Deficyty wody i potrzeby nawodnień rolniczych w Polsce

Transkrypt

1 Falenty, Al. Hrabska 3, Raszyn; tel.: ; Deficyty wody i potrzeby nawodnień rolniczych w Polsce prof. dr hab. inż. Leszek Łabędzki l.labedzki@itp.edu.pl Instytut Technologiczno-Przyrodniczy Kujawsko-Pomorski Ośrodek Badawczy w Bydgoszczy Europejski Kongres Menadżerów Agrobiznesu, V edycja, Łysomice, listopada 2018

2 Instytut Budownictwa, Mechanizacji i Elektryfikacji Rolnictwa w Warszawie IBMER 1948 r. Instytut Melioracji i Użytków Zielonych w Falentach IMUZ 1953 r. Instytut Technologiczno-Przyrodniczy w Falentach ITP od 1 stycznia 2010 r. Dyrektor Instytutu: dr Wacław Roman Strobel

3 1. w jakim zakresie potrzebne są nawodnienia w Polsce; 2. ile i co (jakie uprawy) trzeba nawadniać, biorąc pod uwagę również, a może przede wszystkim, zapotrzebowanie na produkty rolnicze i żywność (potrzeby krajowe i na eksport), co wiąże się ze strategią rozwoju rolnictwa w Polsce; 3. ile żywności chcemy produkować na rynek wewnętrzny i zewnętrzny; 4. czy do uzyskania tej produkcji potrzebne są nawodnienia; 5. jak na nawodnienia patrzą rolnicy, czy ich potrzebują i w jakich działach produkcji; 6. czy nawodnienia będą ekonomicznie zasadne; 7. wypłacać rolnikom odszkodowania i rekompensaty za straty w plonach w wyniku suszy czy wspierać finansowo inwestycje nawodnieniowe; 8. itd. Ile użytków rolnych powinno się nawadniać w Polsce?

4 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 obszarów wymaga nawodnień dla powstrzymania procesu degradacji torfu.

5 Fot. B.Bąk, ITP Tezy 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 determinują konieczność stosowania nawodnień. 3. Znaczenie nawodnień będzie wzrastało z intensyfikacją rolnictwa i niekorzystnymi zmianami klimatu, zwłaszcza w warzywnictwie i sadownictwie.

6 Tezy 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. 5. 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. 6. Nawadnianie warzyw i sadów charakteryzuje się dużą opłacalnością w porównaniu do upraw polowych (np. buraki cukrowe, kukurydza, zboża). Fot. E.Kanecka-Geszke, ITP

7 Fot. L.Łabędzki, ITP Tezy 7. Niedobór wody jest już obecnie czynnikiem ograniczającym intensyfikację produkcji rolniczej. Ta niekorzystna sytuacja może ulec pogorszeniu w świetle obserwowanej i przewidywanej zmiany klimatu. Rozwój melioracji nawadniających i zapewnienie wymaganej ilości wody jest dużym wyzwaniem i warunkiem utrzymania obecnego wysokiego poziomu produkcji rolniczej, jak również jej intensyfikacji. 8. Nawodnienia są niezbędne w celu utrzymania produkcji rolniczej na wysokim poziomie. 9. 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. 10. 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).

8 Fot. L.Łabędzki, ITP Tezy 11. Niezbędne jest zwiększenie zasobów wody dostępnych dla nawodnień: należy rozważać i rozpracowywać w formie koncepcji, kierunków działań, zapisów prawnych itp. rozwiązania w celu zwiększenia możliwości i szerszego wykorzystania zasobów wód podziemnych do nawodnień opracować koncepcje regionalnych (zbiorczych) systemów zaopatrzenia w wodę obiektów nawadnianych kontynuować realizację programów małej retencji, z ukierunkowaniem ich na retencję użytkową dla potrzeb obiektów nawadnianych

9 Fot. L.Łabędzki, ITP Tezy 12. Rozwój nawodnień, uwzględniający intensywny rozwój produkcji rolnej z ukierunkowaniem jej na produkcję warzyw, winien znaleźć swoje miejsce w strategiach rozwoju rolnictwa, dając jednocześnie podstawę do dalszych działań organizacyjnych i technicznych w zakresie tworzenia systemów nawadniających i działań w zakresie zabezpieczenia w wodę. 13. 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. KPODR Minikowo,

10 Na znacznym obszarze Polski występuje potencjalnie wysokie zapotrzebowanie na nawodnienia jako na końcowy zabieg agrotechniczny, pozwalający zwiększyć wydajność upraw i zagwarantować stabilność i jakość plonów Ziemniak późny Burak cukrowy Kukurydza Zboża Rzepak ozimy Zagrożenie susza rolniczą brak małe średnie duże bardzo duże opracowanie własne

11 Pięć zasadniczych celów nawodnień 1. łagodzenie skutków susz w rolnictwie 2. zapewnienie stabilności plonów o dobrej jakości 3. podnoszenie wydajności produkcji roślinnej 4. podnoszenie konkurencyjności gospodarstw 5. ochrona gleb organicznych i siedlisk trwałych użytków zielonych w dolinach rzek przed degradacją

12 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

13 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

14 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

15 Stan nawodnień w Polsce W chwili obecnej w Polsce nawodnienia, według oficjalnych danych GUS, odgrywają znikomą rolę zarówno w produkcji rolniczej, jak i gospodarce wodnej. Są stosowane zaledwie na 0,4-0,5% powierzchni użytków rolnych - ok. 73 tys. ha w 2016 r. Rolnictwo w Polsce zużywa na cele nawodnień relatywnie małe ilości wody - ok. 90 tys. dam 3 w 2016 r. (1 dam 3 = m 3 )

16 Pobór wody do nawodnień w rolnictwie, leśnictwie i uzupełniania stawów w 2016 r. Polska 1042,7 hm 3 9,9% całkowitego poboru Wody powierzchniowe 1039,9 hm 3 Wody podziemne 2,7 hm 3 (1 hm 3 = m 3 ) wg Rocznika Ochrona Środowiska 2017 (GUS 2017)

17 Powierzchnia nawadniana i pobór wody do nawodnień rolniczych w 2016 r. Województwo Powierzchnia nawadniania (ha) Pobór wody (dam 3 ) ogółem podsiąk deszczowanie ogółem podsiąk deszczowanie Kujawsko-pomorskie Mazowieckie Łódzkie Podlaskie Lubelskie Pomorskie Warmińsko-mazurskie Podkarpacie Wielkopolskie Dolnośląskie Lubuskie Zachodniopomorskie Opolskie Razem wg Rocznika Ochrona Środowiska 2017 (GUS 2017) (1 dam 3 = m 3 )

18 Poza ewidencją są systemy nawodnień ciśnieniowych (mikronawodnienia: kroplowe, korzeniowe, minizraszanie), wykonane indywidualnie przez rolników, w celu nawadniania upraw ogrodniczych. Według różnych źródeł, nawadnianych jest około: ha sadów ha warzyw gruntowych Dodatkowo nawadnia się 100% upraw warzywnych pod osłonami: - szklarnie ha - tunele foliowe ha (wg J. Lipińskiego, ITP, 2018)

19 Łącznie w Polsce nawadnia się ha użytków rolnych, w tym ha trwałych użytków zielonych podsiąkowo.

20 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

21 opracowanie własne Średni klimatyczny bilans wodny (mm) w okresie kwiecień wrzesień

22 opracowanie własne Koszalin Elbląg Biebrza Chojnice Szczecin Bydgoszcz Poznań Warszawa Zielona G. Łódź Sosnowica Wrocław Opole Częstochowa Zamość Kraków Rzeszów mm Średni wieloletni opad P i klimatyczny bilans wodny P-ET o w okresie wegetacyjnym (IV-IX) P P-ETo

23 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

24 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

25 NIEDOBÓR KLIMATYCZNY OPADÓW różnica między ewapotranspiracją wskaźnikową i sumą opadów w roku średnim (p = 50%) w roku bardzo suchym (p = 10%) mm mm największe niedobory - w maju, czerwcu i lipcu

26 Częstotliwość susz rolniczych ZWU (mm) 120 (b.lekkie) 160 (lekkie) 200 (średnie) 250 (ciężkie) opracowanie własne Częstotliwość suszy (%) burak cukrowy pszenica ozima rzepak ziemniak późny ZWU zapas wody użytecznej w 1-m profilu gleby

27 opracowanie własne Częstotliwość (%) susz rolniczych Ziemniaki późne Buraki cukrowe Mapy wykonała K. Smarzyńska, ITP Bydgoszcz ZWU=120 mm ZWU=120 mm ZWU=200 mm ZWU=200 mm

28 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.

29 opracowanie własne Niedobory wodne (mm) w okresie wegetacji roślin uprawnych Roślina Burak cukrowy Ziemniak późny Rok suchy Rok średni Region gleby bardzo lekkie gleby ciężkie gleby bardzo lekkie gleby ciężkie Pomorze Warmińsko-mazurski Podlasie Kujawy Województwo łódzkie Mazowsze Polesie Lubelskie Małopolska Podkarpacie Pomorze Warmińsko-mazurski Podlasie Kujawy Województwo łódzkie Mazowsze Polesie Lubelskie Małopolska Podkarpacie

30 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

31 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

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

33 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,

34 Maksymalne dobowe wartości potrzeb P i niedoborów wodnych N buraka cukrowego o prawdopodobieństwie 20% w dekadach największego zapotrzebowania na wodę Region P (mm d 1 ) N (mm d 1 ) na glebie o ZWU (mm) Zachodniopomorski 4,9 4,3 3,6 3,2 1,0 Środkowe Pomorze 5,0 2,4 1,8 1,2 0,5 Warmińsko-mazurski 4,5 2,2 1,6 0,9 0,5 Podlasie 5,1 2,9 2,0 1,3 0,4 Kujawy 5,4 3,5 2,9 2,1 1,0 Województwo lubuskie 5,4 3,9 3,4 2,9 1,3 Wielkopolska 5,2 3,8 3,3 2,7 0,9 Województwo łódzkie 5,3 3,3 2,5 1,8 0,9 Mazowsze 5,1 3,3 2,7 2,1 0,9 Polesie Lubelskie 5,1 2,7 1,9 1,1 0,6 Dolny Śląsk 5,0 3,0 2,5 1,9 0,8 Województwo opolskie 5,1 3,3 2,4 1,5 0,7 Małopolska 5,1 2,2 1,2 0,4 0,3 Podkarpacie 4,6 2,5 1,6 1,1 0,4 opracowanie własne

35 Maksymalne dobowe wartości potrzeb P i niedoborów wodnych N ziemniaka późnego o prawdopodobieństwie 20% w dekadach największego zapotrzebowania na wodę P N (mm d 1 ) na glebie o ZWU (mm) Region (mm d 1 ) Zachodniopomorski 5,0 3,6 3,2 2,9 2,9 Środkowe Pomorze 4,7 2,5 2,0 1,7 1,7 Warmińsko-mazurski 4,3 2,6 2,1 1,9 1,9 Podlasie 4,5 2,8 2,3 1,9 1,9 Kujawy 4,7 3,2 3,0 2,7 2,7 Województwo lubuskie 5,2 4,0 3,7 3,4 3,4 Wielkopolska 5,2 3,9 3,7 3,5 3,5 Województwo łódzkie 5,1 3,4 3,1 2,7 2,7 Mazowsze 5,1 3,4 3,1 2,7 2,7 Polesie Lubelskie 4,7 3,1 2,7 2,2 2,2 Dolny Śląsk 4,9 3,4 2,9 2,4 2,4 Województwo opolskie 4,9 3,5 3,2 2,7 2,7 Małopolska 4,7 2,7 2,2 1,8 1,8 Podkarpacie 4,9 2,9 2,4 2,0 2,0 opracowanie własne

36 SKUTKI DEFICYTU WODY I SUSZ W ROLNICTWIE Znaczne zmniejszenie lub całkowita utrata plonów: w latach % w % w 2000 i % w 2005 i % (TUZ do 100%) w %

37 Plony wybranych ziemiopłodów w Polsce Plony, dt/ha Rok Opad roczny mm pszenica ozima ziemniak późny burak cukrowy ,0 30,6 133,0 294, ,0 31,4 136,0 292, ,1 32,4 150,0 438,0 Średnio ,7 38,8 182,1 406,6 Źródło: Rocznik statystyczny rolnictwa i obszarów wiejskich, Warszawa. GUS.

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

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

40 Susza meteorologiczna TASW = 120 mm TASW = 200 mm Umiarkowana -1.0 SPI>-1.5 Redukcja plonu (%) Ziemniak późny Silna -1.5 SPI>-2.0 Ekstremalna SPI -2.0 opracowanie własne

41 % powierzchni Polski z suszą meteorologiczną w 2015 r. Miesiąc % powierzchni kraju Kwiecień 17 Maj 31 Czerwiec 51 Lipiec 20 Sierpień 83 Wrzesień 9 opracowanie własne

42 Susza meteorologiczna w sierpniu 2015 Redukcja plonu na TUZ w siedlisku suchym stan na koniec sierpnia 2015 susza ekstremalna susza silna susza umiarkowana warunki przeciętne umiarkowanie mokro bardzo mokro ekstremalnie mokro stacje meteorologiczne opracowanie własne 0% - 9% 10% - 19% 20% - 49% 50% - 100% stacja meteorologiczna

43 Plony siana w 2015 r. Pokos Średni plon w wieloleciu (wg GUS) (t/ha) Plon w 2015 r. (t/ha) wg monitoringu ITP wg GUS* I pokos 2,4 2,0-2,2 2,5 II pokos 1,7 0,3-0,8 1,0 III pokos 0,9 0,2-0,4 0,5 Razem 5,0 2,5-3,4 4,0 * GŁÓWNY URZĄD STATYSTYCZNY Warszawa. Wynikowy szacunek głównych ziemiopłodów rolnych i ogrodniczych w 2015 r. opracowanie własne

44 Zmiany klimatyczne 1. Jak przewidywane zmiany klimatyczne wpłyną na potrzeby wodne roślin? 2. Czy wzrosną potrzeby nawodnień w postaci zwiększenia powierzchni nawadnianej i zapotrzebowania wody do nawodnień? 3. Jeśli te zmiany będą istotne, to w jakim kierunku powinny i mogą rozwijać się melioracje nawadniające w Polsce?

45 Niedobory wody roślin uprawnych potrzeby nawodnień [mm] Lata Kujawy Dolny Śląsk Małopolska Mazowsze Warmia Zmiana ( )-( ) ( )-( ) opracowanie własne

46 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

47

48 Falenty, Al. Hrabska 3, Raszyn; tel.: ; Dziękuję za uwagę Leszek Łabędzki Instytut Technologiczno-Przyrodniczy Kujawsko-Pomorski Ośrodek Badawczy w Bydgoszczy l.labedzki@itp.edu.pl Europejski Kongres Menadżerów Agrobiznesu, V edycja, Łysomice, listopada 2018