STANISŁAW STRĄCZYŃSKI, HELENA SZTUDER
W PŁYW STOSOWANIA NAW OZÓW PŁYNNYCH
N A SKŁAD CHEMICZNY W Ó D GLEBOWO-GRUNTOWYCH
EFFECT OF APPLICATION OF FLUID FERTILIZERS
ON CHEMICAL COMPOSITION OF SOIL-GROUND WATERS
Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa - Państwowy Instytut Badawczy w Puławach, Zakład Herbologii i Technik Uprawy Roli we Wrocławiu
A b s tr a c t: T he o b jectiv e o f the p resen ted study w as p relim in ary estim atio n o f the chem ical
com p o sitio n o f so il-g ro u n d w aters from fields u n d er intensive fertilizatio n w ith fluid m ineral fertilizers alone. D osages o f nutrients w ere as follow s: N PK from 270 to 320 (w in ter w heat), from 350 to 4 00 (w in ter rape) and from 300 to 350 kg • ha"1 (m aize). T he w ater sam ples w ere taken at tw o sam pling tim es - in spring and autum n. T he reaction o f the w aters analysed fell w ithin the range re co m m en d ed for d rin k in g w ater. T he levels o f n itrates d eterm in ed in the sp rin g w ere notably hig h er than the content o f those ions found in the autum n analyses. N otew orthy is the exceptionally low c o n ten t o f p hosphates - both in relation to d rinking w ater stan d ard and to the m onitoring studies. T he content levels o f the other cations and anions analysed fell w ithin the range o f p erm issib le values reco m m en d ed for drinking and h ousehold w ater.
Słow a k lu c z o w e : n aw o zy płynne, w ody gruntow e, składniki m ineralne. K ey words: fluid fertilizers, ground w aters, m ineral elem ents.
WSTĘP
Obecnie coraz większe znaczenie przywiązuje się do strat składników pokarmowych z agroekosystem ów. M iarą tych strat są ilości składników w ym yw anych z gleby i przenikające do wód podziemnych, w tym wód glebowo-gruntowych. Skład chemiczny wód glebowo-gruntowych może być nie tylko wskaźnikiem strat składników pokarmo wych z ekosystemu, ale może również świadczyć o ich wykorzystaniu przez rośliny. Badania nad składem chemicznym wód gruntowych rozpoczęto w Polsce dopiero na początku lat siedemdziesiątych, albowiem w tym okresie nasiliły się zagrożenia związane z intensyfikacją rolnictwa, głównie ze stosowaniem dużych dawek nawozów. Większość dotychczasowych badań jakości wód glebowo-gruntowych dotyczyła oddziaływania na środowisko nawozów naturalnych i mineralnych stałych [Duer i in. 2001; Fotyma M., Fotyma E. 1998; Igras J. 2000, 2004].
204 S. Strączyński, H. Sztuder
W ostatnich latach coraz powszechniej wprowadza się do praktyki rolniczej płynne nawozy mineralne. Stosowanie tych nawozów wymaga zatem badań i oceny skutków ich oddziaływ ania na środow isko glebow e, w tym także na stężenie składników mineralnych w wodach glebowo-gruntowych, które stanowią początek szlaku migracji składników pokarmowych w ekosystemie.
C elem badań było dokonanie oceny jak o ści wód g leb ow o-g ru ntow ych z pól nawożonych wyłącznie mineralnymi nawozami płynnymi przy wykorzystaniu kryteriów przyjętych dla wód podziemnych.
MATERIAŁY I METODYKA
Badania prowadzono w latach 2004-2006 w Gospodarstwie Doświadczalnym Instytutu Nawozów Sztucznych w Goczałkowie, w którym od kilku lat wdrażany jest system nawożenia wszystkich roślin uprawnych nawozami płynnymi. Stosowany system nawo żenia płynnego obejmował: wieloskładnikowy nawóz zawiesinowy typu NPK stosowany przedsiewnie o formule 1-3-4 i zawartości składników N-P 0 5-K O =3,0-9,5-12,5 oraz roztwory saletrzano-mocznikowe RSM o zawartości N 2Ś i 32%, stosowane w formie oprysków. Pod uprawiane rośliny zastosowano następujące dawki składników pokarmowych:
- pszenica ozima - NPK od 270 do 320 kg • ha-1, w tym 150-200 kg N • ha-1, - rzepak ozimy - NPK od 350 do 400 kg • ha-1, w tym 200-240 kg N • ha-1, - kukurydza - NPK od 300 do 350 kg • ha-1, w tym 160-200 kg N • ha-1,
Badania prowadzono na glebach brunatnoziemnych wytworzonych z pyłów ilastych, zaliczanych głównie do klasy Ilia i Illb. Charakteryzowały się one odczynem od słabo kwaśnego do obojętnego, dominowała w nich wysoka zawartość fosforu i potasu oraz średnia magnezu.
Próbki wody glebowo-gruntowej z rowów melioracyjnych znajdujących się na obrze żach pól pobierano w dwu terminach: w terminie wiosennym, tj. przed ruszeniem wegetacji roślin oraz w terminie jesiennym, po zbiorze roślin. W pobranych próbach oznaczano: pH metodą potencjometryczną, sód i potas m etodą emisyjnej spektrometrii płomieniowej, magnez metodą absorpcyjnej spektrometrii atomowej, wapń metodą miareczkową z EDTA, siarczany m etodą turbidymetryczną, chlorki metodą argentometryczną, fosforany, azot azotanowy i amonowy metodą spektrofotometryczną.
Ocenę jakości wód glebowo-gruntowych przeprowadzono zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Środowiska z dnia 11 lutego 2004 r. (Dz. U. z 2004 r. nr 32, poz. 284).
WYNIKI I DYSKUSJA
Skład chem iczny pobieranych próbek wody z pól produkcyjnych naw ożonych nawozami płynnymi przedstawiono jako wartości średnie z trzech lat badań (rys. 1). Odczyn badanych wód mieścił się w przedziale od 6,4 do 7,2 pH. Najwyższe wartości pH wykazywały próbki wody pobrane jesienią z pól obsianych kukurydzą (średnio 7,2). Taki zakres wartości odczynu badanych wód jest cechą korzystną, ponieważ spadek pH wody poniżej 5,5 powoduje zwiększenie zawartości wolnych jonów glinu, które w większych ilościach m ogą działać szkodliwie na rośliny i mikroorganizmy glebowe [Sapek 1998].
Rozkład stężenia N -N 0 3 w wodzie glebowo-gruntowej był wyraźnie zróżnicowany Ilości azotanów oznaczone w okresie wiosennym wynosiły od 14,2 do 24,3 mg • dm-3, a w okresie jesiennym mieściły się w zakresie od 11,1 do 13,4 mg • dm-3. Uważa się, że wysoka zawartość azotu azotanowego wiosną pochodzi głównie z niewykorzystanego
RYSUNEK 1. Skład m ineralny wód glebowo-gruntowych z pól pod upraw ą pszenicy ozimej (a), rzepaku ozim ego (b) i kukurydzy (c)
FIGURE 1. M ineral composition o f ground w aters from the fields o f w inter w heat (a), w inter rape (b) and m aize (c)
206 S. Strączyński, H. Sztuder
azotu wprowadzonego z nawozami mineralnymi do gleby oraz mineralizacji glebowej substancji organicznej [Duer i in. 2001]. W okresie wiosennym w wodach z pól obsianych pszenicą i kukurydzą stwierdzono zawartość azotanów o ok. 30% większą, a z pól obsianych rzepakiem dwukrotnie większą niż w wodach pobranych jesienią po zbiorze roślin. Niższa zawartość azotanów jesienią jest zjawiskiem korzystnym, gdyż w dużej mierze ogranicza nie tylko wymywanie tego składnika w głąb profilu glebowego, ale również przyczynia się do zmniejszenia zanieczyszczenia wód glebowo-gruntowych. Stwierdzone ilości N -N 0 3 w wodzie gruntowej według kryteriów Dyrektywy [Council Directive 1991 ] przekraczały dopuszczalne stężenia tego jonu tylko w okresie wiosennym (< 11,3 mg N -N 0 3). Natomiast zgodnie ze standardami przyjętymi przez Ministerstwo Środowiska [Rozporządzenie 2004] taka zawartość azotanów kwalifikuje analizowane wody do II klasy, tj. wód dobrej jakości.
Zawartość azotu amonowego w badanych próbkach wody w okresie wegetacji wahała się od 1,1 do 1,4 mg • dm“3. Badania własne potwierdziły zależności opisane przez Durkowskiego [1998] oraz Koca i in. [1996], którzy stwierdzili wyższe stężenia azotu amonowego jesienią niż wiosną, co może być wynikiem denitryfikacji utlenionych form azotu oraz procesów amonifikacji związków organicznych [Koc i in. 1996]. Stężenie N-NH4 według kryteriów M inisterstwa Środowiska [Rozporządzenie 2004] odpowiadało IV klasie, tj. wodom o niezadowalającej jakości.
Na podkreślenie zasługuje wyjątkowo niska zawartość fosforanów, które są drugim obok azotu istotnym składnikiem biogennym decydującym o jakości wód, gdyż występowanie fosforanów w nadmiernych ilościach powoduje skażenie wód bądź też proces eutrofizacji [Igras 2000]. W badanych próbkach wody stężenie tych anionów nie przekraczało 0.1.mg • dm-3 P 0 4~2 i odpowiadało I klasie wód, tj. wodom bardzo dobrej jakości. Świadczyć to może o bardzo dużej sile adsorpcyjnej gleby w stosunku do związków fosforu.
W składzie jon o w y m w ód glebow o-gruntow ych dom inow ały kationy w apnia. Zawartość tych jonów mieściła się w zakresie od 68,0 do 99,0 mg • dm-3, co w odniesieniu do obowiązujących norm kwalifikuje je do II klasy, tj. wód o dobrej jakości.
Magnez występował w wodzie w znacznie mniejszych stężeniach niż wapń i nie stwierdzono również okresowego zróżnicowania zwartości tego jonu w analizowanych wodach. Zawartość jonów Mg wynosiła od 14,0 do 19,0 mg • dm-3. Jakość wód pod względem zawartości magnezu była bardzo dobra i mieściła się w I klasie.
Stężenie jonów potasu było wyjątkowo niskie i nie przekraczało 4,0 mg • dm-3, co odpowiadało I klasie jakości wód.
Rozkład stężeń jonów sodu był zróżnicowany w okresie wegetacji (14,0-24,0 mg • dm"3), wyższą koncentrację stwierdzono w okresie wiosennym. Podobne zależności uzyskał w swoich badaniach Igras [2000]. Stężenie sodu w badanych wodach odpowiadało I klasie, tj. wodom bardzo dobrej jakości.
Stwierdzono wyraźną dynamikę stężeń chloru w wodach w okresie wegetacyjnym. Zawartość chloru wahała się w przedziale od 28,0 do 75,0 mg • dm~3 i była wyższa jesienią. Na podstawie ilości chlorków w badanych wodach można stwierdzić, że ich jakość była dobra i odpowiadała II klasie jakości wód.
Stężenie siarczanów w badanych wodach wahało się od 16,0 do 57,0 mg • dm-3. Zawartości te kwalifikowały pobrane próbki wody do II klasy, tj. wód dobrej jakości.
WNIOSKI
1. Oznaczone zawartości jonów w wodach glebowo-gruntowych, z wyjątkiem N-NH4, mieściły się w zakresie stężeń odpowiadających I i II klasie jakościowej, tj. wodom bardzo dobrej i dobrej jakości.
2. Rozkład stężeń badanych jonów był wyraźnie zróżnicowany w okresie wegetacji. 3. W próbkach wody nie odnotowano przekroczenia progowej dla eutrofizacji i skażenia
wód zawartości fosforanów."'
4. Zastosowane dawki nawozów płynnych różnicowały zawartość składników nawozo wych w wodach glebowo-gruntowych; wyższe stężenia jonów azotu i fosforu stwier dzono z reguły na obiektach z najwyższymi dawkami NPK.
LITERATURA
COUNCIL D IRECTIV E 1991: Council directive concerning the protection o f w ater against pollution caused by nitrates from agricultural sources (91/67EEC). Official J. Euro Commum L 375: 1-8. DUER I., FOTY M A E., FO TYM A M., M ADEJ A., NIEŚCIOR E., W RÓBLEW SK A E. 2001 : Ocena
wpływu rolnictwa w Polsce na zanieczyszczenia wód azotanami ze szczególnym uw zględnieniem obszarów potencjalnie narażonych w rozum ieniu D yrektyw y Rady 91/676/EW G . Ekspertyza, IUNG, Puławy.
DURKOW SKI T. 1998: Chemizm wód drenarskich i obiektów Pomorza Zachodniego. Zesz. Probl. Post.
208 S. Strączyński, H. Sztuder
FOTYMA M., FO TY M A E. 1998: Balance o f nitrogen in the soil-fertilizer crop system in nitrogen cycle and balance in Polish agriculture. W: Poland Agriculture and Water Q uality Protection. Wydaw. IMUZ, Falenty: 90-96.
IGRAS J. 2000: Skład chemiczny wód glebowo-gruntowych w Polsce. Nawozy i N awożenie 3 (4): 38—48. IGRAS J. 2004: Zawartość składników mineralnych w wodach drenarskich z użytków rolnych w Polsce.
M onografie i rozprawy naukowe. 13 Wydaw. IUNG, Puławy: 123 ss.
KOC J., CIEĆKO CZ., JANICKA R., ROCHW ERGER A. 1996: Czynniki kształtujące poziom m ineral nych form azotu w wodach obszarów rolniczych. Zesz. Probl. Post. N auk R o i 440: 175-185. ROZPO RZĄDZENIE M INISTRA ŚRODOW ISKA z dnia 11 lutego 2004 r. w sprawie klasyfikacji dla
prezentowania stanu wód pow ierzchniowych i podziem nych, sposobu prow adzenia m onitoringu oraz sposobu interpretacji wyników i prezentacji stanu tych wód. Dz. U. z 2004 r. nr 32 poz. 284. SAPEK B. 1998: Procesy zakw aszania gleby i wody na tle działalności rolniczej. Zesz. Eduk. IM U Z,
Falenty: 5 /9 8 :4 1 -5 7 .
Dr inż Stanisław Strączyński IUNG -P IВ w Puławach
Zakład Herbologii i Technik Uprawy Roli we Wrocławiu ul. Orzechowa 61, 50-540 Wrocław
