1
Universitatea Transilvania din Brasov
Facultatea de Silvicultură și Exploatări Forestiere
Ing. Diana-Maria SILAGHI
CERCETĂRI PRIVIND STAREA ECOSISTEMELOR
FORESTIERE DIN PARCUL NAȚIONAL RETEZAT AFLATE SUB
ACȚIUNEA POLUĂRII ATMOSFERICE ȘI A UNOR FACTORI DE
STRES
RESEARCH ON THE STATE OF FOREST ECOSYSTEMS IN
RETEZAT NATIONAL PARK UNDER THE INFLUENCE OF
ATMOSPHERIC POLLUTION AND OTHER STRESS FACTORS
Conducător ştiinţific
CS I .dr.ing. Ovidiu BADEA
BRASOV, 2013
2
MINISTERUL EDUCAŢIEI NAŢIONALE
UNIVERSITATEA “TRANSILVANIA” DIN BRAŞOV
BRAŞOV, B-DUL EROILOR NR. 29, 500036, TEL. 0040-268-413000, FAX 0040-268-410525
RECTORAT
D-lui (D-nei) ..............................................................................................................
COMPONENŢA
Comisiei de doctorat
Numită prin ordinul Rectorului Universităţii „Transilvania” din Braşov
Nr. 6236 din 14.11.2013
PREŞEDINTE: Prof. univ. dr. ing. Alexandru Lucian CURTU
DECAN – Fac. de Silvicultură și Exploatări Forestiere
CONDUCĂTOR ŞTIINŢIFIC: Cercet. șt. gr. I, dr. ing. Ovidiu BADEA
Universitatea „Transilvania” din Brașov
REFERENŢI: Acad., prof. univ. dr. doc. Victor GIURGIU
Academia Română
Cercet. șt. gr. I, dr. ing. Ioan SECELEANU
I. C. A. S. București
Conf. univ. dr. ing. Iosif VOROVENCII
Universitatea „Transilvania” din Brașov
Data, ora şi locul susţinerii publice a tezei de doctorat:17.12.2013, ora1000
,
Facultatea de Silvicultură și Exploatări Forestiere, Șirul Bethoven nr. 1, sala SP4.
Eventualele aprecieri sau observaţii asupra conţinutului lucrării vă rugăm să le
transmiteţi în timp util, pe adresa [email protected].
Totodată vă invităm să luaţi parte la şedinţa publică de susţinere a tezei de
doctorat.
Vă mulţumim.
3
CUPRINS
Rezumat/Teză
INTRODUCERE 1/1
1. STADIUL CUNOȘTINTELOR 3/3
2. SCOPUL ȘI OBIECTIVELE CERCETĂRILOR 5/9
3. MATERIALUL ȘI METODA DE CERCETARE 6/10
3.1. Localizarea cercetărilor 6/10
3.2. Metodologia de cercetare 7/15
4. REZULTATE OBȚINUTE 14/29
4.1. Analiza structurii arboretelor 14/29
4.1.1. Structura arboretelor în raport cu diametrul arborilor 14/29
4.1.2. Relația diametru-înălțime 20/40
4.2. Starea de sănătate a arborilor și arboretelor 22/42
4.3. Creșterea arborilor și arboretelor 27/47
4.3.1. Determinarea creșterii arborilor și arboretelor prin procedeul inventarierilor
succesive 27/47
4.3.2. Monitorizarea permanentă a creșterii circumferinței arborilor 29/50
4.4. Biodiversitatea vegetației 31/53
4.5. Starea solurilor forestiere 37/63
4.6. Calitatea aerului și depunerile atmosferice 40/69
4.7. Analiza influenței poluării atmosferice și a altor factori de stres asupra stării
arborilor și arboretelor 52/91
5. CONCLUZII 58/102
6. CONTRIBUȚII ORIGINALE 63/108
Bibliografie 65/110
Rezumat
Curriculum vitae
4
CONTENTS
Summary/Thesis
INTRODUCTION 1/1
1. STATE OF THE ART 3/3
2. RESEARCH GOAL AND OBJECTIVES 5/9
3. RESEARCH MATERIAL AND METHOD 6/10
3.1. Research location 6/10
3.2. Research methodology 7/15
4. RESULTS 14/29
4.1. Stand structure analysis 14/29
4.1.1. Stand structure based on DBH 14/29
4.1.2. Diameter – height relationship 20/40
4.2. Forest health status 22/42
4.3. Trees and stands growth 27/47
4.3.1. Determination of tree and stand growth using succesive inventories
method 27/47
4.3.2. Permanent monitoring of stem circumference increment 29/50
4.4. Biodiversity of vegetation 31/53
4.5. Forest soil condition 37/63
4.6. Air quality and atmospheric deposition 40/69
4.7. Analysis of air pollution and other sress factors influence on trees and stands
status 52/91
5. CONCLUSIONS 58/102
6. ORIGINAL CONTRIBUTIONS 63/108
References 65/110
Summary
Curriculum vitae
1
INTRODUCERE
INTRODUCTION
Nevoia utilizării informațiilor integrate obținute prin cercetări de lungă durată a stării
ecosistemelor forestiere aflate sub acțiunea poluării atmosferice și schimbărilor climatice, în vederea
identificării, investigării și predicției tendințelor în dinamica ecosistemelor forestiere este
recunoscută deja de decenii. În prezent, diferite ecosisteme (terestre, maritime, riverale) sunt
monitorizate prin diferite rețele globale, europene, regionale și naționale, coordonate de organisme
specializate. Cercetările inter- și transdisciplinare desfășurate în aceste rețele constituie o
componentă de bază a eforturilor științifice de a înțelege structura, funcțiile, biodiversitatea și
răspunsul ecosistemelor la acțiunea diferiților factori de mediu, sociali și economici, ca și metodele
de dezvoltare și perfecționare a managementului acestora.
Activitățile științifice desfășurate în cadrul tezei de doctorat cu titlul “Cercetări privind starea
ecosistemelor forestiere din Parcul Național Retezat aflate sub acțiunea poluării atmosferice și a
altor factori de stres” se înscriu în sfera preocupărilor actuale existente la nivel național și
internațional privind monitorizarea pe termen lung a stării ecosistemelor forestiere aflate sub
acțiunea poluării atmosferice și a altor factori de stres.
Desfășurarea cercetărilor și elaborarea tezei de doctorat s-au realizat sub îndrumarea domnului
dr. ing. Ovidiu Badea, membru titular al Academiei de Științe Agricole și Silvice, căruia îi datorez
întreaga recunoștință pentru formarea mea profesională în domeniul biometriei forestiere și
cercetărilor ecologice pe termen lung, pentru sugestiile și recomandările metodologice, cât și pentru
generozitatea si susținerea oferite pe tot parcursul pregătirii si elaborării tezei.
Pentru prețioasele sfaturi, recomandări și susținerea permanentă pe parcursul elaborării tezei
de doctorat, îmi exprim întreaga mea considerație domnului acad. Victor Giurgiu, domnului dr. ing.
Ioan Seceleanu - membru titular al Academiei de Știinte Agricole si Silvice și domnului conf. dr.
ing. Iosif Vorovencii.
În amintirea mea va rămâne regretatul prof. dr. ing. Iosif Leahu, care pe parcursul programului
de pregătire a tezei de doctorat m-a încurajat și mi-a acordat încredere deplină.
Datorez mulțumiri colegilor din Institutul de Cercetări și Amenajări Silvice, în special
domnilor dr. ing. Ion Barbu și dr. ing. Lucian Dincă pentru susținerea în analiza datelor privind
depunerile atmosferice și solurile forestiere, doamnelor dr. ing. Carmen Iacoban, dr. ing. Dora
Lucaci și chim. Monica Ionescu pentru analiza chimică a probelor recoltate din teren, și domnului
2
dr. ing. Dragoș Postolache pentru sprijinul acordat în interpretarea unor date de biodiversitate a
vegetației. Nu în ultimul rând, aș dori să mulțumesc colegilor din cadrul Colectivului de
Management Forestier din ICAS, ing. Ștefan Leca, tehn. Răducu Stănculeanu și tehn. Corneliu
Barbu, cât și colegilor de la stațiunea ICAS Simeria, dr. ing. Flaviu Popescu, tehn. Ovidiu Iordan și
tehn. Daniel Suciu, pentru sprijinul acordat în desfășurarea lucrărilor de teren și prelevarea periodică
a probelor.
De asemenea, vreau să mulțumesc familiei mele pentru tot sprijinul, răbdarea și înțelegerea de
care au dat dovadă în toți acești ani.
3
1. STADIUL CUNOȘTINȚELOR
STATE OF THE ART
Dintre toate ecosistemele terestre, pădurile sunt caracterizate de cea mai mare biodiversitate,
oferind habitate pentru o gama largă de specii de animale și plante. Având în vedere potențialul lor
considerabil de stocare a carbonului, ele constituie unul dintre cele mai importante elemente ale
ciclului carbonului la nivel mondial (Pajot, 2011, Goetz et al., 2013). Pe lângă importanța lor pentru
climatul Terrei și biodiversitatea acesteia, pădurile sunt o componentă majoră a dezvoltării rurale
care oferă funcții de protecție a solului, a apei și a infrastructurii contribuind esențial prin bunuri și
servicii în sectorul economic și social (Ojea et al., 2012, Briner et al., 2013, García-Nieto et al.,
2013).
Cercetările ecologice asupra stării ecosistemelor forestiere aflate sub acţiunea poluării
atmosferice şi a altor factori de stres reprezintă o prioritate la nivel internaţional, european şi
naţional. Astfel, la nivel internaţional şi european majoritatea ţărilor au dezvoltat diferite
programe de cercetare / monitorizare pe termen lung a stării componentelor de mediu, activităţile
specifice fiind direcţionate asupra sistemului socio-economic (SSE) și a Capitalului Natural (CN) în
vederea armonizării și integrării acestora în direcția conceptului modern al ecologiei sistemice și
sustenabilității. Dintre cele mai importante programe şi reţele de cercetare / monitorizare pe termen
lung pot fi evidențiate:; Programele de cooperare internaţională privind evaluarea şi monitorizarea
efectelor poluării aerului asupra pădurilor - ICP Forests şi respectiv, pentru monitorizarea
integrată a efectelor poluării aerului asupra ecosistemelor - ICP IM; Reţelele Internaţională şi
Europeană de cercetare ecologică pe termen lung - ILTER şi respectiv LTER-Europe, destinată
cercetărilor multi şi interdisciplinare a complexelor de ecosisteme la scară mare în peste 100 de zone
de cercetare (LTER) şi în peste 1000 de zone aparţinând celorlalte reţele, denumite generic „LTER-
like”(Vadineanu et al., 2005, Badea, 2013).
În ţara noastră aceste cercetări au fost iniţiate încă din anul 1990, când România a aderat, cu
ocazia Conferinţei Ministeriale a Uniunii Europene de la Strasbourg, la programele internaţionale
pentru protecţia pădurilor din Europa (Schema Uniunii Europene şi ICP-Forests). În anul 1997, pe
plan regional (centrul şi estul Europei), au fost dezvoltate două proiecte internaţionale privind
evaluarea poluării cu ozon şi alţi agenţi poluanţi (SO2, NO2, NOx, NH3) inclusiv efectele acestora
asupra ecosistemelor forestiere din Munţii Carpaţi și evaluarea biodiversității acestora (Bytnerowicz
et al., 2002, Bytnerowicz et al., 2003), proiecte la care România a fost invitată să participe, deţinând
4
aproape 55% din suprafaţa lanţului Carpatic. Aceste proiecte au fost coordonate şi finanţate de
Serviciul Forestier American (USDA-Forest Service) și Oficiul Regional IUFRO, iar în anul 2000
cercetările au fost localizate în Parcul Naţional Retezat, proiectul finalizându-se în anul 2002.
Rezultatele obţinute s-au referit la distribuţia spaţială a concentraţiilor ozonului şi a altor poluanţi
atmosferici, la dinamica parametrilor climatici şi a depunerilor, la starea ecosistemelor forestiere şi a
componentelor acestora (sol, vegetaţie erbacee, arborescentă, aparat foliar) (Bytnerowicz et al.,
2005). În perioada 2005-2008, ICAS, printr-un proiect similar celui realizat între anii 2000-2002 în
PN Retezat, obţinut la competiţie în cadrul Programului de Excelenţă cu referire la situl ILTER
“Parcul Natural Bucegi Piatra – Craiului”, s-au obţinut rezultate ştiinţifice remarcabile care
contribuie la dezvoltarea experienţei atât din punct de vedere metodologic (Badea, 2008) cât şi al
suportului de informaţii (Badea, 2013) în acest domeniu la nivel naţional si internaţional.
5
2. SCOPUL ȘI OBIECTIVELE CERCETĂRILOR
RESEARCH GOAL AND OBJECTIVES
Scopul principal al cercetărilor propuse constă în dezvoltarea cunoașterii privind impactul
poluării atmosferice și a altor factori de stres asupra pădurilor din Lanțul Carpatic, prin continuarea
și perfecționarea sub aspect metodologic a cercetărilor ecologice pe termen lung desfășurate în
ecosistemele forestiere din Parcul Național Retezat.
Obiectivul general al cercetărilor a fost acela de a caracteriza starea ecosistemelor forestiere
din Parcul Naţional Retezat sub aspect dendrometric şi auxologic, în strânsă corelaţie cu efectele
poluării atmosferice şi a altor factori de stres (modificări climatice, factori biotici, abiotici, etc.).
Obiectivele ştiinţifice specifice se referă în principal la:
Cunoaşterea structurii şi creșterii arboretelor cercetate din Parcul Naţional Retezat;
Analiza stării de sănătate și a creșterii arborilor și arboretelor, a biodiversității vegetației și
calității solurilor forestiere în ecosistemele forestiere din Parcul Naţional Retezat;
Caracterizarea spaţio-temporală a distribuţiei ozonului (O3), dioxidului de azot (NO2) şi
amoniacul (NH3) în Parcul Naţional Retezat;
Stabilirea influenţei calităţii aerului şi a altor factori de stres asupra stării ecosistemelor forestiere
din Parcul Naţional Retezat.
6
3. MATERIALUL ȘI METODA DE CERCETARE
RESEARCH MATERIAL AND METHOD
3.1. LOCALIZAREA CERCETĂRILOR
RESEARCH LOCATION
Începând cu anul 2003, Parcul Național Retezat a fost inclus, ca sit de cercetare ecologică pe
termen lung, în rețeaua ILTER și ulterior, în anul 2007 în rețeua LTER – Europe.
Amplasarea în teren a reţelei de cercetare (tabelul 3.1 și Fig. 3.1) s-a realizat prin identificarea
în teren a ecosistemelor forestiere reprezentative, selectate pe hartă, materializarea centrelor
suprafeţelor de cercetare (SC), a suprafețelor de probă permanente (SPP) aferente acestora şi
poziţionarea spaţială a lor cu ajutorul Sistemului de Poziţionare Globală (GPS). Suprafețele de probă
permanente sunt dispuse în cruce, pe direcţia punctelor cardinale şi în centrul SC, la o distanţă de 30
m de acesta şi în condiţii omogene de arboret (Badea et al., 2008).
Fig. 3.1 Reţeaua de cercetare din Parcul Naţional Retezat(Badea et al., 2011)
Research network placed in Retezat National Park
În anul 2009, odată cu reluarea cercetărilor de lungă durată din reţeaua amplasată în situl
LTER Retezat, cu ocazia efectuării tezei de doctorat, s-a observat faptul că, din cauza lucrărilor de
exploatare efectuate în perioada 2003-2008, arboretele din suprafeţele de cercetare Câmpuşel Neagu
şi Câmpuşel au fost exploatate în proporţie de peste 50%. Astfel, cele două SC-uri au fost
7
reamplasate în imediata apropiere a celor vechi, în arborete cu aproximativ aceiaşi compoziţie şi
vârstă şi aceleaşi caracteristici structurale.
Tabelul 3.1
Reţeaua de cercetare de lungă durată din Parcul Naţional Retezat
Long term ecological research network placed in Retezat National Park Suprafața de
cercetare
Compoziție Altitudine Expozitie Coordonate OcolulS
ilvic
Unitatea de
producţie
Unitateaame
najistică Latitudine Longitudine
Judele 10MO 1190 S 45018I 38II 22047I54II Retezat V 99C
Rotunda 6FA 3MO 1BR 1180 N 45018I 48II 22046I42II Retezat V 166E
OGA 5BR 3FA 2MO 1000 S 45019I 04II 22045I23II Retezat V 89A
Gura Zlata 8FA 2DR 800 SE 45023I 25II 22046I28II Retezat V 21A
Rausor 6MO 2FA 2DT 1195 N 45024I 52II 22050I44II Retezat I 18A
Baleia Sohodol 10MO 1300 S 45026 I 15II 23002I11II Pui V 171C
Baleia Stana 5MO 4FR 1DT 1200 NV 450 26I 34II 23002I06II Pui VI 13A
Baleia Urs 10FA 800 NV 450 27I 50II 230 03I50II Pui VI 2A
Campusel Neagu 8MO 2FA 1100 SV 45015I 37II 220 53I08II Lupeni IV 139A
Campusel 8FA 2MO 1400 E 45014I 50II 220 51I36II Lupeni IV 142A
3.2. METODOLOGIA DE CERCETARE
RESEARCH METHODOLOGY
Metodologia de lucru utilizată în cadrul cercetărilor este în concordanță cu cea adoptată în
„Manualul privind metodologia de supraveghere pe termen lung a stării ecosistemelor forestiere
aflate sub acţiunea poluării atmosferice şi modificărilor climatice” (Badea, 2008).
Suprafața de cercetare (SC) de lungă durată cuprinde 5 suprafețe de probă permanente (SPP)
de formă circulară, având fiecare o suprafață de 500 m2, amplasate în cruce pe direcția punctelor
cardinale (N, E, S, V) și în centrul SC, situate la o distanță de 30 m de acesta (în total o suprafață de
2500 m2), cât și o zonă tampon în care sunt efectuate cercetări care presupun metode distructive de
recoltare (Fig. 3.2) (Badea, 1998, Badea et al., 2008). Reţeaua de cercetare existentă alcătuită din 10
suprafețe de cercetare a fost revizuită din punct de vedere al mărimii şi formei suprafeţelor de
cercetare de lungă durată adaptate obiectivelor urmărite, în special analizei structurii arboretelor,
constituindu-se astfel suprafețe de cercetare integrată (SCI) de formă pătrată cu latura de 85.24 m.
Această formă a rezultat prin intersecția tangentelor la suprafețele de probă permanente circulare
situate pe direcțiile punctelor cardinale (N, E, S, V). (Fig. 3.2).
În anul 2010, inventarierea arborilor și arboretelor a constat în măsurarea și evaluarea
principalelor caracteristici dendrometrice ale arborilor din cuprinsul întregii SCI (diametrul de bază,
înălţimea, clasa poziţională, clasa de calitate), inclusiv măsurarea circumferinței arborilor cu ajutorul
benzilor dendrometrice cu înregistrare permanentă. De asemenea, s-au prelevat probe de creștere
radială şi s-au efectuat evaluări ale stării de sănătate şi a arborilor după defolierea coroanei
8
(UN/ECE, 2004, Neagu și Badea, 2008) inclusiv în zona tampon, mărimea suprafeţei de cercetare
integrată (SCI) fiind astfel, de 0,7 ha.
Fig. 3.2 Schema unei suprafeţe de cercetare integrată (SCI)
Design of integrated research plot (SCI)
Diametrul de bază (d1.3) al arborilor s-a măsurat în amonte, în cazul terenurilor înclinate, iar
locul de aplicare al panglicii gradate în mm, pe trunchiul arborilor s-a marcat cu vopsea printr-o linie
orizontală care, în cazul terenurilor plane s-a trasat pe faţa dinspre centru SPP-ului (Badea, 2008,
2013).
În vederea analizei răspunsului imediat al arborilor, respectiv al ecosistemelor forestiere din
situl LTER Retezat, la acțiunea cumulată a poluării atmosferice și schimbărilor climatice, în anul
2010, în 5 suprafețe de cercetare de lungă durată (SCI), în care sunt colectate depunerile
atmosferice, au fost instalate benzi permanente dendrometrice permanente pe 15 arbori din specia
principală și din clasele Kraft 1-3 din fiecare SCI, încercâdu-se acoperirea a câtor mai multe
categorii de diametre. Citirea benzilor dendrometrice a fost efectuată lunar în timpul sezonului de
vegetație (15 mai – 15 octombrie) al anilor 2010, 2011 și 2012. Pentru prelucrarea corespunzătoare a
măsurătorilor obținute cu ajutorul benzilor dendrometrice, la nivelul fiecărui arbore s-a calculat
creșterea în suprafață de bază.
Înălţimea arborilor (h) s-a măsurat cu instrumente de precizie ridicată şi anume dendrometrul
VERTEX III sau VERTEX LASER, pe categorii de diametre (la 2-3 arbori pentru fiecare categorie
de diametre), pentru speciile principale majoritare şi la toţi arborii din speciile minoritare (Badea,
2008, 2013).
Clasa poziţională a arborilor s-a stabilit după clasificarea Kraft (I-predominant, II-dominant,
III-codominant, IV – dominat şi V - deperisat), în cazul arboretelor echiene şi relativ echiene şi în
Zona
tampon
9
raport cu etajul (I-superior, II-mijlociu şi III-inferior), în cazul arboretelor pluriene şi relativ pluriene
(Badea, 2008, 2013).
Clasa de calitate s-a apreciat în raport cu proporţia lemnului de lucru din înălţimea totală a
arborelui, în funcţie de grupa de specii (răşinoase sau foioase) (Giurgiu, 1979).
Starea de sănătate a arborilor (defolierea coroanelor) s-a evaluat vizual în lunile iulie-august
ale fiecărui an din perioada de cercetare (2009-2012). Toţi arborii din cuprinsul SPP-urilor aferente
suprafeţelor de cercetare (SC) de lungă durată situaţi în clasa I, II şi III Kraft (predominant,
dominant şi codominant) au fost evaluaţi în concordanţă cu metodologia cuprinsă în Manualul ICP –
Forests (Neagu și Badea, 2008, Eichhorn et al., 2010) (tabelul 3.2). De asemenea, în anii 2010 și
2011, defolierea coroanelor a fost evaluată la nivelul întregii suprafețe de cercetare integrată
(inclusiv în zona tampon).
Tabelul 3.2
Clasificarea arborilor în raport cu procentul de defoliere a coroanei (Popescu și Badea, 2013)
Tree clasification in relation to crown defoliation percentage
Clasa Gradul de vătămare Procentul de defoliere
(frunze/ace)
0 Arbore sănătos 0 – 10 %
1 Arbore slab vătămat 11 – 25 %
2 Arbore moderat vătămat 26 – 60 %
3 Arbore puternic vătămat peste 60 %
4 Arbore mort 100%
Studiile asupra biodiversităţii au fost efectuate utilizând metoda Brown-Blanquet. Această
metodă constă în inventarieri ale vegetaţiei pe straturi verticale (A – arbori, B – arbuşti şi subarbuşti,
C – ierburi, D - muşchi) (Badea et al., 2008). Cercetarea vegetaţiei din cuprinsul SC-urilor a fost
efectuată după principiile şcolii fitocenologice Central-Europene a lui Braun-Blanquet, utilizând
următoarea scara de abundenţă-dominanţă (+: <1%; 1: 1-5%; 2a: 6-15%; 2b: 16-25%; 3: 26-50%; 4:
51-75%; 5: 76-100%). Denumirile ştiinţifice ale speciilor au urmat nomenclatura, actualmente
valabilă, din versiunea digitală a Florei Europaea (http://rbg-web2.rbge.org.uk/FE/fe.html). Ca
referinţe pentru încadrarea tipologică s-a folosit bibliografie specifică pentru tipurile de stațiuni
(Târziu, 2006), tipurile de pădure (Paschovschi și Leandru, 1958), asociaţiile vegetale și încadrarea
în cenosistem (Sanda et al., 2001) și tipurile de ecosisteme și habitate (Doniță et al., 1990, Doniță et
al., 2005).
În vederea analizei stării solurilor forestiere, în anul 2011 au fost prelevate probe de sol care
apoi au fost analizate conform metodologiei si metodelor de analiză specifice (Gemabașu și
Dănescu, 2008).
10
În apropierea suprafeţelor de cercetare integrate, în zona de maximă altitudine a locului şi de
maximă expunere la impactul cu masele de aer care circulă predominant pe direcţia E-V, evitându-
se locurile expuse la vânturi puternice, s-au ales locaţiile destinate expunerii filtrelor pasive de O3,
NO2 şi NH3 (Ogawa&Co), pentru măsurarea concentraţiilor poluanţilor respectivi. Aceste locaţii
sunt constituite, de obicei, din arbori situaţi la liziera pădurii, la o distanţă de cel puţin două înălţimi
ale celui mai înalt arbore, în vecinătatea căreia să fie o suprafaţă considerabil de mare de teren
descoperit, care să faciliteze intensificarea circulaţiei maselor de aer (Bytnerowicz et al., 2008).
Expunerea filtrelor pasive s-a efectuat în fiecare an al perioadei de cercetare (2009-2012), în timpul
sezonului de vegetație (15 mai – 15 octombrie), cu o periodicitate de o lună (Bytnerowicz et al.,
2008).
Depunerile uscate şi umede (sub coronamentul arboretelor şi în teren descoperit) s-au colectat
în perioada 2009-2012 în cinci suprafeţe de cercetare integrate (Judele, Gura Zlata, Baleia Sohodol,
Baleia Stână, Câmpuşel. În fiecare SCI s-au amplasat câte 8 colectori dispuşi câte 4 pe curba de
nivel în zona tampon, în amonte şi în aval de centrul acesteia (Barbu și Iacoban, 2008).
Probele colectate, atât pentru depunerile atmosferice cât şi pentru soluţia solului s-au recoltat
lunar şi s-au analizat în cadrul laboratorului de chimie din cadrul Staţiunii ICAS Câmpulung
Moldovenesc. De asemenea metodologia de lucru în teren respectiv, metodele de analiză chimică
sunt adoptate şi aplicate conform manualului metodologic (Barbu și Iacoban, 2008).
Datele de teren privind starea de sănătate a coroanelor arborilor, cele obținute prin
inventarierea arborilor, valorile concentrațiilor agenților poluanți și a elementelor de caracterizare a
solurilor forestiere, determinate în urma analizei chimice a probelor de teren, au fost înregistrate și
prelucrate inițial cu ajutorul programului Microsoft Excel. În continuare, prelucrarea statistică a
datelor s-a realizat utilizând programe specializate (SPSS 16.0, SYSTAT, EasyFit, R). In cadrul
acestor cercetări au fost folosite procedee de analiză statistică, cum ar fi: testul t, testul F, analiza
simpla de varianță, corelația simplă, regresia liniară, regresia multiplă (Giurgiu, 1972), analiza
componentelor principale.
Prelucrarea informațiilor privind starea de sănătate a arborilor s-a realizat utilizând programul
SPSS. În cadrul analizei au fost considerați doar arborii din clasele poziționale I, II și III Kraft.
Încadrarea arborilor pe grupe și clase de defoliere a fost efectuată atât pe specii cât și pe numărul
total de arbori, atât la nivelul fiecărei SCI, cât și la nivelul întregii rețele.
Informaţiile de teren obţinute cu ocazia lucrărilor de inventariere a arborilor din cuprinsul
suprafeţelor de probă aferente fiecărei suprafeţe de cercetare de lungă durată, dar şi din zona tampon
11
a SCI, au fost validate si prelucrate utilizând aplicațiile specifice de prelucrare statistică SPSS,
SYSTAT, EasyFit, R.
În urma inventarierii arborilor în teren și pe baza informațiilor obținute în urma inventarierii
arborilor în anul 2000, a fost determinată creșterea în volum a arboretelor în care sunt amplasate
suprafețele de cercetare din cadrul rețelei de cercetare de lungă durată din situl LTER Retezat,
utilizându-se procedeul inventarierilor succesive(Giurgiu, 1979; Leahu, 1994).
Pentru stabilirea procentului pierderilor de creştere pe unitatea de suprafaţă (Δiv%), datorate
vătămării arborilor, s-a stabilit mai întâi creşterea în volum a colectivităţii de arbori prezenţi şi
viabili în decursul perioadei (la ambele inventarieri), stratificată pe grupe de clase de defoliere (Iv0-
1şi Iv2-3), după starea coroanelor înregistrată la începutul perioadei (2000).
Iv0-1 = VB(0-1) – VA (0-1) (3.1)
Iv2-3 = VB(2-3) – VA (2-3) (3.2)
unde:VB(0-1),VA (0-1) reprezintă volumele la hectar ale arborilor încadraţi în anul 2000 în grupa
arborilor practic sănătoşi (clasele de defoliere 0-1);
VB(2-3),VA (2-3) - volumele la hectar ale arborilor încadraţi în anul 2000 în grupa arborilor
vătămaţi (clasele de defoliere 2-3).
Pierderile procentuale de creştere (Badea et al., 2008) s-au determinat cu următoarea relaţie:
(3.3)
Analiza structurii arboretelor studiate s-a realizat folosind metode de modelare statistică.
Distibuțiile experimentale ale principalelor carcteristicibiometrice ale arborilor au fost analizate cu
ajutorul funcțiilor de distribuție teoretice corespunzătoare. Astfel, pentru analiza repartiţiei arborilor
în raport cu diametrul de bază, s-au utilizat diferite funcții de distribuție teoretice (normală, Beta,
Weibull, Exponențială). Testarea semnificației diferențelor dintre distribuțiile experimentale și cele
teoretice s-a realizat utilizând testele statistice Kolmogorov – Smirnov (KS), Anderson – Darling
(AD) și criteriul χ2.
Pentru determinarea diversității stratului arborescent și a diversității structurale a acestuia, au
fost calculați o serie de indici și coeficienți de caracterizare a biodiversității:
Indicele de diversitate Shannon (H’) (Shannon, 1948):
∑ (3.4)
12
unde:pi reprezintă abundența relativă a speciei/categoriei de diametre i, putând fi calculată ca
proporție din numărul total de specii/categorii de diametre, acoperire sau proporție din suprafața de
bază totală
S - numărul total de specii/categorii de diametre/suprafață de bază totală
Indicele de uniformitate Shannon (ESH):
⁄ (3.5)
Indicele de diversitate Simpson (DSI) (Simpson, 1949):
∑
(3.6)
Indicele de diversitate McIntosh (DMI) (McIntosh, 1967):
√∑
√ (3.7)
unde:BA reprezintă suprafața de bază totală (m2 ha
-1)
bai - suprafața de bază aferentă arborilor cu diametrul de bază în clasa de diametre i
Indicele de uniformitate McIntosh (EMI):
√∑
√ (3.8)
Indicele de diversitate Berger-Parker (DBP) (Berger și Parker, 1970):
(3.9)
Indicele de diversitate Margalef (DMg) (Clifford și Stephenson, 1975):
(3.10)
Coeficientul Gini (G) (Gini, 1912):
∑
∑
(3.11)
unde: j - reprezintă poziția unui arbore aranjați în ordine crescătoare de la 1 la n;
n - numărul total de arbori
baj - suprafața de bază aferentă arborelui din poziția j (m2 ha
-1)
Valorile concentrațiilor lunare de ozon obținute prin analiza filtrelor pasive au fost modelate
pentru determinarea profilului orar al acestora, utilizând funcția Loibl (Loibl et al., 1994, Loibl și
Smidt, 1996):
(
) (3.12)
13
unde: hr (x,y) reprezintă diferența de nivel înre altitudinea puctului de coordonate (x,y) și atitudinea
minimă pe o rază de 5 km;
t - ora din timpul zilei;
a1, a2, a3, a4 și b1, b2, b3, b4, b5, b6– coeficienți obținuți în urma regresiei multiple.
AOT40 [exprimat în (μg/m3) ore] reprezintă suma diferenţelor dintre concentraţiile orare mai
mari decât 80 μg/m3 (= 40 ppb) si 80 μg/m
3 în timpul unei perioade date, folosind doar valorile pe 1
h măsurate zilnic între 8:00 si 20:00, ora Europei Centrale (CET).
În vederea determinării tendințelor temporale de creștere / descreștere a diferiți indicatori ai
stării ecosistemelor și parametrii cercetați, au fost folosite testul statistic Mann-Kendall (Gilbert,
1987) și regresia Theil-Sen (Gilbert, 1987, Hollander și Wolfe, 1999).
Influența diferiților factori de stres asupra principalilor indicatori ai stării ecosistemelor
forestiere s-a determinat prin procedeul regresiei multiple și prin analiza componentelor principale
(PCA) care reprezintă o tehnică de reducere a variabilelor independente, astfel maximizându-se
varianța explicată a variabilei dependente prin gruparea acestora în componente principale (Jolliffe,
2002).
14
4. REZULTATE OBȚINUTE RESULTS
4.1. ANALIZA STRUCTURII ARBORETELOR
STAND STRUCTURE ANALYSIS
4.1.1. Structura arboretelor în raport cu diametrul arborilor
Stand structure based on tree DBH
Pentru caracterizarea structurii arboretelor din cadrul rețelei de cercetare de lungă durată
amplasată în Parcul Național Retezat, în anul 2010 s-au efectuat inventarieri în suprafețe de
cercetare integrate (SCI), obținute prin extinderea celor existente (SC), cu luarea în considerare a
zonei tampon aferente acestora. Numărul mult prea redus de arbori inventariat în cuprinsul
suprafețelor de probă permanente circulare (SPP) din componența SC-urilor (tabelul 4.1) nu asigură
surprinderea legităților structurale ale arboretelor cercetate, în raport cu diferite caracteristici
dendrometrice, adoptarea unor suprafețe de cercetare integrate (SCI) fiind absolut necesară, numărul
arborilor astfel inventariați ajungând de 2-3 ori mai mare (tabelul 4.1).
Din punct de vedere al variabilității diametrelor exprimată prin coeficienții de variație ai
acestora, s-a constatat că cele două colectivități din cuprinsul SC și respectiv din SCI nu se
deosebesc semnificativ (cu excepția Gura Zlata), ceea ce întărește ipoteza potrivit căreia SC
reprezintă o subcolectivitate a SCI și deci, volumul colectivității (numărul de arbori) suficient
dimensionat joacă un rol esențial în caracterizarea structurii acestora.
Tabelul 4.1
Principalii indicatori statistici ai distribuţiilor experimentale și testarea omogenității varianțelor distribuțiilor
experimentale corespunzătoare SC-urilor și SCI-urilor
Main statistical indicators of experimental distribution and variance omogenity test between SC and SCI SC/SCI Suprafața de cercetare Suprafața de cercetare integrată Testarea omogenității SC și
SCI
Nmas s2 s% Nmas s
2 s% Fexp f1 f2 Fteor
Judele 139 32.4 338.6 57 284 35.3 295.8 49 1.14 138 283 1.27
Rotunda 55 45.1 519.8 51 140 44.4 479.6 49 1.08 54 139 1.78
OGA 98 35.8 412.1 57 226 38.5 364.8 50 1.13 97 225 1.57
Gura Zlata 170 20.1 219.0 74 333 18.0 151.3 68 1.45 169 332 1.24
Râușor 157 18.4 68.9 45 363 18.9 75.7 46 1.10 362 156 1.26
Baleia Sohodol 229 23.4 49.0 30 623 21.8 50.4 32 1.03 622 228 1.68
Baleia Stână 182 27.1 108.2 38 369 27.6 106.1 37 1.02 181 368 1.23
Câmpușel Neagu 98 36.0 262.4 45 183 36.6 285.6 46 1.09 182 97 1.32
Câmpușel 224 25.3 90.3 37 656 22.5 100.0 44 1.11 655 223 1.24
15
În urma obținerii distribuțiilor experimentale ale numărului de arbori pe categorii de diametre,
s-a procedat la ajustarea acestora după funcțiile de frecvență Weibull, Beta, Normală sau
Exponențială (Fig. 4.1).
Analizând arboretele cercetate din punct de vedere al repartiției numărului de arbori pe
categorii de diametre și aplicând funcțiile teoretice de frecvență prezentate (Weibull, Beta, Normală,
Exponențială) în scopul ajustării distribuțiilor experimentale obținute, se poate constata faptul că se
întâlnesc următoarele situații (Fig. 4.1): i) curbele de ajustare sunt specifice arboretelor echiene și
relativ echiene (SCI Judele, OGA, Râușor, Baleia Șohodol, Baleia Stână, Câmpușel Neagu,
Câmpușel) caracterizate de funcțiile teoretice de frecvență Normală, Weibull 3P și Beta (în cazul
ultimelor două parametrii de formă având valori specifice pentru curbe unimodale cu asimetrie
pozitivă – tabelul 4.2); ii) curbele de ajustare sunt specifice arboretelor pluriene și relativ pluriene
(SCI Gura Zlata) caracterizate prin funcțiile teoretice de frecvență exponențială și Weibull 3P
(tabelul 4.2); iii) curbele teoretice de frecvență se abat foarte mult de la distribuțiile (repartițiile)
experimentale, acestea din urmă reflectând o structură intermediară, nespecifică, cauzată de apariția
unor fenomene naturale (doborâturi și rupturi produse de vânt și de zăpadă – SC Rotunda). Chiar și
în acest caz, mărind suprafața de cercetare, și deci numărul de arbori inventariați, ajustarea
distribuției experimentale poate fi realizată aplicând funcțiile teoretice de frecvență Beta, Weibull 3P
și Normală (Fig. 4.1 d).
Tabelul 4.2
Parametri funcțiilor teoretice adoptate
Parameters of teoretical probability functions Suprafața de
cercetare integrată
Weibull 3P Beta Normală Exponențială
α β γ α1 α2 a b σ μ λ γ
Judele 1.6 0.8 0.2 1.3 3.0 0.2 2.5 0.4 0.9
Rotunda 1.8 0.9 0.1 1.2 2.1 0.2 2.1 0.4 0.9
OGA 1.9 0.9 0.1 1.3 2.4 0.1 2.2 0.4 0.9
Gura Zlata 1.0 17.5 5.1 0.1 5.1
Râușor 1.3 12.4 7.5 1.2 4.7 8 48
Baleia Șohodol 3.0 20.3 5.9 11.2 27.7 7 46 6.5 24.0
Baleia Stână 2.2 24.2 6.2 2.6 5.1 8 58 10.3 27.7
Câmpușel Neagu 2.1 38.6 2.4 4.6 37.2 4 88 16.9 36.6
Câmpușel 2.1 19.8 6.6 2.3 4.4 7 51
16
a b
c d
e f
Fig. 4.1 Ajustarea unor distribuţii experimentale ale numărului de arbori în raport cu diametrul de bază (d1.3)
pentru SC-urile și SCI-urile din Parcul Naţional Retezat (a-f)
Fitting of experimental DBH distributions for each SC and SCI placed in Retezat National Park (a-f)
Compararea distribuțiilor experimentale cu cele teoretice obținute prin aplicarea funcțiilor
teoretice de frecvență a fost realizată cu ajutorul testelor de verificare χ2, Anderson – Darling (AD)
și Kolmogorov – Smirnov (KS), pentru fiecare suprafață de cercetare (SC) și suprafață de cercetare
integrată (SCI) (tabelul 4.3). În urma aplicării acestor teste de verificare, s-a constatat că funcția
17
teoretică de frecvență Weibull 3P s-a dovedit cea mai potrivită, urmată de funcția Beta și normală.
Ținând cont de exigențele testelor de verificare, s-a constatat că, prin aplicarea testului χ2, care poate
fi cosiderat cel mai riguros dintre ele (Babu și Rao, 2004), cea mai potrivită s-a dovedit funcția
Weibull 3P, iar prin aplicarea testellor AD și KS, funcțiile Weibull 3P și Beta.
Comparând nivelul de ajustare al distribuțiilor experimentale caracteristice suprafețelor de
cercetare existente (SC) și a celor integrate (SCI) adoptate în cadrul lucrărilor de cercetare pentru
elaborarea tezei de doctorat, s-a constatat că funcția teoretică de frecvență Weibull 3P s-a dovedit
cea mai potrivită utilizând toate cele trei teste de verificare (tabelul 4.3). Cu toate că, în mod aparent,
este posibilă ajustarea distribuțiilor experimentale al numărului de arbori pe categorii de diametre în
SC-uri, relevanţa rigorii (fiabilitatea, încrederea) testelor de verificare este relativ redusă datorită
numărului mic de arbori (Babu și Rao, 2004). Ajustarea distribuțiilor experimentale pe baza unui
număr redus de cazuri nu perimte ca statisticile corespunzătoare testelor de comparare a
distribuțiilor (χ2, AD și KS) să ia valori relevante pentru a evidenția diferențele dintre aceste
distribuții, deci numărul valorilor experimentale nu este suficient de mare. Se poate, deci,
concluziona că mărimea suprafețelor de cercetare integrată (SCI) de 0.7 ha adoptată poate fi
considerată o valoare minimă pentru caracterizarea structurii arboretelor, aceasta oferind un număr
minim necesar de măsurători (număr de arbori inventariați) capabil să caracterizeze structura.
În vederea comparării preciziei de ajustarea distribuțiilor experimentale ale numărului de
arbori pe categorii de diametre la nivelul SC și SCI, au fost calculate următoarele erori de ajustare
(Reynolds et al., 1988), exprimate prin:
- Indicele de ajustare (ed) reprezintă gradul de apropiere al valorilor teoretice față de valorile
experimentale, calculându-se cu ajutorul formulei:
∑ | | (4.1)
unde: nc reprezintă numărul de categorii de diametre;
nc – numărul de arbori măsurat din categoria de diametre c;
– numărul de arbori ajustat din categoria de diametre c.
- Eroarea medie pătratică (EMP):
√∑
(4.2)
Erorile de ajustare au fost calculate în funcție de mărimea suprafeței de cercetare, iar pentru
comparareau fost exprimate la mărimea suprafeței de 1 ha.
18
Tabelul 4.3
Valorile experimentale*,** ale statisticilor specifice testelor de verificare a ajustării distribuțiilor experimentale cu diferite funcții teoretice de
frecvență (doar valori nesemnificative)
Experimetal values of goodness-of-fit tests for fitting experimental DBH distributions with different teoretical probability functions (only non-
significant values) Locația SC/
SCI
Testul Kolmogorov Smirmov (D) Testul Anderson Darling(A) Criteriulχ2 (χ2)
Beta Normal Weibull 3P Exponențiala Beta Normal Weibull 3P Exponențiala Beta Normal Weibull 3P Exponențiala
Judele SC 0.59 0.11 0.06 2.70 0.52 13.23 6.25
SCI 0.06 0.06 0.06 1.06 1.79 1.47 12.83 11.82 10.73
Rotunda SC 0.09 0.12 0.12 1.08 1.87 1.03 0.49 3.32 5.62
SCI 0.06 0.11 0.09 0.40 1.21 0.77 2.02 9.89 7.76
OGA SC 0.12 0.14 0.11 0.48 0.52 2.98 1.13
SCI 0.06 0.11 0.06 0.36 0.96 0.32 5.57 4.87 5.35
Gura Zlata SC 0.05 0.04 0.53 3.35
SCI 0.05 0.04 1.50 1.15 25.78
Râușor SC 0.06 0.06 0.10 0.31 0.32 3.95 7.82 2.52
SCI 0.04 0.05 0.52 0.80 8.23 10.97
Baleia Șohodol SC 0.04 0.05 0.05 0.42 0.82 0.49 7.85 10.31 8.08
SCI 0.02 0.03 0.03 0.42 1.30 0.73 9.89 13.57
Baleia Stână SC 0.04 0.06 0.03 0.30 0.71 0.24 2.55 4.04 1.37
SCI 0.03 0.05 0.03 0.37 1.24 0.30 8.33 5.13 8.52
Câmpușel
Neagu
SC 0.06 0.09 0.06 0.51 0.78 0.60 2.75 6.26 2.39
SCI 0.03 0.07 0.04 0.19 1.45 0.36 2.26 3.77 1.14
Câmpușel SC 0.05 0.06 0.05 0.35 0.96 0.79 1.96 6.56 3.38
SCI 0.03 0.07 0.03 0.43 3.97 0.91 20.13 33.63 22.85
* Doar valorile statisticilor în cazul în care nu există diferențe semnificative o probabilitate de transgresiune de α=1%
** Italic - probabilitate de transgresiune de α=5 %
19
Prin ajustarea distribuțiilor experimentale cu funcțiile teoretice de frecvență adoptate
(tabelul 4.4), s-a constatat că indicii erorii de ajustare (gradul de apropiere al valorilor teoretice
față de valorile experimentale) la nivelul suprafaței de cercetare integrată, s-au redus în medie
față de cei rezultați pentru SC cu 55% în cazul funcției Beta, 45% pentru funcția Weibull 3P,
37% pentru funcția Normală și 7% pentru funcția exponențială prin utilizarea colectivității de
arbori inclusă în SCI (tabelul 4.4). Așadar, se poate afirma faptul că adoptarea formei și mărimii
SCI-ului, în cadrul cercetărilor, se justifică din punct de vedere statistic, pentru caracterizarea
structurii arboretelor studiate.
Tabelul 4.4
Creșterea procentuală a gradului de apropiere al valorilor teoretice față de valorile experimentale în urma
adoptării suprafeței de cercetare integrată
Procentual increase of Reynolds error index following the adoption of integrated research plot Locația Weibull 3P Beta Normal Exponențiala
Judele 12 48 42
Rotunda 58 51 50
OGA 30 34 32
Gura Zlata 3 7
Râușor 131 106
Baleia Șohodol 16 58 19
Baleia Stână 59 58 45
Câmpușel Neagu 41 40 31
Câmpușel 56 41
În mod analog, această ipoteză este confirmată și de luarea în considerare a erorii medii
pătratice, care variază în cazul SC-urilor de la 3.8 la 40.4 față de 2.0-22.7 în cazul SCI-urilor
pentru funcția Beta, de la 4.6 – 13.6 față de 2.2- 10 pentru funcția normală, 4.7-13.1 față de 2.1-
10.1 pentru funcția Weibull 3P, iar pentru funcția exponențială, aceasta are valoarea de 7 pentru
SC Gura Zlata față de 4.3 pentru SCI Gura Zlata (tabelul 4.5). În toate cazurile, eroarea medie
pătratică se reduce în cazul SCI-urilor față de SC-uri, în medie de 2 ori.
20
Tabelul 4.5
Eroarea medie pătratică de ajustare a distribuțiilor experimentale cu diferite funcții teoretice de frecvență,
atât la nivelul SC, cât și SCI
Squared mean fitting error for different teoretical probability functions, at SC and SCI level Locația SC/SCI Weibull 3P Beta Normală Exponențiala
Judele SC 7.7 10.6 9.7
SCI 4.3 4.1 4.5
Rotunda SC 4.7 3.8 4.6
SCI 2.1 2.0 2.2
OGA SC 6.9 7.4 7.3
SCI 3.4 3.4 3.7
Gura Zlata SC 7.1 7.0
SCI 4.6 4.3
Râușor SC 12.3 40.4
SCI 3.3 11.5
Baleia Șohodol SC 12.0 22.7 13.6
SCI 8.9 11.2 10.0
Baleia Stână SC 6.8 7.0 7.0
SCI 3.3 3.3 3.6
Câmpușel Neagu SC 6.5 6.4 6.3
SCI 2.9 2.9 3.1
Câmpușel SC 13.6 12.5
SCI 10.1 9.3
4.1.2. Relația diametru-înălțime
Diameter-height relationship
În vederea determinăriivolumelor arborilor din SC/SCI-urile din rețeaua de cercetare de
lungă durată din PN Retezat, s-a procedat la stabilirea relației dintre diametre și înălțimi. În
cadrul lucrărilor de teren, diametrul de bază a fost măsurat pentru fiecare arbore existent în
cuprinsul SCI-urilor, iar înălţimile au fost măsurate la o colectivitate restrânsă de arbori,
reprezentativă pentru arboret şi speciile principale din cadrul acestuia. Astfel, pentru fiecare
categorie de diametre s-au măsurat înălţimi la 2-3 arbori, permiţând astfel, realizarea curbei
înălţimilor pentru specia principală din cadrul SCI, cu ajutorul ecuaţiei de regresie (Giurgiu et
al., 2004):
(4.3)
unde:
a0, a1, a2, reprezintă coeficienţii de regresie determinați pe baza măsurătorilor
d – diametrul arborelui;
Cu ajutorul ecuaţiilor de regresie (tabelul 4.6) stabilite pentru specia principală a
fiecărei SCI, s-au determinat înălţimile compensate în raport cu diametrul arborilor componenţi
(exemplu în Fig. 4.2).
21
Tabelul 4.6
Coeficienții ecuației de regresie diametru-înățime
Diameter-height regression coefficients SCI Specia a0 a1 a2
Judele MO 3.871 -10.147 -0.844
Rotunda FA 3.655 -37.013 -1.288
MO 5.306 -9.709 -4.419
OGA FA 3.803 -11.403 -0.895
MO 4.047 -26.509 -1.032
Gura Zlata FA 3.978 -6.258 -0.681
Râușor FA 3.134 -8.731 -1.246
MO 3.579 -17.084 -1.104
Baleia Șohodol MO 4.642 -4.883 -0.355
Baleia Stână FR 3.920 -6.324 -0.622
MO 1.254 0.219 0.615
Câmpușel Neagu MO 3.741 -39.272 -1.292
Câmpușel FA 3.433 -17.196 -1.299
a b
Fig. 4.2 Curba înălțimilor determinată pentru: (a) SCI Câmpușel – fag și (b) SCI Câmpușel Neagu –
molid
Height curve for (a) SCI Gura Zlata – beech and (b) SCI Câmpușel Neagu - spruce
22
4.2. STAREA DE SĂNĂTATE A ARBORILOR ȘI ARBORETELOR
FOREST HEALTH STATUS
În perioada 2009-2012, starea de sănătate a pădurilor din cuprinsul reţelei de cercetare de
lungă durată situate în Parcul Naţional Retezat, evaluată în suprafețele de cercetare, s-a menţinut
aproximativ la același nivel de intensitate, pădurile fiind clasificate ca moderat vătămate, valorile
procentului arborilor vătămați (clasele de defoliere 2-4) fiind situat între 11% și 20%. Pentru
toate speciile, s-a observat o uşoară deteriorare a stării de sănătate de-a lungul perioadei de
cercetare, procentul arborilor vătămaţi (clasele de defoliere 2-4) fiind de 12,1% în anul 2009,
14,6% în 2010, 15,3% în anul 2011 și 15% în anul 2012 (tabelul 4.7). Răşinoasele s-au dovedit
mai afectate decât foioasele, înregistrând o deteriorare evidentă de la 9,7% în anul 2009 la 18,1%
în anul 2010, la 19,3% în anul 2011 și 18,4% în anul 2012, în timp ce foioasele prezintă o
ameliorare de la 13,9% în anul 2009 la 10,4% în anul 2010, la 10,5% în anul 2011, situaţia
menţinându-se la aproximativ acelaşi nivel şi în anul 2012 (11,7%) (Fig. 4.3). Şi la nivel
individual, molidul respectiv, fagul a înregistrat o creştere a proporţiei arborilor vătămaţi în
perioada 2009-2012, de la 12,9% în anul 2009 la 18,3% în anul 2010, respectiv la 19,2% în anul
2011, procentul arborilor vătămați reducându-se la 18,6% în anul 2012 pentru molid şi de la
8,0% în anul 2009 la 8,6% și 8,7% în anul 2010 și respectiv, 2011, față de 10,9% în anul 2012
pentru fag. Pe straturi altitudinale s-a observat o creştere a intensităţii procesului de vătămare
pentru arboretele situate la altitudini cuprinse între 1201-1400 m, de la 9,0% în anul 2009 la
20,8% în anul 2011 și 21,5% în anul 2010, procentul arborilor vătămați reducându-se la 17,1% în
anul 2012. Pentru arboretele situate la altitudini mai mici de 1200 m, starea de sănătate a rămas
aproximativ aceeași (Fig. 4.4).
Faţă de rezultatele obţinute în perioada 2000-2002 (Bytnerowicz et al., 2005), se poate
afirma faptul că la nivelul perioadei 2009-2012, starea de sănătate a pădurilor din Parcul
Naţional Retezat s-a menţinut aproximativ aceeași, atât pentru toate speciile, cât şi pentru fiecare
specie în parte (tabelul 4.7).
În cadrul suprafeţelor de cercetare (SC) intensitatea vătămării arborilor a înregistrat variaţii
relativ uniforme în anii 2009-2012. Astfel, se observă faptul că în suprafețele de cercetare în care
specia principală este reprezentată de fag, procentul arborilor vătămați (clasele de defoliere 2-4)
s-a diminuat sau a rămas la un nivel relativ scăzut, diferențe semnificative între proporția
arborilor vătămați în anul 2010 față de anul precedent înregistrându-se în SC Rotunda (4,9% în
2010 față de 22,5% în anul 2009). În anul 2011 procentul arborilor vătămați a crescut din nou la
10%, în anul 2012 acesta menținându-se la aceeași valoare (10%). În arboretele unde specia
principală este reprezentată de molid, s-a observat o deteriorare a stării de sănătate a arborilor, în
23
special în SC Baleia Șohodol (9,2% în anul 2009, 24,8% în anul 2010, 23,3% în anul 2011 și
18,6% în anul 2012) și în SC OGA (7,4% în anul 2009, 10,8% în anul 2010, 21,5% în anul 2011
și 23,1% în anul 2012). Aceste diferenţe se explică prin faptul că arbori care în anul 2009 se
aflau la limita inferioară a grupei arborilor vătămaţi (clasele de defoliere 2-4) au migrat în anul
2010 spre limita superioară a grupei arborilor practic sănătoşi (clasele de defoliere 0-1) în cazul
SC Rotunda, şi invers, în cazul SC Baleia Şohodol. De asemenea, numărul mic de arbori poate
influenţa reducerea sau creşterea semnificativă a proporţiei de arbori vătămaţi (SC OGA). La
nivelul perioadei 2000-2012, în cadrul suprafeţelor de cercetare de lungă durată s-a observat o
variaţie neuniformă a intensităţii vătămării arborilor, pe fondul ameliorării generale a stării
acestora la nivelul întregii reţele de cercetare (tabelul 4.7).
Tabelul 4.7
Defolierea (în %) arborilor pentru toate speciile din cuprinsul SC amplasate în ParculNaţional Retezat
pe grupe de clase de defoliere în perioada anilor 2000-2002 şi 2009-2012
Proportion of healthy trees (defoliation classes 0–1) and damaged trees (defoliation classes 2–4) for
all species in the research plots (SC) placed in Retezat National Park SC Procentul de defoliere
2000 2001 2002 2009 2010 2011 2012
0-1 2-4 0-1 2-4 0-1 2-4 0-1 2-4 0-1 2-4 0-1 2-4 0-1 2-4
Judele 97,1 2,9 85,7 14,3 88,0 12,0 84,3 15,7 86,4 13,6 81.4 18.6 79.2 20.8
Rotunda 100,0 0,0 70,5 29,5 86,4 13,6 77,5 22,5 95,1 4,9 90 10 90 10
OGA 95,2 4,8 75,9 24,1 75,3 24,7 92,6 7,4 89,2 10,8 78.5 21.5 76.9 23.1
Gura Zlata 100,0 0,0 70,3 29,7 96,5 3,5 100,0 0,0 96,2 3,8 92.3 7.7 93.7 6.3
Râuşor 93,8 6,2 91,0 9,0 85,0 15,0 91,6 8,4 92,5 7,5 93.6 6.4 87.9 12.1
Baleia
Şohodol 76,2 23,8 81,9 18,1 79,6 20,4 90,8 9,2 75,2 24,8 76.7 23.3 81.4 18.6
Baleia Stână 88,0 12,0 95,8 4,2 84,9 15,1 79,0 21,0 81,8 18,2 82.5 17.5 84.7 15.3
Baleia Urs 96,4 3,6 96,5 3,5 93,6 6,4 91,3 8,7 93,0 7,0 97.2 2.8 95.8 4.2
Câmpuşel
Neagu 97,4 2,6 92,3 7,7 93,7 6,3 74,3 25,7 74,5 25,5 76.1 23.9 78.3 21.7
Câmpuşel 96,1 3,9 90,0 10,0 87,0 13,0 91,7 8,3 89,7 10,3 93.2 6.8 88.6 11.4
TOTAL 90,9 9,1 86,1 13,9 83,9 16,1 87,9 12,1 85,4 14,6 84.7 15.3 85 15
24
Fig. 4.3 Defolierea (%) arborilor din cuprinsulParculuiNaţionalRetezatpentruprincipalelespeciişigrupe de
specii, pegrupe de clase de defoliere (0-1 şi 2-4), în perioadele 2000-2002 şi 2009-2012
Proportion of healthy trees (defoliation classes 0–1) and damaged trees (defoliation classes 2–4) per
species / groups of species in Retezat National Park, during 2000-2002 and 2009-2012 periods
Fig. 4.4 Defolierea (%) arborilor din cuprinsulParculuiNaţionalRetezatpentrutoatespeciile,
pegrupe de clase de defoliere (0-1 şi 2-4) şistraturialtitudinale, înperioadaanilor 2009- 2012
Proportion of healthy trees (defoliation classes 0–1) and damaged trees (defoliation classes 2–4) per
altitude strata in Retezat National Park, during 2009-2012 period
25
Ameliorarea ușoară a stării de sănătate la nivelul arboretelor situate în cadrul rețelei de
cercetare de lungă durată se datorează în principal, raporturilor de competiţie puternice existente
între arborii componenţi, o mare parte dintre cei debilitaţi în anul 2002 migrând în clasele Kraft
inferioare (IV şi V), vigoarea şi stabilitatea acestor arborete fiind mai ridicate. Înrăutăţirea stării
de sănătate în arboretele mai sus menţionate (SC Baleia Șohodol și OGA) în perioada 2002-
2012, poate fi explicată prin intensificarea atacurilor de insecte defoliatoare şi a gândacilor de
scoarţă (în special la răşinoase) în perioada 2010-2011, degradarea în timp a acestora fiind
cauzată de existenţa unor doborâturi produse de vânt, de clasa de producţie mijlociu-inferioară şi
de asemenea de intensificarea procesului de defoliere fiziologică la unele specii de foioase de
amestec şi de ajutor, care pe fondul unor condiţii climatice nefavorabile, în principal excesul
termic şi seceta, au înregistrat în perioada 2010 - 2012 o stare a coroanelor necorespunzătoare.
În vederea unei mai bune estimări a stării de sănătate a arboretelor cercetate în cadrul tezei
de doctorat, în anii 2010 şi 2011, defolierea coroanelor arborilor a fost evaluată la toți arborii din
suprafaţa de cercetare integrată (suprafața de cercetare existentă constituită numai din SPP-uri
completată cu zona tampon dintre acestea - SCI) (tabelul 4.8). Proporţiile arborilor vătămaţi
înregistrate în SC-uri şi la nivelul întregii SCI au fost comparate utilizând testul t. Rezultatele
aplicării testului t (tabelul 4.9) arată că nu există diferențe semnificative între procentele
arborilor vătămați și anume între valorile înregistrate SC-uri și cele înregistrate în SCI-uri.
Tabelul 4.8
Defolierea (în %) arborilor pentru toate speciile din cuprinsul SCI amplasate în ParculNaţional Retezat
pe grupe de clase de defoliere în perioada anilor 2010-2011
Proportion of healthy trees (defoliation classes 0–1) and damaged trees (defoliation classes 2–4) for
all species in the integrated research plots (SCI) placed in Retezat National Park , during 2010-2011
period Locația 2010 2011
SC SCI SC SCI
0-1 2-4 0-1 2-4 0-1 2-4 0-1 2-4
Judele 86,4 13,6 91,4 8,6 81,4 18,6 85,7 14,3
Rotunda 95,1 4,9 94,3 5,7 90 10 92,7 7,3
OGA 89,2 10,8 91 9 78,5 21,5 85,9 14,1
Gura Zlata 96,2 3,8 98,2 1,8 92,3 7,7 95,4 4,6
Râuşor 92,5 7,5 95,5 4,5 92,6 7,4 94 6
Baleia Şohodol 75,2 24,8 86,8 13,2 76,2 23,8 83,1 16,9
Baleia Stână 82,2 17,8 87,2 12,8 82,5 17,5 89,7 10,3
Câmpuşel Neagu 94,1 5,9 95,7 4,3 82,4 17,6 77,2 22,8
Câmpuşel 91,4 8,6 91,9 8,1 90,9 9,1 89,8 10,2
TOTAL 87 13 91,2 8,8 84,5 15,5 87,7 12,3
26
Tabelul 4.9
Compararea valorilor procentului arborilor vătămaţi (clasele de defoliere 2-4) înregistrate în suprafețele
de cercetare (SC) și la nivelul întregii suprafețe de cercetare integrată (SCI) în perioada anilor 2010-2011
cu ajutorul testului t
Comparison between proportion of damaged trees (defoliation classes 2–4) assessed in the research plots
(SC) and integrated research plots (SCI) during 2010-2011 period using t test Comparatii Număr grade de libertate (f) t exp t teor (α=5%)
SC 2010 - SCI 2010 16 1.225 2.12
SC 2011 - SCI 2011 16 1.053 2.12
SC 2010 - SC 2011 8 2.502* 2.306
SCI 2010 - SCI 2011 8 2.197 2.306
*Diferențe seminificative
Diferențe semnificative apar între procentele arborilor vătămați înregistrate la nivelul
suprafețelor de cercetare de la un an la altul, respectiv de la anul 2010 la anul 2011, dar între
valorile corespunzătoare SCI-urilor adoptate în aceiași ani, această diferență nu mai este
evidentă, ceea ce conduce la ideea că numărul insuficient de informații din SC-uri ar putea fi
irelevant în analiza dinamicii de evoluție în timp a stării de sănătate a arborilor și arboretelor
cercetate.
27
4.3. CREȘTEREA ARBORILOR ȘI ARBORETELOR
TREES AND STANDS GROWTH
4.3.1. Determinarea creșterii arborilor și arboretelor prin procedeul
inventarierilor succesive
Determination of tree and stand growth using succesive inventories method
Analizând valorile mediei creșterilor anuale în volum pentru principalele specii din cadrul
suprafețelor de cercetare (SC) cu mărimea de 0.25 ha, cât și la nivelul întregii rețele de cercetare
se poate observa că la fag cele mai ridicate valori s-au înregistrat la Gura Zlata (12.5 m3/an/ha),
unde arboretul, în mod legic, prezintă o intensitate ridicată de creștere având o structură relativ
plurienă. În continuare, valori medii s-au înregistrat la OGA (7.01 m3/an/ha) şi Câmpușel (6.38
m3/an/ha).Cele mai reduse valori s-au obținut în arboretul Râușor (1.52 m
3/an/ha), unde acesta
este de productivitate inferioară, iar în compoziția lui sunt multe specii slab productive și
pioniere (mesteacăn, salcie căprească, plop tremurător etc.).La brad, valorile mediilor creșterii
anuale în decursul perioadei de cercetare (2000-2010) se situează între 8.21 m3/an/ha (SC OGA)
și 4.18 m3/an/ha (SC Rotunda). Molidul înregistrează valori ridicate în SC Judele unde există un
arboret de productivitate ridicată și cu o stare de vegetație foarte bună (15.96 m3/an/ha). Se
remarcă de asemenea, creșteri apreciabile în SC Baleia Șohodol (11.72 m3/an/ha) unde arboretul
este tânăr (50 ani), vegetează în condiții optime și este parcurs cu lucrări de îngrijire (rărituri) la
timp. La nivelul întregii rețele de cercetare amplasate în Parcul Național Retezat, valorile medii
ale creșterilor anuale sunt de 5.45 m3/an/ha la fag, 6.19 m
3/an/ha la brad și de 7.74 m
3/an/ha la
molid. Se observă că arboretele pure de molid vegetează bine realizând creșteri importante, iar
cele amestecate (molid, brad etc.) se dovedesc a fi echilibrate, stabile și cu o vigoare de creștere
relativ bună. O stare mai puțin bună o prezintă arboretele amestecate în care sunt prezente specii
pionere (mesteacăn, salcie căprească, plop tremurător) dar și cele afectate de doborâturi și rupturi
produse de vânt și de zăpadă, destructurate și cu o stare de sănătate redusă (ponderea arborilor
vătămați ridicată).
Valorile medii anuale ale creşterii în volum pe an şi pe ha pe grupe de clase de defoliere
(0-1 şi 2-4), înregistrate la nivelul speciilor principale (molid, brad, frag) de colectivităţile de
arbori practic sănătoşi (clasele de defoliere 0-1), atât pentru suprafețele de cercetare, cât și pentru
întreaga rețea de cercetare de lungă durată din Parcul Național Retezat, în ipoteza conform căreia
toți arborii ar fi încadrați în clasele de defoliere 0-1, au fost mai mari decât cele realizate la
nivelul arboretului de toţi arborii din specia respectivă (clasele de defoliere 0-1 + 2-4), cu
excepția molidului din SC Rotunda (tabelul 4.10). Astfel, pierderile procentuale de creştere în
volum, cauzate de prezenţa în compoziţia actuală a arboretelor a colectivităţilor de arbori
28
vătămaţi (clasele de defoliere 2-4), cu creşteri mai reduse decât arborii practic sănătoşi (clase de
defoliere 0-1) au variat în cadrul reţelei de cercetare de lungă durată pentru molid între 0 %
(Rotunda) şi 28.2 % (Campușel Neagu), pentru fag între 1.7 % (Baleia Urs) şi 26.8 %
(Campușel) şi pentru brad între 13.4 % (OGA) şi 19.3 % (Rotunda). La nivelul întregii reţele de
cercetare de lungă durată, pierderile de creştere au valori per total specie principală de 16.2 % la
molid, 15.5 % la brad și fag.
Pierderile de creştere în volum înregistrate de speciile individuale reflectă acţiunea
negativă a diferiţilor factori de stres, în principal, climatici, poluare atmosferică, biotici și
antropici asupra ecosistemelor forestiere, în care în mod normal, toţi arborii ar trebui să fie
practic sănătoşi (clasele de defoliere 0-1). Aşadar, faţă de starea normală creşterile înregistrate
sunt diminuate prin acţiunea negativă desfăşurată de o multitudine de factori perturbatori, cu
preponderenţă, modificările climatice şi poluarea atmosferică, cumulată cu acțiunea tot mai
intensă a factorilor biotici și antropici (Badea și Neagu, 2013).
Tabelul 4.10
Creşterea în volum pe principalele specii şi grupe de clase de defoliere (0-1 şi 2-4) în cadrul suprafeţelor
de cercetare (SC) din Parcul Național Retezat
Volume growth for main species and groups of species by groups of defoliation clasess (0-1 and 2-4) in
research plots placed in Retezat National Park
Denumire SC Specia
Creșterea medie anuală (m3/an/ha)
Pierderile de
creștere în volum
Creșterea
reală
totală în
volum
Creșterea reală în
volum
Creșterea
teoretică
normală în
volum
iv
m3/an/ha
%iv
%
0-1 2-4
Judele Piceaabies 15.1 14.5 0.53 18.1 3.0 16.7
Rotunda
Fagus sylvatica 5.3 5.3 0.01 6.4 1.0 16.5
Abies alba 4.2 4.1 0.03 5.2 1.0 19.3
Picea abies 3.3 3.3 0.00 3.3 0.0 0
OGA Fagus sylvatica 7.0 7.0 0.02 7.3 0.3 4.1
Abies alba 8.2 8.0 0.17 9.4 1.3 13.4
Picea abies 7.5 7.0 0.57 10.8 3.2 30.0
Gura Zlata Fagus sylvatica 11.5 11.3 0.23 13.5 2.0 14.7
Râușor Fagus sylvatica 0.6 0.6 0.01 0.6 0.02 3.3
Picea abies 3.0 3.0 0.01 3.1 0.1 3.5
Baleia Șohodol Picea abies 11.9 10.6 1.30 13.1 1.2 9.3
Baleia Stână Fraxinus excelsior 9.0 8.7 0.31 10.1 1.2 11.5
Picea abies 5.4 5.4 0.02 6.3 0.9 14.8
Baleia Urs Fagus sylvatica 7.5 6.8 0.65 7.6 0.1 1.7
Câmpușel Neagu Fagus sylvatica 2.9 2.8 0.1 4.7 1.7 37.5
Picea abies 1.8 1.8 0.06 2.5 0.7 28.2
Câmpușel Fagus sylvatica 6.4 6.2 0.14 8.7 2.3 26.8
Total
Fagu sylvatica 5.9 5.7 0.2 7.0 1.1 15.5
Abies alba 6.2 6.1 0.1 7.3 1.1 15.5
Picea abies 6.9 6.5 0.4 8.2 1.3 16.2
29
4.3.2. Monitorizarea permanentă a creșterii circumferinței arborilor
Permanent monitoring of stem circumference increment
Analizând informațiile obținute prin citirea benzilor dendrometrice permanente amplasate
în vederea monitorizării variației circumferinței arborilor, pentru întregul sezon de vegetație al
anului 2010, creșterea maximă cumulată măsurată cu ajutorul benzilor permanente
dendrometrice s-a înregistrat în suprafețele de cercetare de lungă durată unde specia principală
este reprezentată de fag – Câmpușel (60,10 cm2) și Gura Zlata (52,40 cm
2), iar creșterea minimă
în SCI-urile unde specia principală este molidul – Judele (43,07 cm2) și Baleia Șohodol (32,62
cm2) (tabelul 4.11). Excepție face molidul din SCI Baleia Stână care a înregistrat creșteri
cumulate de 56,13 cm2. În sezonul de vegetație al anului 2011, creșterile cumulate pentru
aproape toate SCI-urile investigate au fost mai mari decât în anul 2010 (excepție făcând SCI
Judele și SCI Câmpușel), cele mai mari creșteri sezonale fiind îregistrate în SCI-urile Baleia
Stână (89,75 cm2) și Gura Zlata (59,89 cm
2). În cazul SCI Judele s-a păstrat aceeași tendință a
creșterilor mici (35,16 cm2). Arborii din SCI-urile Câmpușel și Gura Zlata au înregistrat creșteri
relativ constante, aproximativ egale cu cele din 2010 (tabelul 4.11). În anul 2012, creșterile
cumulate maxime au fost înregistrate în aceleași suprafețe ca și în anul 2010, în general fiind mai
mici decât în anul 2011 (excepție face SCI Câmpușel). La nivelul întregii perioade, cele mai
semnificative creșteri s-au înregistrat în SCI-urile Baleia Stână, Câmpușel și Gura Zlata (tabelul
4.11, Fig. 4.5 a, b).
La nivelul fiecărei perioade (intervalul între citiri), creșterile maxime, atât pentru molid cât
și pentru fag, au fost măsurate în perioada 15/06 – 15/07, cu excepția anului 2012 când molidul a
înregistrat creșteri maxime în perioada 15/07 – 15/08. De altfel, în prima parte a sezonului de
vegetație (15 mai – 15 august) s-a înregistrat 78% din creșterea cumulată la molid în anul 2010,
95% în anul 2011 și 83% în anul 2012, iar în cazul fagului 77% în anul 2010 și 91% în anii 2011
și 2012. Spre sfârșitul sezonului de vegetație (15 august – 15 octombrie) creșterile s-au diminuat
semnificativ (Fig. 4.5 a,b), în unele cazuri înregistrându-se valori nule sau negative pentru unii
arbori. Diferențele semnificative între creșterile măsurate la începutul și sfârșitul sezonului de
vegetație au fost dovedite statistic prin analiza simplă de varianță, atât pentru fiecare an în parte
(F(4,25) = 11.6, p < 0.05 în anul 2010, F(4,25) = 20.8, p < 0.05 în anul 2011 și F(4,25) = 10.1, p
< 0.05 în anul 2012 ) cât și pentru toată perioada 2010-2012 (F(4,85) = 30.3, p < 0.05). Atât
testul Duncan cât și testul Tukey împart sezonul de vegetație, în toate cazurile, în două perioade:
perioada de creșteri maxime (15 mai – 15 august) și perioada de creșteri minime (15 august – 15
octombrie).
30
Tabelul 4.11
Valorile creşterii medii în suprafață de bază (cm2) a arborilor din suprafețele de cercetare integrată din Parcul Național Retezat, înregistrate cu
ajutorul benzilor dendrometrice permanente, în sezoanele de vegetație ale anilor 2010-2012
Mean tree basal area growth (cm2) in integrated research plots placed in Retezat National Park, measured using permanent dendrometer
bands during 2010-2011 growing seasons
SCI - Specia
Creșterea medie în suprafață de bază (cm2) în perioada… Creșterea medie sezonală
(cm2)
Creșterea totală sezonală
(cm2) 15/05-15/06 15/06-15/07 15/07-15/08 15/08-15/09 15/09-15/10
2010 2011 2012 2010 2011 2012 2010 2011 2012 2010 2011 2012 2010 2011 2012 2010 2011 2012 2010 2011 2012 2010-
2012
Judele - Molid 8.12 9.95 8.74 14.87 13.92 9.69 9.78 10.98 10.06 7.95 .59 -1.21 2.35 -1.28 6.38 8.61 6.83 6.73 43.07 34.16 33.66 110.89
Gura Zlata - Fag 13.82 22.14 13.40 16.20 17.88 20.89 10.64 13.73 9.13 7.70 1.60 2.23 4.04 4.53 2.76 10.48 11.98 9.68 52.40 59.89 48.41 160.71
Baleia Sohodol - Molid 6.42 18.62 10.72 11.60 14.76 10.69 8.01 16.42 10.28 3.21 3.18 0.68 3.39 -2.18 5.66 6.52 10.16 7.61 32.62 50.80 38.03 121.46
Baleia Stana - Molid 13.48 24.07 16.72 12.97 27.50 9.40 17.73 26.65 14.60 8.42 4.52 2.33 3.54 7.01 6.76 11.23 17.95 9.96 56.13 89.75 49.81 195.69
Campusel - Fag 11.84 11.95 18.00 16.58 21.11 13.96 15.00 15.83 19.28 11.01 4.96 4.05 5.68 3.51 3.42 12.02 11.47 11.74 60.11 57.36 58.72 176.19
a b
Fig. 4.5 Variația lunară a creșterii (a) medii și (b) cumulate în suprafață de bază a arborilor din suprafețele de cercetare integrată din Parcul
Național Retezat, înregistrate cu ajutorul benzilor dendrometrice permanente, în sezoanele de vegetație ale anilor 2010-2012
Monthly variation of (a) mean and (b) cumulated tree basal area growth in integrated research plots placed in Retezat National Park,
measured using permanent dendrometer bands during 2010-2011 growing seasons
31
4.4. BIODIVERSITATEA VEGETAȚIEI
BIODIVERSITY OF VEGETATION
În rețeaua de cercetare / monitorizare amplasată în Parcul Național Retezat, biodiversitatea
vegetației a fost evaluată în anii 2010 și 2011, fiind identificate 142 de specii, pe baza cărora au fost
stabilite principalele asociații vegetale (tabelul 4.12).
Tabelul 4.12
Asociaţiile vegetale identificate în cadrul ecosistemelor forestiere din rețeaua de cercetare de lungă durată
amplasată în Parcul Național Retezat
Vegetal associations idetified in forest ecosystms in the long term ecological research network placed in
Retezat National Park Populaţia analizată Asociaţia vegetală
Judele Hieracio rotundati Piceetum Pawl et Br.-Bl. 1939
Rotunda Pulmonario rubrae –Fagetum (Soó 1964) Täuber 1987
OGA Pulmonario rubrae - Abieti-Fagetum (Soó 1964)
Gura Zlata Hieracio rotundati-Fagetum (Vida 1963) Täuber 1987
Râușor Piceeto – fagetum carpaticum Klika1927
Baleia Sohodol Hieracio rotundati-Piceetum Pawl et. Br.- Bl 1939 oxalidetosum
Baleia Stână Hieracio rotundati-Piceetum Pawl et. Br.- Bl 1939 oxalidetosum
Baleia Urs Luzulo – Fagetum (Beldie 1951) Mor. et al.1968 myrtilletosum (Soo1964)
Câmpuşel Neagu Hieracio rotundati-Piceetum Pawl et. Br.- Bl 1939 oxalidetosum
Câmpuşel Hieracio rotundati-Fagetum (Vida 1963) Täuber 1987
Pentru a verifica nivelul de acurateţe a datelor din teren şi a încadrării fitocenozelor în cadrul
cenosistemului, au fost realizate o serie de analize multivariate a datelor fitosociologice, de tip
cluster şi analize ordinative.
S-a observat o separare clară a fitocenozelor în două clustere mari în funcţie de compoziţia
floristică. Populaţiile Gura Zlata şi Câmpuşel formează un grup care reprezintă făgetele pure. Cel
de-al doilea grup este format din pădurile de răşinoase pure sau de amestec. Gradul de intervenţie
antropică determină la rândul său gruparea fitocenozelor, observându-se astfel cum fitocenozele
supuse unui impact antropic mai accentuat respectiv mai redus se grupează în cluster-uri separate.
De aemenea, s-a observat gruparea separată a populaţiei Rotunda şi apropierea sa de Baleia Stână,
ambele fiind supuse unui factor antropic ridicat (Fig. 4.6).
Indicii de diversitate reprezintă probabilitatea ca doi fitoindivizi, extraşi întâmplător dintr-o
fitocenoză, să aparţină unor specii diferite, probabilitate ce depinde de bogăţia specifică a
fitocenozei şi de proporţia lor în comunitatea vegetală. Cel mai utilizat indice de diversitate,
probabil datorită uşurinţei cu care poate fi calculat şi a cantităţii de informaţie conţinut, este indicele
Shannon (1948)Astfel, se observă că toate suprafețele de cercetare prezintă o diversitate medie,
valorile indicelui Shannon având valori cuprinse între 2.5 și 3.6 (Fig. 4.7).
32
Fig. 4.6 Analiza cluster a datelor privind biodiversitatea vegetaţiei în Parcul Naţional Retezat în anul 2011.
(GZ - Gura Zlata; C - Câmpuşel; GA - OGA; PJ - Judele; BS - Balea Şohodol; CB - Câmpuşel Neagu; BST
- Baleia Stâna; R –Rotunda)
Cluster analysis of biodiversity data collected in 2011 in Retezat National Park (GZ - Gura Zlata; C -
Câmpuşel; GA - OGA; PJ - Judele; BS - Balea Şohodol; CB - Câmpuşel Neagu; BST - Baleia Stâna; R –
Rotunda)
Fig. 4.7 Indicele Shannon calculat pentru fiecare SPP din cadrul fiecărui SC din Parcul Naţional Retezat. (PJ
- Judele; R-Rotuna; GA - OGA; GZ - Gura Zlata; BS – Baleia Şohodol; BST - Baleia Stână; C -
CâmpuşelCB – Câmpuşel Neagu)
Shannon index calculated for each SPP in each SC placed in Retezat National Park (PJ - Judele; R-Rotuna;
GA - OGA; GZ - Gura Zlata; BS – Baleia Şohodol; BST - Baleia Stână; C - CâmpuşelCB – Câmpuşel
Neagu)
Cu ocazia cercetărilor efectuate au fost calculați, în vederea comparării lor, indici ai
diversității stratului arborescent și ai diversității arboretului din punct de vedere al diametrelor
arborilor componenți, atât la nivelul suprafețelor de cercetare (SC), cât și la nivelul suprafețelor de
cercetare integrate (SCI).
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
1
PJ1
PJ2
PJ3
PJ4
PJ5
R1
R2
R3
R4
R5
GA
1
GA
2
GA
3
GA
4
GA
5
GZ
1
GZ
2
GZ
3
GZ
4
GZ
5
BS
1
BS
2
BS
3
BS
4
BS
5
BS
T1
BS
T2
BS
T3
BS
T4
BS
T5
C1
C2
C3
C4
C5
CB
1
CB
2
CB
3
CB
4
CB
5
Indicele Shannon per SPP
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
Similarity
GZ1GZ4GZ2GZ5GZ3C1C2C3C4C5GA1GA2GA4GA3GA5PJ2PJ5PJ3PJ4PJ1BS1BS4BS5BS2BS3CB1CB3CB2CB4CB5BST1BST3BST5BST4BST2R1R3R2R4R5
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
Similarity
GZ1GZ4GZ2GZ5GZ3C1C2C3C4C5GA1GA2GA4GA3GA5PJ2PJ5PJ3PJ4PJ1BS1BS4BS5BS2BS3CB1CB3CB2CB4CB5BST1BST3BST5BST4BST2R1R3R2R4R5
33
Valoarea indicelui Shannon este puternic influențată de numărul de clase de diametre. În
vederea comparării valorilor între diferite arborete, acești indici au fost standardizați, obținându-se
astfel indicele de uniformitate Shannon, cu valori cuprinse între 0 și 1, valoarea maximă
înregistrându-se când toate clasele de diametre au suprafețele de bază aferente egale. În cazul
arboretelor cercetate, valorile indicelui de diversitate Shannon variază între 2.25 (SC Rotunda –
foioase) și 3.55 (SC Judele – molid) pentru SC și între 3.11 (SCI OGA – foioase) și 3.93 (SCI Gura
Zlata – fag) pentru SCI (tabelul 4.13). În cazul indicelui de uniformitate Shannon, valorile acestuia
sunt cuprinse între 0.59 (SC Rotunda – foioase) și 0.85 (SC Râușor – toate speciile) în cazul SC-
urilor și între 0.60 (SCI Rotunda – rășinoase) și 0.86 (SCI Râușor – toate speciile) în cazul SCI-
urilor. Astfel, cu cât valoarea indicelui de uniformitate Shannon crește, cu atât diversitatea
structurală în raport cu diametrul este mai ridicată.
Indicele Simpson reprezintă probabilitatea ca oricare 2 arbori extrași aleatoriu dintr-o
populație să aparțină aceleiași clase de diametre. Valorile acestui indice sunt cuprinse între 0 și 1,
valoarea maximă înregistrându-se în cazul diversității maxime. Acest indice este influențat de clasa
de diametre cu cea mai mare suprafață de bază aferentă, fiind mai puțin sensibil la numărul de clase
de diametre. Valori minime ale acestui indice s-au obținut în cazul SC Rotunda – foioase (0.86) și
SCI OGA – foioase (0.94), iar valori maxime în cazul SC Baleia Stână – foioase și SCI Judele –
molid, OGA – toate speciile și Gura Zlata – fag (0.98).
Indicele McIntosh este independent de numărul de clase de diametre, calculându-se pe baza
suprafeței de bază totale și a sumei pătratelor suprafețelor de bază aferente fiecărei clase de
diametre. Amplitudinea de variație a acestui indice este cuprinsă între 0.85-1.14 în cazul SC-urilor și
de 0.93-1.27 în cazul SCI-urilor. Ca și în cazul indicelui de diversitate Shannon, pentru a putea
compara gradul de diversitate între diferite suprafețe, a fost calculat indicele de uniformitate
McIntosh, cu valori cuprinse între 0 (diversitate inexistentă) și 1 (diversitate maximă). Fiind mai
puțin influențat de numărul de clase de diametre, acest indice are o amplitudine de variație mai mică
decât indicele de uniformitate Shannon (0.84-0.97 în cazul SC-urilor și 0.93-0.98 în cazul SCI-
urilor).
Indicele Berger-Parker este un indice intuitiv simplu care măsoară dominanța, fiind calculat
ca raport între suprafața de bază aferentă clasei de diametre cu cea mai mare "abundență" și
suprafața de bază totală. Acest indice este independent de numărul de clase de diametre și exprimă
importanța proporțională a celei mai "abundente" clase de diametre. Poate avea valori cuprinse între
0 și 1, în cadrul cercetărilor acesta variază între 0.73-0.94 (SC) și 0.87-0.95 (SCI).
34
Indicele Margalef cuantifică amplitudinea numărului de clase de diametre. Acesta are o
valoare minimă teoretică 0 (toți arborii fac parte din aceiași clasă de diametre), valoarea indicelui
crescând cu numărul de clase de diametre și/sau când suprafața de bază totală scade. Valorile
minime s-au înregistrat în SC Rotunda – foioase și SCI Baleia Șohodol (5.49, respectiv 10.19),
caracterizate printr-o diversitate redusă, iar cele maxime în SC Judele – molid și SCI OGA –
rășinoase (13.13, respectiv 19.17), unde diversitatea este relativ mare.
Coeficientul Gini cuantifică deviația diametrelor de la egalitatea perfectă, fiind o măsură a
heterogenității diametrelor. Calcularea acestui indice necesită ordonarea crescătoare a diametrelor,
iar valorile lui variază între 0 (diversitate inexistentă) și 1 (diversitate maximă). Coeficientul Gini s-
a dovedit a fi cel mai bun estimator al structurii arboretelor în funcție de diametrul de bază (Lexerød
și Eid, 2006, Duduman, 2011). Acest coeficient nu este influențat semnificativ de mărimea probei
(Lexerød și Eid, 2006, Roibu et al., 2008). Duduman (2011) a identificat limitele între care
coeficientul Gini (G) variază, în funcție de structura arboretului: (i) arborete echiene G ≤ 0.35; (ii)
arborete bietajate 0.35 < G ≤ 0.43; (iii) arborete relativ pluriene 0.43 < G ≤ 0.51 și (iv) arborete
pluriene G > 0.51. La nivelul SC, coeficientul Gini a înregistrat valori cuprinseîntre 0.17 și 0.38, iar
la nivelul SCI între 0.16 și 0.39. Toate arboretele sau elementele de arboret analizate au, după
valoarea coeficientului Gini, o structură normală (arborete relativ echiene), excepție făcând arboretul
din SC/SCI Gura Zlata.
Analizând diferențele între acești indici calculați pentru SC-uri și cei calculați pentru SCI-uri
(tabelul 4.14), se observă că există diferențe semnificative între aceștia, indicii calculați pentru SCI-
uri având în mod constant valori mai mari decât cei calculați pentru SC-uri, datorită faptului că
diversitatea structurală exprimată prin indicii de diversitate este mult mai bine surprinsă atunci când
mărimea suprafeței de cercetare este mai mare, respectiv numărul de arbori este mai mare. Singura
excepție apare în cazul coeficientului Gini, a cărui valoare nu este influențată semnificativ de
mărimea probei, fapt confirmat prin existența unor diferențe nesemnificative între valorile stabilite
în cadrul SC-urilor cu cele stabilite pentru SCI-uri
Având în vedere rezultatele obținute prin aplicarea testului t, determinarea capacității de
discriminare a indicilor de diversitate/uniformitate între diferite forme ale distribuției numărului de
arbori pe categorii de diametre s-a realizat prin corelarea caracteristicilor distribuțiilor experimentale
cu indicii calculați pentru suprafețele de probă integrate (tabelul 4.15). Astfel, coeficientul de
corelație are valori semnificative atunci cand indicatorii distribuțiilor se corelează cu coeficientul
Gini. De asemenea, o corelație semnificativă apare între indicele Margalef și coeficienții de variație
ai distribuțiilor experimentale. Ceilalți indici de diversitate/uniformitate analizați nu au dat rezultate
35
bune în privința capacității lor de discriminare. Din analiza corelației s-a observat că, în general,
indicii care caracterizează amplitudinea de variație a a diametrelor (Margalef, Shannon, Gini)
prezintă o legătură seminificativă cu indicatorii statistici care descriu variația acestora (coeficientul
de variație), iar indicii de caracterizare a dominanței (Simpson, Breger-Parker) și uniformității
(EShannon, EMcIntosh) cu indicatorii statistici care descriu abaterea de la normalitate (asimetria și
excesul). Rezultatele obținute sunt în concordanță cu cele obținute prin alte cercetări existentela
nivel național (Duduman, 2011) și internațional (Lexerød și Eid, 2006, Valbuena et al., 2012).
Tabelul 4.13
Valorile indicilor de diversitate structurală
Structural diversity indices SC/SCI Grupa de
specii/Specia Margalef Shannon Simpson McIntosh
Berger-
Parker EShannon EMcIntosh Gini
SC
Judele Molid 13.13 3.55 0.97 0.96 0.92 0.63 0.97 0.31
Rotunda
Toate speciile 10.03 3.26 0.95 0.92 0.91 0.67 0.93 0.29
Foioase 5.49 2.25 0.86 0.85 0.73 0.59 0.84 0.31
Rășinoase 8.63 2.95 0.94 0.92 0.88 0.64 0.91 0.29
OGA
Toate speciile 12.89 3.49 0.96 0.93 0.92 0.63 0.93 0.32
Foioase 6.66 2.54 0.90 0.95 0.79 0.70 0.90 0.30
Rășinoase 12.24 3.40 0.96 0.95 0.92 0.65 0.94 0.33
Gura Zlata Fag 12.55 3.48 0.96 0.96 0.87 0.72 0.93 0.38
Rausor Toate speciile 10.87 2.99 0.94 1.14 0.90 0.80 0.95 0.24
Molid 9.67 3.24 0.96 1.02 0.91 0.85 0.97 0.26
Baleia Sohodol Molid 8.78 3.23 0.96 0.93 0.94 0.74 0.95 0.17
Baleia Stana
Toate speciile 10.15 2.99 0.93 0.99 0.84 0.69 0.91 0.22
Foioase 11.35 3.53 0.97 0.95 0.94 0.76 0.96 0.18
Molid 10.29 3.22 0.95 0.98 0.89 0.74 0.94 0.25
Campusel Neagu Molid 12.65 3.53 0.96 0.95 0.93 0.68 0.95 0.25
Campusel Fag 10.31 3.48 0.96 0.94 0.93 0.77 0.96 0.22
SCI
Judele Molid 16.32 3.88 0.98 0.99 0.95 0.76 0.96 0.28
Rotunda
Toates peciile 18.78 3.84 0.97 1.00 0.93 0.67 0.95 0.29
Foioase 13.87 3.23 0.95 1.07 0.89 0.68 0.93 0.27
Rășinoase 16.99 3.49 0.96 1.01 0.92 0.60 0.93 0.29
OGA
Toate speciile 18.35 3.90 0.98 0.99 0.95 0.70 0.96 0.28
Foioase 13.12 3.11 0.94 1.10 0.87 0.70 0.93 0.24
Rășinoase 19.17 3.87 0.97 1.01 0.94 0.69 0.96 0.30
Gura Zlata Fag 18.13 3.93 0.98 1.04 0.95 0.81 0.97 0.39
Rausor Toate speciile 16.97 3.36 0.96 1.27 0.93 0.82 0.97 0.25
Molid 13.05 3.49 0.97 1.08 0.95 0.86 0.98 0.28
Baleia Sohodol Molid 10.19 3.25 0.96 0.93 0.93 0.66 0.94 0.16
Baleia Stana
Toate speciile 13.24 3.61 0.97 0.99 0.95 0.77 0.96 0.21
Foioase 14.68 3.28 0.96 1.10 0.93 0.70 0.94 0.19
Molid 14.49 3.53 0.97 1.03 0.92 0.74 0.95 0.22
Campusel Neagu Molid 17.00 3.76 0.97 1.02 0.95 1.51 0.96 0.26
Campusel Fag 11.14 3.53 0.97 0.96 0.94 0.87 0.96 0.21
36
Tabelul 4.14
Testarea diferențelor între indicii de diversitate structurală calculați la nivelul SC și SCI-urilor din rețeaua de
cercetare de lungă durată amplasată în PN Retezat
Testing the differences between structural diversity indices calculated for each SC and SCI placed in Retezat
National Park
Margalef Shannon Simpson McIntosh
Berger-
Parker EShannon EMcIntosh Gini
texp -5.65 -3.20 -2.68 -3.13 -2.81 -3.55 -2.14 0.69
f 30 30 19 30 20 19 30 30
p 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.04 0.50
Tabelul 4.15
Valorile și semnificația coeficientului de corelațiedintre principalii indicatori ai distribuției numărului de
arbori pe categorii de diametre și indicii de diversitate structurală
Correlation coefficent value and significance between main statistical indicators of DBH distribution and
structural diversity indices
Margalef Shannon Simpson McIntosh
Berger-
Parker EShannon EMcIntosh Gini
Coeficientul
de variație
r 0.67** 0.60** 0.41 0.10 0.25 0.25 0.33 0.98**
p 0.00 0.01 0.12 0.72 0.34 0.35 0.21 0.00
Asimetria r 0.30 0.48 0.57** 0.14 0.61** 0.64** 0.71** 0.59**
p 0.25 0.06 0.02 0.59 0.01 0.01 0.00 0.02
Excesul r 0.08 0.29 0.40 0.05 0.42 0.53** 0.52** 0.41
p 0.76 0.27 0.12 0.85 0.11 0.03 0.04 0.11
**r 0.29 0.44 0.51** 0.18 0.53** 0.66** 0.68** 0.61 ׀Asimetria׀
p 0.28 0.09 0.04 0.50 0.03 0.01 0.00 0.01
׀lusecxE׀ r 0.25 0.29 0.24 0.04 0.14 0.28 0.24 0.63**
p 0.34 0.28 0.38 0.88 0.61 0.29 0.38 0.01
**Corelație semnificativă la o probabilitate de transgresiune α < 0.01
37
4.5. STAREA SOLURILOR FORESTIERE
FOREST SOIL CONDITION
În funcție de tipul lor, solurile din suprafețele de cercetare integrată componente ale rețelei de
cercetare de lungă durată din Parcul Național Retezat fac parte din clasa Cambisoluri,
districambosolul fiind majoritar (SCI Rotunda, Gura Zlata, Râușor, Baleia Urs, Câmpușel Neagu și
Câmpușel), podzolul și criptopodzolul apărând în câte două SCI-uri (SCI Judele și Baleia Stână,
respectiv OGA și Baleia Șohodol). Acestea s-au dezvoltat pe materiale parentale preponderant acide
(micașisturi), în general fiind foarte puternic acide până la 30-40 cm (pH < 4.5)și puternic acide în
rest (4.6 < pH < 5.5).
Pe întreg profilul, pH-ul mediu are valori cuprinse între 3.6 și 4.8, cu excepția SC Rotunda și
SC Baleia Urs, în care pH-ul mediu are valori peste 5 (5.5, respectiv 5.3) (Fig. 4.8). Comparativ cu
rezultatele obținute în anul 2001 (Bytnerowicz et al., 2005), se observă o îmbunătățire a calității
solurilor din perspectiva pH-ului mediu pe profil în 6 din cele 10 SC-uri din PN Retezat (SC Judele,
Rotunda, OGA, Gura Zlata, Râușor, Baleia Urs), însă solurile își păstrează caracterul foarte puternic
acid sau puternic acid. Procesul de alcalinizare al solurilor în ultimii 20 de ani, posibil datorită
reducerii emisiilor de SOx și NOx (Jandl et al., 2012), a fost observat și în alte regiuni din Europa
(Arrouays et al., 2009, Kirk et al., 2010).
Aprovizionarea cu azot total a solurilor din rețeaua de cercetare de lungă durată din PN
Retezat este foarte bună, aceste fiind, de asemenea, foarte bogate în humus. Conținutul mare de
humus reflectă stocarea masivă a carbonului organic în aceste zone, dar și o suprasaturare a solurilor
cu acest element, fapt ce poate avea repercusiuni asupra stocării ulterioare a gazelor cu efect de seră
sau la eliminarea unei cantițăti apreciabile de carbon organic în cazul defrișării pădurilor (Goetz et
al., 2013).
Raportul dintre carbon și diferiți nutrienți poate fi folosit pentru a urmări imobilizarea
acestora de către fauna microbiană din sol în timpul descompunerii litierei. Raportul C/N
(carbon/azot) indică disponibilitatea azotului în orizontul organic și rata acestuia de descompunere
(Lorenz și Becher, 2012). În solurile forestiere, raportul C/N este de obicei mai mare în orizontul
organic datorită aportului mare de carbon din litieră. Astfel, în orizontul de litieră (OL) raportul C/N
are valori cuprinse între 24.4 (SCI Baleia Stână) și 39.6 (în SCI Baleia Șohodol). La nivelul
întregului orizont organic (OL,OF,OH), acesta are valori cuprinse între 21.7 (SCI Rotunda) și 30.5
(SCI Baleia Șohodol și Câmpușel Neagu), media fiind de 27 (Fig. 4.9). Valori mari ale acestui
raport în orizonturile organice se înregistrază în SCI-urile în care activitatea de descompunere este
38
încetinită. În orizonturile minerale, raportul C/N scade în medie cu 25.5 față de orizontul organic,
având o valoare medie de 11.5. Pe profil, se observă o creștere treptată a raportului C/N din
orizontul de bioacumulare (A) către orizontul de alterare (B), cu excepția SCI Rotunda și Baleia
Șohodol. În aceste două SCI-uri, s-a observat un conținut mic de carbon în orizonturile minerale
care se poate datora pe de o parte, descompunerii încete a litierei (speciile principale în acste SCI-uri
fiind molidul si bradul) (Fig. 4.9).
Fig. 4.8 Variația pH-ului pe profil în solurile din rețeaua de cercetare de lungă durată din PN Retezat
Variation of pH on the soil profile in PN Retezat research network
39
Fig. 4.9 Variația raportului C/N pe pe profil în solurile din rețeaua de cercetare de lungă durată din PN
Retezat
Variation of C/N ratio on the soil profile in PN Retezat research network
40
4.6. CALITATEA AERULUI ȘI DEPUNERILE ATMOSFERICE
AIR QUALITY AND ATMOSPHERIC DEPOSITION
Calitatea aerului, evaluată pe baza concentrațiilor de agenți poluanți cu acțiune fitotoxică
(ozon, amoniac, oxizi de azot), constituie o componentă principală în supravegherea pe temen lung a
stării ecosistemelor forestiere.
Concentrațiile de ozon măsurate în Parcul Național Retezat (PN Retezat) în perioada 2009-
2012 au înregistrat o mare variabilitate spațio-temporală. Astfel, la nivelul întregii perioade
analizate, concentrația medie lunară maximă a fost evidențiată în suprafața de cercetare integrată
(SCI) Baleia Urs (63.8 ppb) în perioada 15 iunie – 15 iulie 2012, iar concentrația minimă în SCI
OGA (9.2 ppb) în perioada 15 august – 15 septembrie 2011 (tabelul 4.16).
Tabelul 4.16
Valorile medii sezonale (15 mai-15 octombrie) ale concentrațiilor de ozon (ppb), abaterea standard și
amplitudinea de variație a valorilor înregistrate în timpul sezonului de vegetație în locațiile rețelei de
cercetare de lungă durată din Parcul Național Retezat în perioada anilor 2009-2012 Summary statistics for ozone concentrations (ppb) measured as integrated monthly values (15 May–15
October), presented as seasonal means with standard deviation (in parentheses), and ranges of
concentrations, in each research plot in Retezat NP, during 2009-2012 period SCI 2009 2010 2011 2012
1. Judele 14.9(2), 12.0-16.3 22.0(2.4), 19.0-24.5 19.5(6.2), 10.7-26.1 29.2(5.1), 23.3-35.2
2. Rotunda 24.9(2.8), 22.9-29.0 28.4(4.7), 20.3-31.9 20.2(5.7), 10.9-24.8 32.5(7.2), 25.1-43.2
3. OGA 15.9(3.4), 13.4-21.0 22.0(3.0), 18.4-26.0 19.6(7.6), 9.1-26.9 29.4(4.1), 22.9-33.5
4. Gura Zlata 21.0(1.4), 19.2-22.2 28.5(2.6), 26.1-32.5 23.9(7.6), 13.3-29.5 36.9(6), 31.2-45.1
5. Râușor 33.5(2.2), 31.7-36.5 39.4(5.4), 31.7-44.0 35.3(9.3), 19.6-44.0 49.7(6.6), 41.4-57.3
6. Baleia Șohodol 38.9(4.7), 33.8-44.2 44.3(5.4), 38.0-50.0 37.4(9.9), 21.1-47.1 51.1(6.0), 43.6-58.3
7. Baleia Stână 40.2(2.8), 37.5-43.1 43.4(9.7), 29.5-50.9 32.1(9.3), 17.3-42.1 48.9(6.5), 41.5-54.8
8. Baleia Urs 40.2(5.1), 34.3-45.3 48.8(6.6), 39.8-56.4 40.3(10.0), 23.0-47.7 56.1(7.8), 46.7-63.8
9. Câmpușel Neagu 27.7(3.4), 24.7-32 37.0(5.9), 31.9-46.6 32.7(10.3), 15.0-42.2 46.0(5.6), 39.5-49.3
10. Câmpușel 37.0(3.7), 32.5-41 41.9(6.8), 30.3-46.8 38.6(11.1), 19.6-46.9 50.8(4.3), 44.8-55.7
11. Gol Alpin 26.0(8.6), 13.6-33.7 35.0(3.9), 30.3-40.0 30.1(10.0), 14.8-38.1 41.1(4.8), 34.2-45.4
PN Retezat 29.1 (9.5), 14.9-40.3 35.5 (9.2), 22.0-48.8 30.0 (7.9), 19.5-40.3 42.9 (9.6), 29.2-56.1
În anii 2009 și 2011, concentrațiile maxime de ozon au fost semnalate la începutul sezonului
de vegetație (15 mai – 15 iunie și 15 iunie – 15 iulie) în majoritatea SCI-urilor, în anul 2012
distribuția acestora fiind una bimodală (5 SCI-uri cu maxime în perioada 15 iunie – 15 iulie și 6
SCI-uri cu maxime în perioada 15 august – 15 septembrie). În anul 2010 s-a observat o distribuire
atipică a valorilor maxime ale concentrațiilor de ozon, acestea fiind înregistrate în toate perioadele
de expunere pentru diferite suprafețe de cercetare integrată, exceptând perioada 15 septembrie – 15
octombrie (Fig. 4.8). Se poate observa faptul că, exceptând anul 2009 când în cadrul unei SCI
valoarea maximă a fost înregistrată în perioada 15 septembrie – 15 octombrie, la nivelul întregii
perioade analizate (2009-2012), 59% din valorile maxime ale concentrației de ozon au fost
observate în perioada 15 iunie – 15 iulie, 20% în perioada 15 august – 15 septembrie și 16% în
41
perioada 15 mai – 15 iunie. Această distribuție a valorilor maxime ale concentrațiilor de ozon
confirmă ipotezele descrise de alți autori (Sanz et al., 2007, Gerosa et al., 2009), conform cărora
maximele din timpul sezonului de vegetație se înregistrează la sfârșitul primăverii – începutul verii,
în principal, datorită recirculării maselor de aer încărcate cu ozon din perioada iernii, atunci când
concentrațiile de ozon sunt maxime.
Fig. 4.8 Variația concentrațiilor medii de ozon (O3) înregistrate la nivelul întregii rețele de cercetare din
Parcul Național Retezat în sezoanele de vegetație (15 mai-15 octombrie) din perioada anilor 2009-2012
Variation of mean O3 concentrations (ppb) for each exposure period during each growing season (15 May-15
October) during 2009–2012 period.
În ceea ce privește concentrațiile minime evidențiate la nivelul întregii perioade cercetate,
80% din acestea au fost observate la sfârșitul sezonului de vegetație (34% în perioada 15 august – 15
septembrie și 46% în perioada 15 septembrie – 15 octombrie). Faptul că majoritatea valorilor
maxime ale concentrațiilor de ozon se înregistrează la începutul și mijlocul sezonului de vegetație
poate avea o influență semnificativă asupra stării arborilor, deoarece în această perioadă absorbția de
ozon la nivel stomatal este maximă (Vitale et al., 2005, Paoletti și Cudlin, 2012).
Coeficienții de variație ai mediilor lunare de ozon au avut valori cuprinse între 25.2% în anul
2012 la 37.1% în anul 2011, pentru întreaga perioadă 2009-2012 coeficientul de variație având o
valoare medie de 34.1%, dovedindu-se o relativă variabilitate temporală.
Tendința de creștere sau descreștere a concentrațiilor de ozon înregistrate la nivelul unei
perioade a fost analizată cu ajutorul testului Mann – Kendall, atât la nivelul întregii rețele, cât și
pentru fiecare suprafață de cercetare integrată. Astfel, pentru întreaga rețea de cercetare, s-a observat
o tendință de creștere a concentrațiilor de ozon pentru fiecare perioadă în parte (Fig. 4.9), fapt
explicabil prin creșterea concentrației de fond a ozonului, de la 27.6 ppb în anul 2002 la 42.9 ppb în
anul 2012 (Bytnerowicz et al., 2005, Silaghi și Badea, 2012). La nivelul fiecărei SCI, s-a observat o
tendință de creștere a concentrațiilor de ozon pentru 27% din locații în perioada 15 iunie – 15 iulie,
42
18% în perioada 15 iulie – 15 august și 45% în perioada 15 septembrie – 15 octombrie. Tendințe de
creștere, dar nesemnificative din punct de vedere statistic, au fost observate în toate suprafețele de
cercetare integrată pentru toate perioadele. Aceste rezultate oferă o imagine generală asupra
evoluției concentrațiilor de ozon care trebuie confirmată prin serii temporale mai lungi, de cel puțin
10 ani.
Fig. 4.9 Analiza tendinței de creștere a concentrațiilor de ozon de la un an la altul pentru fiecare perioadă de
expunere în parte. Linia continuă (neagă) reprezintă dreapta de regresie, iar linia discontinuă (roșie)reprezintă
dreapta de regresie Theil – Sen.
Ozone concentrations trend analisys for each exposure period. Continuous line (black) represents the
regression line, and the discontinuous line (red) represents Theil-Sen regression line
În raport cu locația de amplasare a filtrelor pasive de ozon, concentrațiile medii sezonale au
variat între 14.9 – 40.3 ppb în anul 2009, 21.9 – 48.8 ppb în anul 2010, 19.5 – 40.3 ppb în anul 2011
și 29.2 – 56.1 ppb în anul 2012, iar mediile multianuale pentru perioada 2009-2012 între 21.4 – 46.4
ppb (Fig. 4.10). Se poate observa că toate concentrațiile sezonale minime de ozon s-au înregistrat în
43
SCI Judele, iar cele maxime în SCI Baleia Urs. Analiza simplă de varianță arată o influență
semnificativă a locației asupra concentrațiilor de ozon, atât pentru perioada 2009-2012 (F(10,194) =
21.3, p < 0.05), cât și pentru fiecare an în parte (Fw(10, 13.1) = 31.4, p < 0.05 în anul 2009, F(10, 42)
= 14.18, p < 0.05 în anul 2010, F(10, 44) = 3.9, p <0.05 în anul 2011 și F(10, 42) = 12.9, p < 0.05 în
anul 2012). Tendința de creștere a concentrațiilor de ozon în raport cu locația este evidentă, aceasta
fiind demonstrată statistic prin testul Mann-Kendall pentru 8 din cele 11 locații (Fig. 4.11).
Fig. 4.10 Variația concentrațiilor medii de ozon (O3) înregistrate la nivelul fiecărei SCI din rețeaua de
cercetare din Parcul Național Retezat în perioada 2009-2012
Variation of mean O3 concentrations (ppb) for each each research plot (SCI) placed in Retezat NP during
2009–2012 period.
44
Fig. 4.11 Rezultatele testului de trend Mann-Kendall pentru concentrațiile de ozon măsurate în perioada
2009-2012 în fiecare SCI din rețeaua de cercetare amplasată în Parcul Național Retezat
Mann-Kendall test results by ozone concetrations trend analysis during 2009-2012 period for each SCI în
Retezat NP research network
Concentrațiile orare de ozon au fost modelate utilizând funcția Liobl, pe baza lor calculându-
se indicele AOT40măsurat, atât pentru întreaga perioadă de expunere a filtrelor (15 mai – 15
octombrie), cât și pentru perioada recomandată de metodologia comună adoptată la nivel european
(2004) pentru calculul acestui indice (1 aprilie – 30 septembrie). În cel de-al doilea caz, AOT40 a
fost estimat conform metodologiei prezentate în capitolul 3. Au fost luate în considerare SCI-urile în
care există măsurători în peste 70% din zilele perioadei pe baza căreia se calculează indicele
AOT40.
La nivelul întregului sezon de vegetație (15 mai – 15 octombrie), pentru fiecare an în parte,
se observă că în 43% din SCI-uri (Fig. 4.12), pragul limită de 5000 ppb h pentru protecția vegetației
45
forestiere (2004) este depășit, cu toate că procentul mediilor sezonale mai mari de 40 ppb este de
30%. Cele mai mari valori ale indicelui AOT40 se regăsesc la nivelul anului 2012, când în 70% din
SCI-uri s-au înregistrat depășiri ale pragului critic (valoarea maximă fiind înregistrată în SCI Baleia
Urs – 40631 ppb h), anul cu cele mai puține depășiri ale pragului critic fiind 2009 (18% din SCI –
uri, valoare maximă atinsă - 10034 ppb h în SCI Baleia Urs). La nivelul întregii perioade analizate
(2009-2012), media multianuală a indicelui AOT40estimat depășește 5000 ppb h în 54% din SCI-uri,
chiar în cazuri în care media multianuală a concentrațiilor de ozon este mai mică de 40 ppb. Se
observă faptul că analiza mediilor sezonale obținute pe baza concentrațiilor de ozon măsurate cu
ajutorul filtrelor pasive oferă o estimare a tendințelor și a probabilității atingerii nivelurilor fitotoxice
ale ozonului, calculul indicelui AOT40 nefiind necesar în cazurile în care concentrațiile de ozon
măsurate cu filtre pasive sunt situate sub 30 ppb. Atunci când pragul critic este depășit, chiar dacă
nu apare un răspuns imediat al vegetației expusă acestor niveluri ale poluantului, efectele
vătămătoare ale acestuia vor fi observate pe termen lung, prin pierderi de creștere și deteriorarea
stării de sănătate a arborilor și arboretelor.
Fig. 4.12 Valorile AOT40estimat, calculat pentru sezonul de vegetație(15 mai – 15 octombrie) din perioada
anilor 2009-2012, la nivelul fiecărei SCI din rețeaua de cercetare de lungă durată amplasată în PN Retezat
AOT40estimated values for each growing season (15 May- 15 October) during 2009-2012 period, in each SCI in
Retezat NP research network
În cazul valorilor indicelui AOT40estimat calculat pentru perioada 1 aprilie – 30 septembrie
(AOT40padure), procentul SCI-urilor în care se depășește pragul critic este de 58% pentru perioada
2010-2012 (Fig. 4.13), comparativ cu AOT40estimat pentru intervalul 15 mai – 15 octombrie a
acelorași ani din perioada respectivă. Cea mai mare valoare a indicelui AOT40padure s-a obținut în
SCI Baleia Urs în anul 2012 (50718 ppb h), valoare de 10 ori mai mare decât pragul limită pentru
46
protecția vegetației forestiere. Asemenea valori ale AOT40padure au fost înregistrate și în alte rețele
de cercetare din Europa în ani secetoși (Gerosa et al., 2009, Sicard et al., 2013). La nivel multianual,
pragul de 5000 ppb h este depășit în 7 din cele 11 SCI-uri ale rețelei de cercetare din PN Retezat,
majoritatea amplasate în zona tampon a ariei protejate (Fig. 4.13).
Fig. 4.13 Valorile AOT40estimat, calculat în intervalul 1 aprilie – 30 septembrie pentru perioadaanilor 2010-
2012, la nivelul fiecărei SCI din rețeaua de cercetare de lungă durată amplasată în PN Retezat
AOT40estimated values for the interval 1 April – 30 September during 2009-2012 period, in each SCI in Retezat
NP research network
Concentrațiile de amoniac (NH3) troposferic prezintă o mare variabilitate și depind de
proximitatea surselor de producere, condițiile meteorologice și de mecanismele de absorbție a
acestuia (Sarwar et al., 2005). Principalele surse de NH3 identificate în mediul rural și forestier sunt
reziduurile animale, substanțele fertilizatoare pe bază de azot, autoturismele și vehiculele folosite în
agricultură și exploatări forestiere, și surse vegetale, cum ar fi pădurile de rășinoase și de stejari
(Sarwar et al., 2005).
La nivelul întregii perioade de cercetare, 84% din concentrațiile maxime lunare de amoniac
au fost măsurate în primele 3 perioade de expunere, cu un procent maxim de 43% în perioada 15
iulie – 15 august. Pentru fiecare an, concentrațiile maxime lunare de amoniac au fost înregistrate în
perioada 15 iulie – 15 august în anii 2009 și 2012 (64%, respectiv 73%), 15 iunie – 15 iulie în anul
2010 (64%) și 15 mai – 15 iunie în anul 2011 (55%) (Fig. 4.14). Înregistrarea valorilor maxime ale
concentrațiilor de amoniac la sfârșitul primăverii și vara se datorează intensificării activităților
agricole și pășunatului, cât și a activităților turistice în zona Parcului Național Retezat. Concluzii
47
similare asupra spațierii temporale a maximelor concentrațiilor de amoniac au reieșit și din alte
studii efectuate în Europa (van Pul et al., 2004) și America de Nord (Zbieranowski și Aherne, 2012).
Fig. 4.14 Variația concentrațiilor medii de amoniac (NH3) înregistrate la nivelul întregii rețele de cercetare
din Parcul Național Retezat în sezoanele de vegetație (15 mai-15 octombrie) din perioada 2009-2012
Variation of mean NH3 concentrations for each exposure period during each growing season (15 May-15
October) during 2009–2012 period.
Variabilitatea temporală a concentrațiilor medii lunare de amoniac este dovedită și prin
influența semnificativă a perioadei de expunere asupra acestora, atât pentru întreaga perioadă 2009-
2012 (H(4) = 10.817, p < 0.05), cât și pentru fiecare an, cu excepția anului 2011. Se remarcă faptul
că, în urma analizei de trend efectuată cu ajutorul testului Mann-Kendall, în 9 din cele 11 locații s-a
observat o tendință semnificativă de descreștere a concentrațiilor de amoniac (tabelul 4.17). Aceiași
tendință se observă și la nivelul întregii rețele de cercetare amplasată în Parcul Național Retezat
(tabelul 4.17).
Tabelul 4.17
Valorile statisticii Mann-Kendal și semnificația acestora pentru analiza de trend efectuată asupra
valorilor concentrațiilor de amoniac înregistrate în fiecare SCI din rețeaua de cercetare de lungă durată
amplasată în PN Retezat
Values of Mann-Kendall statistic (S) and its significance obtained by ammonia concentrations trend
analysis for each SCI în Retezat NP network during 2009-2012 period SCI Valoarea statisticii Mann-
Kendall (S)
Probabilitatea de respingere a
ipotezei nule
Semnificația trendului
Judele -75 0.002 Semnificativ ↓
Rotunda -28 0.135 Nesemnificativ
OGA -13 0.339 Nesemnificativ
Gura Zlata -85 0.001 Semnificativ ↓
Rausor -81 0.002 Semnificativ ↓
Baleia Sohodol -55 0.029 Semnificativ ↓
Baleia Stana -61 0.017 Semnificativ ↓
Baleia Urs -65 0.012 Semnificativ ↓
Campusel Neagu -83 0.001 Semnificativ ↓
Campusel -73 0.005 Semnificativ ↓
Gol Alpin -69 0.004 Semnificativ ↓
PN Retezat -7754 0.001 Semnificativ ↓
48
Oxizii de azot sunt produși în principal prin arderea combustibililor fosili, arderea biomasei și
din producția microbială a bacteriilor din sol (Lee et al., 1997 citat de Zbieranowski et al., 2013), și
sunt eliberați în atmosferă în principal ca oxid de azot (NO) și în mică măsură ca dioxid de azot
(NO2)..
La nivelul întregii perioade de cercetare (2009-2012), majoritatea concentrațiilor maxime de
NO2 au fost înregistrate în ultimele două perioade de expunere, la sfârșitul verii – începutul toamnei
(61%). Concentrații maxime de NO2 la sfârșitul sezonului de vegetație au fost semnalizate și de alți
autori (Zbieranowski și Aherne, 2012), dar în principal în zone unde concentrațiile medii anuale
depășesc 5µg m-3
, datorită prezenței de surse de emisie de NO2 (în principal trafic intens) în
apropierea zonelor studiate. În rețeaua de cercetare din Parcul Național Retezat, maxima lunară
absolută a concentrațiilor de dioxid de azot nu depășește 1 µg m-3
, ceea ce conduce la concluzia că
emisiile de NO2 din zonă sunt foarte reduse, valorile măsurate fiind datorate concentrațiilor de fond
și transportului pe distanțe mari a maselor de aer încărcate cu NO2
Coeficienții de variație ai concentrațiilor medii lunare de NO2 au valori cuprinse între 20.6%
în anul 2012 și 55% în anul 2009, cu o valoare de 38.1% pentru întreaga perioadă cercetată.
Variabilitatea temporală a concentrațiilor de NO2 este dovedită de rezultatele obținute prin analiza
simplă de varianță, care indică o influență semnificativă a perioadei de expunere asupra
concentrațiilor de NO2 atât în cazul întregii perioade 2009-2012 (FW(4, 100.1) = 4.171, p < 0.05), cât
și pentru toți anii, cu excepția anului 2010.Analiza de trend arată o tendință de creștere a
concentrațiilor de NO2 pentru aceiași perioadă în ani consecutivi pentru toate perioadele, cu excepția
perioadei 15 august – 15 septembrie.
La nivelul fiecărei suprafețe de cercetare integrată, valorile mediilor sezonale sunt similare
cu cele măsurate în sit-ul LTER Bucegi – Piatra Craiului (Badea et al., 2011; Badea et al., 2012), dar
mai mici decât cele înregistrate în Parcul Național Retezat în perioada 2000-2002 (Bytnerowicz et
al., 2005). De asemenea, acestea sunt mult mai mici comparativ cu valorile concentrațiilor de NO2
măsurate în cadrul proiectului ESCAPE în 36 de locații rurale din Europa în perioada 2008-2011
(Cyrys et al., 2012). Locația influențează semnificativ concentrația de NO2 la nivelul perioadei
2009-2012 (F(10, 198) = 2.881, p < 0.05), cât și în anii 2010 (FW(10, 17.4) = 5.503, p < 0.05) și
2011 (F(10, 44) = 2.732, p < 0.05). Totodată, testul Mann-Kendall demonstrază existența unei
tendințe crescătoare semnificative a concentrațiilor de NO2 în toate cele 11 locații ale rețelei de
cercetare (p < 0.05 în toate cazurile).
Coeficienții de variație ai concentrațiilor medii sezonale de dioxid de azot au valori cuprinse
între 12% în anul 2012 și 23.9% în anul 2010, pentru întreaga perioada acesta având o valoare de
49
26.8%. Analiza simplă de varianță demonstrează faptul că există diferențe semnificative între
concentrațiile de NO2 măsurate în diferiți ani (FW(3, 107.4) = 39.31, p <0.05), iar testul Mann-
Kendall arată o tendință crescătoare a acestora la nivelul întregii rețele de cercetare.
Depunerile atmosferice uscate și umede de poluanți, în special sulf (S) și azot (N) au un
impact important asupra ecosistemelor forestiere. Acestea afectează ecosistemele forestiere prin
acidificarea solului (Ulrich, 1983, Małek și Astel, 2008) sau prin dereglarea balanței nutrienților din
sol (van der Heijden et al., 2013).
Pentru determinarea efectului depunerilor de S și N asupra ecosistemelor forestiere din rețeaua
de cercetare de lungă durată din PN Retezat, precipitațiile atmosferice au fost recoltate în 5 SCI-uri
(Judele, Gura Zlata, Baleia Șohodol, Baleia Stână și Câmpușel), atât în teren liber cât și sub
coronament.
Cantitatea anuală de precipitații măsurată cu ajutorul colectorilor instalați în cele 5 SCI-uri a
variat între 363 mm ( SCI Baleia Stână în anul 2012) și 1111 mm (SCI Baleia Șohodol în anul 2011)
în teren liber, și între 313 mm (SCI Baleia Stână în anul 2012) și 941 mm (SCI Baleia Stână în anul
2010) (Fig. 4.15 a, b). Tendința de descreștere a cantității de precipitații sub coronament, în special
începând cu anul 2010, s-a observat SCI Baleia Stână, însă această tendință, deși nesemnificativă
statistic, s-a observat în toate SCI-urile (Fig. 4.15 a, b).
Fig. 4.15 Cantitatea de precipitații înregristrată în (a) teren liber și (b) sub coronament în perioada 2009-2012
în SCI-urile din rețeaua de cercetare de lunga durată din PN Retezat
Precipitationquantities registerd (a) in bulk deposition an (b) in throughfall during 2009-2012 period in the
integrated research plots (SCI) placed in Retezat NP
La nivelul fiecărui an, cea mai mare retenție în coronament s-a observant în SCI Gura Zlata în
anul 2012 (30.9%), în timp ce în SCI Câmpușel, în anul 2012, cantitatea de precipitații înregistrată
sub coronament a fost cu 11.4% mai mare decât cea măsurată în teren liber. Pentru întreaga perioadă
50
(2009 - 2012), retenția medie maximă s-a observat în SCI Gura Zlata (21%), iar cea minimă în SCI
Câmpușel (10%).
Ploile acide sunt recunoscute ca fiind un factor important care influențează starea de sănătate
a arborilor (Alonso et al., 2005, Alonso et al., 2005, Bytnerowicz et al., 2005). La nivelul întregii
perioade, frecvența ploilor cu pH<5.0 în teren liber a variat între 50-75% în anul 2009 și 0-43% în
anul 2012. Cu toate acestea, sub coronament pH-ul precipitațiilor a fost în toate cazurile mai mare
decât 5, indicând o retenție a ionilor acizi de către coronamentul arboretelor.
În cazul fluxului de ion sulfat, în majoritatea cazurilor, s-a observat o spălare a sulfului din
coronament, cu excepția SCI Câmpușel în anul 2009, SCI Judele în anul 2010, SCI Gura Zlata și
Baleia Șohodol în anul 2011 și SCI Baleia Stână în anul 2012 (Fig. 4.16). Cea mai mare retenție de
ion sulfat în coronament s-a înregistrat în SCI Gura Zlata în anul 2011 (5.12 kg/an/ha).
Fig. 4.16 Fluxul de ion sulfat înregistrat (a) în teren liber și (b) sub coronament în perioada 2009-2012 în
SCI-urile din rețeaua de cercetare de lungă durată amplasată în PN Retezat
Sulphur flux registerd (a) in bulk deposition an (b) in throughfall during 2009-2012 period in the integrated
research plots (SCI) placed in Retezat NP
În ceea ce privește fluxul total de azot (azot amoniacal și azot din ion nitrat), cantitățile
acestuia în teren liber și sub coronament variază de la an la an și de la SCI la altul. Astfel, în anul
2009, în majoritatea SCI-urilor, s-a observat o spălare a azotului depus în coronament (cu excepția
SCI Câmpușel). În anul 2010 situația s-a inversat, retenția azotului din precipitații de către
coronament apărând în toate SCI-urile, retenția maximă înregistrându-se la Câmpușel și Gura Zlata
(2.57 kg/an/ha, respectiv 2.32 kg/an/ha), SCI-uri în care specia principală este fagul. În anii 2011 și
2012, fluxul de azot variază atât în teren liber cât și sub coronament, observându-se atât o retenție,
cât și o spălare a acestuia în diferite SCI-uri (Fig. 4.17).
51
Fig. 4.17 Fluxul total de azot înregistrat (a) în teren liber și (b) sub coronament în perioada 2009-2012 în SCI-
urile din rețeaua de cercetare de lungă durată amplasată în PN Retezat
Total nitrite flux registerd (a) in bulk deposition an (b) in throughfall during 2009-2012 period in the
integrated research plots (SCI) placed in Retezat NP
Valorile fluxurilor de ion sulfat și de azot total sunt comparabile cu cele măsurate în perioada
2006-2010 în Parcul Natural Bucegi (Badea et al., 2012), cât și cu cele înregistrate la nivel Central-
European (Müller-Edzards et al., 1997), depunerile de sulf putând fi considerate depuneri reduse
spre mijlocii, iar în cazul azotului - depuneri mijlocii, dar nedepășind nivelurile critice ale acestor
poluanți.
52
4.7. ANALIZA INFLUENȚEI POLUĂRII ATMOSFERICE ȘI A ALTOR FACTORI
DE STRES ASUPRA STĂRII ARBORILOR ȘI ARBORETELOR
ANALYSIS OF AIR POLLURION AND OTHER STRESS FACTORS INFLUENCE
ON TREES AND STANDS STATUS
Pentru a identifica influența diferiților poluanți și factori de stres asupra ecosistemelor
forestiere din rețeaua de cercetare de lungă durată amplasată în Parcul Național Retezat, a fost
analizată corelația dintre diferiți parametri de caracterizare a stării arborilor (defolierea medie a
arborilor la nivelul suprafeței de cercetare integrată - SCI, creșterea medie lunară în suprafață de
bază) și factorii de stres (parametrii calității aerului, ai precipitațiilor și solului).
Ozonul, reprezentat în acest caz de concentrația medie lunară sau sezonală (la nivelul
sezonului de vegetație) și valoarea indicelui AOT40 pe perioade (lunară) sau sezonală, a prezentat o
influență variabilă asupra defolierii medii (procentul mediu al defolierii la nivelul SCI-urilor), dar
nesemnificativă din punct de vedere statistic (tabelul 4.18). Pentru întreaga perioadă de cercetare
(2009-2012), s-a observat o ușoară creștere a defolierii medii cu concentrația de ozon, dar panta
dreptei de regresie nu este diferită de 0 din punct de vedere statistic. Atunci când variabila răspuns
este reprezentată de creșterea medie lunară în suprafață de bază a arborilor, ozonul, în mod
surprinzător, a avut o influență pozitivă semnificativă asupra acesteia, atât la nivelul întregii
perioade (tabelul 4.19), cât și în anul 2011 (tabelul 4.19), mediile concentrațiilor de ozon si ale
indicelui AOT40 pentru întreaga rețea de cercetare, atât la nivel multianual cât și pentru fiecare an în
parte nedepășind nivelurile critice (40 ppb, respectiv, 10000 ppm h), cu excepția anului 2012.
Corelațiile devin nesemnificative atunci când influența factorului temporal (sezonalitatea creșterilor
și concentrațiilor de ozon) a fost extrasă din prin corelație parțială.
Azotul, prin compușii lui, este reprezentat de indicatori ai calității aerului (concetrațiile de
amoniac și dioxid de azot), precipitațiilor (fluxul total de azot) și solului (raportul C/N în orizontul
organic și orizonturile minerale). La nivel multianual, s-a observat un aparent deficit de azot în
arboretele cercetate din Parcul Național Retezat, o creștere a concentrațiilor acestuia ducând la o
scădere a defolierii medii (tabelul 4.18), cu toate că nivelul de nutriție cu N al arborilor este
echilibrat (Badea și Silaghi, 2011), iar solurile sunt în general bine aprovizionate cu azot. În schimb,
fluxul de azot din precipitații are o influență negativă, dar nu semnificativă, asupra creșterilor lunare
(tabelul 4.19), mare parte din această influență fiind explicată de caracterul acid al precipitațiilor
(prin corelație parțială).
53
Precipitațiile înregistrate sub coronamentul pădurii au avut un efect pozitiv semnificativ
asupra creșterilor, iar stresul produs de secetă fiind evident atât la nivel multianual cât și în anul
2012, în special, an în care s-a înregistrat o lipsă acută a precipitațiilor începând cu luna iulie.
Sulful nu a atins niveluri care să producă o influență evidentă asupra arborilor, efectele
măsurilor de reducere a emisiilor acestui poluant în anii ’90, regăsindu-se în concentrațiile actuale
din precipitații (tabelul 4.19), cu excepția anului 2009 (tabelul 4.18), cand a apărut o corelație
pozitivă semnificativă între fluxul de sulf și defolierea medie.
Pentru a identifica efectul cumulat al diferiților factori de stres, în special poluanții atmosferici
(ozon, amoniac, dioxid de azot, fluxul de ion sulfat, fluxul total de azot), asupra defolierii medii și
creșterii medii lunare, s-a aplicat procedeul regresiei multiple. Datorită numărului mare de variabile
independente, în ambele cazuri, s-a aplicat metoda Analizei Componentelor Principale (ACP), astfel
valorile concentrațiilor factorilor de influență fiind grupate în două componente principale care
reprezintă sursele comune de poluare.
Tabelul 4.18
Influența diferiților factori de stress asupra procentului mediu de defoliere
Influence of different stress factors on mean defoliation percent
Anul Ozon AOT40 NH3 NO2 Fluxul
de N
Fluxul
de S
Precipit
ații
Raprotul C/N
în orizontul
organic
Raportul C/N
în orizontul
mineral
2009-2012 0.121 0.126 -0.326* 0.096 -0.181 -0.085 -0.205 0.091 0.336*
2009 0.254 0.111 -0.560 -0.192 0.608 0.918* 0.329 0.189 0.425
2010 0.297 0.344 0.254 -0.034 -0.364 0.485 0.387 0.346 0.464
2011 -0.141 -0.122 -0.093 -0.457 -0.969* -0.511 -0.235 -0.016 0.261
2012 0.022 0.026 0.018 -0.090 -0.147 0.339 0.600 -0.162 0.280
* Corelație semnificativă pentru α < 0.05
Tabelul 4.19
Influența diferiților factori de stres asupra creșterii medii lunare în suprafață de bază a arborilor
Influence of different stress factors on monthly mean tree basal area growth
Anul Ozon AOT40 NH3 NO2 Fluxul de N Fluxul de S Precipitații pH-ul
precipitațiilor
2010-2012 0.280* 0.167 0.102 -0.024 -0.184 -0.028 0.222* -0.184
2010 0.140 0.151 0.449* -0.134 0.177 0.095 0.232 -0.197
2011 0.503* 0.342* 0.257 -0.041 -0.384 0.008 0.194 -0.054
2012 0.309 0.286 0.179 0.119 -0.448* -0.116 0.358* -0.277
* Corelație semnificativă pentru α < 0.05
Analizând valorile lunare ale concentrațiilor poluanților atmosferici (O3, NO2, NH3, fluxul de
ion sulfat, fluxul de azot total), au fost identificate două componente principale, variabilele
grupându-se pe categorii de surse de poluare (Fig. 4.18, 4.19): PC1 – poluarea produsă de arderea
combustibililor fosili (O3 și NO2) și PC2 – poluarea produsă prin activități agricole, în special
pășunat și activități turistice, incendii etc. (NH3 și fluxul total de azot). O a treia sursă de poluare,
54
deși nesemnificativă (valoarea proprie a matricii coeficienților de corelație a variabilelor cu PC -
eigenvalue – fiind mai mică decât 1, conform criteriului Kaiser de selecare a componentelor
principale) (Fig. 4.18 a), a fost reprezentată de fluxul de ion sulfat. Acesta, provenind din o sursă
independentă diferită de cele două componente principale, îngreunează evidențierea efectului
celorlalte variabile asupra creșterii lunare a arborilor. Aceasta se explică prin faptul că varianța
comună rezultată în urma ACP este explicată în proporție de numai 52% (Fig. 4.18 b), valoarea
testului statistic privind fiabilitatea ACP (Cornbach’s α) având o valoare mai mică de 0,7. Prin
eliminarea valorilor fluxului de ion sulfat din ACP, varianța comună a variabilelor rămase și grupate
în jurul componentelor principale identificate este explicată în proporție de 76% (Fig. 4.19 b), ceea
ce conferă asigurare statistică într-o măsură destul de mare (Cornbach’s α = 0.73).
Fig. 4.18 Analiza Componentelor Principale a variabilelor independente “concentrațiile medii lunare de O3,
NH3, NO2”, “fluxul lunar de ion sulfat”, “fluxul lunar total de azot”: (a) Valorile eigenvalue ale
componentelorprincipaleși (b) distribuțiavariabilelor de-a lungulcomponentelorprincipale.
Principal Component Analysis of independent variables „mean O3, NH3, NO2 monthly concetrations”,
„monthly sulphur flux”, „monthly total nitrite flux”: a() Eigenvalues of principal components and (b)
variables’ distribution along principal components
Dacă la nivel lunar, în decursul sezonului de vegetație, nu s-a identificat o legătură între
sursele de amoniac și ionul sulfat, pentru întregul sezon de vegetație, nivelul de semnificație crește,
identificându-se o sursă de poluare acidă (PC 2 – NH3, fluxul total de azot, fluxul de ion sulfat) (Fig.
4.20). De asemenea, ca și în cazul valorilor lunare, a fost identificată o sursă de poluare datorată
arderii combustibililor fosili (PC 1 – O3, NO2) (Fig. 4.20 a). În total, varianța comună a variabilelor
este explicată în proporție de 78.4% (Fig. 4.20 b).
55
Fig. 4.19 Analiza Componentelor Principale a variabilelor independente “concentrațiile medii lunare de O3,
NH3, NO2”, “fluxul lunar total de azot”: (a) Valorile eigenvalue ale componentelorprincipaleși (b)
distribuțiavariabilelor de-a lungul componentelorprincipale. Principal Component Analysis of independent variables „mean O3, NH3, NO2 monthly concetrations”,
„monthly total nitrite flux”: a() Eigenvalues of principal components and (b) variables’ distribution along
principal components
Fig.4.20 Analiza Componentelor Principale a variabilelor independente “concentrația medie sezonală de
ozon, amoniac, NO2”, “AOT40”, “fluxul de ion sulfat”, “fluxul total de azot”: (a) Valorile eigenvalue ale
componentelorprincipaleși (b) distribuțiavariabilelor de-a lungul componentelorprincipale.
Principal Component Analysis of independent variables „mean O3, NH3, NO2 seasonal concetrations”,
„AOT40”,„sulphure flux”, „total nitrite flux”: (a) Eigenvalues of principal components and (b) variables’
distribution along principal components
În urma grupării variabilelor independente prin analiza componentelor principale (APC), a fost
reluată regresia multiplă. Astfel, în cazul defolierii medii, se observă o influență pozitivă a
poluanților rezultați din arderea combustibililor fosili (ozon și dioxid de azot) și o influență negativă
a poluanților acidificatori (amoniacul, fluxul total de azot și fluxul de ion sulfat), însă modelul nu
este asigurat din punct de vedere statistic. Varianța totală a defolierii medii explicată de model este
56
de 18,9% (tabelul 4.20). La nivel european (Klap et al., 2000), s-a observat faptul că o creșterea
procentului mediu de defoliere a coroanelor datorată poluanților rezultați din arderea combustibililor
fosili poate deveni semnificativă la valori ale AOT60 de peste 20 ppm h și la concentrații ale NO2 de
peste 5 µg m-2
, în special în cazul speciilor de foioase, concentrații mult peste cele înregistrate în
SCI-urile din rețeaua de cercetare de lungă durată din PN Retezat. Studii legate de influența
diferiților factori asupra defolierii coroanelor au arătat că cele mai importante influențe le au seceta
și vârsta arborilor, efectul poluanților atmosferici (în special O3 și NO2) nefiind bine evidențiat, dar
concentrându-se în special pe foioase (Nellemann și Frogner, 1994, Solberg și Tørseth, 1997).
În cazul creșterilor medii lunare în suprafață de bază, procentul variației acestora explicat de
modelul luat în considerare este mult mai mică decât în cazul defolierii medii (1.7%), ionul sulfat și
compușii amoniacali având o relativă influență negativă asupra acestora, iar ozonul și NO2 o
influență pozitivă, dar nesemnificativă în ambele cazuri (tabelul 4.20). În literatura de specialitate,
studiile legate de efectul ozonului asupra creșterii arborilor au evidențiat o legătură variată, de la o
influență negativă a acestuia (Momen et al., 2002), pozitivă (Yamayi et al., 2003) sau nici o
influență (Bortier et al., 2000). Într-o serie de studii legate de influența combinată a azotului și
ozonului asupra creșterii arborilor, Thomas et al. (2005, 2006) a observat o intensificare a efectelor
negative ale ozonului prin fertilizarea cu azot (peste 20 kg an-1
ha-1
). În cazul SCI-urilor din rețeaua
de cercetare de lungă durată amplasată în PN Retezat, cu toate că nivelul azotului din sol este ridicat,
fluxurile de azot total în teren liber nu au depășit nivelul de 20 kg an-1
ha-1
, nivel peste care azotul,
singur sau în combinație cu ozonul, poate produce reduceri ale creșterilor arborilor (Thomas et al.,
2005, 2006).
Tabelul 4.20
Coeficienții dreptei de regresie y = b0+b1x1+b2x2+…bnxn, raportul de corelație și raportul de determinație al
modelului
Regression coeficients of y = b0+b1x1+b2x2+…bnxn multiple regression, correlation ratio and R2
Variabila
dependentă Variabilele independente
Coeficienții dreptei
de regresie
Coeficienți
standardizați
Raportul de
corelație
Raportul de
determinație
Defolierea
medie
Constantă 18.609
0.434 0.189 PC 1 (O3, NO2) 0.933 0.343
PC 2 (NH3, Flux_S, Flux_N) -0.727 -0.267
Creșterea
medie lunară
în suprafață de
bază
Constantă 11.631
0.130 0.017 Flux_S -0.162 -0.020
PC 1 (O3, NO2) 0.826 0.128
PC 2 (NH3, Flux_N) -0.195 -0.130
Rezultatele aplicațiilor statistice privind influențele diferiților factori asupra stării de sănătate
și creșterii arborilor și arboretelor au demonstrat, încă o dată, faptul că, în Parcul Național Retezat,
poluanții atmosferici nu au atins niveluri critice, astfel încât să aibă un efect semnificativ asupra
57
ecosistemelor forestiere. Aceste rezultate evidențiază importanța regimului de protecție al zonei
cercetate, care a dus la o limitare a surselor de poluare locale, concentrațiile poluanților atmosferici
măsurate în PN Retezat datorându-se în principal poluării de fond. Astfel, Parcul Național Retezat
este considerat zona de cercetare din întregul lanț carpatic cu concentrații ale ozonului și a altor
agenți poluanți (NO2, NH3) cele mai reduse (Bytnerowicz et al., 2002, Bytnerowicz et al., 2005).
Monitorizarea continuă pe termen lung acestora rămâne însă de o deosebită importanță pentru
semnalizarea apariției efectelor negative ale factorilor de stres.
58
5. CONCLUZII
CONCLUSIONS
Abordarea complexă și interdisciplinară a cercetărilor, desfășuratecu ocazia elaborării tezei de
doctorat, a permis, pe baza rezultatelor obținute, fundamentarea unor concluzii care vin să confirme
și să dezvolte ipoteze și legități cunoscute, unele dintre ele conducând la evidențierea unor
contribuții cu caracter de originalitate la nivel național și internațional, deosebit de utile în
cunoașterea și explicarea efectelor acțiunii diferiților factori de stres asupra stării complexelor
ecosistemice în general și a ecosistemelor forestiere, în special.
În ceea ce privește structura arboretelor cercetate, analiza în raport cu mărimea suprafețelor de
cercetare și respectiv, a colectivităților de arbori din cadrul acestora, a dovedit că mărimea de 0.7 ha
a suprafețelor integrate, obținute prin includerea zonei tampon dintre suprafețele de probă
permanente (SPP) instalate odată cu amplasarea inițială a rețelei reprezintă din punct de vedere
metodologic o valoare minimă necesară pentru caracterizarea structurii arboretelor, cu ajutorul unor
funcții teoretice specifice cunoscute. Astfel, în majoritatea cazurilor, pentru ajustarea distribuțiilor
experimentale ale numărului de arbori în raport cu diametrul acestora, cele mai potrivite s-au
dovedit funcțiile Weibull 3P și Beta, care se caracterizează printr-un grad ridicat de apropiere față de
distribuțiile experimentale, acestea dovedindu-se deosebit de flexibile și cuprinzătoare în ceea ce
privește particularitățile distribuțiilor asimetrice, normale și exponențiale, în raport cu parametrii de
formă ai acestora. S-a dovedit, de asemenea, că majoritatea arboretelor cercetate au o structură
relativ echienă cu excepția făgetului din locația Gura Zlata, care prezintă o structură relativ plurienă
bine surprinsă și caracterizată, în special, de funcția de frecvență Weibull. Alura curbelor de
distribuție teoretice este specifică tipurilor de structuri identificate și este influențată de vârsta
acestora (prin prelungirea ramurii drepte – existența de arbori cu diametre mari și evident,
aplatizarea acestora ca urmare a unei amplitudini mari de variație a diametrelor în cazul distribuțiilor
asimetrice).
În ceea ce privește starea de sănătate a arborilor și arboretelor s-a constatat că prin adoptarea
unei forme și mărimi a suprafeței de supraveghere, de la suprafețele de cercetare existente (SC –
0.25 ha) la cele de cercetare integrată (SCI – 0.7 ha), la nivelul întregii rețele de cercetare,
diferențele sunt nesemnificative în ambele situații, numărul arborilor fiind reprezentativ în egală
măsură pentru scara la care se referă informațiile. Pentru întreaga perioadă de analiză (2000-2012) s-
a constatat o ușoară variație a stării de sănătate, dar nesemnificativă, pădurile fiind considerate
moderat afectate, procentul arborilor vătămați (clasele de defoliere 2-4) nedepășind valoarea de 20%
59
(valorile maxime au fost înregistrate în anii 2002 – 16.1% și 2012 – 15%). Față de perioada 2000-
2002, în perioada reluării cercetărilor (2009-2012) situația se prezintă asemănător, ceea ce conduce
la ipoteza potrivit căreia, din punct de vedere al condițiilor climatice, în special al regimului termic
și a cantității de precipitații, în contextul schimbărilor climatice și implicit al măririi sensibile a
sezonului de vegetație, nu sunt diferențe notabil semnificative. Rășinoasele s-au dovedit mai afectate
decât foioasele, reprezentate în majoritate de fag, atacurile de ipide din perioada 2010-2011 fiind
foarte bine surprinse, ca de altfel și încetarea acțiunii negative a acestora în anul 2012, constatându-
se o revigorare evidentă. Fagul s-a dovedit cel mai puțin afectat, aproape în toate cazurile fiind
prezent în arborete amestecate stabile sau în arborete pure. Starea de sănătate mai precară a
rășinoaselor poate fi dovedită și de creșterea procentului arborilor vătămați peste pragul altitudinal
de 1000 m, unde arboretele sunt reprezentate în principal de aceste specii, în condiții mai grele de
vegetație, climatice și edafice, în special la limita altitudinală.
Referitor la creșterea arborilor și arboretelor cercetate din Parcul Național Retezat s-a evidențiat
faptul că pentru principalele specii media creșterii anuale în volum variază de la un arboret la altul în
raport cu compoziția acestora (pure sau amestecate), clasa de producție și starea de sănătate a
arborilor componenți, care prezintă fluctuații de la un an la altul, fiind influențată în unele locații și
de condiții de vegetație limitative, în special pentru brad și fag, un rol important în acest sens
avându-l starea solurilor forestiere, care în timp, prin intensificarea procesului de acidificare, poate
avea influențe majore asupra creșterii și dinamicii stării de sănătate a arborilor și arboretelor. Pe
grupe de clase de defoliere, valorile medii anuale ale creșterii în volum pe an și pe ha stabilite ca
medii aritmetice în raport cu încadrarea în clase de defoliere a arborilor atât la începutul cât și la
sfârșitul perioadei de cercetare, sunt apropiate de cele înregistrate de colectivitățile de arbori care și-
au păstrat clasa de defoliere pe întreaga perioadă, confirmând și în cazul arboretelor cercetate din
PN Retezat, ipoteza potrivit căreia migrarea arborilor în diferite clase de defoliere în decursul
perioadei de cercetare poate fi eliminată prin stabilirea unei valori medii anuale a creșterilor în
volum determinate în raport cu încadrarea arborilor în clase de defoliere la începutul și respectiv, la
sfârșitul perioadei de cercetare, dovedindu-se din punct de vedere metodologic un aspect deosebit de
important, mai ales în situațiile în care deseori în grupa arborilor vătămați nu există arbori comuni.
Măsurătorile permanente ale creșterii circumferinței arborilor cu ajutorul benzilor dendrometrice
permanente au permis stabilirea cuantumului procentual de creștere în suprafață de bază pentru
diferite perioade (de înregistrare a creșterilor maxime și respectiv a creșterilor minime) din decursul
sezonului de vegetație, evidențiind o usoară prelungire a acestuia în regiunea montană, mai ales
pentru molid, proces caracteristic efectului schimbărilor climatice. Pierderile de creștere înregistrate,
60
ca urmare a procesului de vătămare a coroanelor arborilor sunt comparabile cu cele stabilite în alte
rețele de cercetare / monitorizare ecologică pe termen lung (situl ILTER Bucegi – Piatra Craiului,
nivelul II de monitorizare intensivă a ecosistemelor forestiere), rezultatele contribuind la
îmbunătățirea pe plan național și european a fundamentelor științifice dobândite până în prezent în
acest domeniu.
Referitor la biodiversitatea vegetației, componentele acesteia, la nivelul ecosistemelor forestiere
cercetate, sunt specifice tipului de arborete, condițiilor climatice și de vegetație, asociațiile vegetale
identificate fiind reprezentate prin bogăția floristică și distribuția straturilor de vegetație în
concordanță cu caracteristicile lor geomorfologice și ecologice. Utilizarea analizei statistice de tip
clustering aglomerativ și ordinativ a evidențiat în mod complex distribuția spațială a fitocenozelor la
nivel de ecosistem și gradul relativ scăzut de antropizare al acestora, excepție făcând două dintre
arboretele cercetate (Baleia Stână și Rotunda). Diversitatea structurală a stratului arborescent
caracterizată prin multitudinea de indici stabiliți în raport cu diferiți parametri dendrometrici ai
arborilor, explică gradul de neuniformitate al arboretelor, coeficientul Gini dovedindu-se a fi cel mai
bun estimator al structurii acestora în raport cu diametrul de bază, confirmând adevărul potrivit
căruia majoritatea arboretelor analizate au în raport cu acest coeficient o structură specifică
arboretelor relativ echiene, cu excepția arboretului din SCI Gura Zlata, a cărui structură s-a dovedit
ca fiind relativ plurienă.
În ceea ce privește calitatea aerului, caracterizată prin concentrațiile agenților poluanți evaluate în
cuprinsul Parcului Național Retezat, în special a ozonului, se poate afirma că valorile maxime ale
acestora se înregistrază la începutul și mijlocul sezonului de vegetație, cu efecte asupra stării de
sănătate a arborilor și creșterii acestora, absorbția de ozon la nivel stomatal fiind maximă, perioada
de expunere influențând astfel, semnificativ valorile concentrațiilor de ozon. Coeficienții de variație
ai acestor concentrații explică o relativă variație temporală, valoarea maximă înregistrată fiind de
34%. Dinamica concentrațiilor de ozon la nivelul întregii rețele de cercetare urmează o tendință de
creștere de la un sezon de vegetație la altul, mai mult sau mai puțin semnificativă, evidențiată,
pentru fiecare perioadă de expunere corespunzătoare și la nivelul tuturor suprafețelor de cercetare.
Nivelurile de poluare cu ozon calculate prin intermediul indicelui de acumulare al ozonului peste
pragul de 40 ppb (AOT40), prin modelarea valorilor orare ale concentrațiilor de ozon măsurate cu
ajutorul filtrelor pasive, se situează în 58% din cazuri deasupra pragurilor critice stabilite pentru
protecția vegetației forestiere la nivel european, fără să fie evidențiate efecte negative (fitotoxice)
asupra stării de sănătate și creșterii arborilor. Această legitate oferă o imagine generală asupra
tendinței de creștere a concentrației de ozon în regiunea cercetată și presupune o supraveghere atentă
61
în viitor, privind efectele vătămătoare negative asupra stării vegetației care vor fi obținute în timp
prin pierderi de creștere și determinarea stării de sănătate a arborilor și arboretelor în cazul expunerii
pe termen lung la niveluri peste cele critice. O cauză importanată a înregistrării valorilor maxime ale
concetrațiilor de amoniac o constituie factorul antropic prin intensificarea activităților agricole,
turistice și a pășunatului la sfârșitul primăverii și în perioada de vară, ceea ce confirmă unele
rezultate obținute pe plan internațional privind spațierea temporală a acestor valori maxime
înregistrate în timpul sezonului de vegetație. Valorile reduse ale concentrațiilor oxizilor de azot,
situate sub pragul de 1 μg m-3
, întăresc ipoteza potrivit căreia acesta sunt cauzate de poluarea
maselor de aer transfrontaliere încărcate cu dioxid de azot ale cărui concentrații sunt într-o ușoară
tendință de creștere, contrar tendinței de descreștere a concentrațiilor de amoniac. Frecvența ploilor
acide destul de ridicată și valoarea pH-ului depunerilor colectate sub coronamentul pădurii (mai
mare decât 5) a evidențiat acțiunea negativă ce poate fi exercitată de retenția ionilor acizi la nivelul
coroanelor arborilor cu efecte negative asupra activității auxologice și a stării de sănătate a arborilor.
Atât în cazul ionului sulfat, cât și în cazul azotului în diferite forme, spălarea ionilor reținuți la
nivelul coronamentului poate avea în timp efecte negative asupra stării solurilor forestiere ca urmare
a creșterii acidității acestora. Cu toate acestea, valorile fluxurilor de ion sulfat și de azot total pot fi
considerate comparabile cu cele înregistrate în Parcul Natural Bucegi, cât și în alte situri din țară și
la nivel european, depunerile de sulf fiind considerate reduse spre mijlocii, iar cele de azot, mijlocii.
In ceea ce privește acțiuneaexercitată depoluarea atmosferică și alți factori de stres asupra
stării ecosistemelor forestiere cercetate, rezultatele obținute prin analiză statistică au demonstrat
influențe ușoare, nesemnificative ale ozonului și azotului asupra stării de sănătate a arborilor,
exprimată prin procentul mediu al defolierii coroanelor, și slab semnificative, pozitive, asupra
creșterilor lunare în suprafață de bază din timpul sezonului de vegetație, mai puțin a fluxului total de
azot din depunerile umede, a cărui influență este nesemnificativă, dar ușor negativă datorită
caracterului acid al precipitațiilor. Totuși, s-a evidențiat un efect pozitiv semnificativ al cantităților
de precipitații asupra creșterilor, ca de altfel și acțiunea negativă a secetei manifestată în perioada de
cercetare, în principal începând cu luna iulie a fiecărui sezon de vegetație când au loc procese
auxologice de mare însemnătate. Efectul cumulat al factorilor de stres luați în considerare asupra
creșterilor medii lunare (concentrațiile de ozon, amoniac, dioxid de azot, fluxurile de ion sulfat și
azot total) a fost determinat prin evidențierea a două componente principale, ca surse de poluare
(arderea combusibililor fosili, și activități agricole, forestiere, incendii etc.) care explică 76% din
varianța medie a variabilelor luate în considerare. La nivelul sezonului de vegetație, varianța medie
a acestor variabile, explicată prin Analiza Componentelor Principale (APC) crește la 78%,
62
diferențiindu-se o nouă sursă de poluare acidă prin gruparea ionului sulfat alături de NH3 și de fluxul
de azot total. Așadar, se poate afirma faptul că poluanții atmosferici nu au atins niveluri critice, cu
efect semnificativ asupra stării de sănătate și creșterii arborilor și arboretelor cercetate, dar
monitorizarea în timp a dinamicii concentrațiilor acestora și a altor factori de stres cumulat cu cel al
schimbărilor climatice se impune cu necesitate, pentru a putea semnaliza intensitatea și nivelul de
acțiune al acestora asupra stării ecosistemelor din zona cercetată.
* *
*
Cercetările efectuate cu ocazia elaborării prezentei teze de doctorat nu reprezintă decât o etapă
scurtă, dar importantă, în sfera preocupărilor majore la nivel național, european și internațional de
cercetare / monitorizare pe termen lung a stării ecosistemelor forestiere și a capacității acestora de a
oferi bunuri și servicii pentru creșterea calității vieții oamenilor. Astfel de cercetări vor continua și
se vor dezvolta în concordanță cu politicile și strategiile prezente și viitoare de actualizare și de
dezvoltare a bazelor de date spațio-temporale și de valorificare integrală și integrată a acestora
pentru cunoașterea inter- și transdisciplinară a complexelor ecosistemice în ansamblul lor.
63
6. CONTRIBUȚII ORIGINALE
ORIGINAL CONTRIBUTIONS
Rezultatele obținute în urma activităților științifice specifice, desfășurate cu ocazia elaborării
tezei de doctorat, și concluziile desprinse în urma analizei și interpretării acestora au condus la
identificarea unor contribuții științifice cu caracter personal deosebit de valoroase din punct de
vedere al dezvoltării cunoașterii în domeniul cercetărilor ecologice pe termen lung în ecosisteme
forestiere reprezentative, aflate sub acțiunea poluării atmosferice și a altor factori de stres. Dintre
cele mai importante contribuții personale pot fi amintite:
Revitalizarea, începând cu anul 2009 a rețelei de cercetare de lungă durată din cuprinsul sitului
ILTER Retezat amplasată în anul 2000, prin dezvoltarea și continuarea cercetărilor cu ocazia
elaborării tezei de doctorat, reconfirmându-i acesteia caracterul de rețea destinată cercetării /
monitorizării ecologice pe termen lung, contribuind la dezvoltarea și actualizarea bazei de date de
cercetare / monitorizare ecologică pe termen lung la nivelul rețelei naționale RO-LTER, europene
LTER-Europe și internaționale ILTER.
Adaparea formei și mărimii suprafețelor de cercetare existente (de 0,25 ha) în cadrul rețelei la una
specifică, minim necesară analizei structurii arboretelor cercetate, de formă pătrată cu mărimea de
0.7 ha și care să permită continuitatea și comparabilitatea serilor de date obținute în timp, de la
înființarea rețelei cu cele obținute după adoptarea acesteia.
Analiza și caracterizarea în premieră pentru țara noastră a structurii unor arborete cuprinse în
rețelele de cercetare / monitorizare pe termen lung a stării ecosistemelor forestiere. În acest mod, s-
au adus contribuții la îmbunătățirea metodologiei de supraveghere și caracterizare a stării
ecosistemelor forestiere, dar și în ceea ce privește utilizarea și interpretarea modelelor statistice de
caracterizare a structurii arboretelor.
Caracterizarea dinamicii stării de sănătate a arborilor și arboretelor din Parcul Național Retezat în
perioada 2000-2012, evidențiind faptul că pădurile din această regiune sunt moderat afectate.
Dezvoltarea cunoștințelor în ceea ce privește determinarea creșterii arborilor și arboretelor din zona
cercetată și a pierderilor procentuale de creștere cauzate de ponderea arborilor vătămați și stabilirea
în premieră a cuantumului procentual de creștere în suprafață de bază pentru diferite perioade din
decursul sezonului de vegetație.
64
Identificarea asociațiilor vegetale și stabilirea valorilor indicilor specifici de caracterizare a
diversității structurale în raport cu diferite caracteristici dendrometrice ale arborilor în Parcul
Național Retezat.
Evidențierea momentelor de înregistrare a valorilor maxime a concentrației de ozon, respectiv la
începutul și mijlocul sezonului de vegetație, momente în care absorbția de ozon la nivel stomatal
este maximă, cu efecte potențialnegative asupra stării de sănătate și creșterii arborilor.
Surprinderea tendinței de creștere a concentrațiilor de ozon de la un sezon de vegetație la altul
pentru zona cercetată, dar care se situează sub nivelurile critice cu efect fitotoxic asupra arborilor.
Modelarea, pentru prima dată în țara noastră, a concentrațiilor orare de ozon pe baza valorilor lunare
măsurate cu ajutorul filtrelor pasive, făcând posibilă punerea în evidență în anumite locații din
Parcul Național Retezat a depășirii pragurilor critice adoptate la nivel european pentru protecția
vegetației forestiere.
Stabilirea nivelurilor de poluare cu ozon și alți agenți fitotoxici (dioxid de azot, amoniac)
comparativ cu alte regiuni din Carpații românești și din alte zone din Lanțul Carpatic și Europa.
Fundamentarea statistică, la nivelul Parcului Național Retezat a provenienței diferiților poluanți din
surse comune de poluare, cum ar fi arderea combustibililor fosili pentru ozon și dioxid de azot și
activitățile agricole, forestiere, incendii etc. pentru ionii de sulf și azot (în special amoniacal).
65
BIBLIOGRAFIE
REFERENCES
*** (2004). Manual on methodologies and criteria for modelling and Mapping Critical Loads and
Levels and Air Pollution Effects, Risks and Trends. Berlin, Federal Environmental Agency.
Alonso, R., Bytnerowicz, A. și Boarman, W. I. (2005). Atmospheric dry deposition in the vicinity of
the Salton Sea, California—I: Air pollution and deposition in a desert environment.
Atmospheric Environment 39(26): 4671-4679.
Alonso, R., Bytnerowicz, A., Yee, J. L. și Boarman, W. I. (2005). Atmospheric dry deposition in the
vicinity of the Salton Sea, California—II: Measurement and effects of an enhanced
evaporation system. Atmospheric Environment 39(26): 4681-4689.
Arrouays, D., Bellamy, P. H. și Paustian, K. (2009). Soil inventory and monitoring. Current issues
and gaps. European Journal of Soil Science 60(5): 721-722.
Babu, G. J. și Rao, C. R. (2004). Goodness-of-fit tests when parameters are estimated. Sankhya: The
Indian Journal of Statistics 66(1): 63-74.
Badea, O. (1998). Fundamente dendrometrice si auxologice pentru monitoringul forestier. Suceava,
“Stefan cel Mare” University.
Badea, O. (2008). Manual privind metodologia de supraveghere pe termen lung a stării
ecosistemelor forestiere aflate sub acțiunea poluării atmosferice și modificărilor climatice.
Bucharest, Editura Silvică.
Badea, O. (2013). Cercetări ecologice pe termen lung în ecosisteme forestiere reprezentative din
Parcul Natural Bucegi. Bucharest, Editura Silvică.
Badea, O., Bytnerowicz, A., Silaghi, D., Neagu, S., Barbu, I., Iacoban, C., Iacob, C., Guiman, G.,
Preda, E., Seceleanu, I., Oneata, M., Dumitru, I., Huber, V., Iuncu, H., Dinca, L., Leca, S. și
Taut, I. (2012). Status of the Southern Carpathian forests in the long-term ecological research
network. Environmental Monitoring and Assessment 184(12): 7491-7515.
Badea, O. și Neagu, S. (2013). Creșterea arborilor și arboretelor. Cercetări ecologice pe termen
lung în ecosisteme forestiere reprezentative dein Parcul Natural Bucegi. Badea, O. Bucharest,
Ed. Silvică: 61-72.
Badea, O., Neagu, S., Bytnerowicz, A., Silaghi, D., Barbu, I., Iacoban, C., Popescu, F., Andrei, M.,
Preda, E. și Iacob, C. (2011). Long-term monitoring of air pollution effects on selected forest
ecosystems in the Bucegi-Piatra Craiului and Retezat Mountains, southern Carpathians
(Romania). iForest-Biogeosciences and Forestry 4(1): 49.
Badea, O., Neagu, S., Dumitru, M., Nitu, D., Iacob, C. și Iuncu, H. (2008). Proiectarea si
amplasarea in teren a retelei de cercetare de lunga durata (RCLD). Manual privind
metodologia de supraveghere pe termen lung a stării ecosistemelor forestiere aflate sub
acțiunea poluării atmosferice și modificărilor climatice. Badea, O. Bucharest, Editura Silvica:
13-18.
Badea, O. și Silaghi, D. (2011). Evaluarea concentraţiilor agenţilor poluanţi (O3, SO2, NO, NOx şi
NH3) , a parametrilor climatici, şi a depunerilor poluante, inclusiv a stării de sănătate a
arborilor şi a biodiversităţii din cuprinsul suprafeţelor de probă permanente amplasate în
Parcul Naţional Retezat. Integrarea rezultatelor multianuale şi elaborarea referatului ştiinţific
final. Bucharest, Manuscris ICAS.
Badea, O., Vădineanu, A. și Andrei, M. (2008). Evaluarea biodiversității vegetației ecosistemelor
forestiere din cuprinsul suprafețelor de cercetare de lungă durată (SCDL). Manual privind
metodologia de supraveghere pe termen lung a stării ecosistemelor forestiere aflate sub
acțiunea poluării atmosferice și modificărilor climatice. Badea, O. Bucharest, Ed. Silvică: 67-
74.
66
Barbu, I. și Iacoban, C. (2008). Determinarea cantitativă și calitativă a fluxurilor de ioni poluanți
(depuneri atmosferice) în ecosistemele forestiere. Manual privind metodologia de
supraveghere pe termen lung a stării ecosistemelor forestiere aflate sub acțiunea poluării
atmosferice și modificărilor climatice. Badea, O. Bucharest, Editura Silvică: 55-62.
Berger, W. H. și Parker, F. L. (1970). Diversity of planktonic foraminifera in deep-sea sediments.
Science 168(3937): 1345-1347.
Bortier, K., De Temmerman, L. și Ceulemans, R. (2000). Effects of ozone exposure in open-top
chambers on poplar (Populus nigra) and beech (Fagus sylvatica): a comparison.
Environmental Pollution 109(3): 509-516.
Briner, S., Elkin, C. și Huber, R. (2013). Evaluating the relative impact of climate and economic
changes on forest and agricultural ecosystem services in mountain regions. Journal of
Environmental Management 129(0): 414-422.
Bytnerowicz, A., Badea, O., Barbu, I., Fleischer, P., Frączek, W., Gancz, V., Godzik, B.,
Grodzińska, K., Grodzki, W., Karnosky, D., Koren, M., Krywult, M., Krzan, Z., Longauer, R.,
Mankovska, B., Manning, W. J., McManus, M., Musselman, R. C., Novotny, J., Popescu, F.,
Postelnicu, D., Prus-Głowacki, W., Skawiński, P., Skiba, S., Szaro, R., Tamas, S. și Vasile, C.
(2003). New international long-term ecological research on air pollution effects on the
Carpathian Mountain forests, Central Europe. Environment International 29(2–3): 367-376.
Bytnerowicz, A., Badea, O., Musselman, R. și Neagu, S. (2008). Evaluarea concentrațiilor de ozon
(O3) și a altor agenți fitotoxici (NH3, NO2 și SO2). Manual privind metodologia de
supraveghere pe termen lung a stării ecosistemelor forestiere aflate sub acțiunea poluării
atmosferice și modificărilor climatice. Badea, O. Bucharest, Editura Silvică: 75-81.
Bytnerowicz, A., Badea, O., Popescu, F., Musselman, R., Tanase, M., Barbu, I., Frączek, W.,
Gembasu, N., Surdu, A., Danescu, F., Postelnicu, D., Cenusa, R. și Vasile, C. (2005). Air
pollution, precipitation chemistry and forest health in the Retezat Mountains, Southern
Carpathians, Romania. Environmental Pollution 137(3): 546-567.
Bytnerowicz, A., Godzik, B., Frączek, W., Grodzińska, K., Krywult, M., Badea, O., Barančok, P.,
Blum, O., Černy, M., Godzik, S., Mankovska, B., Manning, W., Moravčik, P., Musselman, R.,
Oszlanyi, J., Postelnicu, D., Szdźuj, J., Varšavova, M. și Zota, M. (2002). Distribution of
ozone and other air pollutants in forests of the Carpathian Mountains in central Europe.
Environmental Pollution 116(1): 3-25.
Clifford, H. T. și Stephenson, W. (1975). An Introduction to Numerical Classification. San Diego,
Academic Press.
Cyrys, J., Eeftens, M., Heinrich, J., Ampe, C., Armengaud, A., Beelen, R., Bellander, T.,
Beregszaszi, T., Birk, M., Cesaroni, G., Cirach, M., de Hoogh, K., De Nazelle, A., de Vocht,
F., Declercq, C., Dėdelė, A., Dimakopoulou, K., Eriksen, K., Galassi, C., Grąulevičienė, R.,
Grivas, G., Gruzieva, O., Gustafsson, A. H., Hoffmann, B., Iakovides, M., Ineichen, A.,
Krämer, U., Lanki, T., Lozano, P., Madsen, C., Meliefste, K., Modig, L., Mölter, A., Mosler,
G., Nieuwenhuijsen, M., Nonnemacher, M., Oldenwening, M., Peters, A., Pontet, S., Probst-
Hensch, N., Quass, U., Raaschou-Nielsen, O., Ranzi, A., Sugiri, D., Stephanou, E. G.,
Taimisto, P., Tsai, M.-Y., Vaskövi, É., Villani, S., Wang, M., Brunekreef, B. și Hoek, G.
(2012). Variation of NO2 and NOx concentrations between and within 36 European study
areas: Results from the ESCAPE study. Atmospheric Environment 62(0): 374-390.
Doniță, N., Chiriță, C. și Stănescu, V. (1990). Tipuri de ecosisteme forestiere din România.
Bucharest, I.C.A.S., seria a II-a. Centrul de material didactic şi propagandă agricolă.
Doniță, N., Popescu, A., Paucă-Comănescu, M., Mihăilescu, S. și Biriș, I. A. (2005). Habitatele din
România. Bucharest, Editura Tehnică Silvică.
Duduman, G. (2011). A forest management planning tool to create highly diverse uneven-aged
stands. Forestry 84(3): 301-314.
67
Eichhorn, J., Roskams, P., Ferretti, M., Mues, V., Szepesi, A. și Durrant, D. (2010). Visual
Assessment of Crown Condition and Damaging Agents. Hamburg, UNECE ICP-Forests
Programme Co-ordinating Centre.
García-Nieto, A. P., García-Llorente, M., Iniesta-Arandia, I. și Martín-López, B. (2013). Mapping
forest ecosystem services: From providing units to beneficiaries. Ecosystem Services 4(0):
126-138.
Gemabașu, N. și Dănescu, F. (2008). Analiza și supravegherea calității solurilor forestiere în cadrul
suprafețelor de cercetare de lungă durată. Manual privind metodologia de supraveghere pe
termen lung a stării ecosistemelor forestiere aflate sub acțiunea poluării atmosferice și
modificărilor climatice. Badea, O. Bucharest, Editura Silvică: 41-45.
Gerosa, G., Finco, A., Mereu, S., Vitale, M., Manes, F. și Denti, A. B. (2009). Comparison of
seasonal variations of ozone exposure and fluxes in a Mediterranean Holm oak forest between
the exceptionally dry 2003 and the following year. Environmental Pollution 157(5): 1737-
1744.
Gilbert, R. O. (1987). Statistical Methods for Environmental Pollution Monitoring. Hoboken, N.J.,
John Wiley & Sons.
Gini, C. (1912). Variabilità e mutabilità. Bologna, C. Cuppini.
Giurgiu, V. (1972). Metode ale statisticii matematice aplicate în silvicultură. București, Editura
Ceres.
Giurgiu, V. (1979). Forest dendrometry and auxology. Bucharest, Ceres.
Giurgiu, V., Decei, I. și Drăghiciu, D. (2004). Metode și tabele dendrometrice. Bucharest, Ed.
Ceres.
Goetz, R. U., Hritonenko, N., Mur, R., Xabadia, À. și Yatsenko, Y. (2013). Forest management for
timber and carbon sequestration in the presence of climate change: The case of Pinus
Sylvestris. Ecological Economics 88(0): 86-96.
Hollander, M. și Wolfe, D. A. (1999). Nonparametric Statistical Methods. New York, John Wiley &
Sons.
Jandl, R., Smidt, S., Mutsch, F., #xfc, rst, A., Zechmeister, H., Bauer, H., Dirnb, #xf6 și ck, T.
(2012). Acidification and Nitrogen Eutrophication of Austrian Forest Soils. Applied and
Environmental Soil Science 2012: 9.
Jolliffe, I. T. (2002). Principal Component Analysis, Springer New York.
Kirk, G. J. D., Bellamy, P. H. și Lark, R. M. (2010). Changes in soil pH across England and Wales
in response to decreased acid deposition. Global Change Biology 16(11): 3111-3119.
Klap, J., Oude Voshaar, J., De Vries, W. și Erisman, J. (2000). Effects of Environmental Stress on
Forest Crown Condition in Europe. Part IV: Statistical Analysis of Relationships. Water, Air,
and Soil Pollution 119(1-4): 387-420.
Lexerød, N. L. și Eid, T. (2006). An evaluation of different diameter diversity indices based on
criteria related to forest management planning. Forest Ecology and Management 222(1–3):
17-28.
Loibl, W. și Smidt, S. (1996). Ozone exposure. Environmental Science and Pollution Research 3(4):
213-217.
Loibl, W., Winiwarter, W., Kopsca, A., Zufger, J. și Baumann, R. (1994). Estimating the spatial
distribution of ozone concentrations in complex terrain. Atmospheric Environment 28(16):
2557-2566.
Lorenz, M. și Becher, G. (2012). Forest Condition in Europe, 2012 Technical Report of ICP Forests.
Hamburg, Thünen Institute for World Forestry 167.
Małek, S. și Astel, A. (2008). Throughfall chemistry in a spruce chronosequence in southern
Poland. Environmental Pollution 155(3): 517-527.
68
McIntosh, R. P. (1967). An Index of Diversity and the Relation of Certain Concepts to Diversity.
Ecology 48(3): 392-404.
Momen, B., Anderson, P. D., Houpis, J. L. J. și Helms, J. A. (2002). Growth of ponderosa pine
seedlings as affected by air pollution. Atmospheric Environment 36(11): 1875-1882.
Müller-Edzards, C., De Vries, W. și Erisman, J. W. (1997). Ten Years of Monitoring Forest
Condition in Europe. Studies on Temporal Development, Spatial Distribution and Impacts of
Natural and Anthropogenic Stress Factors. Brussels Geneva.
Neagu, S. și Badea, O. (2008). Evaluarea si supravegherea starii de sanatate a arborilor in cadrul
suprafetelor de cercetare de lunga durata. Manual privind metodologia de supraveghere pe
termen lung a stării ecosistemelor forestiere aflate sub acțiunea poluării atmosferice și
modificărilor climatice. Badea, O. Bucharest, Editura Silvica: 35-39.
Nellemann, C. și Frogner, T. (1994). Spatial Patterns of Spruce Defoliation: Relation to Acid
Deposition, Critical Loads, and Natural Growth Conditions in Norway. Ambio 23(4/5): 255-
259.
Ojea, E., Martin-Ortega, J. și Chiabai, A. (2012). Defining and classifying ecosystem services for
economic valuation: the case of forest water services. Environmental Science & Policy 19–
20(0): 1-15.
Pajot, G. (2011). Rewarding carbon sequestration in South-Western French forests: A costly
operation? Journal of Forest Economics 17(4): 363-377.
Paoletti, E. și Cudlin, P. (2012). Ozone, climate change and forests. Environmental Pollution
169(0): 249.
Paschovschi, S. și Leandru, V. (1958). Tipuri de pădure din Republica Populară Română.
Bucharest, Editura Agro-Silvică.
Popescu, F. și Badea, O. (2013). Inventarierea, evaluarea și analiza parametrilor de caracterizare a
stării ecosistemelor forestiere. Cercetări ecologice pe termen lung în ecosisteme forestiere
reprezentative din Parcul Natural Bucegi. Badea, O. Bucharest, Ed. Silvică: 40-56.
Reynolds, M. R., Burk, T. E. și Huang, W.-C. (1988). Goodness-of-Fit Tests and Model Selection
Procedures for Diameter Distribution Models. Forest Science 34(2): 373-399.
Roibu, C. C., Tomescu, C., Savin, A. și Miron-Onciul, M. (2008). Analysis of biodiversity regarding
structural and phytocoeological aspect in "Old Growth Beech Forest of Homosu" Reservation.
Proceedings of the Romanian Academy, Series B 1-2: 109-116.
Sanda, V., Popescu, A. și Stancu, D. I. (2001). Structura cenotică şi caracterizarea ecologică a
fitocenozelor din România. Pitești, Editura Conphis.
Sanz, M. J., Calatayud, V. și Sánchez-Peña, G. (2007). Measures of ozone concentrations using
passive sampling in forests of South Western Europe. Environmental Pollution 145(3): 620-
628.
Sarwar, G., Corsi, R. L., Kinney, K. A., Banks, J. A., Torres, V. M. și Schmidt, C. (2005).
Measurements of ammonia emissions from oak and pine forests and development of a non-
industrial ammonia emissions inventory in texas. Atmospheric Environment 39(37): 7137-
7153.
Shannon, C. (1948). A mathematical theory of communication. Bell System Technology Journal 27:
349-423.
Sicard, P., De Marco, A., Troussier, F., Renou, C., Vas, N. și Paoletti, E. (2013). Decrease in
surface ozone concentrations at Mediterranean remote sites and increase in the cities.
Atmospheric Environment 79(0): 705-715.
Silaghi, D. și Badea, O. (2012). Monitoring of ozone in selected forest ecosystems in Southern
Carpathian and Romanian Intensive Monitoring Network (level II). Journal of Environmental
Monitoring 14(6): 1710-1717.
Simpson, E. H. (1949). Measurement of Diversity. Nature 163: 688.
69
Solberg, S. și Tørseth, K. (1997). Crown condition of Norway spruce in relation to sulphur and
nitrogen deposition and soil properties in southeast Norway. Environmental Pollution 96(1):
19-27.
Târziu, D. (2006). Pedologie și stațiuni forestiere. Brasov, Editura Silvodel.
Thomas, V. F. D., Braun, S. și Flückiger, W. (2005). Effects of simultaneous ozone exposure and
nitrogen loads on carbohydrate concentrations, biomass, and growth of young spruce trees
(Picea abies). Environmental Pollution 137(3): 507-516.
Thomas, V. F. D., Braun, S. și Flückiger, W. (2006). Effects of simultaneous ozone exposure and
nitrogen loads on carbohydrate concentrations, biomass, growth, and nutrient concentrations
of young beech trees (Fagus sylvatica). Environmental Pollution 143(2): 341-354.
Ulrich, B. (1983). Effects of accumulation of air pollutants in forest ecosystems. Reidel Publ. Comp:
127-146.
UN/ECE (2004). Manual on methods and criteria for harmonized sampling, assessment, monitoring
and analysis of the effects of air pollution on forests. Hamburg, UN/ECE, ICP Forests.
Vadineanu, A., Dutca, S., Adamescu, M. și Cazacu, C. (2005). The state of the art for LTER
activities in Europe, ALTER-Net I3 Report, FP 6.
Valbuena, R., Packalén, P., Martı´n-Fernández, S. și Maltamo, M. (2012). Diversity and equitability
ordering profiles applied to study forest structure. Forest Ecology and Management 276(0):
185-195.
van der Heijden, G., Legout, A., Pollier, B., Bréchet, C., Ranger, J. și Dambrine, E. (2013). Tracing
and modeling preferential flow in a forest soil — Potential impact on nutrient leaching.
Geoderma 195–196(0): 12-22.
van Pul, A., Jaarsveld, H. V., Meulen, T. v. d. și Velders, G. (2004). Ammonia concentrations in the
Netherlands: spatially detailed measurements and model calculations. Atmospheric
Environment 38(24): 4045-4055.
Vitale, M., Gerosa, G., Ballarin-Denti, A. și Manes, F. (2005). Ozone uptake by an evergreen
mediterranean forest (Quercus ilex L.) in Italy—Part II: flux modelling. Upscaling leaf to
canopy ozone uptake by a process-based model. Atmospheric Environment 39(18): 3267-
3278.
Zbieranowski, A. L. și Aherne, J. (2012). Ambient concentrations of atmospheric ammonia, nitrogen
dioxide and nitric acid across a rural–urban–agricultural transect in southern Ontario,
Canada. Atmospheric Environment 62(0): 481-491.
Zbieranowski, A. L. și Aherne, J. (2012). Spatial and temporal concentration of ambient
atmospheric ammonia in southern Ontario, Canada. Atmospheric Environment 62(0): 441-
450.
Rezumat
Teza de doctorat se înscrie în sfera cercetărilor inter- și transdisciplinare de cunoaștere și
investigare a efectelor diferiților factori de stres asupra structurii, funcționalității și biodiversității
sistemelor ecologice complexe.
Scopul cercetărilor a constat în dezvoltarea cunoașterii privind impactul poluării atmosferice
și a altor factori de stres asupra pădurilor din Lanțul Carpatic, prin continuarea și perfecționarea sub
aspect metodologic a cercetărilor ecologice pe termen lung desfășurate în ecosistemele forestiere
din Parcul Național Retezat.
Obiectivul general al cercetărilor a fost caracterizarea stării ecosistemelor forestiere din
Parcul Naţional Retezat sub aspect dendrometric şi auxologic, în strânsă corelaţie cu efectele
poluării atmosferice şi a altor factori de stres (schimbări climatice, factori biotici, abiotici, etc.).
Teza este structurată în 6 capitole: 1. Stadiul actual al cunoștințelor (6 p), 2. Scopul și
obiectivele cercetărilor (1 p), 3. Materialul și metoda de cercetare (19 p), 4. Rezultate obținute (73
p), 5. Concluzii (6 p) și 6. Contribuții personale (2 p).
În primul capitol, "Stadiul cunoștințelor", a fost prezentată evoluția cercetărilor ecologice pe
termen lung asupra ecosistemelor forestiere aflate sub acțiunea poluării atmosferice și a altor factori
de stres la nivel național și internațional.
Cercetările au fost localizate în situl LTER amplasat în Parcul Național Retezat, într-o rețea de
10 suprafețe de cercetare amplasată încă din anul 2000, nesistematică dar reprezentativă pentru
întreaga suprafaţă a parcului din punct de vedere al diversităţii ecosistemelor forestiere din cuprinsul
acestuia. Metodologia de cercetare aplicată a fost una specifică cercetărilor ecologice pe termen
lung, efectuându-se măsurători și observații în teren, analize chimice ale probelor recoltate din teren
și aplicându-se diferite metode de analiză statistic-matematică.
Rezultatele cercetărilor au fost structurate în subcapitole, urmărind obiectivele specifice ale
tezei. Astfel, analiza structurii arboretelor în raport cu numărul de arbori pe categorii de diametre s-a
realizat atât la nivelul suprafețelor de cercetare existente (SC – 0.25 ha), cât și la nivelul suprafețelor
de cercetare integrate (SCI – 0.7 ha) adoptate în cadrul cercetărilor, cu ajutorul funcțiilor teoretice de
frecvență Weibull, Beta, Normală și Exponențială, testarea diferențelor dintre distribuțiile
experimentale și cele teoretice efectuându-se cu ajutorul testelor statistice Kolmogorov-Smirnov,
Anderson-Darling și χ2. Cea mai potrivită funcție de frecvență teoretică pentru ajustarea
distribuțiilor experimentale s-a dovedit funcția Weibull, datorită flexibilității sale data de
coeficientul de formă α. Determinarea preciziei de ajustare a distribuțiilor experimentale ale
numărului de arbori pe categorii de diametre la nivelul SC și SCI, au fost calculate două tipuri de
erori de ajustare: indicele de ajustare și eroarea medie pătratică, în ambele cazuri aceste erori fiind în
medie de două ori mai mici în cazul SCI-urilor față de SC-uri.
Starea de sănătate a arborilor și arboretelor a fost analizată în dinamică pentru perioada 2000-
2012, observându-se faptul că aceasta s-a menţinut aproximativ la același nivel de intensitate,
pădurile fiind clasificate ca moderat vătămate, valorile procentului arborilor vătămați (clasele de
defoliere 2-4) fiind situat între 11% și 20%.
Prin determinarea creșterii arborilor și arboretelor (metoda inventarierilor succesive), s-a
evidențiat faptul că, la nivelul întregii reţele de cercetare de lungă durată, pierderile de creştere au
valori per total specie principală de 16.2 % la molid, 15.5 % la brad și fag. De asemenea,
monitorizarea permanentă a creșterii circumferinței arborilor, cu ajutorul benzilor dendrometrice
permanente, a evidențiat prelungirea sezonului de vegetație la atitudini mari în cazul molidului.
Analiza asupra biodiversității vegetației a dus la identificarea asociaţiilor vegetale din
cuprinsul reţelei de cercetare existentă în Parcul Naţional Retezat şi stabilirea indicilor specifici de
caracterizare a diversităţii structurale în raport cu diferite caracteristici dendrometrice.
Evaluarea calității aerului, pe baza concentrațiilor de agenți poluanți cu acțiune fitotoxică
(ozon, amoniac, oxizi de azot), a condus la evidențierea momentelor de înregistrare a concentrațiilor
maxime și minime ale agenților poluanți, cât și a tendințelor de creștere (ozon, dioxid de azot) sau
descreștere (amoniac) a acestora. În cazul ozonului, a fost modelat profilul orar al concentrațiilor
acestui poluant pe baza concentrațiilor medii lunare determinate prin analiza filtrelor pasive expuse,
și a fost calculat indicele de acumulare al ozonului peste pragul de 40 ppb (AOT40), evidențiindu-se
depășiri ale pragului critic pentru protecția pădurilor, stabilit la nivel european, în peste 50% din
cazuri.
În urma analizei influenței poluării atmosferice şi a altor factori de stres asupra stării
ecosistemelor forestiere, au fost evidențiate influențe uşoare dar nesemnificative ale ozonului şi
azotului asupra stării de sănătate a arborilor şi un efect pozitiv semnificativ al precipitaţiilor asupra
creşterilor. De asemenea, a fost surprins efectul negativ al secetei manifestate în fiecare an al
perioadei de cercetare începând cu luna iulie.
In capitolul al cincilea au fost prezentate concluziile rezultate în urma cercetărilor multi- și
transdisciplinare, desfășurate cu ocazia elaborării tezei de doctorat în situl de cercetare ecologică pe
termen lung Parcul Național Retezat, pentru fiecare aspect de cercetare în parte.
Rezultatele obținute în urma activităților științifice specifice, desfășurate cu ocazia elaborării
tezei de doctorat, și concluziile desprinse în urma analizei și interpretării acestora au condus la
identificarea unor contribuții științifice cu caracter personal, din care pot fi amintite:
Revitalizarea, începând cu anul 2009 a rețelei de cercetare de lungă durată din cuprinsul sitului
ILTER Retezat amplasată în anul 2000, prin dezvoltarea și continuarea cercetărilor cu ocazia
elaborării tezei de doctorat, reconfirmându-i acesteia caracterul de rețea destinată cercetării /
monitorizării ecologice pe termen lung, contribuind la dezvoltarea și actualizarea bazei de date
de cercetare / monitorizare ecologică pe termen lung la nivelul rețelei naționale RO-LTER,
europene LTER-Europe și internaționale ILTER.
Adaparea formei și mărimii suprafețelor de cercetare existente (de 0,25 ha) în cadrul rețelei la
una specifică necesară analizei structurii arboretelor cercetate, de formă pătrată cu mărimea de
0.7 ha și care să permită continuitatea și comparabilitatea serilor de date obținute în timp, de la
înființarea rețelei cu cele obținute după adoptarea acesteia.
Analiza și caracterizarea în premieră pentru țara noastră a structurii unor arborete cuprinse în
rețelele de cercetare / monitorizare pe termen lung a stării ecosistemelor forestiere. În acest
mod, s-au adus contribuții la îmbunătățirea metodologiei de supraveghere și caracterizare a
stării ecosistemelor forestiere, dar și în ceea ce privește utilizarea și interpretarea modelelor
statistice de caracterizare a structurii arboretelor.
Caracterizarea dinamicii stării de sănătate a arborilor și arboretelor din Parcul Național Retezat
în perioada 2000-2012, evidențiind faptul că pădurile din această regiune sunt moderat afectate.
Dezvoltarea cunoștințelor în ceea ce privește determinarea creșterii arborilor și arboretelor din
zona cercetată și a pierderilor procentuale de creștere cauzate de ponderea arborilor vătămați și
stabilirea în premieră a cuantumului procentual de creștere în suprafață de bază pentru diferite
perioade din decursul sezonului de vegetație.
Identificarea asociațiilor vegetale și stabilirea valorilor indicilor specifici de caracterizare a
diversității structurale în raport cu diferite caracteristici dendrometrice ale arborilor în Parcul
Național Retezat.
Evidențierea momentelor de înregistrare a valorilor maxime a concentrației de ozon, respectiv la
începutul și mijlocul sezonului de vegetație, momente în care absorbția de ozon la nivel
stomatal este maximă, cu efecte potențial negative asupra stării de sănătate și creșterii arborilor.
Surprinderea tendinței de creștere a concentrațiilor de ozon de la un sezon de vegetație la altul
pentru zona cercetată, dar care se situează sub nivelurile critice cu efect fitotoxic asupra
arborilor.
Modelarea, pentru prima dată în țara noastră, a concentrațiilor orare de ozon pe baza valorilor
lunare măsurate cu ajutorul filtrelor pasive, făcând posibilă punerea în evidență în anumite
locații din Parcul Național Retezat a depășirii proagurilor critice pentru protecția vegetației
forestiere adoptate la nivel european.
Stabilirea nivelurilor de poluare cu ozon și alți agenți fitotoxici (dioxid de azot, amoniac)
comparativ cu alte regiuni din Carpații Românești și din alte zone din Lanțul Carpatic și
Europa.
Fundamentarea statistică, la nivelul Parcului Național Retezat a provenienței diferiților poluanți
din surse comune de poluare, cum ar fi arderea combustibililor fosili pentru ozon și dioxid de
azot și activitățile agricole, forestiere, incendii etc. pentru ionii de sulf și azot (în special
amoniacal).
Summary
The PhD thesis is part of the inter- and transdisciplinary research area of knowledge and
investigation of the effects of various stressors on the structure, function and biodiversity of
complex ecological systems.
The research goal was to develop the knowledge on the impact of air pollution and other
stress factors on the Carpathian forests, by continuing and improving methodologically the long-
term ecological research conducted in forest ecosystems in Retezat National Park.
The overall objective of the research was to characterize the forest ecosystems status in
Retezat National Park under dendrometric and auxological aspect in close relation with the effects
of air pollution and other stress factors (climate change, biotic factors, abiotic, etc.).
The paper is structured in seven chapters: 1. The state of the art (6 p), 2. The research goal and
objectives (1 p), 3. Research material and method (19 p), 4. Results (73 p), 5. Conclusions (6 p) and
6. Original contributions (2 p).
In the first chapter, "The state of the art", the evolution of long-term ecological research on
forest ecosystems under the action of atmospheric pollution and other stress factors was presented,
both at national and international level.
The research was located in the Retezat National Park LTER site, in a network of 10 research
plots emplaced since 2000, unsystematic, but representative for the entire area in terms of forest
ecosystems diversity. The specific long-term ecological research methodology was applied,
performing measurements and field observations, chemical analysis of the samples collected in the
field and applying various methods of statistical and mathematical analysis.
The results were structured into subchapters, following the specific objectives of the thesis.
The stands structure analysis in relation with the number of trees per diameter classes was carried
out in the existing research plots (SC - 0.25 ha ) and in the integrated research plots ( SCI - 0.7 ha)
adopted in the thesis , using the theoretical frequency functions Weibull, Beta, Normal and
exponential, the goodness-of fit tests used being Kolmogorov-Smirnov, Anderson-Darling and χ2 .
Weibull function showed the best fit due to its flexibility given by the shape coefficient α. The
fitting accuracy of the trees diameter distributions for SC and SCI determined using two types of
fitting errors: the Reynolds fitting error and the mean root square error, in both cases these errors
being, on average, two times lower for SCIs than for SCs.
The dynamics of forest health status was analyzed for the period 2000-2012, the damage
intensity maintaining roughly at the same level, forests being classified as moderately affected, the
percentage of damaged trees (defoliation classes 2 - 4) having values between 11% and 20%.
Trees and stands growth (calculated using successive inventories method) has shown that
growth losses across the entire long-term research network have values of 16.2% for spruce, and
15.5% for fir and beech. Also, continuous monitoring of tree circumference increment, using
permanent dendrometric girth bands, showed a growing season extension for spruce on high
altitudes.
Vegetation biodiversity analysis led to the identification of plant associations in the existing
Retezat National Park research network and the establishment of specific indices to characterize
structural diversity in relation with different dendrometric parameters.
Air quality analysis based on the concentrations of pollutants with phytotoxic effect (ozone,
ammonia, nitrogen oxides of), highlighted the recording moments of the minimum and maximum
concentrations of pollutants and their increasing (ozone dioxide oxide) or decreasing (ammonia)
trends. The hourly profile of ozone concentrations was modeled using the monthly ozone averages
determined using passive samplers, and the accumulated ozone over the threshold of 40 ppp index
was calculated (AOT40), highlighting the fact that the critical threshold for forest protection,
established at European level, was exceeded in more than 50% of the cases.
After analyzing the influence of air pollution and other stress factors on the state of forest
ecosystems, slight but significant influences of ozone and nitrogen on the health status of trees and a
significant positive effect of rainfall on growth were found. Also, the negative effect of drought was
surprised in each year of the study, starting with July.
In fifth chapter, the conclusions resulted following the multi- and transdisciplinary research
conducted during the PhD thesis in the long term ecological research network placed Retezat
National Park were presented, for each research aspect.
The results of the specific scientific activities carried out during the PhD thesis and the
conclusions resulted from their analysis and interpretation led to the identification of some original
scientific contributions:
Revitalization, since 2009, of the existing long-term research network ILTER Retezat emplaced
in 2000, through the development and continuation of research during the elaboration of the
thesis, reconfirming its long term ecological research / monitoring network character,
contributing at the developing and updating of the long term ecological research / monitoring
database at the national RO-LTER, European LTER-Europe and international ILTER networks
level.
Adaptation of the shape and size of the existing research plots (0.25 ha) to one specific and
minimum necessary for analyzing the stand structure, squared shaped with a size of 0.7 ha,
which enables the continuity and comparability of data sets obtained over the years, since the
establishment of the network, with the results obtained after its adoption.
Analysis and characterization, for the first time in our country, of the forest ecosystems stand
structure in the long-term research / monitoring network. In this way, contributions in
improving the monitoring and characterizing of forest ecosystems status methodology were
made, but also in the use and interpretation of statistical models to characterize the stands
structure.
Forest condition dynamics characterization in Retezat National Park during 2000-2012 period,
indicating that forests in this region are moderately affected.
Developing the knowledge regarding the trees and stands growth determination in the study
area, the growth losses percentages caused by damaged trees and determining, for the first time,
the basal area increment percentage during different periods of the growing season.
Identification of plant associations and determination of specific diversity indices to
characterize stand structural diversity related to different trees dendrometric parameters in
Retezat National Park.
Highlighting the recording moments of the maximum ozone concentrations, respectively at the
beginning and at the middle of the growing season, periods in which ozone absorption is
maximum at the stomatal level, with potentially negative effects on the health and growth of
trees.
Highlighting ozone concentrations increasing trend from one growing season to another in the
research area, but still with values under the critical phytotoxic level for trees.
Modeling, for the first time in our country, of hourly ozone concentrations based on monthly
values measured using passive samplers, making it possible to highlight certain locations in
Retezat National Park in which the critical threshold for forest vegetation protection adopted at
European level was exceeded.
Establishment of ozone and other phytotoxic pollutants (nitrogen dioxide, ammonia) levels,
compared to other regions from the Romanian Carpathians, Carpathian Mountains and other
parts of Europe.
Statistical foundation of the origin of various pollutants from common sources of pollution such
as fossil fuels burning for ozone and nitrogen dioxide and agricultural activities, forest fires, etc.
for sulfur and nitrogen (mainly ammonia), in Retezat National Park.
CURRICULUM VITAE
DATE PERSONALE
Nume: SILAGHI
Prenume: DIANA-MARIA
Data nasterii: 10 decembrie 1982
Locul nasterii Bozovici, Caras Severin, România
Stare civila: necăsătorită
Loc de munca: Institutul de Cercetari si Amenajari Silvice (ICAS)
Voluntari, Bld. Eroilor 128, Ilfov.
STUDII LICEALE
1997-2001: Colegiul Național „Andrei Șaguna” Brașov.
STUDII UNIVERSITARE
2001-2006:Universitatea „Transilvania” Brasov
Facultatea de Silvicultura si Exploatari Forestiere.
ACTIVITATE PROFESIONALA
2009-prezent: ICAS București – cercetător științific gr. III
ACTIVITATE STIINTIFICA
Articole stiintifice: 9, din care trei în reviste cotate ISI.
Cărți și capitol în cărți: 2
Comunicari stiintifice: 7, din care 6 în cadrul unor conferințe internaționale.
Proiecte de cercetare: 5, din care 3 internaționale.
LIMBI STRAINE
Engleza.
CURRICULUM VITAE
PERSONAL INFORMATION
Last name: SILAGHI
First name: DIANA-MARIA
Birth date: 10th
of December, 1982
Birth place: Bozovici, Caraș Severin, Romania
Marital status: not married
Workplace: Forest Research and Management Institute (ICAS)
Voluntari, Eroilor 128, Ilfov, Romania.
HIGH SCHOOL
1997-2001: „Andrei Șaguna” National College Brașov.
UNIVERSITY
2001-2006: University „Transilvania” Brasov
Faculty of Forestry and Forest Engineering
OCCUPATIONAL ACTIVITIES
2006-prezent: ICAS Bucharest – researcher 3rd
degree
SCIENTIFIC ACTIVITIES
Scientific papers: 9, of which 3 in ISI journals.
Books and Book chapters: 2
Presentations: 7, of which 6 at international conferences.
Research projects: 5, of which 3 international.
FOREIGN LANGUAGES
English