Woda w glebie. Kiedy i ile nawadniać? Rafał Wawer

WODA W GLEBIE. KIEDY I ILE NAWADNIAĆ?

RAFAŁ WAWER Ogólnopolskie Stowarzyszenie Agroleśnictwa

Rolnictwo zużywa obecnie w skali świata 70% zasobów wód słodkich. Przy szacowanym wzroście popytu na żywność o 60% do 2050 roku, powierzchnia upraw nawadnianych ma się zwiększyć o więcej niż 50%. Opady atmosferyczne są w Polsce głównym źródłem dostępnej wody, ale ich wielkość i okresy występowania mogą się zmieniać pod wpływem zmiany klimatu. Pogłębi to problem deficytu wody potrzebnej dla prowadzenia upraw. Z tego powodu jednym z priorytetów rozwoju polskiego rolnictwa staje się racjonalizacja wykorzystania wód w nawodnieniach. Decyzja o tym, kiedy i ile nawadniać podejmowana jest przez rolnika najczęściej na podstawie oceny organoleptycznej gleby, która jest nieprecyzyjna i zawodna. Znacznie skuteczniejsza jest metoda oparta na obliczaniu dziennego parowania (ewapotranspiracji) na podstawie parametrów fizykochemicznych gleby, gatunku i fazy wzrostu roślin, a także pomiarów meteorologicznych. Inną metodą określenia terminu i dawki nawodnieniowej jest bezpośredni pomiar wilgotności gleby w strefie korzeniowej roślin. Skorzystanie z tych skutecznych metod oceny poziomu wilgotności gleby oraz potrzeb roślin, a także precyzyjne nawadnianie pozwalają zmniejszyć zapotrzebowanie na wodę i koszty z tym związane.

Rolnictwo zużywa obecnie w skali świata 70% zasobów wód słodkich. Przy szacowanym wzroście popytu na żywność o 60% w 2050 roku, wzrost powierzchni upraw nawadnianych ma się zwiększyć o więcej niż 50% (FAO). Znaczna część gleb Polski charakteryzuje się dużą przepuszczalnością oraz zmiennym poziomem wody gruntowej. W efekcie jedynym źródłem dostępnej wody jest często opad atmosferyczny. Zmiany klimatyczne, skutkujące zwiększeniem stresu cieplnego roślin i zagrożenia suszą, pogłębiają deficyt wody w uprawach (np. obserwowany wzrost deficytu dla kukurydzy91), które wymagają uzupełnienia niedoborów wody opadowej poprzez zastosowanie nawodnień. W takich warunkach, jednym z priorytetów rozwoju polskiego rolnictwa staje się racjonalizacja wykorzystania wód w nawodnieniach. Najczęściej stosowaną przez rolników metodą określania potrzeb nawodnień pozostaje metoda organoleptyczna, oparta albo o obserwację stanu uwilgotnienia gleby (dotyk), albo wzrokową ocenę stanu rośliny. Organoleptycznie rolnik jest w stanie, na podstawie własnego doświadczenia, ocenić w dużym przybliżeniu, kiedy nawadniać. Decyzja, ile nawadniać, zwykle opiera się na założeniu dotyczącym wysycenia gleby wodą, tj. nawadnianiu do pełnej pojemności wodnej gleby. Jej osiągnięcie skutkuje pojawianiem się zastoisk wody. Z oczywistych względów metoda organoleptyczna jest dalece niedoskonała. Po pierwsze rolnik decyduje na podstawie własnego doświadczenia, które nie jest poparte jakimkolwiek pomiarem bezwzględnej wilgotności w glebie, po drugie często po okresie posusznym (okres bezopadowy lub z bardzo małymi opadami) opady deszczu zwilżają tylko wierzchnią część poziomu orno-próchnicznego. Wtedy ocena uwilgotnienia powierzchni gleby może sugerować dostatek wody, podczas gdy 5cm poniżej warstwy uwilgotnionej występuje przesuszenie profilu glebowego. Podlewanie uprawy do osiągnięcia nasycenia gleby jest zarówno nieekonomiczne jak i szkodliwe dla środowiska. Woda z gleby nasyconej (wszystkie

kapilary i pory nasycone wodą) odcieknie zwykle w ciągu 1 doby do zawartości wilgoci odpowiadającej polowej pojemności wodnej – wilgotności, która ustabilizuje się po 1-2 dniach od całkowitego zalania gleby. Rolnik traci całą nadmiarową objętość wody wraz z łatwo rozpuszczalnymi nawozami, takimi jak potas i azot, które trafiają do wód gruntowych i je zanieczyszczają. Ilość dostępnej w glebie wody opisywana jest trzema poziomami wilgotności: 1. Punkt trwałego więdnięcia.92 2. Punkt polowej pojemności wodnej. 3. Punkt pełnego nasycenia wodą. Zależności między tymi poziomami pokazuje Ryc. 16:

Rycina 16. Woda dostępna w glebie. Źródło: FAO

Rycina 17. Poglądowe wartości wody dostępnej dla roślin w różnych glebach. Źródło: USDA

Każdy rodzaj gleby (piasek, glina, pył lub ił) ma swoją charakterystykę układu progów wilgotności (Rycina 17.). Jak widać, wilgotność na poziomie 15% oznacza w przypadku piasku polową pojemność wodną, zaś w przypadku glin jest poniżej punktu trwałego więdnięcia. Precyzyjne nawadnianie to dokładne określenie terminu i dawki nawodnieniowej. Ponieważ dawki te najsilniej zależą od uziarnienia (rodzaju ) gleby, najważniejsze jest dobre rozpoznanie gleb w danym gospodarstwie, wyznaczenie stref nawodnieniowych i przestrzenne zróżnicowanie dawek. W warunkach Polski mamy wiele obszarów polodowcowych z mozaiką gleb, gdzie nierzadko spotyka się wiele klas bonitacyjnych gleby (od 2 do 6) w obrębie jednego pola. Wyznaczanie stref dla nawodnień jest przydatne również w planowaniu nawożenia i płodozmianu. Jednakże wspomniana metoda organoleptyczna jest w zasadzie nie do przyjęcia w codziennej praktyce nawodnieniowej. O wiele racjonalniejszą metodą stosowaną w ocenie,

kiedy i ile nawadniać, jest obliczanie dzienne-

go parowania, czyli ewapotranspiracji. Opiera się ona na skomplikowanych równaniach, które biorą pod uwagę z jednej strony parametry fizykochemiczne gleby i gatunek (a nawet odmianę) roślin (a także fazę wzrostu), a z drugiej pomiary meteorologiczne. Metoda ta pozwala oszacować dzienną dawkę strat wody przez parowanie, którą można uzupełnić dzięki nawodnieniu. Jej wadą jest uproszczenie oceny strat wody wnikającej w głąb gleby. Wiąże się to z pewnym ryzykiem jej przesuszenia. W Internecie dostępne są kalkulatory on-line93 udostępnione przez Instytut Ogrodnictwa w Skierniewicach, które umożliwiają wyliczenie dawek nawodnień na podstawie parowania. Następną metodą określenia terminu i dawki nawodnieniowej jest bezpośredni pomiar wilgotności gleby w strefie korzeniowej roślin, umożliwiający jednoznaczną ocenę bieżącej wilgotności gleby oraz określenie deficytu wody w podłożu. Metoda ta umożliwia utrzymywanie wilgotności ściśle w zakresie optymalnym dla danego gatunku i odmiany rośliny uprawnej. Ponadto pozwala na automatyzację nawadniania na zadaną wilgotność docelową. Dawkę potrzebnej do nawadniania wody można precyzyjnie wyliczyć lub nastawić system na wyłączenie, gdy wilgotność gleby osiągnie zadaną wartość. W nowoczesnych systemach wspomagania nawodnień w obrębie systemu korzeniowego instalowane są na stałe czujniki. Pomiar wykonywany jest w odstępach godzinowych, wartości liczbowe z kolei odczytuje się w smartfonach, które na bieżąco przeliczają wilgotność na optymalną dla danego stanowiska dawkę nawadniania. Obecnie systemy oparte o bezprzewodowe sieci czujników rozwijają się bardzo dynamicznie, także w Polsce.94 IUNG w latach 2012-2014 zbudował i z sukcesem przetestował system ENORASIS, potem powstał system Aquastatus. Obecnie tworzone są systemy oparte o Internet Rzeczy (sieć urządzeń, np. telefonów komórkowych, czujników, rejestratorów, które pozyskują, udostępniają i przetwarzają dane bez interwencji człowieka). Pomiary satelitarne mają olbrzymi potencjał dla określania dawek nawodnieniowych. Jednak algorytmy przeliczania wskaźników pochodzących z obrazowań satelitarnych na deficyt wody glebowej są wciąż dalekie od poziomu wiarygodności wymaganego w dawkowaniu nawodnień. Optymalizacja zużycia wody dopasowana do potrzeb rośliny i gatunku gleby pozwala utrzymać najkorzystniejszy dla danej rośliny poziom wilgotności. Dzięki temu można nie tylko radykalnie zmniejszyć zużycie wody i koszty z tym związane, ale również zwiększyć wielkość i jakość plonu w porównaniu z niezrównoważonym nawadnianiem, jak w przypadku systemu ENORASIS w uprawie ziemniaka na piasku gliniastym mocnym pylastym w niekorzystnym roku 2014 (Ryciny: 18. – .21).

93 Taki kalkulator można znaleźć np. tutaj: http://www.nawadnianie.inhort.pl/ 94 Przykładowo, system Aquastatus kosztuje 2000zł. https://www.facebook.com/Aquastatus-972900242746384/; są na rynku systemy tańsze i droższe od Aquastatusa.

Rycina 18. Plon ziemniaka w roku 2014 (IUNG, 2014)

Rycina 19. Zużycie wody na plantacji badawczej ziemniaka w roku 2014 (IUNG, 2014)

Rycina 20. % bulw dotkniętych chorobami przy różnych wariantach nawadniania (doświadczenie ENORASIS z 2014 roku) (IUNG, 2014)

Rycina 21. Analiza ekonomiczna zastosowania nawodnienia precyzyjnego na plantacji badawczej ziemniaka w roku 2014 (% dotyczący plonu, liczby zysku w €) (IUNG, 2014)

Aspekty formalnoprawne

Wodę do nawadniania należy pobierać z dopuszczalnego źródła i w dopuszczalnych ilościach. Szczegółowe zasady pobierania wody do nawadniania reguluje ustawa Prawo Wodne z dnia 20 lipca 2017 r. (Dz. U. 2017 poz. 1566).

Według przepisów ustawy nawadnianie gruntów lub upraw wodami w ilości większej niż średniorocznie 5 m3 na dobę należy do kategorii szczególnego korzystania z wód i wymaga uzyskania pozwolenia wodnoprawnego. O uzyskanie pozwolenia wodnoprawnego należy zwrócić się do jednego z (właściwego miejscowo) Regionalnych Biur Państwowego Gospodarstwa Wody Polskie (PGWP), które od 1 stycznia 2018 roku jest głównym podmiotem odpowiedzialnym za krajową gospodarkę wodną.

Adresy siedzib jednostek organizacyjnych znajdują się na stronie https://www.wody. gov.pl w zakładce “Regionalne Zarządy Gospodarki Wodnej”.

Wzór wniosku o uzyskanie pozwolenia można pobrać pod adresem: https://wody.gov. pl/index.php/pozwolenie-wodnoprawne.

Pozwolenie wodnoprawne należy uzyskać zanim przystąpimy do wykonania urządzeń wodnych. Zasady wnioskowania o uzyskanie pozwolenia wodnoprawnego opisuje broszura umieszczona pod adresem:

https://www.wody.gov.pl/images/Pliki_do_pobrania/Pobor%20wod_broszura.pdf

Alternatywą dla inwestycji w czujniki i systemy wspierania decyzji oparte o bezpośredni pomiar wilgotności i precyzyjnie wyznaczających ilość wody do nawodnień są kalkulatory ewapotranspiracji (parowania z gleby i roślin), dostępne na stronie Instytutu Ogrodnictwa. Internetowa Platforma Wspomagania Decyzji Nawodnieniowych zawiera pomocne aplikacje: ❚ szacowania parowania z powierzchni roślin i gleby (ewapotranspiracji) – http://www.nawadnianie.inhort.pl/eto. ❚ szacowania potrzeb wodnych – http://www.nawadnianie.inhort.pl/potrzeby-nawadniania-rs. http://www.nawadnianie.inhort.pl/potrzeby-wodne-rw. ❚ szacowania zawartości wody łatwo dostępnej: – http://www.nawadnianie.inhort.pl/zapas-wody-glebowej. SSS

Literatura

FAO 2011. The state of the world’s land and water resources for food and agriculture (SOLAW) – Managing systems at risk. Food and Agriculture Organization of the United Nations, Rome and Earthscan, London, pp. 312. Kozyra J., Wawer R. 2018. Rola agrotechniki w poprawie gospodarki wodnej w produkcji roślinnej. W: Wawer R. i Kozyra J. (red.). Metody ochrony i racjonalnej gospodarki wodnej w rolnictwie i na obszarach wiejskich. Fundacja na Rzecz Rozwoju Polskiego Rolnictwa: 17-23. http://ksow. pl/uploads/tx_library/files/Woda.pdf Wawer R., Matyka M., Łopatka A., Kozyra J. 2016. Systemy wspomagania decyzji w nawodnieniach upraw rolniczych. W: Innowacyjne metody gospodarowania zasobami wody w rolnictwie. Wyd. CDR w Brwinowie: 165-182.