Strategia ochrony morza Bałtyckiego musi być poprzedzona rozpoznaniem źródeł,
czynników i procesów kształtujących obieg i odpływ składników mineralnych doń
wnoszonych przez wody rzeczne. Przykładem nizinnej zlewni stanowiącej grupę
mniejszych i większych rzek, w której nie dokonano jeszcze szczegółowego rozpoznania
czynników kształtujących odpływ składników mineralnych w skali całej
zlewni jest zlewnia górnej Narwi. Określenie wielkości odpływu składników mineralnych
oraz wskazanie regulujących go czynników i procesów jest ściśle związane z
polityką ochrony wód zlewni górnej Narwi co niewątpliwie podkreśla znaczenie i
duży udział niniejszej pracy w ochronie środowiska zlewni badanej rzeki. Zlewnia
górnej Narwi jest położona w północno-wschodniej Polsce na obszarze znanym
jako “Zielone Płuca Polski”. Jest tutaj z jednej strony dużo lasów, jezior, mokradeł, i
niezanieczyszczonych cieków wodnych oraz niewielki przemysł i ekstensywne rolnictwo
z drugiej strony. Zlewnię tą można uznać jako reprezentatywną zlewnią
nizinną dorzecza Wisły. W tych warunkach ocena ładunków składników mineralnych
a konkretnie ich form rozpuszczonych N-NH4
+, N-NO2
-, N-NO3
-, P-PO4
3-, SSO4
2-, Cl-, Ca2+, Mg2+, Na+, K+, Fe2+/3+ i Zn2+ w wodach oraz ich eksportu ze zlewni
staje się bardzo ważnym elementem w opracowywaniu strategii poprawiania jakości
wody w badanym regionie.
Celem pracy było wskazanie mechanizmów, przyczyn i źródeł wzbogacania w
składniki mineralne zasobów wód rzecznych na obszarze zlewni górnej Narwi. W
związku z tak postawionym celem autor postanowił odpowiedzieć na następujące
pytania i zagadnienia:
Jakie ładunki jednostkowe składników mineralnych dostają się z powierzchni
zlewni górnej Narwi do wód powierzchniowych i jaka rolę pełnią przy tym wody
opadowe? Jakie czynniki i procesy rządzą tą dostawą oraz jakie są jej źródła?
Jakie ładunki składników mineralnych wynoszone są przez wody powierzchniowe
z badanej zlewni oraz jakie są ich źródła?
Jaki wpływ na skład chemiczny wody rzek wywierają źródła powierzchniowe i
punktowe składników mineralnych i procesy zachodzące w środowisku wodnym
badanej zlewni?
Jakie czynniki wpływają na stężenie i ładunek składników mineralnych w wodzie
powierzchniowej zlewni górnej Narwi? Jakie są główne przyczyny tego wpływu?
Które ładunki składników mineralnych decydują o ogólnym ładunku wynoszonym
ze zlewni przez wody rzeki Narew?
Czy jest możliwe i w jakim zakresie przewidywanie stężenia oraz ładunków
składników mineralnych w wodach zlewni górnej Narwi na podstawie wielkości
hydrologicznych, geomorfologicznych i sezonowych na tym terenie?
Zaprezentowane w pracy wyniki pochodzą z badań wód opadowych, rzecznych,
z rowów melioracyjnych oraz ścieków oczyszczonych odprowadzanych do
badanych rzek. Badania były przeprowadzone w latach 2001-2005 na obszarze
zlewni górnej Narwi. W próbkach oznaczano stężenie N-NH4
+, N-NO2
-, N-NO3
-, PPO4
3-, S-SO4
2-, Cl-, Ca2+, Mg2+, Na+, K+, Fe2+/3+, Zn2+ oraz przewodność elektryczną i
pH. Analizy chemiczne przeprowadzono za pomocą spektrofotometrów (VIS)
HACH DR-2000 i DR-4000 a także za pomocą spektrometru absorpcyjnej spektrometrii
atomowej (ASA) Varian typu SpectrAA-100A. Do analiz statystycznych
wyników badań zastosowano szereg wielowymiarowych metod statystycznych:
wielowymiarową analizę czynnikową (FA), analizę składowych głównych (PCA),
analizę skupień w wersji Warda (CA) oraz sztuczne sieci neuronowe (AAN). W
pracy obliczano ładunki składników mineralnych w wodach opadowych, rzecznych,
melioracyjnych i ściekach oczyszczonych.

Spis treści

Wstęp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1. Metale ciężkie w literaturze przedmiotu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.1. Występowanie metali ciężkich w wodach powierzchniowych . . . . . . . . . 10
1.2. Metale ciężkie w osadach rzecznych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.3. Biodostępność metali ciężkich w środowisku wód powierzchniowych . 16
1.4. Pochodzenie metali ciężkich występujących w ekosystemach
wód powierzchniowych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2. Zakres i metodyka badań . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.1. Ogólna charakterystyka badanego obszaru . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.1.1. Obiekt badań . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.1.2. Lokalizacja stanowisk pobierania próbek badawczych . . . . . . . . . . 26
2.2. Metodyka prac laboratoryjnych i analiza wyników badań . . . . . . . . . . . . . . 31
2.2.1. Pobieranie, przygotowanie i analiza próbek środowiskowych . . . 31
2.2.1.1. Wody rzeczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.2.1.2. Osady denne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.2.1.3. Rośliny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.2.1.4. Gleby . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.2.2. Statystyczna interpretacja wyników . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

3. Wyniki badań i dyskusja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.1. Występowanie badanych pierwiastków w wodach powierzchniowych . 40
3.1.1. Wyniki badań wód rzeki górnej Narwi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.1.2. Wyniki badań wód rzecznych w dopływach Narwi . . . . . . . . . . . . . . 43
3.1.3. Dyskusja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.2. Osady denne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3.2.1. Zawartość badanych pierwiastków w osadach dennych . . . . . . . . . 64
3.2.1.1. Rezultaty badań osadów dennych rzeki górnej Narwi . . . 78
3.2.1.2. Rezultaty badań osadów dennych dopływów
rzeki Narew . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
3.2.2. Dyskusja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
3.2.3. Specjacja metali ciężkich w osadach dennych
rzeki górnej Narwi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
3.3. Bioakumulacja metali ciężkich w korzeniach roślin wodnych . . . . . . . . . 123
3.3.1. Zawartość metali ciężkich w korzeniach
badanych roślin wodnych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
3.3.2. Dyskusja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
3.4. Kumulacja metali ciężkich w glebach zlewni górnej Narwi . . . . . . . . . . . . 144

4. Podsumowanie wyników badań . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

Wnioski . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
Literatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
Streszczenie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
Spis tabel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
Spis rysunków . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
Spis map . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208