INFRASTRUKTURA I EKOLOGIA TERENÓW WIEJSKICH INFRASTRUCTURE AND ECOLOGY OF RURAL AREAS Nr 7/2011, POLSKA AKADEMIA NAUK, Oddziaá w Krakowie, s. 67–73
Komisja Technicznej Infrastruktury Wsi
Andrzej Misztal
WPàYW UĩYTKOWANIA
GÓRSKICH EKOSYSTEMÓW TRAWIASTYCH
NA INFILTRACJĉ
____________
EFFECT OF USING MOUNTAIN GRASS ECOSYSTEMS
ON INFILTRATION AND EVAPOTRANSPIRATION
Streszczenie
W pracy przedstawiono wyniki badaĔ lizymetrycznych, dotyczących od-cieków wody spod uĪytków zielonych w warunkach zróĪnicowanego ich uĪytko-wania. W rejonie prowadzonych badaĔ (Maáe Pieniny) wiĊksza czĊĞü rocznej su-my odcieków ma miejsce w okresie wegetacyjnym, co uwarunkowane jest wielkoĞcią i rozkáadem opadów atmosferycznym w tym rejonie (okoáo 68% rocz-nej sumy). Stwierdzono zaleĪnoĞü iloĞci wody odciekającej z profilu glebowego uĪytków zielonych od wysokoĞci plonowania, spowodowanego bądĨ to sposobem uĪytkowania (áąka, pastwisko, ruĔ o wysokoĞci 8-15 cm), bądĨ wielkoĞcią stoso-wanego nawoĪenia azotowego. WiĊkszy plon, powodując wzrost iloĞci wody zu-Īytej w procesie ewapotranspiracji przez roĞlinnoĞü trawiastą przyczynia siĊ do zmniejszenia iloĞci wody odciekającej z profilu glebowego.
Sáowa kluczowe: górskie ekosystemy trawiaste, infiltracja, ewapotranspiracja Summary
This paper presents the results of lysimetric research on the volume of evapotranspiration and water runoff from grasslands used for different purposes. In the area studied (Small Pieniny Mountains), the vegetation season accounts for the largest proportion of total runoff, which is determined by the volume and dis-tribution of precipitation in this region (approx. 68% of annual volume). The amount of water discharge from the soil profile of grasslands was found to be sig-nificantly related to the rate of crop yield, which is determined by utilization (meadow, pasture, sward of 8-15 cm height) or rate of nitrogen fertilization used. By increasing the amount of water used during evapotranspiration by grasses, the
higher yield contributes to reduced amounts of water discharged from the soil profile.
Key words: mountain grass ecosystems, infiltration, evapotranspiration WSTĉP
Gáównymi elementami obiegu wody w przyrodzie są: po stronie przycho-dów – opad atmosferyczny, a po stronie rozchoprzycho-dów – parowanie i infiltracja. Rozkáad tych elementów w czasie i przestrzeni jest zjawiskiem bardzo záoĪo-nym, zaleĪnym od wielu czynników do których naleĪą miĊdzy innymi warunki geomorfologiczne i czynniki meteorologiczne [Sáupik, 1972]. Nie bez znaczenia dla przebiegu omawianych zjawisk jest równieĪ dziaáalnoĞü agrotechniczna czáowieka.
Celem pracy byáo okreĞlenie iloĞci i zmiennoĞci w czasie odcieków wody z profilu glebowego w zaleĪnoĞci od sposobu uĪytkowania zbiorowisk trawia-stych, ich nawoĪenia i warunków meteorologicznych.
MATERIAà I METODY BADAē
Badania prowadzono na uĪytkach zielonych usytuowanych na glebach mi-neralnych typu brunatnego wáaĞciwego, o dobrze wyksztaáconym profilu i skáa-dzie granulometrycznym glin Ğrednich pylastych i lekkich [DobrzaĔski i in. 1958]. Ogólna porowatoĞü górnego poziomu przekracza 50%, warstwy gáĊbsze są bardziej zbite, a ich porowatoĞü wynosi okoáo 40-45%. OcenĊ wpáywu sposo-bu uĪytkowania zbiorowisk trawiastych (áąka, pastwisko, róĪne poziomy nawo-Īenia, zasilanie z wód gruntowych i opadem atmosferycznym) na iloĞü wody odciekającej z profilu glebowego oparto na wynikach badaĔ uzyskanych w la-tach 1987-1995 na usytuowanej na wysokoĞci okoáo 600 m npm. stacji lizyme-tryczno-meteorologicznej IMUZ w Jaworkach.
Pod wzglĊdem klimatycznym rejon badaĔ leĪy w granicach piĊtra umiar-kowanie ciepáego, rozciągającego siĊ w rejonie polskich Karpat Zachodnich na wysokoĞci od 280 do 750 m npm. [Hess, 1965]. W rejonie tym Ğrednia roczna temperatura powietrza wynosi +6,0o C, natomiast w okresie kwiecieĔ-wrzesieĔ +12,1o C. Miesiącem najcieplejszym jest lipiec (15,4o C), a najzimniejszym sty-czeĔ (– 4,6o C). Zima w rejonie badaĔ trwa Ğrednio 115 dni, a bezzimie 250 dni.
ĝrednia roczna suma opadów atmosferycznych z wielolecia wynosi 891,7 mm, z czego na póárocze letnie przypada 602,5 mm, pozostaáe 32,4% sta-nowią opady póárocza zimowego. ĝrednio w ciągu roku notuje siĊ 175 dni z opa-dem. W okresie kwiecieĔ-wrzesieĔ liczba dni z opadem atmosferycznym wynosi okoáo 90 dni. Miesiącami o najwiĊkszej iloĞci opadów są: czerwiec (137,7 mm) i lipiec (130,9 mm). NajniĪszymi opadami charakteryzują siĊ natomiast styczeĔ (47,2 mm) oraz luty (39,6 mm) [Kopeü i in. 1985; Kopeü i in. 1992; Misztal 1996].
WYNIKI BADAē I DYSKUSJA
W procesie transformacji opadu atmosferycznego w odpáyw z zadawnio-nego profilu glebowego istotne znaczenie ma sposób uĪytkowania roĞlinnoĞci trawiastej, wpáywający na wysokoĞü uzyskiwanych plonów i ewapotranspiracjĊ. PoĞrednio na iloĞü wody odciekającej ze strefy korzeniowej uĪytków zielonych wpáywają wszystkie czynniki decydujące o wartoĞci ewapotranspiracji, w tym równieĪ bĊdące wynikiem dziaáalnoĞci pratotechnicznej wpáywającej na wyso-koĞü plonowania [Figuáa 1958]. Jednym z czynników decydujących o wysokoĞci plonowania zbiorowisk trawiastych jest sposób ich uĪytkowania [Piekut, 1997]. W przypadku roĞlinnoĞci trawiastej zasadnicze róĪnice w iloĞciach odciekającej wody wystĊpują zarówno w sumach miesiĊcznych jak i áącznie w okresie wege-tacji pomiĊdzy áąkowym i pastwiskowym uĪytkowaniem runi. Wraz ze wzra-stającą czĊstotliwoĞcią koszenia runi nastĊpuje bowiem zmniejszenie plonów pociągające za sobą zmniejszenie iloĞü wody zuĪywanej w procesie ewapotran-spiracji. Powoduje to z kolei wzrost iloĞci wody odciekającej ze strefy nienasy-conej gleby (rys. 1).
0 20 40 60 80 100 120 140 IV V VI VII VIII IX [mm ] -1 -2 -3 -4 -5 -6
Rysunek 1. MiesiĊczne wartoĞci opadów atmosferycznych i odpáywów spod áąki i runi o wysokoĞci 8-15 cm w okresie wegetacji (Ğrednio z lat 1987-1995); 1 - opad
atmosfe-ryczny; odpáyw spod: 2 - áąki z wodą gruntową, 120 N; 3 - áąki z wodą gruntową, 360 N; 4 - runi z wodą gruntową, 120 N; 5 - áąki bez wody gruntowej, 120 N; 6 - áąki
bez wody gruntowej 360 N
Figure 1. Monthly values of precipitation and runoff from variously fertilized meadow in winter and spring Ten days outflows from meadow, pasture and swart [mm] (average
from 1987-1995); 1 - precipitation, runoff from: 2- meadow ground water, 120 N; 3 - meadow ground water, 360 N; 4 - swart ground water 120 N; 5 - meadow without
Najmniejsze odcieki notujemy spod áąki 3-koĞnej, a najwiĊksze z runi o staáej wysokoĞci 8-10 cm (koszonej w odstĊpach dekadowych). Przy Ğrednim opadzie okresu wegetacji lat 1987-1995 wynoszącym 538,6 mm iloĞü wody odciekającej w tym czasie spod áąki byáa zdecydowanie mniejsza i niewiele przekraczaáa 120 mm (23,5% opadu atmosferycznego). Odciek z zadarnionej gleby uĪytkowanej pastwiskowa wyniósá okoáo 165 mm (30,6% opadu atmosfe-rycznego). ZwiĊkszanie czĊstotliwoĞci koszenia (koszenie w odstĊpach dekado-wych), powodujące zmniejszenie plonowania w stosunku do áąki i pastwiska, przyczynia siĊ do wzrostu iloĞci wody odciekającej z profilu glebowego. Warto-Ğci odcieków w okresie wegetacyjnym spod runi o staáej wysokoWarto-Ğci 8-10 cm (odpowiadającej w praktyce pastwiskom uĪytkowanym w systemie wolnego wypasu), wynosiáy 214,7 mm (prawie 40% opadu atmosferycznego).
O wpáywie wysokoĞci plonowania (a poĞrednio ewapotranspiracji) na wielkoĞü infiltracji wody z ryzosfery uĪytków zielonych Ğwiadczą takĪe za-mieszczone na rysunku 1 wartoĞci odcieków z róĪnie nawoĪonej áąki i pastwi-ska. W przypadku áąkowego uĪytkowania runi zastosowanie nawoĪenia (przy-czyniającego siĊ do wzrostu plonowania) spowodowaáo zmniejszenie Ğredniego odpáywu z 154,3 mm do 98,8 mm. W przypadku uĪytkowania pastwiskowego zastosowanie nawoĪenia spowodowaáo zmniejszeni infiltracji ze 180,5 mm do 149,5 mm.
WartoĞci odpáywów w okresie wegetacji z uĪytków zielonych zaleĪą rów-nieĪ od sposobu ich zasilania w wodĊ (rys. 2).
Przeprowadzona analiza wariancji dowiodáa istotnie wiĊkszych Ğrednich sumarycznych z okresu wegetacji i miesiĊcznych iloĞci wody odpáywającej z profilu glebowego áąki ze staáym poziomem wody gruntowej na gáĊbokoĞci 0,6 m w stosunku do áąki nie zasilanej wodami gruntowymi, a korzystającej jedynie z wód opadowych.
Odcieki z zadarnionego profilu glebowego przyjmują róĪne wartoĞci w kolejnych miesiącach okresu wegetacyjnego. Uwarunkowane to jest z jednej strony zróĪnicowanymi sumami opadów atmosferycznych w poszczególnych miesiącach, a z drugiej stanem szaty roĞlinnej i iloĞciami wody zuĪywanej na ewapotranspiracjĊ. Z ruszeniem wegetacji potrzeby wodne roĞlinnoĞci znajdują-cej siĊ w początkowej fazie wzrostu nie róĪnią siĊ istotnie od siebie. W profilu glebowym znajdują siĊ ponadto znaczne zapasy wody, pochodzącej z wiosen-nych roztopów, a iloĞü wody odciekającej z gleby w tym okresie uzaleĪniona jest gáównie od wielkoĞci opadów atmosferycznych. Wraz ze wzrostem traw zmienia siĊ ich zapotrzebowanie na wodĊ, co uwidacznia siĊ stopniową zmianą wartoĞciach odcieków. Zarejestrowane dekadowe wartoĞci odcieków z áąki mie-Ğciáy siĊ w przedziale od 0,8 do 28,6 mm. Odcieki z pastwiska we wszystkich dekadach są wiĊksze i wynosiáy od 1,7 do 34,8 mm (rys. 2).
0 20 40 60 80 100 120 140 160 IV V VI VII VIII IX - 1 - 2 - 3 - 4 - 5 - 6
Rysunek 2. MiesiĊczne wartoĞci opadów i odpáywów spod pastwiska i áąki oraz runi ze zróĪnicowanym poziomem wody gruntowej [mm] (Ğrednie z 1987-1995). 1 – opad atmosferyczny, odpáyw spod: 2 – pastwiska bez wody gruntowej, 3 – áąki bez wody gruntowej, 4 – áąki z wodą gruntową na poziomie, 5 - runi z wodą gruntową, 6 - runi bez
wody gruntowej
Figure 2. Monthly values of precipitation and runoff from pasture, meadow and swart with diversified groundwater level (means for 1987-1995). 1 - precipitation, runoff from: 2 - pasture without ground water, 3 - meadow without ground water, 4 -meadow
ground water, 5 - swart ground water, 6 - swart without ground water
W okresie pozawegetacyjnym obserwujemy osáabienie zróĪnicowania wartoĞci odcieków. Od paĨdziernika notujemy stopniowe zmniejszanie siĊ róĪ-nic pomiĊdzy iloĞciami wody odciekającej z profilu glebowego róĪnie uĪytko-wanej runi. W miesiącu lutym nastĊpuje caákowita niwelacja róĪnic miĊdzy od-ciekami, a w marcu ich sumy czĊsto przewyĪszają iloĞü wody dostarczonej w tym okresie z opadami atmosferycznymi (co spowodowane jest roztopami wiosennymi). Analiza uzyskanych wyników dowiodáa, Īe w okresie grudzieĔ-marzec zmiany w iloĞciach wody odpáywającej z zadarnionego profilu glebowe-go uwarunkowane są gáównie rozkáadem temperatury powietrza oraz zmianami temperatury gleby do gáĊbokoĞci 5 cm [Misztal, 2000].
Przytoczone w opracowaniu wyniki badaĔ oraz ich analiza dowiodáy, Īe poprzez róĪnorodny sposób uĪytkowania zbiorowisk trawiastych i zabiegi pra-totechniczne, róĪnicujące warunki transformacji opadu atmosferycznego w od-ciek wody z ryzosfery uĪytków zielonych, moĪliwe jest ksztaátowanie jego wielkoĞci. W sytuacji kiedy dziaáania antropogeniczne obejmują wiĊksze po-wierzchnie mogą oddziaáywaü istotnie na obieg wody w zlewniach rolniczych.
0 20 40 60 80 100 120 140 XII I II III IV V [mm] -1 -2 -3 -4
Rysunek 3. MiesiĊczne wartoĞci opadów atmosferycznych i odcieków spod róĪnie nawoĪonej áąki w okresie zimy i wiosny (Ğrednio z lat 1982-1990): 1 - opad atmosfe-ryczny; odpáyw spod: 2 - áąki bez wody gruntowej, bez N, 3 - áąki bez wody gruntowej,
120 N, 4 - áąki bez wody gruntowej, 240 N
Figure 3. Monthly values of precipitation and runoff from variously fertilized meadow in winter and spring (means for 1982-1990): 1- precipitation; runoff from under: 2 - meadow without ground water, without N; 3 – meadow without ground water,
120 N; 4 - meadow without ground water, 240 N
WNIOSKI
1. Znaczna czĊĞü rocznego odcieku wody z profilu glebowego ma miejsce w okresie wegetacyjnym, co związane jest z duĪo wiĊkszymi opadami atmosfe-rycznymi tej czĊĞci roku w stosunku do okresu pozawegetacyjnego. WartoĞü odcieków notowanych w okresie kwiecieĔ-wrzesieĔ stanowi dla uĪytków zielo-nych okoáo 60% sumy rocznej.
2. IloĞü wody odciekającej z profilu glebowego uĪytków zielonych w okresie wegetacyjnym zaleĪy od sposobu ich uĪytkowania. NajwiĊksze odcie-ki w trakcie okresu wegetacyjnego notuje siĊ wiosną, przy sáabo rozwiniĊtej szacie roĞlinnej i znacznych zapasach w glebie wody pochodzącej z wiosennych roztopów.
3. W okresie wegetacyjnym istnieje wyraĨna zaleĪnoĞü iloĞci wody od-ciekającej z profilu glebowego uĪytków zielonych od wysokoĞci plonów. WiĊk-sze plonowanie powoduje zróĪnicowanie iloĞci wody zuĪywanej w procesie ewapotranspiracji. Najmniejsze odcieki mają miejsce przy áąkowym
uĪytkowa-niu runi (zbiór trzech pokosów). Wraz ze wzrostem czĊstotliwoĞci koszenia wzrastają iloĞci odciekającej wody.
BIBLIOGRAFIA
DobrzaĔski B., GliĔski J., Guz T., Pomian J., 1958. Gleby terenu dorzecza Biaáej Wody. Rocz. Nauk Rol. t 72 Ser. F s. 963-992.
Figuáa K., 1958. Badania nad gospodarką wodną górskich uĪytków zielonych. Wyniki obserwacji
nad stosunkami wodnymi terenów wypasowych w Jaworkach cz. I Rocz. Nauk Roln. Ser. F
t. 72 z. 3 s. 1131-1187.
Hess M., 1965. PiĊtra klimatyczne w Polskich Karpatach Zachodnich. Warszawa: PWN ss. 258. Kopeü S., Misztal A., Czemerda A., 1985. Ksztaátowanie siĊ podstawowych czynników
klimatycz-nych w Jaworkach w latach 1956-1980. Wiad. IMUZ t. 15 z. 2. s. 265-298.
Kopeü S., Misztal A., Nowak K., 1992. Ksztaátowanie siĊ podstawowych czynników
klimatycz-nych w rejonie Jaworek w latach 1981-1990. Mater. Infor. nr. 19 Falenty IMUZ ss. 28. Misztal A., 1996. Charakterystyka agroklimatyczna regionu Jaworek. Wiad. IMUZ t. 18 z. 4
s. 95-109.
Misztal A., 2000. Odpáyw wody i ewapotranspiracja w warunkach zróĪnicowanego rolniczego uĪytkowania gleby górskiej w rejonie Maáych Pienin. Rozpr. habil. Falenty: Wydaw. IMUZ ss. 119
Piekut K , 1997. Stan zrównowaĪenia ekosystemów áąkowych w warunkach zróĪnicowanej
gospo-darki wodno-pokarmowej. Rozpr. Nauk. i Monogr. Warszawa: Wydaw. SGGW. ss.120.
Sáupik J., 1972. Spáyw powierzchniowy na stokach górskich Karpat fliszowych. Gosp. Wodna nr 7 s. 290-295.
Prof. dr hab. inĪ. Andrzej Misztal Katedra Ekologii, Klimatologii i Ochrony Powietrza Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Koááataja Al. Mickiewicza 24/28, 30-059 Kraków Recenzent: Prof. dr hab.Krzysztof Ostrowski
