Polowa pojemność wodna gleby – dlaczego to tak ważne?

Gleba jest głównym zbiornikiem retencyjnym wody. Dostępność wody jest ważnym wskaźnikiem, ponieważ wzrost roślin i aktywność biologiczna gleby zależą od wody w zakresie nawodnienia i dostarczania składników.

Zdolność do zatrzymywania wody w glebie jest bardzo istotna, aby zoptymalizować produkcję roślinną. Zdefiniowana zdolność zatrzymywania wody w glebie to ilość wody, jaką dana gleba może pomieścić do wykorzystania w uprawach. Polowa pojemność wodna gleby to punkt, w którym zdolność zatrzymywania wody w glebie osiągnęła swoje maksimum na całym polu. Celem producentów rolnych jest utrzymanie pojemności gleby na poziomie prawie maksymalnym. W przypadku niedoboru wody w glebie profil glebowy należy uzupełnić opadami lub nawadnianiem. Kluczem do sukcesu jest zrozumienie przez rolników niuansów zdolności zatrzymywania wody w glebie i tego, jak nią zarządzać, aby gospodarstwo nie musiało nawadniać ani nie cierpiało z powodu suszy.
Jest to szczególnie ważne w świetle stale rosnącej presji na grunty rolne wraz z zapotrzebowaniem na produkcję żywności w związku ze wzrostem liczby ludności na świecie. Rolnictwo już teraz jest największym użytkownikiem słodkiej wody na całym świecie, z czego ponad 70% jest wykorzystywana do nawadniania. Aby poprawić efektywność nawadniania, należy dokładnie poznać czynniki, które kontrolują magazynowanie i uwalnianie wody w glebie.

Polowa pojemność wodna gleby – definicje

By dobrze zrozumieć temat i znaczenie polowej pojemności wodnej gleby należy wprowadzić kilka definicji, dzięki którym wiedza będzie bardziej usystematyzowana.

Porowatość kapilarna – Odpowiada za potencjalne gromadzenie wody w glebie. Parametr ten określa sumę objętości wszystkich przestworów glebowych, w których może utrzymywać się woda. Określany jest podobnie jak p.p.w. w procentach.

Polowa pojemność wodna (PPW) – jest to zawartość wody w glebie stwierdzona po swobodnym odpływie wody grawitacyjnej w danej warstwie gleby uprzednio całkowicie wypełnionej wodą, przy braku oddziaływania wody gruntowej i przerwaniu parowania terenowego w glebie. W tych warunkach w glebie pozostaje woda, która może być utrzymana siłami kapilarnymi. Polowa pojemność gleby to taki stan gleby, w którym z większych porów glebowych odsączyła się woda, a jej miejsce zajmuje powietrze. Mniejsze pory nadal pozostają wypełnione wodą. Pory położone bliżej powierzchni gleby są częściej wypełnione powietrzem. Gleba, której połowę objętości stanowi materiał stały, a połowę pory, będąca w wilgotności polowej zawiera około 10-20% powietrza i 30-40% wody. Polowa pojemność wodna zmniejsza się podczas zabiegów spulchniających glebę. Należy więc tak je dobierać, aby obniżenie to było jak najmniejsze.

Punkt trwałego więdnięcia roślin (PTWR) – odpowiada wilgotności gleby, przy której pojawiają się oznaki trwałego więdnięcia roślin.Przy wilgotności gleby niższej od PTWR woda zawarta w glebie staje się niedostępna dla roślin. Więdnięcie trwałe zachodzi w sytuacji, gdy niewystarczająca zawartość wody w glebie występuje na tyle długo, że roślina przez dłuższy czas nie ma możliwości uzupełnienie jej zapasu.  Straty wody w tkankach są wówczas tak duże, że roślina nie jest w stanie wytworzyć nowych liści. Po osiągnięciu tego etapu nie pomagają nawet opady deszczu i roślina umiera.

Do czego potrzebna jest ta wiedza?

Dostępna pojemność wodna gleby jest wykorzystywana do prognozowania plonów, opracowywania budżetów wodnych, przewidywania suszy, projektowania i obsługi systemów irygacyjnych, projektowania systemów odwadniających, czy ochrony zasobów wodnych.

Pojemność wodna gleby w znacznym stopniu decyduje więc o jej żyzności i urodzajności, a tym samym o jej wykorzystaniu w uprawie konkretnych gatunków roślin. Zakłada się, że gleby o pojemności 60% wody (średnio wilgotne) mogą być wykorzystywane w uprawie zbóż. Gleby o niższej pojemności wodnej są zalecane na przykład w uprawie ziemniaków. Gleby o pojemności wodnej znacznie przekraczającej 60% najlepiej nadają się pod łąki.

Ponieważ obszary naturalne są trwale przekształcane w domy, drogi i parkingi, ogólna ilość wody, którą można zmagazynować w glebie, ulega zmniejszeniu. Prowadzi to do wyższego całkowitego odpływu, zwiększonego ciśnienia w systemach kanalizacji deszczowej, większego prawdopodobieństwa powodzi i ogólnie gorszej jakości wody w strumieniach i jeziorach. Wszystkie te czynniki mają znaczący wpływ na ilość dostępnej wody na polach i pogłębiającą się suszę. W Polsce do obszarów szczególnie narażonych na suszę należy Wielkopolska i znaczna część Podlasia. Dotkliwe susze powodujące 20% spadek plonu występują na tym obszarze przeważnie raz na 5-7 lat.

(za Mariusz Matyka, Jan Kuś,  Andrzej Doroszewski, Gospodarowanie wodą w produkcji roślinnej System sygnalizacji suszy)

Co wpływa na stan pojemności wodnej gleb?

Rolnictwo i sposób jego uprawiania ma ogromny wpływ na pojemność wodną gleb przeznaczonych pod uprawę. Praktyki gospodarowania gruntami rolnymi, które prowadzą do słabej dostępnej pojemności wodnej, obejmują zabiegi, które zapobiegają gromadzeniu się materii organicznej w glebie i/lub powodują zagęszczenie gleby oraz zmniejszenie objętości i rozmiaru porów. Są to:

• uprawa konwencjonalna,

• płodozmian z małą ilością pozostałości i spalanie, zakopywanie, zbieranie lub inne usuwanie resztek roślinnych,

• ruch ciężkiego sprzętu na mokrej glebie,

• systemy wypasu pozwalające na tworzenie miejsc do odpoczynku dla zwierząt gospodarskich i ścieżek dla zwierząt.

Wpływ ciężkich maszyn, które stosowane są do zbioru i transportu ziemiopłodów jest bardzo istotny dla jakości gleby. Szczególnie widoczne jest to w warunkach dużego uwilgotnienia gleby, ponieważ sprzęty nadmiernie zagęszczają podorne warstwy gleby (odkształcenia plastyczne) co następnie:

• zmniejsza porowatość gleby;

• ogranicza wsiąkanie wody opadowych(zastoiska wodne);

• zwiększa spływy erozyjne;

• ogranicza wzrost systemu korzeniowego uprawianych roślin;

• zmniejsza wykorzystanie wody z głębszych warstw profilu;

• utrudnia pobieranie składników nawozowych i ogranicza plony.

Znaczenie tego czynnika wzrasta w ostatnim okresie, z uwagi na brak głębokiego przemarzania gleby oraz mały udział w zasiewach roślin o palowym systemie korzeniowym.

Dodatkowo, gleby o wysokim stężeniu soli mają zwykle zmniejszoną dostępną pojemność wodną, ​​ponieważ więcej wody jest zatrzymywane w punkcie trwałego więdnięcia. Jest to najbardziej widoczne w glebach w regionach suchych, gdzie sole gromadzą się w wyniku nawadniania lub procesów naturalnych. W przypadku gleby bogatej w rozpuszczalne sole można zastosować działania, które utrzymują sole poniżej strefy korzeni. Jest to nawadnianie w celu wymywania soli poniżej strefy korzeni, a także praktyki, które sprzyjają infiltracji, zmniejszają parowanie, minimalizują zakłócenia, zarządzają pozostałościami i zapobiegają mieszaniu się zasolonych dolnych warstw gleby z warstwami powierzchniowymi.

Co można zrobić by zwiększyć pojemność wodną gleby?

Na początek warto poznać podstawowe źródła wody dla upraw rolniczych:

• Retencja glebowa.

• Opad atmosferyczny (deszcz, rosa, mgła).

• Podsiąkanie wody z głębszych warstw gleby.

•  Kondensacja pary wodnej.

• Nawadnianie i deszczowanie.

Jak widać by uniknąć kosztownego i czasochłonnego nawadniania warto zadbać o inne źródła wody i opracować praktyki, które pozwolą na jej utrzymanie w glebie. Pozytywne praktyki konserwujące wpływające na dostępną pojemnością wodną gleby obejmują:

• Możliwe trwałe utrzymanie powierzchni gleby pod okrywami roślinnymi (rośliny w plonie głównym – międzyplony i resztki pożniwne /ewentualnie słoma/ traktowane jako mulcz).

• Zastępowanie, w miarę możliwości, pługa narzędziami nie odwracającymi roli.

• Ograniczenie do niezbędnego minimum ilości i głębokości zabiegów uprawowych.

• Stosowanie płodozmianu ochronnego.

• Stała kontrola wilgotności gleby i zasobów wodnych – pozwala to na szybką reakcję na wszelkie niedobory.

Materia organiczna gleby (próchnica) to kolejny czynnik, który może pomóc w zwiększeniu zdolności zatrzymywania wody. Materia organiczna gleby ma naturalny magnetyzm wodny. Jeśli gospodarstwo zwiększy procentową zawartość materii organicznej w glebie, zwiększy się zdolność zatrzymywania wody. Próchnica wiąże 3 – 5 razy więcej wody w stosunku do swojej masy, a woda ta jest dostępna dla roślin. Poprawia ona też strukturę gleby, sprzyja powstawaniu struktury gruzełkowatej, co zwiększa zdolności retencyjne gleb i ogranicza spływy powierzchniowe oraz nasilenie erozji.

Dla kontroli wilgotności gleby ważne będą także czujniki mierzące wilgotność gleby i powietrza. Pozwalają one na ciągły odczyt parametrów związanych z zachowaniem wody w glebie, dzięki czemu rolnik jest w stanie szybko zareagować na zmiany lub zauważyć długofalowe skutki swoich zabiegów.

Dodatkowo można przeciwdziałać “uciekaniu” wody poprzez stosowanie:

• głęboszowania (głębokiego spulchnienia), które wypływa na zwiększenie infiltracji, poprawę podsiąkania, retencyjności gleby i zapewnienia lepszy rozwój korzeni – mechanizmy te wpływają na wzrost plonów. Głębokie spulchnienie zwiększa udział zarówno porów dużych, przez które woda grawitacyjna spływa do głębszych warstw, jak i mniejszych, które zatrzymują wodę dostępną dla korzeni. Poza tym, głębiej rosnące korzenie mogą pobierać wodę z głębszych warstw, co daje roślinie większe szanse na przetrzymanie okresu suszy bez strat plonu.

• wapnowania, które wpływa nie tylko na poprawę struktury gleby, ale także na jej pojemność wodną. Efektywne przeciwdziałanie okresowym niedoborom wody powodowanym brakiem opadów poprzez poprawę struktury gleby bez uwzględnienia wapnowania jest praktycznie niemożliwe. Wapnowanie pomaga również w zatrzymaniu w glebie związków azotu i fosforu, które przedostając się do wód gruntowych stanowią zagrożenie dla dostępu do wody pitnej – mówił prof. dr hab. Jerzy Grabiński z Instytutu Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa – PIB w Puławach podczas Forum Producentów Rolnych targach Polagra-Premiery.

•  uprawy roślin o palowym systemie korzeniowym takich jak rzepak, fasola, łubin, mak, pomidor, papryka, nasturcja, malwa, bób. System palowy może osiągnąć znaczną długość i dotrzeć do głęboko położonych warstw podłoża, zawierających większe ilości wody, a nawet do poziomu wody gruntowej.

Ważne jest także utrzymywanie odpowiedniego zaopatrzenia roślin w składniki pokarmowe. Rośliny dobrze zaopatrzone zużywają mniej wody na wyprodukowanie jednostki suchej masy. Szczególną ważną rolę spełnia potas, który reguluje otwieranie i zamykanie aparatów szparkowych oraz fosfor wpływający na wzrost systemu korzeniowego.

Podsumowując poprawa gospodarki wodnej i zwiększenie zasobów wody dla produkcji roślinnej wymaga kompleksowych działań obejmujących:

• Gromadzenie możliwie dużej ilości wody w krajobrazie rolniczym poprzez zwiększenie małej retencji wodnej.

• Zwiększenie zdolności retencyjnej gleby poprzez wzrost zawartości próchnicy, poprawę struktury gleby, likwidację zagęszczenia podglebia.

• Stosowanie agrotechniki sprzyjającej efektywnemu wykorzystanie wody glebowej.

Literatura

Artur Łopatka, Tomasz Stuczyński, Ewa Czyż, Jerzy Kozyra, Jan Jadczyszyn, ANALIZA WARUNKÓW WODNYCH GLEB I ZAGROŻEŃ ZWIĄZANYCH Z SUSZĄ NA PRZYKŁADZIE WOJEWÓDZTWA PODLASKIEGO

http://www.iung.pl/sir/zeszyt05_5.pdf

Jan Paluszek, ZALEŻNOŚĆ JAKOŚCI FIZYCZNEJ GLEB PŁOWYCH WYTWORZONYCH Z GLIN ZWAŁOWYCH OD ICH PRZYDATNOŚCI ROLNICZEJ Acta Agrophysica, 2013, 20(4), 651-663

Mariusz Matyka, Jan Kuś,  Andrzej Doroszewski, Gospodarowanie wodą w produkcji roślinnej System sygnalizacji suszy.

Wawrzyniec Mocny, Wapnowanie poprawia retencję wodną i pomaga zapobiegać suszy.

https://www.tczewska.pl/wiadomosci/20030,wapnowanie-poprawia-retencje-wodna-i-pomaga-zapobiegac-suszy