a ekologia: międzynarodowe sympozjum naukowe, Baranów Sandomierski 24–25 November 1993, Pracownia Informacji Naukowo Technicznej i Ochrony Własności Przemysłowej Ośrodka Badawczo Rozwojowego Przemysłu Siarkowego Siarkopol, Tarnobrzeg pp. 1–7.Google Scholar
  25. Krawczyk, A., Krąpiec, M. 1995. Dendrochronological database. In Proceedings of the 2nd national conference: Computers support of scientific studies. Wrocław Scientific Society, Wrocław, 4 – 16 Dec 1995, pp. 247–252.Google Scholar
  26. Krąpiec, M., & Szychowska-Krąpiec, E. (2001). Tree-ring estimation of the effect of industrial pollution on pine (Pinus sylvestris) and fir (Abies alba) in the Ojców National Park (southern Poland). Nature Conservation, 58, 33–42.Google Scholar
  27. Kuang, Y. W., Sun, F. F., Wen, D. Z., Zhou, G. Y., & Zhao, P. (2008). Tree-ring growth patterns of Masson pine (Pinus massoniana L.) during the recent decades in the acidification Pearl River Delta of China. Forest Ecology and Management, 255, 3534–3540.CrossRefGoogle Scholar
  28. Malik, I., Danek, M., Marchwińska-Wyrwał, E., Danek, T., Wistuba, M., & Krąpiec, M. (2012). Scots pine (Pinus sylvestris L.) growth suppression and adverse effects on human health due to air pollution in the Upper Silesian Industrial District (USID), southern Poland. Water Air Soil Pollut, 223, 3345–3364.CrossRefGoogle Scholar
  29. Malinowski, J., & Perek, M. (1993). Zmienność chemizmu wód podziemnych w utworach czwartorzędowych rejonu złoża siarki Jeziórko. Przegląd Geologiczny, 2, 85–89.Google Scholar
  30. Nöjd, P., Mikkola, K., & Saranpää, P. (1996). History of forest damage in Monchegorsk, Kola; a retrospective analysis based on tree rings. Canadian Journal of Forest Research, 26, 1805–1812.CrossRefGoogle Scholar
  31. Nöjd, P., & Reams, G. A. (1996). Growth variation of Scots pine across a pollution gradient on the Kola Peninsula, Russia. Environmental Pollution, 93(3), 313–326.CrossRefGoogle Scholar
  32. Oleksyn, J., Fritts, H. C., & Hughes, M. K. (1993). Tree-ring analysis of different Pinus sylvestris provenances, Quercus robur, Larix decidua and L. decidua x L. kaempferi affected by air pollution. Arboretum Kórnickie, 38, 89–109.Google Scholar
  33. Orzeł, S. (1994). Wzrost drzewostanów sosnowych w rejonie Tarnobrzeskiego Kombinatu Siarkowego. In Reakcje biologiczne drzew na zanieczyszczenia przemysłowe (pp. 273–280). Kórnik: III Krajowe Sympozjum.Google Scholar
  34. Orzeł, S. (1996). Dynamika przyrostu grubości drzewostanów sosnowych położonych w zasięgu emisji Tarnobrzeskiego Kombinatu Siarkowego (TKS). Sylwan, 140(2), 13–23.Google Scholar
  35. Orzeł, S., & Rieger, R. (1988). Próba oszacowania spadku produkcyjności drzewostanów sosnowych w rejonie Tarnobrzeskiego Zagłębia Siarkowego na przykładzie nadleśnictwa Buda Stalowska. Sylwan, 132(9), 55–63.Google Scholar
  36. Rieger, R., Grabczyński, S., Orzeł, S., & Rainer, J. (1989). Dendrometryczna charakterystyka wpływu przemysłu na lasy na przykładzie Tarnobrzeskiego Zagłębia Siarkowego. Zeszyty Naukowe Akademii Rolniczej w Krakowie, 232. Sesja Naukowa, 23, 73–89.Google Scholar
  37. Rigling, A., Brühlhart, H., Bräker, O. U., Forster, T., & Schweingruber, F. H. (2003). Irrigation effect on tree growth and vertical resin duct production of Pinus sylvestris L. on dry sites in the Central Alps, Switzerland. For. Ecol. and Man., 163, 105–121.Google Scholar
  38. Rydval, M., & Wilson, R. (2012). The impact of industrial SO2 pollution on north Bohemia conifers. Water Air and Soil Pollution, 223, 5727–5744.CrossRefGoogle Scholar
  39. Schweingruber, F. H. (1986). Abrupt growth changes in conifers. IAWA Bulletin, 7(4), 277–283.CrossRefGoogle Scholar
  40. Schweingruber, F. H. (1996). Tree rings and environment. Dendroecology. Bern: Paul Haupt Verlag.Google Scholar
  41. Schweingruber, F. H., Kontic, R., Niederer, M., Nippel, C. A., & Winkler-Seifert, A. (1985). Diagnosis and distribution of conifer decay in the Swiss Rhone Valley: A dendrochronological study. In H. Turner & W. Tranquillini (Eds.), Establishment and tending of subalpine forest; research and management (Vol. 270, pp. 189–192). Berichte: Eidgenossische Anstalt fur das Forstliche Versuchswesen.Google Scholar
  42. Sękiewicz, J. (1989). Wody podziemne tarnobrzeskiego i grzybowskiego zagłębia siarkowego. Górnictwo Surowców Chemicznych, 1, 21–23.Google Scholar
  43. Szmyd, S. (1993). Środowisko naturalne po eksploatacji siarki metodą odkrywkową. In Górnictwo siarki a ekologia: międzynarodowe sympozjum naukowe, Baranów Sandomierski 24–25 November 1993, Pracownia Informacji Naukowo Technicznej i Ochrony Własności Przemysłowej Ośrodka Badawczo Rozwojowego Przemysłu Siarkowego Siarkopol, pp.1–6.Google Scholar
  44. Szychowska–Krąpiec, E. (1997). Influence of industrial pollution on Niepołomice and Nowy Targ Forests pine-trees in the light of dendrochronological analysis. Kwartalnik Akademii Górniczo-Hutniczej, Geologia, 23(4), 389–406.Google Scholar
  45. Szychowska-Krąpiec, E., & Wiśniowski, Z. (1996). Tree-ring analysis of Pinus sylvestris as a method to assess the industrial pollution impast on the example of Police chemical faktory (NW Poland). Kwartalnik Akademii Górniczo-Hutniczej, Geologia, 22(3), 281–299.Google Scholar
  46. Thompson, M. A. (1981). Tree rings and air pollution: a case study of Pinus monophylla growing in east—central Nevada. Environmental Pollution, 26(4), 251–266.CrossRefGoogle Scholar
  47. Tolunay, D. (2003). Air pollution effects on annual ring widths of forest trees in mountainous land of Izmir (Turkey). Water, Air and Soil Pollution: Focus, 3(5-6), 233–250.CrossRefGoogle Scholar
  48. Walanus, A. (2005). Instrukcja obsługi programu Quercus. Kraków.Google Scholar
  49. Welsyng, H. (1979). Ograniczenie emisji zanieczyszczeń gazowych w Zakładach Przetwórczych Siarki „Siarkopol” w Tarnobrzegu. In Wpływ zanieczyszczeń atmosfery na środowisko, 28–29 May 1979, Wydawnictwa Czasopism Technicznych Naczelnej Organizacji Czasopism Technicznych, pp. 19Google Scholar
  50. Wertz, B. (2012). Dendrochronological evaluation of the impact of industrial imissions on main coniferous species in the Kielce Upland. Sylwan, 156(5), 379–390.Google Scholar
  51. Wilczyński, S. (1999). Dendroklimatologia sosny zwyczajnej (Pinus sylvestris L.) z wybranych stanowisk w Polsce. Maszynopis pracy doktorskiej. Akademia Rolnicza w KrakowieGoogle Scholar
  52. Wilczyński, S. (2006). The variation of tree-ring widths of Scots pine (Pinus sylvestris L.) affected by air pollution. European Journal of Forest Research, 125(3), 213–219.CrossRefGoogle Scholar
  53. Witek, J. (Ed.). (2000). Gmina Padew Narodowa. Poland: Padew Narodowa.Google Scholar
  54. Ząbecki, W. (1999). Podatność drzewostanów sosnowych na zasiedlanie przez owady kambio- i ksylofagiczne w rejonie Tarnobrzeskiego Zagłębia Siarkowego. Zeszyty Naukowe Akademii Rolniczej w Krakowie, Rozprawy, 254, 98.Google Scholar
  55. Zielski, A. (1992). Dendrochronological studies on pines growing under the influence of air pollution near the Pulp and Paper Factory in Kwidzyn, Poland. Lundqua Report, 34, 360–363.Google Scholar

Copyright information

© Springer International Publishing Switzerland 2016

Authors and Affiliations

  1. 1.Faculty of Geology, Geophysics and Environmental ProtectionAGH University of Science and TechnologyKrakowPoland

Personalised recommendations