Source apportionment and retention of nutrients and organic matter in the Merkys river basin in southern Lithuania

Abstract

The assessment of the type of human activity in a basin area that may cause an impact on the status of a water body is needed for successful implementation of the EU Water Framework Directive. Lack of necessary information often makes it difficult to perform the task. Therefore, the statistical MESAW model based on export coefficients approach has been used in this study for evaluation of the impact of different sources of nutrients and organic matter on the water quality in the Merkys River in southern Lithuania. The model was tested on the basis of data from 5 water quality monitoring sites with corresponding subbasin data on land use, point sources and atmospheric deposition. Nonlinear regression was used for simultaneous estimation of the export coefficients and retention. The results revealed that the impact of anthropogenic sources accounted for 73% of COD, 56% of BOD, 90% of N_tot and 78% of P_tot loads measured in the Merkys River. Forest and wetlands contribute from 9.5 to 44% to the corresponding load. The retention in the Merkys River, Basin was found to be high for nitrogen and phosphorus and low for organic matter.

Skirtingų šaltinių poveikis biogeninių ir organinių medžiagų pernašai ir sulaikymui Merkio upės baseine pietų Lietuvoje

Santrauka. Įgyvendinant vandensaugos uždavinius turi būti įvertintas konkretaus upės baseino vandens taršos lygis ir numatytos priemonės, padėsiančios pasiekti gerą būklę. Kiekvienos upės baseinas yra sudėtinga ekosistema, kurioje susipina gamtiniai ir antropogeniniai veiksniai. Jie veikia kompleksiškai, todėl analizuojant vandens terpėje migruojančias medžiagas sunku įvertinti kiekvieno jų įtaką. Gamtinių ir antropogeninių veiksnių poveikiui biogeninių ir organinių medžiagų srautams bei jų sulaikymui Merkio upės baseine įvertinti buvo pritaikytas statistinis MESAW modelis. Jis pagrįstas emisijos koeficientų nustatymu įvertinant baseino žemėnaudą, taškinius taršos šaltinius ir atmosferines iškritas. Taikant netiesinės regresijos metodus nustatytas skirtingų veiksnių poveikis upės vandens kokybei. Rezultatai parodė, kad antropogeninių šaltinių poveikis sudaro 73 % ir 56 % (pagal ChDS_Cr ir BDS₇ ) bendro pernešamo organinių medžiagų kiekio Merkio upėje. Žmogaus veikla lemia 90 % pernešamo metinio bendrojo azoto ir 78 % bendrojo fosforo kiekio. Miško poveikis biogeninių ir organinių medžiagų srautams sudaro nuo 9,5 % iki 44 %. Bendrojo azoto ir bendrojo fosforo sulaikymas upės baseine siekia 79 % ir 64 %. Organinių junginių sulaikymas mažas – 9,7 % pagal BDS₇ ir 42,3 % pagal ChDS_Cr.

Reikšminiai žodžiai: biogeninės ir organinės medžiagos, šaltinių pasiskirstymas, medžiagų sulaikymas, MESAW modelis, Merkio upė.

Распределение и задержание биогенных и органических веществ в бассейне реки Meркис в южной части Литвы

Резюме. При решении задач по водоохране должна быть учтена степень загрязненности воды каждого конкретного бассейна реки и намечены меры по улучшению его состояния. Бассейн каждой реки является сложной экосистемой, на которую комплексное воздействие оказывают разные природные и антропогенные факторы, определить влияние каждого из которых довольно трудно. Для оценки воздействия природных и антропогенных факторов на потоки биогенных и органических веществ и их задержание в бассейне реки Меркис была применена статистическая модель MESAW, основанная на определении коэффициентов эмиссии. Результаты показали, что воздействие антропогенных источников составляет 73% общeго объемa химического потребления кислородa (XпK), 56% биохимического потребления кислородa (бпK), 90% общeго количества азота и 78% общeго количества фосфора, измеренных в реке. Воздействие лесов и болот на поток биогенных и органических веществ составляет от 9,5% до 44% общeго объемa веществ. Было устaнoвлeнo, что в бассейне реки Meркис задерживается много азота (79%) и фосфора (64%) и мало органического вещества (9.7–42.3%).

Ключевые слова: биогенныe вещества, органическое вещество, распределение источников, задержание веществ, модель MESAW, рекa Meркис, Литвa.

First Published Online: 14 Oct 2010

Keyword : source apportionment, retention, MESAW, nutrients, organic matter, the Merkys River