Pożary lasów a jakość wody – problem o zasięgu regionalnym

Pożary lasów mogą drastycznie pogarszać jakość wody, czego konsekwencje odczują nie tylko ludzie, ale także całe ekosystemy. Nowe badanie przeprowadzone przez naukowców z University of Colorado Boulderdotyczyło 538 zlewni w Zachodnich Stanach Zjednoczonych, z których 245 zostało dotkniętych pożarami, a 293 stanowiło grupę kontrolną. Analiza objęła okres od 1984 do 2021 r. i oparta została na 200 tys. dziennych pomiarów jakości wody, w tym stężeń węgla organicznego, azotu, fosforu, osadów i mętności. Zgromadzone dane pozwoliły po raz pierwszy w historii tak szczegółowo opisać długoterminowe zmiany w jakości wody, które zaszły po pożarach w skali regionalnej.

Skala zmian: od węgla po osady

Badanie opublikowane 23 czerwca br. w czasopiśmie Communications Earth & Environment wykazało, iż pożary wielokrotnie zwiększają stężenia kluczowych zanieczyszczeń w wodach powierzchniowych:

• węgiel organiczny (TOC, DOC): wzrost do 462 proc. względem poziomów sprzed pożaru;
• azot i fosfor: wzrost do 224 proc.;
• osady: wzrost do 254 proc.;
• mętność (TURB): wzrost aż do 4420 proc.

Największe zmiany odnotowano w ciągu pierwszych 5 lat po pożarze, choć w przypadku niektórych parametrów, takich jak azotany, podwyższone poziomy utrzymywały się choćby przez 8 lat.

Kiedy jakość wody ulega pogorszeniu?

Zastosowanie zaawansowanych modeli liniowych, uwzględniających zmienne klimatyczne, takie jak opady, temperatura, parowanie i spływ powierzchniowy, pozwoliło oddzielić zmiany powstałe pod wpływem pożarów od naturalnych fluktuacji wartości parametrów. Dzięki temu amerykańskim badaczom udało się określić, w których momentach i z jaką intensywnością dochodzi do pogorszenia się jakości wody.

Najsilniejsze reakcje odnotowano w pierwszym roku po pożarze, zwłaszcza dla takich wskaźników, jak całkowity i rozpuszczony węgiel organiczny, całkowity fosfor, zawiesiny i mętność. Wzrosty ich wartości sięgały choćby kilkudziesięciu tysięcy procent względem okresu sprzed pożaru. W przypadku azotu i fosforu reakcje były nieco opóźnione – maksymalne stężenia pojawiały się zwykle w drugim lub trzecim roku po pożarze. Wskaźniki resuspensji osadów (SSC i SSD) osiągały swoje maksima dopiero w czwartym roku, co może być związane z występowaniem osunięć ziemi w wyniku osłabienia systemu korzeniowego roślin w popożarowych zlewniach.

Jak długo utrzymują się skutki pożarów?

Długość oddziaływania pożarów na stan wód różniła się w zależności od analizowanego zanieczyszczenia. W przypadku węgla organicznego stężenia były podwyższone od 2 do 8 lat po pożarze. Azot nieorganiczny utrzymywał się na wyższym poziomie przez 5-8 lat, natomiast fosfor przez 2-3 lata. Osady i mętność pozostawały zwiększone przez okres 4-8 lat.

Długotrwałość tych zmian może być związana z głębokim uszkodzeniem warstw gleby oraz powolnym procesem odbudowy roślinności. Utrata okrywy roślinnej, zwłaszcza drzew wraz z ich systemami korzeniowymi, prowadzi do zwiększonej erozji gleby oraz opóźnionego uwalniania składników odżywczych do wód. W rezultacie, niektóre substancje, np. azotany czy zawiesiny, osiągają maksymalne wartości dopiero kilka lat po pożarze.

Wpływ cech zlewni na intensywność zmian

Intensywność reakcji ekosystemów wodnych na pożary była silnie związana z cechami fizycznymi zlewni. Im większa była powierzchnia zalesiona w danej zlewni, tym wyraźniejsze były wzrosty stężeń takich związków, jak węgiel organiczny, azotany czy zawiesiny. Zależność ta może wynikać z dużej ilości biomasy, która po spaleniu uwalniała więcej zanieczyszczeń, a także z intensywniejszego spływu powierzchniowego po utracie roślinności.

Na kondycję zlewni znacząco wpływa także poziom urbanizacji – większe zurbanizowanie terenów wiązało się z silniejszym wzrostem stężeń DOC i TDP. Najprawdopodobniej wynikało to z osadzania się zanieczyszczeń atmosferycznych pochodzących z emisji paliw kopalnych. Dodatkowo, im dalej od ujścia znajdowały się tereny objęte pożarem, tym niższe były stężenia fosforu i osadów, co może być efektem rozcieńczania wody przez dopływy z obszarów nieobjętych ogniem.

Praktyczne wnioski dla zarządzania wodą

Wyniki badania mają istotne znaczenie dla instytucji odpowiedzialnych za zarządzanie zasobami wodnymi, zwłaszcza w kontekście zmiany klimatu i rosnącej częstotliwości występowania pożarów. Zarządzający zakładami uzdatniania wody powinni pamiętać, iż po ugaszeniu ognia może dojść do wzrostu stężeń zanieczyszczeń choćby na 8 lat. W skrajnych przypadkach stężenia te mogą być choćby 300 razy wyższe niż przed pożarem.

Aby zapobiec negatywnym skutkom pożarów, należy wdrażać krótkoterminowe działania, takie jak na przykład zwiększenie dawek koagulantów przy podwyższonym poziomie materii organicznej, a jednocześnie długoterminowo inwestować w infrastrukturę, np. zbiorniki sedymentacyjne. Przy planowaniu konkretnych rozwiązań należy brać pod uwagę lokalną specyfikę zlewni – bardziej zalesione tereny mogą wymagać intensywniejszego oczyszczania wody z osadów, azotu i węgla organicznego.

Długotrwałe skutki pożarów – wspólny mianownik

Analiza oparta na danych z okresu 38 lat z ponad 500 zlewni potwierdza, iż degradacja jakości wody po pożarach nie jest incydentalna ani krótkotrwała, ale może utrzymywać się przez wiele lat.

Choć wcześniejsze badania koncentrowały się głównie na krótkoterminowych skutkach pożarów, obecne opracowanie wskazuje, iż ich wpływ może być znacznie dłuższy i głębszy, niż dotychczas sądzono. W kontekście rosnącego zagrożenia pożarowego oraz presji klimatycznej, wyniki te stanowią istotne narzędzie dla planowania strategicznego i podnoszenia odporności systemów wodnych.