UDZIAŁ POLSKIEGO ROLNICTWA W EMISJI ZWIĄZKÓW AZOTU I FOSFORU DO BAŁTYKU

UDZIAŁ POLSKIEGO ROLNICTWA W EMISJI ZWIĄZKÓW AZOTU I FOSFORU DO BAŁTYKU Contribution of Polish agriculture to emission of nitrogen and phosphorus compounds to the Baltic Sea Praca zbiorowa pod redakcją naukową Janusza Igrasa i Marianny Pastuszak IUNG-PIB, Puławy 2009

SPIS TREŚCI WSTĘP 13 1. CHARAKTERYSTYKA ZLEWISKA MORZA BAŁTYCKIEGO 17 M. Pastuszak 1.1. POKRYCIE I ZAGOSPODAROWANIE ZLEWISKA MORZA BAŁTYCKIEGO... 19 1.2. POLSKA CZĘŚĆ ZLEWISKA BAŁTYKU 25 1.3. ZASILANIE BAŁTYKU WODAMI RZECZNYMI I SUBSTANCJAMI BIOGENICZNYMI,..., 28 1.4. ZANIECZYSZCZENIA PUNKTOWE W BASENIE BAŁTYKU - ZMIANY W OKRESIE 1999-2006 35 LITERATURA 37 2. CHARAKTERYSTYKA ROLNICZA OBSZARU POLSKI 41 S. Krasowicz, T. Górski, K. Budzyńska, J. Kopiński 2.1. ZARYS FIZJOGRAFII OBSZARU POLSKI 43 2.2. AGROKLIMAT POLSKI 53 2.3. OBSZARY WIEJSKIE I TERENY ROLNICZE 61 2.4. ROLNICZA PRZESTRZEŃ PRODUKCYJNA I JEJ WYKORZYSTANIE 66 2.5. STAN OBECNY I PERSPEKTYWY ROZWOJU PRODUKCJI ROŚLINNEJ 78 2.6. STAN OBECNY I PERSPEKTYWY ROZWOJU PRODUKCJI ZWIERZĘCEJ 88 2.7. SYTUACJA EKONOMICZNA ROLNICTWA W POLSCE PO WSTĄPIENIU DO UNII EUROPEJSKIEJ 98 LITERATURA 106 3. WYKORZYSTANIE I STRATY OBSZAROWE AZOTU Z POLOWEJ PRODUKCJI ROŚLINNEJ 109 M. Fotyma, J. Igras, J. Kopiński 3.1. OBIEG AZOTU W AGROSYSTEMACH m 3.2. PRODUKCJA I ZUŻYCIE MINERALNYCH NAWOZÓW AZOTOWYCH 114 3.3. PRODUKCYJNOŚĆ NAWOZÓW AZOTOWYCH 122 3.4. PRODUKCJA NAWOZÓW NATURALNYCH I ZAWARTEGO W NICH AZOTU 126 3.5. WYKORZYSTANIE PRZEZ ROŚLINY AZOTU Z NAWOZÓW MINERALNYCH I NATURALNYCH 132 3.6. ZAWARTOŚĆ MINERALNYCH FORM AZOTU W GLEBACH 134 3.7. SYMULOWANE STĘŻENIA AZOTANÓW W WODZIE GRUNTOWEJ 137 3.8. STĘŻENIA AZOTANÓW W WODZIE Z DRENÓW 139 3.9. BILANS AZOTU LICZONY METODĄ NA POWIERZCHNI POLA" 141 3.10. BILANS AZOTU LICZONY METODĄ U WRÓT GOSPODARSTWA" 145 3.11. OBIEG AZOTU W POLSKIM ROLNICTWIE 148 3.12. TERYTORIALNE ZRÓŻNICOWANIE ZAGROŻEŃ ŚRODOWISKOWYCH NADMIAREM AZOTU 153 LITERATURA 160

4. WYKORZYSTANIE I STRATY OBSZAROWE FOSFORU Z POLOWEJ PRODUKCJI ROŚLINNEJ 163 J. Igras, M. Fotyma 4.1. OBIEG FOSFORU W AGROSYSTEMACH 165 4.2. PRODUKCJA I ZUŻYCIE MINERALNYCH NAWOZÓW FOSFOROWYCH... 169 4.3. PRODUKCYJNOŚĆ NAWOZÓW FOSFOROWYCH 172 4.4. PRODUKCJA NAWOZÓW NATURALNYCH I ZAWARTEGO W NICH FOSFORU 174 4.5. WYKORZYSTANIE PRZEZ ROŚLINY FOSFORU Z NAWOZÓW MINERALNYCH I NATURALNYCH 177 4.6. ZAWARTOŚĆ PRZYSWAJALNYCH FORM FOSFORU W GLEBACH 179 4.7. STĘŻENIE FOSFORANÓW W WODZIE GLEBOWEJ 181 4.8. BILANS FOSFORU LICZONY METODĄ NA POWIERZCHNI POLA" 184 4.9. BILANS FOSFORU LICZONY METODĄ U WRÓT GOSPODARSTWA" 186 4.10. OBIEG FOSFORU W POLSKIM ROLNICTWIE 189 4.11. TERYTORIALNE ZRÓŻNICOWANIE ZAGROŻEŃ ŚRODOWISKOWYCH NADMIAREM FOSFORU 192 LITERATURA 196 5. STRATY AZOTU i FOSFORU Z GOSPODARSTW ROLNYCH 199 S. Pietrzak 5.1. PRZEPŁYW ORAZ NADWYŻKI AZOTU I FOSFORU W GOSPODARSTWACH ROLNYCH 201 5.2. ZANIECZYSZCZENIE GLEBY I WODY W GOSPODARSTWIE ZWIĄZKAMI AZOTU I FOSFORU Z ROLNICZYCH ŹRÓDEŁ PUNKTOWYCH 207 5.3. EMISJA AMONIAKU z NAWOZÓW NATURALNYCH I MINERALNYCH I JEJ ZNACZENIE DLA JAKOŚCI WÓD 214 5.4. ZARZĄDZANIE AZOTEM I FOSFOREM W GOSPODARSTWIE ROLNYM A OCHRONA JAKOŚCI WÓD 226 LITERATURA 231 6. STAN I ZNACZENIE WODNEJ INFRASTRUKTURY TECHNICZNEJ NA OBSZARACH WIEJSKICH 233 W. Lipiński ' 6.1. KLASYFIKACJA WÓD 235 6.2. STAN ZAOPATRZENIA WSI W WODĘ 238 6.3. WYPOSAŻENIE WSI W SYSTEMY KANALIZACYJNE 241 6.4. INFRASTRUKTURA W PRODUKCJI ZWIERZĘCEJ 244 LITERATURA 251 7. ROLA REGULACJI PRAWNYCH W OCHRONIE ZASOBÓW WODNYCH 253 T, Jadczyszyn, A. Rutkowska 7.1. OCHRONA JAKOŚCI WÓD W ŚWIETLE USTAWY PRAWO WODNE 255 7.2. INNE REGULACJE PRAWNE OGRANICZAJĄCE DOPŁYW SUBSTANCJI BIOGENICZNYCH Z ROLNICTWA DO WÓD I AKTUALNY STAN ICH WDRAŻANIA 261

7.3. PODSUMOWANIE 268 LITERATURA 269 8. ODPŁYW WÓD I SUBSTANCJI BIOGENICZNYCH WISŁĄ I ODRĄ Z OBSZARU POLSKI 271 M. Pastuszak, Z. Witek 8.1. ODPŁYW WODY z TERYTORIUM POLSKI 273 8.2. STĘŻENIA SUBSTANCJI BIOGENICZNYCH W WODACH WISŁY I ODRY KIEROWANYCH DO BAŁTYKU 275 8.3. ŁADUNKI SUBSTANCJI BIOGENICZNYCH KIEROWANE RZEKAMI Z OBSZARU POLSKI DO BAŁTYKU.'...~... 280 8.4. CZYNNIKI DECYDUJĄCE O WIELKOŚCI STĘŻEŃ I ŁADUNKÓW SUBSTANCJI BIOGENICZNYCH W WODACH WISŁY I ODRY 283 8.5. DROGI DOPŁYWU AZOTU I FOSFORU DO POLSKICH RZEK-WISŁY i ODRY. 288 8.6. ODPŁYW AZOTU I FOSFORU W ŚWIETLE PRAKTYK ROLNICZYCH W RÓŻNYCH KRAJACH EUROPY 293 8.7. UDZIAŁ POLSKI W ZANIECZYSZCZANIU WÓD BAŁTYKU ZWIĄZKAMI AZOTU I FOSFORU 297 LITERATURA 302 9. ROLA ESTUARIÓW ODRY I WISŁY W RETENCJI ŁADUNKÓW AZOTU I FOSFORU WPROWADZANYCH DO BAŁTYKU W ODPŁYWIE RZECZNYM 307 M. Pastuszak, Z. Witek 9.1. ESTUARIUM ODRY, ZATOKA POMORSKA 309 9.2. ZATOKA GDAŃSKA 311 9.3. METODYKA OBLICZEŃ BILANSOWYCH AZOTU (N) I FOSFORU (P) 313 9.4. ZMIENNOŚĆ CZASOWA STĘŻEŃ SUBSTANCJI BIOGENICZNYCH w ODRZE I ŚWINIE 315 9.5. WYNIKI BILANSU N I P W ESTUARIUM ODRY 317 9.6. WYNIKI BILANSU N I P W ZATOCE GDAŃSKIEJ 319 9.7. TRANSFORMACJA SUBSTANCJI BIOGENICZNYCH W STREFACH ESTUARIOWYCH I REJONACH PRZYBRZEŻNYCH 321 9.8. PORÓWNANIE RETENCJI SUBSTANCJI BIOGENICZNYCH W RÓŻNYCH SYSTEMACH 324 LITERATURA 326 10. UDZIAŁ OBSZARÓW WIEJSKICH W OGÓLNEJ EMISJI ZWIĄZKÓW AZOTU I FOSFORU Z OBSZARU POLSKI DO BAŁTYKU 331 M. Fotyma, J. Igras 10.1. TERENY WIEJSKIE I TERENY ROLNE 333 10.2. POTENCJAŁ PRODUKCYJNY I POZIOM INTENSYWNOŚCI POLSKIEGO ROLNICTWA 335 10.3. CAŁKOWITY ODPŁYW RZECZNY SUBSTANCJI BIOGENICZNYCH Z OBSZARU POLSKI DO BAŁTYKU 339

10.4. ROZPRASZANIE ZWIĄZKÓW AZOTU I FOSFORU Z PRODUKCJI ROLNEJ DO ŚRODOWISKA 341 10.5. PRÓBA OKREŚLENIA PROPORCJI STRAT DO BAŁTYKU SUBSTANCJI BIOGENICZNYCH POCHODZĄCYCH Z RÓŻNYCH ŹRÓDEŁ 345 LITERATURA 348 11. STRESZCZENIE/SUMMARY 349 M. Pastuszak, J. Igras 12. TABELE POMOCNICZE 377 M. Fotyma, J. Kopiński 12.1. MIĘDZYNARODOWY UKŁAD jednosfek(sl) 379 12.2. WSPÓŁCZYNNIKI PRZELICZENIOWE DLA ZWIĄZKÓW P, K, CA, MG STOSOWANYCH W ROLNICTWIE 381 12.3. ZAWARTOŚĆ AZOTU, FOSFORU I POTASU W PRODUKTACH ROŚLINNYCH." 381 12.4. ZAWARTOŚĆ AZOTU, FOSFORU I POTASU W ODCHODACH ZWIERZĄT I NAWOZACH NATURALNYCH 383 12.5. INDEKS SKRÓTÓW NAZW KRAJÓW EUROPEJSKICH I WOJEWÓDZTW W POLSCE 388 12.6. INDEKS INNYCH SKRÓTÓW STOSOWANYCH W MONOGRAFII 389 LITERATURA 390 SPIS TABEL, RYSUNKÓW, FOTOGRAFII 391

CONTENTS INTRODUCTION 13 1. DESCRIPTION OF THE BALTIC SEA CATCHMENT 17 M. Pastuszak 1.1. LAND COVER/USE IN THE BALTIC CATCHMENT 19 1.2. POLISH PART OF THE BALTIC CATCHMENT 25 1.3.DISCHARGES OF WATERAND NUTRIENTS INTO THE BALTIC SEA 28 1.4. POLLUTION HOT SPOTS IN THE BALTIC BASIN - CHANGES IN 1999-2006 1...:.:: 35 BIBLIOGRAPHY 37 2. AGRICULTURAL DESCRIPTION OF POLISH TERRITORY 41 S. Krasowicz, T. Górski, K. Budzyńska, J. Kopiński 2.1. OUTLINE OF PHYSIOGRAPHIC FEATURES ON POLISH TERRITORY 43 2.2*. AGRICULTURAL CLIMATOLOGY 53 2.3. RURAL AREAS AND AGRICULTURAL LAND 61 2.4. AGRICULTURAL PRODUCTION AREA AND ITS UTILIZATION 66 2.5. THE PRESENT STATE AND PERSPECIWE FOR DEVELOPMENT OF CROP PRODUCTION 78 2.6. THE PRESENT STATE AND PERSPECTIVE FOR DEVELOPMENT OF ANIMAL PRODUCTION 88 2.7. THE ECONOMIC SITUATION IN AGRICULTURAL SECTOR IN POLAND AFTERACCESSION TOTHE EUROPEAN UNION 98 BIBLIOGRAPHY 106 3. NITROGEN UTILIZATION AND DIFFUSE LOSSES IN AGRICULTURAL CROP PRODUCTION 109 M. Fotyma, J. Igras, J. Kopiński 3.1. NITROGEN CYCLE IN AGRICULTURAL SYSTEMS 111 3.2. PRODUCTION AND CONSUMPTION OF MINERAŁ NITROGEN FERTILIZERS. 114 3.3. PRODUCTIVENESS OF NITROGEN FERTILIZERS 122 3.4. PRODUCTION OF MANURE AND THE CONTENT OF NITROGEN 126 3.5. PLANT UTILIZATION OF NITROGEN FROM MINERAŁ AND NATURAL FERTILIZERS 132 3.6. CONTENT OF MINERAŁ FORMS OF NITROGEN IN SOIL 134 3.7. SIMULATED NITRATE CONCENTRATIONS IN GROUNDWATER 137 3.8. NITRATE CONCENTRATIONS IN THE TILE DRAINAGE WATER 139 3.9. NITROGEN BALANCE "ON THE SOIL SURFACE" 141 3.10. NITROGEN BALANCE "AT THE FARM GATE" 145 3.11. NITROGEN CYCLING IN POLISH AGRICULTURE 148 3.12. SPATIAL DIFFERENTIATION OF ENVIRONMENTAL THREATS CAUSED BY NITROGEN EXCESS 153 BIBLIOGRAPHY 160

4. PHOSPHORUS UTILIZATION AND DIFFUSE LOSSES IN AGRICULTURAL CROP PRODUCTION 163 J. Igras, M. Fotyma 4.1. PHOSPHORUS CYCLE IN AGRICULTURAL SYSTEMS 165 4.2. PRODUCTION AND CONSUMPTION OF MINERAŁ PHOSPHORUS FERTILIZERS 169 4.3. PRODUCTWENESS OF PHOSPHORUS FERTILIZERS 172 4.4. PRODUCTION OF MANURE AND THE CONTENT OF PHOSPHORUS 174 4.5. PLANT UTILIZATION OF PHOSPHORUS FROM MINERAŁ AND NATURAL FERTILIZERS 177 4.6. CONTENT OF PLANT AVAILABLE FORMS OF PHOSPHORUS IN SOIL 179 4.7. PHOSPHATE CONCENTRATIONS IN THE TILE DRAINAGE WATER 181 4.8. PHOSPHORUS BALANCE "ON THE SOIL SURFACE" 184 4.9. PHOSPHORUS BALANCE "AT THE FARM GATE" 186 4.10. PHOSPHORUS CYCLING IN POLISH AGRICULTURE 189 4.11. SPATIAL DIFFERENTIATION OF ENVIRONMENTAL THREATS CAUSED BY PHOSPHORUS EXCESS 192 BIBLIOGRAPHY 196 5. NITROGEN AND PHOSPHORUS LOSSES FROM FARMS 199 S. Pietrzak 5.1. NITROGEN AND PHOSPHORUS FLOWS AND SURPLUSES ON THE FARMS 201 5.2. CONTAMINATION OF SOIL AND WATER ON THE FARM WITH NITROGEN AND PHOSPHORUS COMPOUNDS ORIGINATING FROM THE FARM POINT SOURCES 207 5.3. AMMONIA EMISSION FROM NATURAL AND MINERAŁ FERTILIZERS AND ITS SIGNIFICANCE FOR WATER OUALITY 214 5.4. NITROGEN AND PHOSPHORUS MANAGEMENT ON FARMS IN THE LIGHT OF WATER OLJALITY PROTECTION 226 BIBLIOGRAPHY 231 6. THE PRESENT STATE AND SIGNIFICANCE OF TECHNICAL WATER INFRASTRUCTURE IN RURAL AREAS 233 W. Lipiński 6.1. CLASSIFICATION OF WATERS 235 6.2. WATER SUPPLY IN RURAL AREAS 238 6.3. SEWAGE SYSTEMS IN RURAL AREAS 241 6.4. INFRASTRUCTURE IN ANIMAL PRODUCTION 244 BIBLIOGRAPHY 251

7. ROLE OF LAW REGULATIONS IN PROTECTION OF WATER RESOURCES 253 T. Jadczyszyn, A. Rutkowska 7.1. WATER OUALITY PROTECTION IN THE LIGHT OF THE WATER LAW 255 7.2. OTHER LAW REGULATIONS AIMING AT REDUCTION OF NUTRIENT EMISSION FROM AGRICULTURE TO WATERS - THE PRESENT STATE OF IMPLEMENTATION 261 7.3. RECAPITULATION 268 BIBLIOGRAPHY 269 8. DISCHARGES OF WATER AND NUTRIENTS WITH THE VlSTULA AND THE ODER RIYER DRAINING POLISH TERRITORY 271 M. Pastuszak, Z. Witek 8.1. WATER OUTFLOW FROM POLISH TERRITORY 273 8.2. NUTRIENT CONCENTRATIONS IN THE VLSTULA AND ODER WATERS DIRECTED TO THE BALTIC SEA 275 8.3. NUTRIENT LOADS DIRECTED TO THE BALTIC SEA IN THE RIVER1NE OUTFLOW FROM POLISH TERRITORY 280 8.4. FACTORS AFFECTING NUTRIENT CONCENTRATIONS AND LOADS IN WATERS OFTHE VLSTULA AND THE ODER RJVER 283 8.5. PATHWAYS OF NITROGEN AND PHOSPHORUS EMISSION TO POLISH RIVERS - THE VLSTULA AND THE ODER 288 8.6. NITROGEN AND PHOSPHORUS OUTFLOW IN THE LIGHT OF AGRICULTURAL PRACTICES IN VARIOUS EUROPEAN COUNTRIES 293 8.7. CONTRIBUTION OF POLAND TO POLLUTING THE BALTIC WATERS WITH NITROGEN AND PHOSPHORUS COMPOUNDS 297 BIBLIOGRAPHY 302 9. ROLE OF THE ODER AND THE VLSTULA ESTUARY IN RETENTION OF NITROGEN AND PHOSPHORUS LOADS INTRODUCED TO THE BALTIC IN THE RIVER1NE OUTFLOW 307 M. Pastuszak, Z. Witek 9.1. ODER ESTUARYI POMERANIAN BAY 309 9.2. GULF OF GDAŃSK 311 9.3. METHOD OF NITROGEN (N) AND PHOSPHORUS (P) MASS BALANCE CALCULATIONS 313 9.4. SEASONAL VARIABILITY IN NUTRIENT CONCENTRATIONS IN THE ODER RLVERAND THE ŚWINA STRAIT 315 9.5. RESULTS OF MASS BALANCE CALCULATIONS IN THE ODER ESTUARY 317 9.6. RESULTS OF MASS BALANCE CALCULATIONS IN THE GULF OF GDAŃSK 319 9.7. NUTRIENT TRANSFORMATION IN ESTUARINE AND COASTAL ZONES 321 9.8.COMPARISON OF NUTRIENT RETENTION IN VARIOUS SYSTEMS 324 BIBLIOGRAPHY 326

10. CONTRIBUTION OF RURAL AREAS TO OVERALL EMISSION OF NITROGEN AND PHOSPHORUS COMPOUNDS FROM POLISH TERRITORY TO THE BALTIC SEA 331 M. Fotyma, J. Igras 10.1. RURAL AREAS AND AGRICULTURAL LAND 333 10.2. PRODUCTION POTENTIAL AND THE LEVEL OF POLISH AGRICULTURE INTENSITY 335 10.3. OVERALL RIVERINE OUTFLOW OF NUTRIENTS FROM POLISH TERRITORY TO THE BALTIC SEA 339 10.4. LOSSES OF NITROGEN AND PHOSPHORUS COMPOUNDS FROM AGRICULTURAL PRODUCTION 1NTÓTHE-ENVIRONMENT 341 10.5. SOURCE APPORTIONMENT OF NUTRIENTS DISCHARGED INTO THE BALTIC SEA 345 BIBLIOGRAPHY 348 11. STRESZCZENIE/SUMMARY 349 M. Pastuszak, J. Igras 12. SUPPLEMENTING TABLES 377 M. Fotyma, J. Kopiński 12.1. INTERNATIONAL SYSTEM OF UNITS (SI) 379 12.2. RECALCULATION COEFFICIENTS FOR P, K, Ca, Mg COMPOUNDS USED IN AGRICULTURE 381 12.3. CONTENT OF NITROGEN, PHOSPHORUS AND POTASSIUM IN PLANT PRODUCTS 381 12.4. CONTENT OF NITROGEN, PHOSPHORUS AND POTASSIUM IN ANIMALS' FAECES AND URINE AND IN NATURAL FERTILIZERS 383 12.5. INDEX OF SHORTENINGS OF NAMES OF EUROPEAN COUNTRIES AND VOIVODESHIPS IN POLAND : 388 12.6. INDEX OF OTHER SHORTENINGS USED IN THE MONOGRAPH 389 BIBLIOGRAPHY 390 LIST OF FIGURĘ AND PICTURE CAPTIONS, AND TABLE HEADINGS 391