Proceedings of ECOpole Vol. 1, No. 1/2 2007 Małgorzata RAFAŁOWSKA 1 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 m 3 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 P org (po mineralizacji) oraz P-PO 4 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 P org 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 P org dm 3, co było spowodowane wzmożonym nawożeniem gnojowicą, zaś najmniejsze średnie stężenie (0,243 mg P org 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-PO 4 dm 3, a najmniejsze w punkcie 520-0,066 mg P-PO 4 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 P org dm 3 w 2005 r. Maksymalne stężenie odnotowano w marcu na skutek spływów z topniejącej pokrywy
Wpływ gospodarstwa rolnego na odpływ fosforu siecią drenarską 223 śnieżnej, a także ze względu na obecność zabudowy gospodarczej. W 2006 r. stężenie P org mieściło się w zakresie od 0,151 do 1,1440 mg P org dm 3. Maksymalne stężenie zanotowano w czerwcu, ma to związek z wylaną w tym czasie gnojowicą. Najmniejszą zmiennością stężeń P org w badanym okresie charakteryzowała się woda z działu drenarskiego 523 od 0,198 do 0,468 mg P org dm 3 w 2005 r. (tab. 1). Tabela1 Wartości średnie i zakresy stężeń fosforu ogólnego (P org) i fosforu fosforanowego (P-PO 4) w wodach drenarskich w latach 2005 i 2006 [mg. dm 3 ] Nr działu 2005 2006 drenarskiego P org P-PO 4 P org P-PO 4 520 0,237 (0,045 0,507) 0,098 (0,015 0,252) 0,243 (0,053 0,617) 0,066 (0,026 0,202) 521 1,035 0,336 0,393 0,208 (0,210 3,729) (0,049 1,220) (0,151 1,440) (0,093 0,545) 523 0,304 0,171 0,279 0,145 (0,198 0,468) (0,084 0,382) (0,143 0,822) (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-PO 4 dm 3 a najmniejsze w dziale drenarskim 523, gdzie miały wartość od 0,093 do 0,196 mg P-PO 4 dm 3. Rys. 1. Sezonowa zmienność koncentracji fosforu ogólnego (P org) 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 P org i P-PO 4 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 P org dm 3 w 2005 r. i 0,80 mg P org 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-PO 4 dm 3 w 2005 r., 0,35 mg P-PO 4 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-PO 4) w wodach drenarskich odpływających ze zlewni Doba w latach 2005-2006; Z - zima, W - wiosna, L - lato, J - jesień Duże stężenie P org 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 225 2. W układzie sezonowym największe wartości stężeń P org i P-PO 4 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 P org dm 3 w 2005 r. i 0,80 mg P org. dm 3 w 2006 r., na co wpływał brak okrywy roślinnej i wzmożone opady. 3. Zawartość P org 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 w ramach projektu badawczego promotorskiego nr N N305 1056 33. Literatura [1] 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. [2] 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. [3] Koc J. i Szymczyk S.: Wpływ intensyfikacji rolnictwa na odpływ wapnia i magnezu z gleb. J. Elementol., 2003, 8(4), 231-238. [4] Lipiński J.: Drenowanie gleb mineralnych a środowisko przyrodnicze. Wiad. Melior. Łąk., 2003, 2, 74-76. [5] Dyrektywa Rady 91/676/EWG z dnia 12 grudnia 1991 r. w sprawie ochrony wód przed zanieczyszczeniem powodowanym przez azotany pochodzące ze źródeł rolniczych. [6] 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. [7] Hermanowicz W., Dojlido J., Dożańska W., Koziorowski B. i Zerbe J.: Fizyczno-chemiczne badanie wody i ścieków. Arkady, Warszawa 1999, 556. [8] 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. [9] 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