Potrzeby i stan nawodnień w województwie kujawsko-pomorskim

Transkrypt

1 Potrzeby i stan nawodnień w województwie kujawsko-pomorskim prof. dr hab. inż. Leszek Łabędzki l.labedzki@itp.edu.pl Instytut Technologiczno-Przyrodniczy Kujawsko-Pomorski Ośrodek Badawczy w Bydgoszczy

2 I. Agroklimatyczno-rolnicze czynniki potrzeb nawodnień 1. Uwarunkowania agroklimatyczne i hydrologiczne 2. Warunki glebowe produkcji rolniczej 3. Poziom rolnictwa 4. Niedobory wodne roślin uprawnych 5. Zapotrzebowanie wody do nawodnień II. Niedobory wodne i potrzeby nawadniania a zmiany klimatu III. Stan nawodnień w woj. kujawsko-pomorskim IV. Problemy, podsumowanie

3 Średnia suma opadu (mm) w okresie IV-IX w latach opracowanie własne Mapę wykonała K. Smarzyńska, ITP

4 Średni klimatyczny bilans wodny (mm) w okresie kwiecień wrzesień w latach opracowanie własne Mapę wykonała K. Smarzyńska, ITP

5 opracowanie własne Przestrzenny rozkład klimatycznego bilansu wodnego KBW i oceny klimatycznych uwarunkowań potrzeb nawodnień w okresie wegetacyjnym (kwiecień-wrzesień) KBW [mm] Klasa klimatycznego bilansu wodnego Potrzeby nawodnień <-250 skrajnie niedoborowy bardzo duże [-250; -200) silnie niedoborowy duże [-200; -150) umiarkowanie niedoborowy umiarkowane [-150; -100) lekko niedoborowy małe [-100; 100] zrównoważony nie ma >100 nadmiarowy nie ma

6 opracowanie własne Przestrzenny rozkład klimatycznego bilansu wodnego KBW i oceny klimatycznych uwarunkowań potrzeb nawodnień w kwietniu KBW [mm] Klasa klimatycznego bilansu wodnego Potrzeby nawodnień <-50 skrajnie niedoborowy bardzo duże [-50; -30) silnie niedoborowy duże [-30; -10) lekko niedoborowy małe [-10; 10] zrównoważony nie ma >10 nadmiarowy nie ma

7 opracowanie własne Przestrzenny rozkład klimatycznego bilansu wodnego KBW i oceny klimatycznych uwarunkowań potrzeb nawodnień w maju KBW [mm] Klasa klimatycznego bilansu wodnego Potrzeby nawodnień <-50 skrajnie niedoborowy bardzo duże [-50; -30) silnie niedoborowy duże [-30; -10) lekko niedoborowy małe [-10; 10] zrównoważony nie ma >10 nadmiarowy nie ma

8 opracowanie własne Przestrzenny rozkład klimatycznego bilansu wodnego KBW i oceny klimatycznych uwarunkowań potrzeb nawodnień w czerwcu KBW [mm] Klasa klimatycznego bilansu wodnego Potrzeby nawodnień <-50 skrajnie niedoborowy bardzo duże [-50; -30) silnie niedoborowy duże [-30; -10) lekko niedoborowy małe [-10; 10] zrównoważony nie ma >10 nadmiarowy nie ma

9 opracowanie własne Przestrzenny rozkład klimatycznego bilansu wodnego KBW i oceny klimatycznych uwarunkowań potrzeb nawodnień w lipcu KBW [mm] Klasa klimatycznego bilansu wodnego Potrzeby nawodnień <-50 skrajnie niedoborowy bardzo duże [-50; -30) silnie niedoborowy duże [-30; -10) lekko niedoborowy małe [-10; 10] zrównoważony nie ma >10 nadmiarowy nie ma

10 opracowanie własne Przestrzenny rozkład klimatycznego bilansu wodnego KBW i oceny klimatycznych uwarunkowań potrzeb nawodnień w sierpniu KBW [mm] Klasa klimatycznego bilansu wodnego Potrzeby nawodnień <-50 skrajnie niedoborowy bardzo duże [-50; -30) silnie niedoborowy duże [-30; -10) lekko niedoborowy małe [-10; 10] zrównoważony nie ma >10 nadmiarowy nie ma

11 opracowanie własne Przestrzenny rozkład klimatycznego bilansu wodnego KBW i oceny klimatycznych uwarunkowań potrzeb nawodnień we wrześniu KBW [mm] Klasa klimatycznego bilansu wodnego Potrzeby nawodnień <-50 skrajnie niedoborowy bardzo duże [-50; -30) silnie niedoborowy duże [-30; -10) lekko niedoborowy małe [-10; 10] zrównoważony nie ma >10 nadmiarowy nie ma

12 Odpływ rzeczny ze zlewni województwa kujawsko-pomorskiego opracowanie własne Nr Zlewnia SSq (dm 3 s -1 km -2 ) Warstwa odpływu średniego (mm) 1 Skrwa 3, od granic wojew. do ujścia Zgłowiączki 3, Zgłowiączka 2, od ujścia Zgłowiączki do ujścia Drwęcy 3, Drwęca górna środkowa dolna 6 Struga Toruńska 3, od ujścia Strugi Toruńskiej do ujścia Brdy 3, od ujścia Brdy do ujścia Wdy 3, prawa strona od ujścia Wdy do granic wojew. 3, Brda górna środkowa dolna 5,5 4,5 3,5 7,0 5,0 3, Wda + Mątawa górna środkowa dolna 12 Noteć zachodnia wschodnia 5,5 4,5 3,5 3,0 2, Wełna 3,0 100

13 Warunki glebowe produkcji rolniczej 1. Północna część województwa (zlewnie Brdy, Wdy i Mątawy): gleby bardzo lekkie i lekkie 2. Zlewnia Górnej Noteci: w części północnej gleby bardzo lekkie i lekkie, a w południowej części gleby średnie (m.in. czarne ziemie) i gleby organiczne. 3. Na obszarze województwa najżyźniejsze gleby występują w rejonie kujawskim. Żyznymi glebami charakteryzują się również rejony Pałuk, Krajny oraz Pojezierza Chełmińskiego i Dobrzyńskiego. 4. Kujawy: dobre gleby o składzie piasku gliniastego i glin lekkich oraz czarne ziemie wytworzone z glin i iłów. 5. Najlepsze gleby (I-IIIb klasy bonitacyjnej) zajmują 34% ogólnej powierzchni użytków rolnych, natomiast najsłabsze (klasy V-VI) 25% ogólnej powierzchni użytków rolnych.

14 Charakterystyka rolnictwa 1. Korzystne w porównaniu do przeciętnych w Polsce warunki dla rolnictwa. 2. Wskaźnik jakości rolniczej przestrzeni produkcyjnej (wg IUNG) wynosi średnio w województwie 74,1 punktów i jest wyższy od średniej wartości tego wskaźnika w kraju (66,6 punktów). 3. Użytki rolne zajmują ok. 65% całkowitej powierzchni województwa, co lokuje województwo kujawsko-pomorskie w rankingu województw na 7 miejscu. 4. Rezultatem dobrych warunków glebowych jest najwyższy w kraju udział gruntów ornych w powierzchni użytków rolnych, które stanowią 85% użytków rolnych (55% powierzchni województwa). 5. Wysoka kultura rolna i korzystna struktura agrarna 6. Jedno z trzech województw o najwyższym zużyciu nawozów mineralnych: 154 kg NPK/ha, przeciętne w Polsce 99,3 kg NPK/ha. 7. Powierzchnia nawadniana 1,25% użytków rolnych (0,5% w Polsce)

15 NIEDOBORY WODNE ROŚLIN Niedobory wodne roślin są to niedobory opadów w stosunku do potrzeb wodnych roślin, pomniejszone o ilość wody w glebie, możliwej do wykorzystania przez rośliny w procesie ewapotranspiracji.

16 opracowanie własne Niedobory wody (mm) dla buraków cukrowych Rok suchy (p=20%) Rok średni (p=50%) Gleba ZWU=120 mm >240 ZWU=250 mm Mapy wykonała W. Kowalik, IGIK

17 opracowanie własne Niedobory wody (mm) dla ziemniaków Rok suchy (p=20%) Rok średni (p=50%) Gleba ZWU=40 mm >240 ZWU=130 mm Mapy wykonała W. Kowalik, IGIK

18 p = 50% Niedobory wodne (mm) dla buraka cukrowego p = 20% Źródło: Ostrowski, Łabędzki (2008): Atlas niedoborów wodnych

19 ATLAS NIEDOBORÓW WODNYCH ROŚLIN UPRAWNYCH I UŻYTKÓW ZIELONYCH W POLSCE Atlas niedoborów wodnych roślin uprawnych i użytków zielonych w Polsce Red. naukowa: J. Ostrowski, L. Łabędzki Wydawnictwo IMUZ, 2008

20 Niedobory wodne (mm) w okresie wegetacji roślin uprawnych na Kujawach, o prawdopodobieństwie p = 20% i p = 50% na 4 kategoriach gleb Roślina p = 20% p = 50% b. lekkie lekkie średnie ciężkie b. lekkie lekkie średnie ciężkie Ziemniak późny Burak cukrowy Rzepak Pszenica ozima Pszenica jara Jęczmień jary Żyto ozime Kukurydza na zielonkę Kukurydza na ziarno Lucerna Pastwiska polowe opracowanie własne

21 Redukcja plonu (%) Niedobór wody (mm) ziemniak późny, woj. kujawsko-pomorskie Rok 0 Redukcja plonu Niedobór wody opracowanie własne

22 Plony rzeczywiste Y a buraków cukrowych i niedobory wodne N w latach na Kujawach Rok Y a dt ha 1 N mm opracowanie własne

23 Efektywność nawodnień Roślina Produktywność nawodnień (kg m -3 ) Wskaźnik efektywności przyrost wartości produkcji (tys. zł ha -1 ) Truskawka 2-5 9,8 Jabłoń ,6 Pomidor ,5 Cebula ,2 Marchew ,6 Kapusta ,4 Ogórek ,4 Ziemniak późny ,2 Burak cukrowy - 1,6 Użytki zielone - 1,1 Zboża - 0,7 Rzepak - 0,3 opracowanie własne wg J. Lipiński, ITP, 2010, 2017

24 1. dobre i bardzo dobre warunki przyrodnicze dla produkcji rolnej, 2. rolniczy charakter regionu (długoletnie tradycje rolnicze i korzystna struktura agrarna), 3. niski udział użytków zielonych i lasów, 4. wysoki poziom nawożenia, wyposażenia w maszyny i urządzenia rolnicze, 5. wysoki poziom agrotechniki, 6. małe i nierównomierne opady oraz duże deficyty wody dla roślin uprawnych wskazują na potencjalnie wysokie zapotrzebowanie na nawodnienia jako na końcowy zabieg agrotechniczny, pozwalający zwiększyć wydajność upraw i zagwarantować stabilność i jakość plonów

25 Pięć zasadniczych celów nawodnień w regionie kujawsko-pomorskim: łagodzenie skutków susz w rolnictwie, zapewnienie stabilności plonów o dobrej jakości, podnoszenie wydajności produkcji roślinnej, podnoszenie konkurencyjności gospodarstw, ochrona gleb organicznych i siedlisk trwałych użytków zielonych w dolinach rzek przed degradacją.

26 Zapotrzebowanie na wodę do nawodnień netto w okresie wegetacji w centralnej Polsce Roślina Zapotrzebowanie na wodę (mm) opracowanie własne żyto pszenica ozima jęczmień jary owies ziemniaki wczesne ziemniaki późne pastwiska polowe kukurydza na ziarno rzepak lucerna buraki cukrowe buraki pastewne marchew warzywa wczesne warzywa późne rośliny i krzewy jagodowe sady łąki 3-kośne

27 Maksymalne dobowe wartości zapotrzebowania na wodę do nawodnień brutto Zb na Kujawach w dekadach największego zapotrzebowania na wodę, w roku średnim (p=50%) Roślina Zb (m 3 d -1 ha -1 ) b. lekkie lekkie średnie ciężkie Ziemniak późny Burak cukrowy Kukurydza opracowanie własne

28 Maksymalne dobowe wartości niedoborów wodnych N oraz zapotrzebowania na wodę do nawodnień brutto Zb warzyw i sadów w dekadach największego zapotrzebowania na wodę, w roku suchym (p=20%), w środkowej Polsce Uprawa N (mm d 1 ) Zb (m 3 d 1 ha 1 ) WARZYWA I JAGODNIKI Cebula 3,90 41 Kalafior odmiana wczesna 3,38 36 odmiana późna 3,75 39 Kapusta odmiana wczesna 3,52 37 odmiana późna 4,03 42 Marchew odmiana wczesna 3,23 34 odmiana późna 3,02 32 Pomidor odmiana wczesna 3,29 34 odmiana późna 3,33 35 Seler odmiana wczesna 2,74 29 odmiana późna 3,85 40 Truskawki 3,85 41 Pozostałe warzywa średnio późne i późne 3,48 37 SADY Jabłoń 4,37 46 Grusza i śliwa 4,02 42 Szkółki drzew 3,15 33 opracowanie własne

29 Opady, potrzeby i niedobory wodne roślin uprawnych na Kujawach w okresie kwiecień-październik w wieloleciach: , , Lata Opady (mm) Potrzeby wodne roślin uprawnych (mm) Niedobory wodne roślin uprawnych (mm) Zmiana ( )-( ) ( )-( ) opracowanie własne

30 W chwili obecnej w Polsce nawodnienia odgrywają znikomą rolę zarówno w produkcji rolnej, jak i gospodarce wodnej. Są stosowane zaledwie na około 0,38% powierzchni użytków rolnych (ok. 70 tys. ha w 2015 r.). Rolnictwo w Polsce zużywa na cele nawodnień relatywnie małe ilości wody (ok. 86 tys. dam 3 w 2015 r.).

31 Wg Rocznika Ochrony Środowiska (GUS 2016) w 2015 r. Powierzchnia nawadniana w woj. kuj.-pom ha w tym: nawodnienia podsiąkowe 1900 ha nawodnienia deszczowniane 648 ha Pobór wody do nawodnień w rolnictwie, leśnictwie i uzupełniania stawów w 2015 r. 49,7 hm 3 (1 hm 3 = m 3 ) Pobór do nawodnień rolniczych: 9058 dam 3 (18% poboru całkowitego) w tym: do nawodnień podsiąkowych 8676 dam 3 (1 dam 3 = m 3 ) do nawodnień deszczownianych 382 dam 3

32 Nawodnienia ciśnieniowe upraw ogrodniczych w Polsce: ok. 80 tys. ha, w tym - 30 tys. ha sadów (8% powierzchni upraw) - 50 tys. ha warzyw (20% powierzchni upraw) Wg J. Lipiński, ITP, 2010 Odsetek powierzchni nawadnianych warzyw

33 Wg prof. Waldemara Tredera z Instytutu Ogrodnictwa, powierzchnia nawadniana roślin sadowniczych w Polsce przekracza obecnie ha.

34 Czynniki zasadności nawadniania Lp. Czynnik Klasa I Potrzeby nawodnień wynikające z uwarunkowań agro-środowiskowych II Dostępność zasobów wody III > 200 mm mm < 100 mm 1. Brak wód powierzchniowych (wody wgłębne) 2. Powierzchniowe (ograniczone) 3. Powierzchniowe (gwarantowane) Punkty (pi) Waga (Wg) 1. Mała (zboża) 1 Efektywność ekonomiczna 2. Średnia (okopowe, 2 upraw przewidzianych do intensywne użytki zielone) 5 nawodnień 3. Duża (warzywa, sady i ziemniaki) 3 Maksymalna liczba punktów 30 Minimalna liczba punktów Wskaźnik zasadności W ZN = (pi x Wg)

35 G o s p o d a r s t w o P o m o c n i c z e w Bydgoszczy przy Kujawsko-Pomorskim Zarządzie Melioracji i Urządzeń Wodnych we Włocławku Pracownia Projektowa BYDGOSZCZ, UL. KARŁOWICZA 26, TELEFON, FAX IDENTYFIKATOR NIP RODZAJ OPRACOWANIA NR ZLECENIA POWIERZENIA BRANŻA PROGRAM 13/T I/2006 WODNO-MELIORACYJNA ZLECENIODAWCA: KUJAWSKO-POMORSKI ZARZĄD MELIORACJI I URZĄDZEŃ WODNYCH WE WŁOCŁAWKU UL. OKRZEI 74A, WŁOCŁAWEK TYTUŁ: PROGRAM NAWODNIEŃ ROLNICZYCH W WOJEWÓDZTWIE KUJAWSKO-POMORSKIM (SYNTEZA) AUTORZY OPRACOWANIA: MGR INŻ. MARIAN ZŁONKIEWICZ... DOC. DR HAB. LESZEK ŁABĘDZKI... DOC. DR HAB. JAN GRUSZKA... DR INŻ. ROMAN GAPIŃSKI... KIEROWNIK GOSPODARSTWA POMOCNICZEGO W BYDGOSZCZY BYDGOSZCZ, KWIECIEŃ 2007 R.

36 Operationalizing the increase of water use efficiency and resilience in irrigation (OPERA) Operacjonalizacja zwiększenia efektywności zużycia wody i elastyczności w nawodnieniach Innowacje technologiczne oraz system monitoringu, prognozowania i operacyjnego planowania działań melioracyjnych, dla precyzyjnego gospodarowania wodą w skali obiektu melioracyjnego (INOMEL) OPERACJA w ramach działania Współpraca objętego Programem Rozwoju Obszarów Wiejskich na lata Innowacyjny system monitoringu i prognozowania suszy oraz operacyjnego planowania nawodnień w gospodarstwach rolnych na Kujawach WODA DLA KUJAW

37

38 Problemy 1. Zbyt mała powierzchnia nawadniana; produkcja roślinna w Polsce opiera się głównie na wodach opadowych i retencji glebowej wód pozimowych, a nawodnienia, zmniejszające niedobory wodne, są prowadzone w ograniczonym zakresie. 2. Niewystarczające dyspozycyjne zasoby wody problem potęgowany w wyniku nieracjonalnego i mało efektywnego ich wykorzystywania. 3. Niedostosowywanie nawodnień do aktualnych warunków meteorologicznych i glebowo-wodnych, stosowanie wodochłonnych technologii nawadniania, mała efektywność wykorzystania wody. 4. Niedostatki infrastruktury melioracyjnej umożliwiającej nawodnienia, regulację odpływu i retencjonowanie wody w zlewni. 5. Brak przygotowania (inwestycji, eksploatacji) w zakresie źródeł wody do nawodnień i systemów doprowadzenia wody. 6. Stały i znaczący wzrost niekontrolowanego poboru wód podziemnych do nawodnień rolniczych. 7. Nawodnienia użytków zielonych, położonych na glebach torfowych (ok. 2 mln ha) - większość tych torfowisk wymaga nawodnień dla powstrzymania procesu degradacji torfu.

39 Podsumowanie 1. Nawodnienia w Polsce są tylko uzupełniające i w latach mokrych odgrywają marginalną rolę. Jedynie uprawy warzywnicze i sadownicze wymagają nawodnień każdego roku. 2. Duże niedobory opadów, dobre gleby oraz wysoki poziom gospodarowania, z ukierunkowaniem na produkcję warzywniczą o dużych potrzebach wodnych, determinują konieczność stosowania nawodnień. Ten kierunek produkcji w ostatnich latach wykazuje tendencję wzrostową spowodowaną jej wysoką opłacalnością i możliwością zbytu produktów. 3. Znaczenie nawodnień będzie wzrastało z intensyfikacją rolnictwa i niekorzystnymi zmianami klimatu, zwłaszcza w warzywnictwie i sadownictwie. 4. Obserwuje się wzrost powierzchni nawadnianej, szczególnie warzyw i sadów za pomocą nowoczesnych wodooszczędnych systemów mikronawodnień (kroplowych, mikrodeszczowania, korzeniowych itp.). W sadownictwie instalacje kroplowe stosuje się na ok. 80% powierzchni nawadnianej. Takie systemy nawodnień będą stawały się coraz powszechniejsze, ze względu na ich wysoką efektywność (95-97%), zmniejszające się koszty inwestycyjne i małe koszty eksploatacyjne w porównaniu z innymi systemami nawadniania.

40 Podsumowanie 5. Niedobór wody jest już obecnie czynnikiem ograniczającym intensyfikację produkcji rolniczej, zwłaszcza w południowej części województwa. Ta niekorzystna sytuacja może ulec pogorszeniu w świetle obserwowanej i przewidywanej zmianie klimatu. Rozwój melioracji, głównie nawadniających i zapewnienie wymaganej ilości wody jest dużym wyzwaniem i warunkiem utrzymania obecnego wysokiego poziomu produkcji rolniczej, jak również jej intensyfikacji. 6. Niezbędne będą coraz powszechniejsze nawodnienia w celu utrzymania produkcji rolniczej na wysokim poziomie. 7. Rozwój i efekty nawodnień będą zależeć przede wszystkim od warunków ekonomicznych rolnictwa, kosztów inwestycyjnych i kosztów eksploatacji urządzeń nawadniających, jakości eksploatacji systemów nawodnień oraz zarządzania i administrowania nimi, dostępności wody do nawodnień. 8. Należy stosować nowoczesne energo- i wodo-oszczędne metody i techniki nawadniania: nawodnienia grawitacyjne - podsiąk ze stałym zwierciadłem wody i regulowany odpływ, nawodnienia ciśnieniowe - mikronawodnienia (kroplowe, korzeniowe, minizraszacze).

41 Podsumowanie 9. Niezbędne jest zwiększenie zasobów wody dostępnych dla nawodnień: należy rozważać i rozpracowywać w formie rozwiązań koncepcyjnych zasilenie terenów Kujaw wodami obcymi z rzeki Wisły opracować koncepcje regionalnych (zbiorczych) systemów zaopatrzenia w wodę obiektów nawadnianych, kontynuować realizację Programu małej retencji województwa kujawskopomorskiego z ukierunkowaniem go na retencję użytkową dla potrzeb obiektów nawadnianych, dla obiektów, dla których jest brak możliwości zabezpieczenia w wodę z zasobów wód powierzchniowych, dopuścić do korzystania z wód podziemnych, pod warunkami: - zapewnienie w pierwszej kolejności niezbędnej ilości wody dla potrzeb konsumpcyjnych mieszkańców województwa, - nienaruszenie określonej, naturalnej dla danego poziomu użytkowego zasobności wód podziemnych, - nie pogorszenia jakości eksploatowanych wód.

42 Podsumowanie 10. Propozycje te byłyby konkretnym działaniem w zakresie poprawy bilansu wodnego województwa kujawsko-pomorskiego. 11. Rozwój nawodnień w województwie kujawsko-pomorskim, uwzględniający intensywny rozwój produkcji rolnej z ukierunkowaniem jej na produkcję warzyw, winien znaleźć swoje miejsce w strategii rozwoju rolnictwa województwa kujawsko-pomorskiego, dając jednocześnie podstawę do dalszych działań organizacyjnych i technicznych w zakresie tworzenia systemów nawadniających i działań w zakresie zabezpieczenia w wodę. 12. Realizacja takiego programu wymagać będzie wielu działań instruktażowo-szkoleniowych dla przyszłych użytkowników systemów nawodnieniowych, w zakresie stosowanych rozwiązań, technik nawodnieniowych, prowadzenia nawodnień, potrzeb wodnych upraw nawadnianych, okresów nawodnień itp.

43 Fot. L.Łabędzki, ITP Fot. B.Bąk, ITP Żrdóło: Nawodnienia skuteczna metoda przeciwdziałania deficytom wody

44 Dziękuję za uwagę Leszek Łabędzki Instytut Technologiczno-Przyrodniczy Kujawsko-Pomorski Ośrodek Badawczy w Bydgoszczy l.labedzki@itp.edu.pl