Woda – dobro wspólne o strategicznym znaczeniu? Nawodnienia podstawą rolnictwa w Polsce w przyszłym klimacie

3 dni temu

Woda staje się dziś towarem deficytowym o kluczowym znaczeniu dla przyszłości polskiego sektora rolno-spożywczego. Kryzys klimatyczny, powodujący długotrwałe susze czy opady nawalne, które nie dostarczają glebie odpowiedniego nawodnienia sprawi, iż woda stanie się zasobem strategicznym. W jaki sposób gospodarować wodą w rolnictwie, by zmniejszyć skutki zmiany klimatycznej? Czy nowe technologie odegrają w tym procesie istotną rolę?

Zmiany klimatu i susza w Polsce – teraz i w przyszłości

W ostatnich latach obserwujemy postępującą zmianę klimatu, która w Polsce objawia się nie tylko wzrostem średniej temperatury i zwiększeniem zmienności warunków termicznych, ale i dużymi zmianami w dystrybucji opadów w ciągu roku. Występują mało śnieżne zimy, które nie zapewniają odnowienia zasobów wody w glebie, co powoduje jej braki już na początku okresu wegetacyjnego.

Zwykle po roztopach gleba bywała wysycona wodą prawie do pełnej pojemności. Co nie zmieściło się w glebie, odpływało do rzek, powodując nierzadko powodzie roztopowe w wielu miejscach kraju. Reszta wody częściowo spływała powoli pod powierzchnią terenu do rzek i wód gruntowych, ale w znacznej części pozostawała na miejscu, stanowiąc zasób dla ruszających z wegetacją upraw ozimych lub sianych roślin jarych. Częstość występowania susz w okresach krytycznych dla roślin uprawnych znacznie się zwiększyła, miejscami przybierając rozmiary klęski żywiołowej, m.in. w latach 2014-2016 susze były tak silne, iż niekiedy większość obszaru kraju była objęta klęską suszy.

Jak trudna jest sytuacja gospodarstw rolnych obrazuje rysunek poniżej, przedstawiający przebieg pogody przez 2 miesiące 2015 roku, w okresie wegetacyjnym w gospodarstwie nastawionym na produkcję maliny wczesnej i późnej oraz porzeczki deserowej.

W okresie od 1 lipca do końca sierpnia 2015 roku spadło w tym miejscu zaledwie 31,5 mm deszczu przy czym temperatura powietrza przez większość tego okresu oscylowała wokół 25-30 stopni, co daje wartość dziennego parowania w granicach 4-7mm, w zależności od prędkości wiatru. W czasie pierwszych 25 dni sierpnia spadło tylko 3 mm deszczu (czerwone strzałki na rysunku). Szacunkowy bilans wodny dla tego okresu wynosi więc średnio 31,5-305 mm = -273,5 mm. Gospodarstwo prowadzi uprawę na bardzo lekkich rędzinach, podścielonych miejscami cienką warstwą gliny, zalegającej na zeszczelinowanej skale marglowej. Gleby te mają niewielką pojemność wodną, ponadto woda dodatkowo dość gwałtownie odcieka z nich przez zeszczelinowaną skałę podścielającą.

Bez nawadniania uprawa w tym miejscu owoców miękkich nie byłaby możliwa, a bez zastosowania systemu wspierania decyzji, radzącego kiedy i ile nawadniać w oparciu o pomiary wilgotności gleby, nawadnianie byłoby bardzo kosztowne. Dzięki wdrożeniu systemów wspierania decyzji w nawodnieniach jak Enorasis czy Aquastatus i zastosowaniu czujników wilgotności gleby, obniżono zużycie wody na tych polach aż dziesięciokrotnie (!) w porównaniu z powszechną praktyką nawadniania do jawienia się wody na powierzchni gleby.

Scenariusze zmiany klimatu do roku 2050 i 2100 wskazują na znaczny wzrost temperatury i długości okresu wegetacyjnego oraz nieznaczny wzrost opadów. Ocieplający się klimat przyniesie dalsze zwiększenie parowania z powierzchni ziemi i spowoduje intensywniejsze zużycie wody przez rośliny. Wzrost średniej temperatury (bez uwzględnienia usłonecznienia, wiatru i innych czynników) o 1 stopień powoduje wzrost dziennego parowania o około 10% (o 0,3–0,4 mm). W kategoriach zapotrzebowania uprawy na wodę wynosi to 3–4 m3/ha dziennie. W skali tej części sezonu wegetacyjnego, kiedy występuje wysoka temperatura (np. przez 60 dni), zwiększenie zapotrzebowania na wodę do nawodnień wyniesie 180–240 m3 na ha. Pamiętać również należy, iż ocieplenie wywoła przesunięcie dat wyznaczających początek i koniec okresu wegetacyjnego, co spowoduje jego wydłużenie, a więc i zwiększą się ogólne straty wody na parowanie.

Opady będą się koncentrowały w miesiącach zimnych, a na miesiące ciepłe przypadną długie okresy bez deszczu z rzadkimi opadami nawalnymi, które zwykle gwałtownie odpływają do rzek. Już teraz obserwujaemy zagrożenie wystąpieniem niżówek wód podziemnych, zagrażających dostępności wód DLA WSZYSTKICH w tym wodociągów publicznych, a przede wszystkim dla nawadniania upraw.

Wobec obserwowanych już i przewidywanych susz i braków wody dla rolnictwa, zasoby wodne zaczynają być postrzegane jako dobro wspólne o znaczeniu strategicznym. To właśnie od naszych działań w gospodarowaniu nimi będzie zależała jakość życia dzisiejszego i przyszłych pokoleń zamieszkujących polską wieś.

Przygotowanie polskiego rolnictwa na nadchodzące zmiany jest zatem pilnie potrzebne i wymaga zaangażowania nie tylko administracji rządowej i samorządowej, ale przede wszystkim samych użytkowników wód, których decyzje bezpośrednio wpływają na ilość i jakość wody na obszarach wiejskich. Ramowa Dyrektywa Wodna UE (2000/60/WE), będąca nadrzędnym instrumentem prawnym obowiązującym we wszystkich państwach członkowskich UE, wskazuje jasno: „woda nie jest produktem handlowym takim jak każdy inny, ale raczej dziedzictwem, które musi być chronione, bronione i traktowane jako takie”[1]. Wobec przewidywanych susz i braków wody dla rolnictwa, woda powoli zaczyna być postrzegana jako dobro wspólne – i to dobro o znaczeniu strategicznym. W tym kontekście jej zasoby rzeczywiście winniśmy traktować jak dziedzictwo, ponieważ to właśnie od sposobu w jaki nimi gospodarujemy będzie zależała jakość życia dzisiejszego i przyszłych pokoleń zamieszkujących polską wieś.

Nawadnianie upraw rolnych

Rolnictwo zużywa w tej chwili 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 kukurydzy [2]), 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 bardzo dużym przybliżeniu, kiedy nawadniać. Decyzja, ile nawadniać, zwykle opiera się na założeniu dotyczącym wysycenia gleby wodą, tj. nawadnianiu do pełnej pojemności wodnej gleby, osiąganej wtedy, kiedy na powierzchni gleby pojawi się zastoisko wody – widomy znak, ze więcej wody już się w glebie nie zmieści.

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 dla rolnika 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.

O wiele bardziej racjonalną metodą stosowaną w ocenie, kiedy i ile nawadniać, jest obliczanie dziennego parowania, czyli ewapotranspiracji. Opiera się ona na skomplikowanych równaniach, które biorą pod uwagę z jednej strony parametry fizykochemiczne gleby i gatunek (a choćby 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.

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.

Technologia Rolnictwa 4.0 – sojusznik w walce z suszą

Wobec obserwowanych w pierwszej dekadzie XXI wieku okresów posusznych w okresie letnim, rolnicy coraz częściej uciekają się do nawadniania upraw. Na obszarach notorycznie dotykanych suszami coraz częściej zmieniają profil produkcji, przechodząc ze zbóż do upraw, które opłaca im się nawadniać, a więc: warzyw, ziemniaków, krzewów jagodowych, sadów.

Niezrównoważone nawadnianie – najczęściej znacznie powyżej realnych potrzeb uprawy – może doprowadzić do deficytów wody oraz zwiększenia ryzyka wymywania azotu do wód gruntowych w wyniku jej wzmożonego przepływu w głąb profilu glebowego.

Niestety, większość z instalowanych systemów nawodnieniowych nie jest wyposażona w narzędzia wspomagania decyzji, służące do optymalizacji zużycia wody. Niezrównoważone nawadnianie – najczęściej znacznie powyżej realnych potrzeb uprawy, może doprowadzić do deficytów wody oraz zwiększenia ryzyka wymywania azotu do wód gruntowych w wyniku jej wzmożonego przepływu w głąb. Łatwo rozpuszczalne formy azotu wymyte poniżej strefy korzeniowej są stracone dla roślin i mogą się przyczyniać do zanieczyszczenia wód gruntowych. Ponadto przy braku powszechnego systemu oceny zasobów wodnych dostępnych dla rolnictwa, intensywne i niekontrolowane zużycie wody do nawodnień może doprowadzić do zaburzenia cyklu odnawiania jej zasobów, co miało już miejsce w Hiszpanii.

Dzięki wdrożeniu technologii Rolnictwa 4.0 w formie systemu wspierania decyzji w nawodnieniach ENORASIS opartego o algorytmy DSS oraz o bezprzewodową sieć czujników wilgotności gleby osiągnięto choćby dziesięciokrotnie obniżenie zużycia wody, przy braku wpływu na wysokość plonu (np. przypadek plantacji maliny na glebach piaszczystych).

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 (badania IUNG-PIB). W plantacji ziemniaka osiągnięto wzrost plonu o 63% a zysku o ponad 100%. Osiągnięto większy zysk dzięki lepszym warunkom wzrostu roślin, nie poddawanych przytłaczającym stresom deficytu lub nadmiaru wody – znacznie większy % bulw było wyśmienitej jakości do sprzedaży bezpośredniej; oraz dzięki oszczędności roboczogodzin i kWh zmarnowanych na nadmierne nawadnianie.

Wskaźnik zwrotu nakładów z zakupu systemu DSS na plantacji 4ha wynosi dla ziemniaka 10552€ dodatkowego zysku dzielone przez 2350€ kosztu systemu ENORASIS DSS w pierwszym roku – 450%. jeżeli policzymy ten wskaźnik w okresie 2 lat gwarancji, to ten wskaźnik wyniesie około 900%. W okresie 8-10 lat żywotności sprzętu wskaźnik wyniesie 4500% tj. można zarobić na zastosowaniu systemu 45 razy w stosunku do jego ceny zakupu.

System ENORTASIS bazował na czujnikach RAINVENT. Obecnie dostępne systemy DSS produkcji polskiej np. AquaPlant są kilkukrotnie tańsze od RAINVENT, więc zwrot z inwestycji jest również znacząco szybszy przy podobnej żywotności. Ponadto obecne systemy, bazujące na sztucznej inteligencji i zaawansowanych analizach danych satelitarnych są dokładniejsze i łatwiejsze w użytkowaniu. Strefowanie tj. podzielenie uprawy na strefy nawodnieniowe dokonuje się automatycznie, by zminimalizować straty wody i zmaksymalizować zysk rolnika.

Po więcej informacji o tym, jak realnie oszczędzać na inteligentnych systemach nawadniania zapraszamy na stronę i social media polskiego producenta – AquaPlant:

WWW: https://aquaplant.space/
Facebook: https://www.facebook.com/profile.php?id=61574576437525
YouTube: https://www.youtube.com/@AquaPlant-watering

Artykuł powstał na podstawie:

Wawer R., Łysoń P., (red.), 2020. ADAPTACJA GOSPODARKI WODNEJ W ROLNICTWIE DO ZMIENIAJĄCEGO SIĘ KLIMATU. https://esklep.iung.pl/pl/p/file/9c3aad2c4d59f91f4e8f27a3c88fddd5/Konferencja_woda_broszura_wersja_elektroniczna1.pdf
Wawer R., Kozyra J., (red.), 2017. Metody ochrony i racjonalnej gospodarki wodnej w rolnictwie i na obszarach wiejskich. https://www.fdpa.org.pl/metody-ochrony-i-racjonalnej-gospodarki-wodnej-w-rolnictwie-i-na-obszarach-wiejskich-1
Wawer R., 2020. Gospodarowanie wodą w rolnictwie w zmieniającym się klimacie. Perspektywa przejścia na rolnictwo nawadniane a sprawiedliwe i zrównoważone korzystanie z wód w świetle rozwiązań hiszpańskich i postępu w informatyce, Polish Jurnal of Agronomy, Nr 41: https://redakcjapja.iung.pl/index.php/pja/article/view/17

[1]Dyrektywa 2000/60/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 23 października 2000 r. ustanawiająca ramy wspólnotowego działania w dziedzinie polityki wodnej, https://eur-lex.europa.eu/legal-content/PL/TXT/PDF/?uri=CELEX:02000L0060-20141120&from=ES [dostęp online].

[2]https://www.eea.europa.eu/data-and-maps/figures/trend-in-crop-water-deficit

Idź do oryginalnego materiału