Poprawa stosunków wodnych w rolnictwie – retencja wody

W obliczu narastających zmian klimatycznych oraz coraz częstszych okresów suszy, gospodarowanie wodą w rolnictwie nabiera kluczowego znaczenia. Retencja wody, czyli jej zatrzymywanie i magazynowanie w środowisku, staje się jednym z najważniejszych narzędzi wspierających zrównoważoną produkcję rolną. Dzięki odpowiednio zaplanowanej retencji możliwe jest nie tylko zabezpieczenie upraw przed skutkami niedoboru wody, ale również poprawa żyzności gleb oraz ograniczenie erozji. W niniejszym artykule omówimy znaczenie retencji wodnej w rolnictwie. Przedstawimy rozwiązania, które mogą zwiększyć efektywność gospodarowania zasobami wodnymi na obszarach wiejskich.

Co mogą zrobić rolnicy, aby poprawić stosunki wodne w Polsce? Sposoby na retencję wody

Kapryśna i nieco opóźniona wiosna 2021 roku znacznie opóźniła wegetację roślin. Sadownicy obawiają się przymrozków. Wielu z nich decyduje się na wykonywanie instalacji i zabiegów zraszania nadkoronowego, uważanego powszechnie za najpewniejszy sposób ochrony pąków. Szczęśliwie, duże opady śniegu zapewniły wystarczającą retencję wody w glebie, mogłoby się wydawać wystarczający, by wykorzystywać ją obficie do celów nawadniania.

Stosunkowo wysoka zdolność magazynowania wodny przez gleby, nie powinna powodować szkód w uprawach roślin ozimych i również jarych jeśli były prawidłowo wysiane. Jednak długo utrzymujące się niskie temperatury negatywnie wpływają na wzrost kukurydzy oraz bobowatych. Opóźniony siew tej pierwszej rośliny zwiększa zagrożenie suszą w późniejszym okresie.

Zmiany pogody a rolnictwo

Przykład roku 2021 pokazuje, jak nieprzewidywalna jest pogoda i jej oddziaływanie na produkcję rolniczą. W ubiegłych latach mieliśmy do czynienia z niemal corocznym występowaniem suszy rolniczej (2015, 2016, 2018, 2019, 2020) – podczas gdy w latach 1951-1980 występowała średnio co 5 lat. Obecnie blisko 40% obszarów rolnych i leśnych w naszym kraju jest zagrożonych suszą w stopniu ekstremalnym i silnym. Z tym faktem wiążą się znaczne straty w produkcji roślinnej zgłaszane przez rolników, co powoduje konieczność uruchomienia przez państwo pomocy finansowej poszkodowanym. W 2015 roku wyniosła ona około 0.5 mld złotych, zaś w 2018 roku już cztery razy więcej – nieco ponad 2 mld zł, w 2019 roku blisko 1,9 mld zł.

Zasoby wód powierzchniowych i podziemnych Polski należą do najniższych w Europie, a rolnictwo wykorzystuje około 70% całkowitej ilości odnawialnych zasobów wodnych, zarządzanie nimi powinno być kompleksowe i strategiczne. W praktyce, najważniejszą rolę w gospodarowaniu wodą pełnią użytkownicy zlewni. Są to głównie rolnicy, którzy ponoszą solidarną odpowiedzialność w zakresie retencji korytowej i zatrzymania wody na potrzeby produkcji rolniczej, jak również innych celów użytkowych.

Jeśli na barkach rolników ciążą tak poważne obowiązki, jakie działania powinni podjąć, aby im podołać oraz wyżywić konsumentów i samych siebie? Co z retencją wody? Pytanie to nabiera szczególnego znaczenia w czasach rosnących wydatków budżetów państw w obliczu kryzysu ekonomicznego, z jakim mamy do czynienia w związku z pandemią COVID-19.

Podejście systemowe do gospodarowania wodą

Zielony Ład a rolnictwo

Unijne zobowiązania Zielonego Ładu i dążenie Unii do neutralności klimatycznej nakładają na państwa członkowskie i ich obywateli szereg wymogów środowiskowych. Wielu rolników może się z nimi nie zgadzać i twierdzić, że są zbyt restrykcyjne, szkodzące produkcji. Jednakże zagrożenia klimatyczne jakim stawiają czoła pokazują, że powinni już dziś przestawić się na nowy, racjonalny model gospodarowania glebą i wodą oraz odejść od idei maksymalizacji produkcji. Powinni również angażować się w lokalną współpracę w celu wypracowania wspólnych rozwiązań ułatwiających gromadzenie i oszczędzanie wody i jej retencji. Zagrożenia środowiskowo-klimatyczne z jakimi się dziś zmagamy, i które uderzają w samo rolnictwo, są zbyt poważne, aby lekceważyć zasoby którymi dysponujemy. Mowa tu o glebie, dostępność i jakości wód, bioróżnorodności i powietrzu. Wyjściem z kłopotliwej sytuacji jest systemowe podejście do zrównoważonego zarządzania ekosystemami na obszarach wiejskich.

Wpływ rolnictwa na przyrodę

Rolnicy są użytkownikami przestrzeni produkcyjnej oraz wpływają bezpośrednio lub pośrednio na nieproduktywne elementy agroekosystemów. Mowa tu o elemenatach przyrody tj: miedze, zadrzewienia, nieużytki, a także inne ekosystemy (wody powierzchniowe, torfowiska, murawy, lasy itp.). Wszystkie elementy krajobrazu rolniczego pełnią specyficzną rolę w obiegu materii organicznej i składników pokarmowych oraz bilansie wodnym.

Rolnictwo a bioróżnorodność

Postępu technologiczny i genetyczny w ostatnich dekadach poprawił wydatność i efektywność produkcji. Wiążące się z tym procesem zmiany w strukturze użytków rolnych i intensyfikacja produkcji doprowadziły do uproszczenia gatunkowego upraw. Wpływ miał na to wzrost użycia nawozów i pestycydów. Poskutkowało to dominacją w uprawach rolnych zbóż i kukurydzy oraz częściowo rzepaku. W warunkach Polski mamy również do czynienia ze znaczącym spadkiem pogłowia zwierząt (skutkującym brakiem dostępności nawozów naturalnych). Zauważamy znaczną koncentrację inwentarza w pewnych regionach (najczęściej wysokoprodukcyjnych ras) oraz ubytkiem użytków rolnych uprawianych w sposób tradycyjny.

Rezultatem jest spadek odporności i zrównoważenia ekosystemów rolniczych. Zauważamy pogłębiający się w warunkach postępującą zmianę klimatu i stopnień wykorzystania zasobów naturalnych. W efekcie obniżający wzrost poziomu i stabilności plonowania. Dostępność wody dla roślin uprawnych jest skorelowana z dostępnością materii organicznej. Mowa tu o dostępności fosforu i potasu w glebie oraz sposobem jej uprawy i ochrony. Próby przywrócenia potencjału produkcyjnego w monokulturach kończą się często niepowodzeniem. Wymagają one kosztownego i długotrwałego stosowania zabiegów poprawiających strukturę i żyzność gleby.

Problemem obszarów wiejskich Polski jest również nadmierne przyspieszenie odpływu wód za sprawą regulacji rzek i rowów melioracyjnych (tych drugich ok. 320 tys. km²), które pełnią obecnie głównie funkcje odwadniające. Presję na zasoby wywołuje też nawadnianie – w  latach 2010-2016 nastąpił wzrost powierzchni nawadnianej o blisko 200%.

Zasoby wodne

Wszystko ma swój początek u źródła. Odnawialne zasoby wód w dorzeczach rzek w Polsce pochodzą z opadów. Większość z nich odparowuje, pozostała część (około 28%) odpływa systemami rzecznymi. Jedynie około 20% sumy opadów przenika do wód podziemnych, zasilając je. Korzystamy na ogół z pierwszej warstwy wód podziemnych, która odnawia się przez około 3 lata.

W konsekwencji zmian klimatu, sprawa jeszcze bardziej się komplikuje – mamy do czynienia z bardziej gwałtownymi opadami. Gleba nie nadąża pochłaniać takich ilości wody, więc prawie w całości odpływają one rzekami. Częstość opadów przesuwa się w kierunku miesięcy zimowych. Dodatkowo, wydłuża się okres wegetacyjny, co zwiększa przewagę charakterystycznej dla naszego kraju przewagi parowania nad opadem. Klimatyczny Bilans Wodny w kontekście suszy określa różnicę pomiędzy opadem atmosferycznym a potencjalnym parowaniem z roślin i gleby (ewapotranspiracją). Niestety, możliwość gromadzenia cennych wód opadowych w lokalnych zlewniach jest w Polsce bardzo ograniczona. Brak jest informacji o potencjale małych zbiorników retencyjnych w gospodarstwach. Zbiorniki te posiadają znacząco wyższą użyteczność dla rolnictwa niż duże zbiorniki zaporowe.

Straty wody w rolnictwie – jak ich unikać?

Co robić, by retencjonować wodę?

Gromadzić wodę i ją oszczędzać = dążyć do jak największej retencji wody. Najbardziej skuteczne są działania lokalne, dostosowane do uwarunkowań zlewni rzeki i krajobrazu. Spowalnianie spływu wód w obrębie małych zlewni i ich zatrzymywanie na powierzchni lub w gruncie, to tak zwana mała retencja. Podejście systemowe w gospodarowaniu wodą wymaga zaufania i współpracy wszystkich użytkowników gruntów. Wymaga również zwiększenia świadomości rolników w zakresie zrównoważonego gospodarowania wodą.

Zastawki i jazy sposobem na retencję wody

Retencjonowanie wody w cieku lub rowie z wykorzystaniem zastawek i jazów znacząco zwiększa zasoby na terenach przyległych. Podwyższa się poziom wód gruntowych oraz wielkość zasobów dyspozycyjnych. Rolnicy posiadający łąki na terenach zalewowych będą mogli wkrótce skorzystać z wprowadzenia rekompensat za ich zalanie w celach retencyjnych. W nawodnieniach rolniczych powinno się stosować odpowiednio dobrane dawki w zależności od rodzaju gleby i potrzeb roślin. Szczególną uwagę należy zwrócić na znaczne oszczędności wody dzięki zastosowaniu ciągłego monitoringu wilgotności gleby w strefie korzeniowej. Można go przeprowadzić za pomocą zestawu czujników i wykorzystaniu informatycznych systemów wspierania decyzji.

Retencja wody a jakość gleby

Dla produkcji roślinnej najważniejsza jest dostępność wody w samej glebie. Dbałość o glebę, o jej strukturę zwiększa poziom retencji glebowej. O zachowaniu wody decydują skład granulometryczny (tekstura) gleby, porowatość gleby, zawartość materii organicznej. Wpływ na to ma również okrycie gruntu oraz aktualna dostępność wody w glebie. W praktyce rolnej możemy mieć jedynie wpływ na poprawę stosunków wodno-powietrznych w glebie. Co oznacza optymalną porowatość i strukturę gruzełkowatą oraz ochronę przed parowaniem.

Poprawa warunków wodno-powietrznych i ochrona przed parowaniem wody z gleby

Bezpośredni efekt osiągamy poprzez spulchnienie gleby. Podobny rezultat przyniesie zapobieganie mineralizacji (utlenianiu) próchnicy oraz erozji. Wpływ na poprawę warunków wodno-powietrznych ma również stosowanie nawozów naturalnych, organicznych, a także racjonalizacja nawożenia mineralnego. Ochrona przed wyparowaniem wody wymaga zastosowania kompleksowego zestawu działań. Począwszy od przerwania podsiąku kapilarnego wody (np. poprzez uprawę bezorkową), przez praktyki oddziaływujące na bilans wodny w skali pola (utrzymywanie trwałej okrywy glebowej ze zdrową roślinnością). Sposobem na ochronę przed szybką utratą wody w skali zlewni rolniczej może być wprowadzanie zadrzewień śródpolnych czy systemów rolno-leśnych. Poprawiają one mikroklimat i zawartość materii organicznej w glebie. Wspólnie z miedzami i zadarnionymi pasami filtracyjnymi znacząco ograniczają również spływ powierzchniowy wody.

Gleba a uprawa roślin

Kluczowe jest stosowanie wzbogaconego płodozmianu z odpowiednim doborem roślin pod względem dopasowania do siedliska. Istotne są również możliwości wzbogacania gleby w materię organiczną oraz odporności na zagrożenia chorobowe, szkodniki i stres wodny. Należy wspomnieć o konieczności dostosowania terminów siewu do dostępności wody nagromadzonej zimą w glebie oraz zmniejszenia ilości wysianych nasion. Zrównoważone stosowanie nawozów naturalnych i organicznych (w szczególności wprowadzanie i przyoranie roślin bobowatych) dostarcza materii organicznej. Ma to również wpływ na dostarczenie składników pokarmowych zwłaszcza azotu, podnosząc stan odżywienia roślin ich odporności na stres.

W obu przypadkach oddziaływanie na środowisko bywa negatywne. Na przykład przyoranie nawozów zielonych może wzmóc ryzyko wymycia azotu (N) i fosforu (P). Dlatego bardzo ważne jest dopasowanie agrotechniki do warunków pogodowych i glebowych (dawka, termin, miejsce). W uwarunkowaniach Polski około 50% gleb użytków rolnych charakteryzuje się bardzo kwaśnym i kwaśnym odczynem. Przez to skuteczność nawozów organicznych będzie też zależeć od optymalizacji odczynu gleby, a więc ich wapnowania.

Nawożenie potasem istotnie zwiększa zapas wody dostępnej w glebie, zwłaszcza w uprawie zbóż. Na uwagę zasługuje rosnąca efektywność absorbentów wody (hydrożeli). Najbardziej obiecujące w wiązaniu wody wydają się produkty, bazujące właśnie na związkach potasu. Na dużych areałach pól warto zainwestować w precyzyjne nawożenie z systemem jazdy równoległej. Jest on szczególnie korzystny na glebach zwięzłych wspomagając rozwój korzeni. W terenach urzeźbionych i zagrożonych erozją sprawdzić się mogą uprawy wstęgowe (konturowe).

Sposób na zachowanie wody w glebie

Rolnictwo ekologiczne a retencja wody

Jednak spośród wszystkich systemów uprawy, najskuteczniejszym sposobem zachowania wody w glebie w dłuższym okresie jest uprawa w systemie rolnictwa ekologicznego. Badania IUNG wykazały, że w porównaniu z systemem konwencjonalnym, integrowanym i monokulturą zawartość węgla organicznego utrzymuje się na najwyższym poziomie. Natomiast wskaźnik infiltracji gleby z uprawą pszenicy ozimej w systemie ekologicznym był około 4-krotnie większy niż w systemie konwencjonalnym. Udowodniono, że najbardziej efektywne w ochronie przed wyparowaniem wody i ograniczeniem spływu powierzchniowego na glebach ornych jest utrzymywanie okrywy. Można to zrobić na kilka sposobów, z wykorzystaniem poplonów, międzyplonów, mulczowania i ściółkowania. Szacuje się, że okrywa gruntu w połączeniu z uprawą bezorkową zwiększa infiltrację wody o 12-46%.

Chów zwierząt a woda

Bezpieczeństwa zaopatrzenia w wodę nie można rozpatrywać bez uwzględnienia chowu zwierząt, szczególnie w kontekście jego uprzemysłowienia i koncentracji. Produkcja zwierzęca jest największym konsumentem wody w procesie wytwarzania żywności. Hodowcy powinni pamiętać nie tylko o bieżącym zapotrzebowaniu na wodę poszczególnych grup technologicznych zwierząt. Istotne jest również przemyślenie możliwości jej gromadzenia na wypadek suszy. Zaleca się wykorzystanie wody deszczowej z dachów obiektów gospodarczych oraz odzyskiwanie wody z procesów technologicznych. Kontrola wypasu zwierząt i ich obsady chroni glebę i roślinność oraz zwiększa infiltrację wody. Do pojenia zwierząt rekomenduje się budowę oczek wodnych na obszarze wypasu oraz zastosowanie systemów wodociągowych zasilanych grawitacyjnie lub pompami. Pobór wody ze studni głębinowych powinien być stosowany jedynie w wyjątkowych przypadkach.

Podsumowując powyższe rozważania, dwa hasła wydają się szczególnie ważne do zapamiętania przez rolników. Motto: „Zostaw deszcz, tam gdzie spadł” oraz stare polskie przysłowie „Wtedy się wodę szanuje, kiedy jej w studni brakuje”.

Więcej informacji będą mogli Państwo znaleźć w publikacji Koalicji Żywej Ziemi „Woda w rolnictwie”. Dostępne dane będą opublikowane wkrótce w Kodeksie Dobrych Praktyk Wodnych w Rolnictwie pod red. pracowników IUNG-PIB w Puławach.

Autor: Robert Borek

Zakład Biogospodarki i Analiz Systemowych, Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa – Państwowy Instytut Badawczy (IUNG-PIB) w Puławach

Tekst powstał w ramach projektu „Hydrozagadka – jak wygrać z suszą?”