wpływ gospodarstwa rolnego na odpływ fosforu siecią drenarską

Proceedings of ECOpole
Vol. 1, No. 1/2
2007
Małgorzata RAFAŁOWSKA1
WPŁYW GOSPODARSTWA ROLNEGO NA ODPŁYW FOSFORU
SIECIĄ DRENARSKĄ
INFLUENCE OF AN AGRICULTURAL FARM ON THE EFFLUENT
OF PHOSPHORUS BY A DRAINAGE NETWORK
Streszczenie: Badano wpływ intensywnej gospodarki rolnej na sezonowe zmiany stężeń w wodach drenarskich
odpływających ze zlewni zakwalifikowanych do obszarów szczególnie narażonych na zanieczyszczenie wód ze
źródeł rolniczych. Wpływ gospodarstwa rolnego na odpływ fosforu siecią drenarską badano w latach 2005-2006
w zlewni Jeziora Dobskiego. Obiekt badań położony jest w obrębie Pojezierza Mazurskiego w miejscowości
Doba. Tereny rolnicze w otoczeniu wsi użytkowane są przez gospodarstwo rolne, które specjalizuje się w chowie
trzody chlewnej. W czasie 2-letniego okresu badań stwierdzono, iż ilość fosforu odprowadzanego siecią drenarską
uzależniona była przede wszystkim od warunków atmosferycznych, pory roku oraz intensyfikacji rolniczego
użytkowania terenu.·
Słowa kluczowe: zlewnia, dział drenarski, fosfor
Wody odpływające z obszarów użytkowanych rolniczo są wzbogacane substancjami,
których rodzaj i ilość zależy od budowy geologicznej podłoża, ukształtowania terenu,
rodzaju gleb oraz ich zdolności buforowych i sorpcyjnych. Na jakość wód duży wpływ
mają również sposób zagospodarowania terenu i intensywność agrotechniki, melioracje
odwadniające oraz warunki klimatyczne wpływające na dostępność wody dla roślin [1-4].
Drenowanie obszarów użytkowanych rolniczo przyspiesza odpływ wody oraz intensyfikuje
wymywanie składników z gleb, co jest szczególnie widoczne w przypadku drenowania gleb
lekkich [3, 4]. Najważniejszym źródłem składników biogennych w zlewni użytkowanej
rolniczo jest głównie nawożenie mineralne i organiczne, które, niewłaściwie stosowane
może przyczyniać się do znacznego obciążenia wód drenarskich. Składniki mineralne
(głównie azot i fosfor) niewykorzystane w procesie produkcji rolniczej stanowią przyczynę
zanieczyszczania wód gruntowych i powierzchniowych (eutrofizacja).
Celem badań było określenie wpływu intensywnej gospodarki rolnej na sezonowe
zmiany stężeń fosforu w wodach drenarskich odpływających ze zlewni zakwalifikowanych
do obszarów szczególnie narażonych na zanieczyszczenia wód ze źródeł rolniczych.
Materiał i metody badań
Badania nad wpływem gospodarstwa rolnego na odpływ fosforu siecią drenarską
prowadzono w latach 2005-2006 w zlewni Jeziora Dobskiego. Obiekt badań położony jest
w obrębie Pojezierza Mazurskiego w miejscowości Doba. Tereny rolnicze w otoczeniu wsi
użytkowane są przez gospodarstwo rolne, które specjalizuje się w chowie trzody chlewnej.
Badaniami objęto trzy działy drenarskie oznaczone roboczo numerami 520, 521, 523,
położone w pobliżu miejscowości Doba w zlewni Jeziora Dobskiego. Zgodnie
z wytycznymi wdrażania Dyrektywy Azotanowej [5], zlewnie te wchodzą w skład obszaru
szczególnie narażonego, z którego odpływ azotu ze źródeł rolniczych należy ograniczyć.
1
Katedra Melioracji i Kształtowania Środowiska, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, pl. Łódzki 2,
10-756 Olsztyn, tel. 089 523 39 92, e-mail: malgorzata.rafalowska @uwm.edu.pl
222
Małgorzata Rafałowska
Obszar ten wyznaczono na podstawie koncentracji azotanów w wodach podziemnych,
dochodzącej do 95 mg.dm–3 [6].
Obszar zlewni działu drenarskiego 520 wynosi 9,7 ha. Na gruntach ornych w 2005 r.
uprawiano pszenicę ozimą, a w 2006 r. jęczmień jary. W okresie badawczym stosowane
było nawożenie mineralne na zbliżonym poziomie, tzn. w 2005 r.: N - 112 kg·ha–1,
P - 40 kg·ha–1, K - 48 kg·ha–1, zaś w 2006 r.: N - 98 kg·ha–1, P - 46 kg·ha–1, K - 60 kg·ha–1.
Obszar zlewni działu drenarskiego 521 wynosi 15,1 ha. W 2005 r. uprawiano tam
pszenżyto ozime. Stosowane było nawożenie mineralne w ilości N - 61 kg·ha–1 oraz
organiczne w postaci gnojowicy w ilości 20 m3·ha–1·rok–1. W 2006 r. uprawiano jęczmień
jary, a nawożenie było takie samo jak dla zlewni działu drenarskiego 520. W czerwcu
2006 r. została wylana gnojowica. Na obszarze zlewni stoją budynki inwentarskie. Użytki
obu zlewni znajdują się na glebach średnio zwięzłych (piaski gliniaste mocne) zaliczane do
IVa i IIIb klasy bonitacyjnej.
Dział drenarski (523) położony tuż obok zabudowań wsi Doba i gospodarstwa rolnego
„Dobrol” odprowadza wodę z pól uprawnych nawożonych N - 68 kg·ha–1, P - 40 kg·ha–1,
K - 55 kg·ha–1 w 2005 roku pod uprawę owsa, natomiast w 2006 r. stosowano nawożenie
w ilości: N - 88 kg·ha–1, P - 41 kg·ha–1, K - 54 kg·ha–1 pod uprawę żyta oraz z ogrodów
działkowych i osiedla wiejskiego. Występują tutaj gleby lekkie zaliczane do V klasy
bonitacyjnej. Obszar zlewni wynosi 41,7 ha. Rozpatrując poszczególne działy drenarskie
według intensywności użytkowania mierzonej poziomem nawożenia oraz antropopresji
(zabudowania gospodarcze i mieszkalne wraz z ogródkami przydomowymi), można je
uszeregować: 521 > 520 > 523.
Próbki wód do analiz fizykochemicznych pobierano raz w miesiącu z wylotów
drenarskich i oznaczano w nich Porg (po mineralizacji) oraz P-PO4 kolorymetrycznie
z molibdenianem amonu i chlorkiem cyny(II) jako reduktorem. Badania te wykonano
zgodnie z ogólnie przyjętymi metodami [7]. Sezonową zmienność stężeń fosforu omawiano
zgodnie z następującym podziałem pobranych próbek: zima (I-III), wiosna (IV-VI), lato
(VII-IX), jesień (X-XII).
Omówienie wyników
W czasie 2-letniego okresu badań stwierdzono, iż ilość fosforu odprowadzana siecią
drenarską była uzależniona przede wszystkim od warunków atmosferycznych, pory roku
oraz intensyfikacji rolniczego użytkowania terenu.
Największe średnie stężenie (1,035 mg Porg·dm–3) fosforu odnotowano w wodach
odprowadzonych drenem 521 w 2005 r. i było ono 2,5-krotnie większe niż w 2006 r.,
wynoszące 0,393 mg Porg·dm–3, co było spowodowane wzmożonym nawożeniem
gnojowicą, zaś najmniejsze średnie stężenie (0,243 mg Porg·dm–3) w wodach drenu 520
w 2006 r. (tab. 1).
Podobnie jak w przypadku fosforu ogólnego, kształtowały się średnie stężenia fosforu
fosforanowego. Największe stężenie wystąpiło w wodach drenu 521 zarówno w 2005 r., jak
i w 2006 r., które wynosiło odpowiednio 0,336 i 0,208 mg P-PO4·dm–3, a najmniejsze
w punkcie 520 - 0,066 mg P-PO4·dm–3.
Na przestrzeni 2 badanych lat największą zmienność stężeń fosforu ogólnego
stwierdzono w wodach drenu 521 w zakresie od 0,210 do 3,729 mg Porg·dm–3 w 2005 r.
Maksymalne stężenie odnotowano w marcu na skutek spływów z topniejącej pokrywy
223
Wpływ gospodarstwa rolnego na odpływ fosforu siecią drenarską
śnieżnej, a także ze względu na obecność zabudowy gospodarczej. W 2006 r. stężenie Porg
mieściło się w zakresie od 0,151 do 1,1440 mg Porg·dm–3. Maksymalne stężenie zanotowano
w czerwcu, ma to związek z wylaną w tym czasie gnojowicą. Najmniejszą zmiennością
stężeń Porg w badanym okresie charakteryzowała się woda z działu drenarskiego 523 od
0,198 do 0,468 mg Porg·dm–3 w 2005 r. (tab. 1).
Tabela1
Wartości średnie i zakresy stężeń fosforu ogólnego (Porg) i fosforu fosforanowego (P-PO4) w wodach drenarskich
w latach 2005 i 2006 [mg.dm–3]
Nr działu
drenarskiego
520
521
523
2005
Porg
0,237
(0,045÷0,507)
1,035
(0,210÷3,729)
0,304
(0,198÷0,468)
2006
P-PO4
0,098
(0,015÷0,252)
0,336
(0,049÷1,220)
0,171
(0,084÷0,382)
Porg
0,243
(0,053÷0,617)
0,393
(0,151÷1,440)
0,279
(0,143÷0,822)
P-PO4
0,066
(0,026÷0,202)
0,208
(0,093÷0,545)
0,145
(0,093÷0,196)
Zmienność stężeń fosforu fosforanowego układała się analogicznie do zmienności
stężeń fosforu ogólnego. Tutaj również dużo większą zmienność stężeń odnotowano
w wodzie działu drenarskiego 521 w zakresie od 0,049 do 1,220 mg P-PO4·dm–3
a najmniejsze w dziale drenarskim 523, gdzie miały wartość od 0,093 do
0,196 mg P-PO4·dm–3.
Rys. 1. Sezonowa zmienność koncentracji fosforu ogólnego (Porg) w wodach drenarskich odpływających ze zlewni
Doba w latach 2005-2006; Z - zima, W - wiosna, L - lato, J - jesień
W układzie sezonowym największe wartości stężeń Porg i P-PO4 w wodach drenarskich
w okresie 2005-2006 odnotowano w okresie zimowym i wiosennym. Jest to skutkiem
niewielkiego wykorzystania przez rośliny w warunkach nadmiernego uwilgotnienia
i niskich temperatur prowadzącego do okresowych deficytów tlenu ograniczających wzrost
i rozwój roślin. Fosfor jest składnikiem, który łatwo się uruchamia zwłaszcza przy
niedoborach tlenu [8]. Maksymalną koncentrację odnotowano w wodach drenu 521 1,62 mg Porg·dm–3 w 2005 r. i 0,80 mg Porg·dm–3 w 2006 r,. na co wpływał brak okrywy
roślinnej i wzmożone opady (rys. 1). Duże koncentracje fosforu ogólnego w 2005 r.
224
Małgorzata Rafałowska
w wodach działu drenarskiego 521 utrzymywały się praktycznie przez cały rok z wyjątkiem
okresu jesiennego, co jest potwierdzeniem oddziaływania intensywności użytkowania
terenu. Jak wspomniano wcześniej, jest to obszar zlewni, który był nawożony gnojowicą.
Na podstawie uzyskanych wyników można stwierdzić, że najwięcej fosforu znajduje się
w wodach pochodzących z obszarów intensywnie nawożonych płynnymi nawozami
organicznymi. Istnienie takich zależności potwierdzają również duże koncentracje fosforu
fosforanowego, największe w okresie wiosennym w wodach drenu 521 0,71 mg P-PO4·dm–3 w 2005 r., 0,35 mg P-PO4·dm–3 w 2006 r. (rys. 2). Zwiększone
wartości stężeń fosforu należy przypisywać obecności obszarów z zabudową gospodarczą.
W 2006 r. (czerwiec) została wylana gnojowica w pobliżu wylotu drenarskiego, co
wpłynęło na zwiększenie koncentracji form fosforu, co dodatkowo świadczy o ujemnym
wpływie rolnictwa na jakość wód w zlewni. Oczywiście nie było to zgodne z „dobrymi
praktykami rolniczymi”, a nawet jest ich zaprzeczeniem. Najmniejszą koncentracją fosforu
całkowitego i fosforu fosforanowego spośród wszystkich rozpatrywanych sezonów
stwierdzono w okresie jesiennym.
Rys. 2. Sezonowa zmienność koncentracji fosforu fosforanowego (P-PO4) w wodach drenarskich odpływających
ze zlewni Doba w latach 2005-2006; Z - zima, W - wiosna, L - lato, J - jesień
Duże stężenie Porg w badanych wodach w znacznie większym stopniu niż koncentracja
fosforanów przyczyniło się do obniżenia klasy jakości wód drenarskich. Średnie stężenie
fosforu ogólnego pozwala zakwalifikować badane wody z punktów badawczych 520 i 523
do II (dobrej), zaś wody ze zlewni działu drenarskiego nawożonej gnojowicą 521 do V
(złej) klasy jakości. Pod względem koncentracji fosforanów wody drenarskie
reprezentowały głównie II (dobrą) klasę jakości [9].
Wnioski
1.
W czasie 2-letniego okresu badań stwierdzono, iż ilość fosforu odprowadzanego siecią
drenarską uzależniona była przede wszystkim od warunków atmosferycznych, pory
roku oraz intensyfikacji rolniczego użytkowania terenu.
Wpływ gospodarstwa rolnego na odpływ fosforu siecią drenarską
2.
3.
225
W układzie sezonowym największe wartości stężeń Porg i P-PO4 dla wszystkich wód
drenarskich w okresie 2005-2006 odnotowano w okresie zimowym i wiosennym.
Maksymalną koncentrację odnotowano w wodach drenarskich z pól intensywniej
nawożonych, w tym gnojowicą - 1,62 mg Porg·dm–3 w 2005 r. i 0,80 mg Porg.dm–3
w 2006 r., na co wpływał brak okrywy roślinnej i wzmożone opady.
Zawartość Porg przyczyniła się w znacznym stopniu do obniżenia klasy jakości wód
drenarskich. Średnie stężenie fosforu ogólnego pozwala zakwalifikować badane wody
z terenów o słabym nawożeniu do II (dobrej), zaś wody ze zlewni działu drenarskiego
intensywnie nawożonego oraz w pobliżu zabudowy wiejskiej do V (złej) klasy jakości.
Podziękowanie
Praca została wykonana
N N305 1056 33.
w
ramach
projektu
badawczego
promotorskiego
nr
Literatura
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
Szpakowska B. i Życzyńska-Błoniak I.: Migracja składników mineralnych w różnych ekosystemach.
Produkcja pierwotna, zasoby zwierząt i wymywanie materii organicznej w krajobrazie rolniczym, S. Bałazy
i L. Ryszkowski (red.). ZBŚRiL PAN, Poznań 1992, 17-27.
Igras J.: Fosfor w wodach gruntowych w Polsce. [w:] Chemia. Związki fosforu w chemii, rolnictwie
i medycynie. Praca Nauk. Akad. Ekonom. we Wrocławiu, Wrocław 2001, 888, 86-90.
Koc J. i Szymczyk S.: Wpływ intensyfikacji rolnictwa na odpływ wapnia i magnezu z gleb. J. Elementol.,
2003, 8(4), 231-238.
Lipiński J.: Drenowanie gleb mineralnych a środowisko przyrodnicze. Wiad. Melior. Łąk., 2003, 2, 74-76.
Dyrektywa Rady 91/676/EWG z dnia 12 grudnia 1991 r. w sprawie ochrony wód przed zanieczyszczeniem
powodowanym przez azotany pochodzące ze źródeł rolniczych.
Rozporządzenie Nr 5/2004 Dyrektora Regionalnego Zarządu Gospodarki Wodnej w Warszawie z dnia 20
kwietnia 2004 w sprawie wprowadzenia programu działań mających na celu ograniczenie odpływu azotu ze
źródeł rolniczych dla obszaru szczególnie narażonego w gminach: Giżycko i Węgorzewo.
Hermanowicz W., Dojlido J., Dożańska W., Koziorowski B. i Zerbe J.: Fizyczno-chemiczne badanie wody
i ścieków. Arkady, Warszawa 1999, 556.
Szymczyk S. i Cymes I.: Wpływ ilości opadów i sposobu użytkowania terenu na odpływ składników
nawozowych siecią drenarską z gleb ciężkich. Nawozy i Nawożenie, 2004, 2(19), 20-30.
Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 11 lutego 2004 r. w sprawie klasyfikacji dla prezentowania
stanu wód powierzchniowych i podziemnych, sposobu prowadzenia monitoringu oraz sposobu interpretacji
wyników i prezentacji stanu tych wód. DzU Nr 32, poz. 284.
INFLUENCE OF AN AGRICULTURAL FARM ON THE EFFLUENT
OF PHOSPHORUS BY A DRAINAGE NETWORK
Summary: The aim of the research was to determine the influence of intensive farming on seasonal changes in
drainage waters flowing out of catchment areas classified as lands particularly exposed to water pollution from
agricultural sources. The research of the influence of farming on the outflow of phosphorus by a drainage network
was conducted in 2005 and 2006 in the catchment area of Dobskie Lake. The research object is situated in the area
of the Mazurian Lakeland, in the village of Doba. Agricultural areas surrounding the village are used by an
agricultural farm named Dobrol, which specialises in pig husbandry. During the 2-year research period, it was
noted that the amount of phosphorus flowing by the drainage network depended most of all on atmospheric
conditions, season and intensity of agricultural exploitation of the area.
Keywords: catchment area, drainage area, phosphorus