WPŁYW POZIOMU ZWIERCIADŁA WODY GRUNTOWEJ ORAZ
advertisement
WODA-ŚRODOWISKO-OBSZARY WIEJSKIE WATER-ENVIRONMENT-RURAL AREAS pdf: www.itp.edu.pl/wydawnictwo/woda Wpłynęło Zrecenzowano Zaakceptowano 05.05.2016 r. 13.09.2016 r. 31.10.2016 r. A – koncepcja B – zestawienie danych C – analizy statystyczne D – interpretacja wyników E – przygotowanie maszynopisu F – przegląd literatury 2016 (X–XII). T. 16. Z. 4 (56) ISSN 1642-8145 s. 73–84 © Instytut Technologiczno-Przyrodniczy w Falentach, 2016 WPŁYW POZIOMU ZWIERCIADŁA WODY GRUNTOWEJ ORAZ WARUNKÓW ROKU BADAŃ NA WIELKOŚĆ EWAPOTRANSPIRACJI WIERZBY WICIOWEJ (Salix viminalis L.) W ŚWIETLE BADAŃ LIZYMETRYCZNYCH Mariusz RYDAŁOWSKI ABCDEF Instytut Technologiczno-Przyrodniczy w Falentach, Zakład Inżynierii Wodnej i Melioracji Streszczenie Badano w latach 2009–2012 zależność między ewapotranspiracją wierzby wiciowej (Salix viminalis L.) a głębokością zwierciadła wody gruntowej na stacji lizymetrycznej w Falentach na czarnej ziemi zdegradowanej. Zwierciadło wody w lizymetrach w sezonie wegetacyjnym IV–X utrzymywano na stałym poziomie 30, 100 i 170 cm poniżej powierzchni gruntu. Corocznie stosowano takie same dawki nawożenia, jak w otoczeniu, tj. 50 kg N∙ha–1, 30 kg P2O5∙ha–1 i 70 kg K2O∙ha–1. W lizymetrach mierzono wilgotność gleby, różnicę między warstwą wody dolanej i odlanej do podtrzymania stałego poziomu zwierciadła wody w lizymetrze oraz wysokość opadu atmosferycznego. Z równania bilansu wody obliczono wysokość ewapotranspiracji uprawy w okresach dekadowych. Badania wykazały, że na ewapotranspirację miały istotny wpływ wszystkie analizowane czynniki, tzn. głębokość zwierciadła wody gruntowej oraz warunki roku (na poziomie α = 0,05). W warunkach położenia zwierciadła wody gruntowej na głębokości 30 cm (wariant A) stwierdzono istotnie mniejszą ewapotranspirację w porównaniu z pozostałymi wariantami (B –100 cm i C – 170 cm). Nie wykazano istotnej różnicy miedzy wariantami poziomu zwierciadła wody gruntowej 100 i 170 cm. Badania wykazały, że w całym okresie badawczym miało miejsce coroczne zmniejszanie zużycia wody wierzby wiciowej w procesie ewapotranspiracji. Prawdopodobnie jednym z czynników mających wpływ na zmniejszenie corocznych wielkości ewapotranspiracji wierzby, poza czynnikami meteorologicznymi, jest wiek rośliny. Słowa kluczowe: ewapotranspiracja, opad atmosferyczny, poziom zwierciadła wody gruntowej, wierzba energetyczna Do cytowania For citation: Rydałowski M. 2016. Wpływ poziomu zwierciadła wody gruntowej oraz warunków roku badań na wielkość ewapotranspiracji wierzby wiciowej (Salix viminalis L.) w świetle badań lizymetrycznych. Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie. T. 16. Z. 4 (56) s. 73–84. 74 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie. T. 16. Z. 4 (56) WSTĘP Ewapotranspiracja jest procesem bardzo złożonym, zależnym od wielu czynników środowiskowych oraz trudno mierzalnym w rzeczywistości. Definiowana jest z reguły jako ilość pary wodnej odprowadzanej do atmosfery wskutek parowania z gleby i transpiracji roślin w istniejących warunkach meteorologicznych, przy aktualnym stanie uwilgotnienia gleby, wraz z intercepcją [JAWORSKI 2004]. Najdokładniejszy obraz tego zjawiska dają pomiary bezpośrednie z zastosowaniem lizymetrów lub ewaporometrów glebowych [ALLEN i in. 2011; BAC, ROJEK 1999]. Uprawa roślin na cele energetyczne jest propagowana w Polsce jako nowy kierunek produkcji rolniczej, który ma przyczynić się do poprawy sytuacji materialnej polskiego rolnictwa oraz rozwoju regionów. Na podstawie opracowanej przez Światową Organizację Meteorologiczną (WMO) komputerowej prognozy wzrostu i produktywności wierzby wiciowej na plantacjach polowych stwierdzono, że w Polsce istnieją korzystne warunki do produkcji drewna z wierzb [BANASZYŃSKI i in. 2004]. Z danych Głównego Urzędu Statystycznego [GUS 2015] wynika, że w latach 2010–2014 występowały stosunkowo niewielkie wahania wielkości krajowego pozyskania biopaliwa stałego. Największą dynamikę wzrostu produkcji energii ze źródeł odnawialnych, przewiduje się właśnie w sektorze biomasy [Ministerstwo Gospodarki 2009]. Będzie ona najważniejszym odnawialnym źródłem energii w Polsce, stanowiąc 73% całkowitego zużycia energii ze źródeł odnawialnych w 2030 r. [International Renewable Energy Agency 2015]. Wierzba wiciowa (Salix viminalis L.) przedstawiana jest jako roślina o dużych potrzebach wodnych, której uprawa często bardzo mocno wpływa na zmiany poziomu zwierciadła wody gruntowej, a w konsekwencji na warunki hydrologiczne w zlewni [KANECKA-GESZKE 2015]. Badania różnych odmian i klonów wierzby, prowadzone w różnych warunkach klimatyczno-siedliskowych oraz z zastosowaniem odmiennych metod wykazują bardzo duże różnice wielkości ewapotranspiracji. Według TROJANOWSKIEJ [2010], wielkości te wahają się od 100 do 1790 mm w okresie wegetacyjnym. Zużycie wody przez uprawę uzależnione jest od gatunku rośliny, jej plonu, warunków meteorologicznych, a przede wszystkim od długości okresu wegetacyjnego. Potrzeby wodne upraw rolniczych, rozumiane jako zapotrzebowanie na wodę niezbędne do osiągnięcia określonego efektu produkcyjnego, mogą być zaspokajane z opadów atmosferycznych, naturalnego dopływu wód gruntowych lub nawodnień. Wszystkie te zjawiska i procesy mają bezpośredni wpływ na ilość wody dostępnej dla roślin. Wykorzystanie wody gruntowej przez rośliny uzależnione jest od głębokości jej zalegania, budowy systemu korzeniowego rośliny oraz rodzaju gleby. Należy jednak podkreślić, że w przeciwieństwie do upraw polowych czy łąk, które z reguły zasilane są wodą zretencjonowaną w strefie aeracji, wierzba, dzięki głębokiemu i ekspansywnemu systemowi korzeniowemu, może wykorzystywać również płytko zalegające wody gruntowe. © ITP Woda Środ. Obsz. Wiej. 2016 (X–XII). T. 16. Z. 4 (56) M. Rydałowski: Wpływ poziomu zwierciadła wody gruntowej… 75 Powszechnie uważa się, że przyrost plonów ściśle wiąże się ze wzrostem transpiracji oraz uzależniony jest od właściwych proporcji wody i powietrza w glebie. W określonych warunkach klimatycznych plon danego gatunku rośliny rośnie wprost proporcjonalnie do ilości zużytej wody, przy czym ze wzrostem plonu przeważnie maleje jednostkowe zużycie wody [TRYBAŁA 1996]. Zakres optymalnego poziomu zwierciadła wody gruntowej w różnych warunkach glebowych do uprawy wierzby wiciowej określony przez badaczy jest szeroki i mieści się w przedziale 1–3 m [BUDZYŃSKI i in. 2009; DRESZER i in. 2003; DUBAS, TOMCZYK 2005; MATYKA 2011; RYDAŁOWSKI 2013]. Uzyskanie potencjalnie wysokich plonów biomasy wierzbowej powinno opierać się na dobrze rozpoznanej tematyce gospodarki wodnej wierzb, a lokalizacja upraw powinna dotyczyć obszarów, na których deficyt wody nie stanowi czynnika ograniczającego plonowanie [KANECKA-GESZKE 2015]. Plantacje wierzbowe zakładane są również w regionach niedoboru wody. Celem badań było określenie wpływu głębokości zalegania poziomu zwierciadła wody gruntowej w glebie piaszczystej na ewapotranspirację wierzby wiciowej (Salix viminalis L.) oraz ilości zużytej przez nią wody w okresie wegetacji (IV–X) w warunkach, gdy deficyt wody nie stanowi czynnika ograniczającego plonowanie (poziom zwierciadła wody gruntowej na głębokości 0,3; 1,0 oraz 1,7 m n.p.m), na podstawie badań na stacji lizymetrycznej w Falentach. METODY BADAŃ Do rozwiązania postawionego problemu wykorzystano badania na doświadczeniu ścisłym w lizymetrach na polu badawczym w Falentach. Lizymetry usytuowano na poletku o powierzchni 0,02 ha z uprawą wierzby wiciowej (Salix viminalis L.) odmiany Turbo. Pole doświadczalne jest położone na czarnej ziemi zdegradowanej klasy bonitacyjnej V. Warstwa próchniczna o głębokości 60 cm jest zbudowana z piasku słabogliniastego, podścielonego piaskiem luźnym. Lizymetry zostały wypełnione gruntem rodzimym zagęszczonym ubijakiem ręcznym, z zachowaniem naturalnego układu warstw, lecz w stanie naruszonym. W lizymetrach zainstalowano urządzenie do regulowania poziomu zwierciadła wody (rurka i zbiornik w dnie cylindra) (rys. 1). Każdy lizymetr miał średnicę 0,5 m oraz zróżnicowaną głębokość w poszczególnych wariantach: 0,7, 1,5 i 2,0 m. Doświadczenie prowadzono w 3 wariantach: – wariant A, zwierciadło wody gruntowej na głębokości 30 cm; – wariant B, zwierciadło wody gruntowej na głębokości 100 cm; – wariant C, zwierciadło wody gruntowej na głębokości 170 cm. Każdy wariant występował w trzech powtórzeniach. Doświadczenia rozpoczęto wiosną 2008 r. W każdym lizymetrze umieszczono jedną roślinę. Obszar wokół lizymetrów został zagospodarowany i również wiosną obsadzony wierzbą (rozsta© ITP Woda Środ. Obsz. Wiej. 2016 (X–XII). T. 16. Z. 4 (56) 76 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie. T. 16. Z. 4 (56) Rys. 1. Schemat lizymetru na polu badawczym w Falentach; źródło: opracowanie własne Fig. 1. Diagramme of lysimeter in the experimental field in Falenty; source: own elaboration wa co 0,5 m) tak, aby powstał zwarty łan. W lizymetrach i w otoczeniu stosowano corocznie takie same dawki nawożenia, tj. N – 50 kg∙ha–1, P2O5 – 30 kg∙ha–1 i K2O – 70 kg∙ha–1 [RYDAŁOWSKI 2013]. Opad atmosferyczny mierzono deszczomierzem Hellmanna na stacji agrometeorologicznej w Falentach. Poletko badawcze oddalone było o 50 m od stacji pomiarowej. Opad skorygowano według wzoru JAWORSKIEGO [1979]. W lizymetrach mierzono wilgotność objętościową gleby w odstępach dziesięciodniowych za pomocą czujników ECH2O firmy Decagon Devices, których liczbę uzależniono od utrzymywanego poziomu zwierciadła wody. Sondy dokonywały pomiaru w obrębie 5 cm od czujnika w każdym kierunku, podając jedną uśrednioną wartość. Stały poziom zwierciadła wody gruntowej utrzymywano przez codzienne dolewanie lub odpompowywanie wody, której objętość mierzono. Zapasy wody w glebie powyżej poziomu zwierciadła wody gruntowej Wi, wyrażone w kg wody na lizymetr, określono z równania: Wi = F hi woi w (1) gdzie: F = pole poziomego przekroju lizymetru, m2 (F = 0,196 m2); hi = miąższość warstwy gruntu, m; woi = wilgotność objętościowa w warstwie gleby; w = gęstość objętościowa wody, kg·m–3; przyjęto 1000 kg·m–3. Korzystając ze wzoru (1), określono zapasy wody dla 10-centymetrowych warstw gleby, a następnie zsumowano poszczególne zapasy cząstkowe, w celu ob© ITP Woda Środ. Obsz. Wiej. 2016 (X–XII). T. 16. Z. 4 (56) M. Rydałowski: Wpływ poziomu zwierciadła wody gruntowej… 77 liczenia zapasu wody w glebie w strefie aeracji dla całego lizymetru. Jeśli czujnik nie występował na pożądanej głębokości, wartość wilgotności interpolowano między najbliższymi czujnikami. W okresach dziesięciodniowych obliczano bilans wodny uprawy wierzby w lizymetrach. Do obliczenia ewapotranspiracji wykorzystano wzór: ET = Wp + r + P – Wk (2) gdzie: ET = ewapotranspiracja, kg wody na lizymetr; Wp = zapas wody w glebie w strefie aeracji na początku okresu, kg wody na lizymetr; Wk = zapas wody w glebie w strefie aeracji na końcu okresu, kg wody na lizymetr; P = opad atmosferyczny w okresie bilansowania, kg wody na lizymetr; r = różnica między masą wody dolanej i odlanej w celu podtrzymania stałego poziomu zwierciadła wody, kg wody na lizymetr. Do celów porównawczych składowe wzoru (2) przeliczono na wysokości warstwy słupa wody w mm (1 mm = 1 dm3 wody∙m–2 = 1 kg wody∙m–2). Do oceny istotności wpływu poziomu zwierciadła wody gruntowej oraz warunków roku na ewapotranspirację zastosowano rozkład F, a istotność różnic ewapotranspiracji w warunkach różnego położenia zwierciadła wody gruntowej oraz zmienności roku badano za pomocą testu Newmana–Keulsa. Przez warunki roku rozumie się wszystkie czynniki w danym roku, mogące mieć wpływ na zmienną zależną (ewapotranspiracja), głównie meteorologiczne, w szczególności opadowe, roślinne (zwłaszcza wiek rośliny), przyrodnicze itd. W świetle literatury, metody lizymetryczne badań obarczone są najmniejszymi błędami pomiarów. ALLEN i in. [2011] podają błędy poszczególnych metod szacowania ewapotranspiracji wyrażone jako odchylenie standardowe średniej wartości rzeczywistej. Dla metody lizymetrycznej wynoszą one 5–15%. Badania lizymetryczne przy dolewaniu i odlewaniu wody często pokazują wysoką ewapotranspirację. W praktyce, ewapotranspiracja ta bywa mniejsza i zależy głównie od warunków meteorologicznych, zwłaszcza opadowych. WYNIKI BADAŃ I DYSKUSJA W okresie badań mierzono dwa podstawowe czynniki meteorologiczne, mające wpływ na uwilgotnienie gleby i poziom zwierciadła wody gruntowej – opad, jako dopływ wody do lizymetrów, i temperaturę powietrza, jako element decydujący o stratach wody (parowanie terenowe). © ITP Woda Środ. Obsz. Wiej. 2016 (X–XII). T. 16. Z. 4 (56) 78 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie. T. 16. Z. 4 (56) Zmienność sum opadów atmosferycznych w okresie wegetacyjnym scharakteryzowano, wykorzystując klasyfikację wprowadzoną przez KACZOROWSKĄ [1962]: okres skrajnie suchy (opad poniżej 50% opadu średniego z wielolecia); okres bardzo suchy (opad od 51 do 74% opadu średniego); okres suchy (opad od 75 od 89% opadu średniego); okres przeciętny (opad w zakresie 90–110% opadu średniego); okres mokry (opad od 111 do 125% opadu średniego); okres bardzo mokry (opad od 126 do 149% opadu średniego); okres skrajnie mokry (opad powyżej 150% opadu średniego). Średnia roczna suma opadu atmosferycznego w okresie wegetacyjnym (IV–X) z lat 2008–2012 wyniosła 519,7 mm. Była aż o 129,0 mm większa niż średnia z wielolecia 1966–2009 i stanowiła 133% jej wysokości. Według klasyfikacji Kaczorowskiej, lata 2008 i 2012 zaklasyfikowano do okresu o przeciętnej wysokości opadu, lata 2009 i 2011 – do okresu bardzo mokrego, natomiast 2010 r. był skrajnie mokry – suma opadów prawie dwukrotnie przekroczyła wartość z wielolecia 1966–2009 (tab. 1). Tabela 1. Średnie wartości temperatury powietrza i opadów w okresie wegetacyjnym (IV–X) w latach 2008–2012 na stacji meteorologicznej w Falentach Table 1. Mean air temperature and precipitations in the growing season (April–October) of the years 2008–2012 in meteorological station in Falenty Rok Year 2008 2009 2010 2011 2012 2008–2012 1966–2009 Temperatura Temperature Opad Precipitation C 14,8 14,2 14,2 14,8 15,0 14,6 14,2 mm 403,1 524,8 762,7 552,0 355,8 519,7 390,7 Wskaźnik opadu Klasyfikacja zmienności opadu względnego RPI1) wg Kaczorowskiej Relative Precipitation Kaczorowska’s classification Index RPI1) of precipitation variability % 103 przeciętny average 134 bardzo mokry very wet 195 skrajnie mokry extremely wet 141 bardzo mokry very wet 91 przeciętny average 133 bardzo mokry very wet – – 1) Obliczony jako iloraz opadu z danego roku do opadu z wielolecia, w %. Calculated as the ratio of precipitation in a given year to the long-term precipitation, in %. Źródło: wyniki własne. Source: own study. 1) Pod względem temperatury powietrza lata 2008–2012 należy zaliczyć do ciepłych. Średnia wartość temperatury powietrza we wszystkich latach okresu badawczego była większa (2010–2012) lub równa (2008–2009) średniej z wielolecia 1966–2009 (tab. 1). Do analiz przyjęto pomiary z okresu 2009–2012. Nie uwzględniono danych z 2008 r., uznając, że warunki ukorzenienia roślin w tym roku były znacząco od© ITP Woda Środ. Obsz. Wiej. 2016 (X–XII). T. 16. Z. 4 (56) M. Rydałowski: Wpływ poziomu zwierciadła wody gruntowej… 79 mienne, niż w latach pozostałych. W lizymetrach o głębokim poziomie zwierciadła wody gruntowej (1,0 i 1,7 m p.p.t.), zwłaszcza w początkowym okresie rozwoju roślin (system korzeniowy nieukształtowany) woda ze strefy saturacji nie mogła mieć wpływu na wzrost roślin. W latach 2009–2012 ewapotranspiracja średnia z lizymetrów wahała się w przedziale 693,0–1200,3 mm. Średnia wielkość ewapotranspiracji przy trzech powtórzeniach na wariant w analizowanym okresie wyniosła: w lizymetrze w wariancie A (30 cm) – 898,5 mm; B (100 cm) – 983,6 mm; C (170 cm) – 965,1 mm (tab. 2). Tabela 2. Ewapotranspiracja wierzby (Salix viminalis L.) w mm w warunkach zwierciadła wody gruntowej na różnej głębokości w latach 2008–2012 Table 2. Evapotranspiration of Salix viminalis L. in mm with different variants of ground water table depth in the years 2008–2012 Rok Year Parametr Parameter Średnia z 3 powtórzeń Average of 3 repetitions Średnia Average 2008 A B C 1 108,6 1 109,0 825,6 1 014,4 2009 2010 1 043,6 876,9 1 009,1 1 200,3 1 131,3 1 043,0 1 061,3 a 1 040,1 a 2011 2012 899,4 874,0 993,1 914,8 b 774,0 851,0 693,0 772,7 c Średnia Mean 2009–2012 898,5 a 983,6 b 965,1 b Objaśnienia: A = zwierciadło wody gruntowej na głębokości 30 cm, B = zwierciadło wody gruntowej na głębokości 100 cm, C = zwierciadło wody gruntowej na głębokości 170 cm, a, b, c = grupy jednorodne, różnice istotne statystycznie na poziomie α = 0,05. Explanations: A = groundwater table depth of 30 cm, B = groundwater table depth of 100 cm, C = groundwater table depth of 170 cm, a, b, c = homogenous groups, statistically significant difference at α = 0.05. Źródło: wyniki własne. Source: own study. Uzyskane wyniki porównano z wynikami badań z wykorzystaniem lizymetrów nawadnianych w innych krajach europejskich. We Włoszech ewapotranspirację wierzby odmiany Salix alba w okresie wegetacyjnym IV–IX, w warunkach poziomu wody gruntowej 1,7 m poniżej poziomu terenu i zróżnicowanych warunkach opadowych, badali PISTOCCHI i in. [2009] oraz GUIDI i in. [2008]. Wielkość ewapotranspiracji określono na: 620 i 1190 mm (2004), 890 i 1790 mm (2005) odpowiednio w warunkach z i bez nawożenia oraz 607 i 919 mm (2006), odpowiednio w warunkach niskiego i wysokiego nawożenia. Na Węgrzech zużycie wody w procesie ewapotranspiracji potrzebne do wyprodukowania 1 kg suchej masy wierzby odmiany Salix alba wyniosło 864,5 mm, przy średniej ewapotranspiracji jednej rośliny 434 mm [ZSEMBELI i in. 2013]. W warunkach klimatycznych Szwecji, o opadach 350–550 mm w okresie wegetacji, gdzie zarówno woda, jak i składniki odżywcze nie były czynnikami ogra- © ITP Woda Środ. Obsz. Wiej. 2016 (X–XII). T. 16. Z. 4 (56) 80 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie. T. 16. Z. 4 (56) niczającymi wzrost, ewapotranspiracja wierzby, oszacowana na podstawie modelu, wyniosła ok. 700 mm [LINDROTH, BATH 1999]. Badania własne przeprowadzone w latach 2009–2012 wykazały wpływ warunków roku na ewapotranspirację. Zaobserwowano, że w kolejnych latach okresu badawczego następowało zmniejszenie ewapotranspiracji wierzby w stałych warunkach wodno-glebowych. Średnia ze wszystkich wariantów wielkość zużywanej przez wierzbę wody w procesie ewapotranspiracji systematycznie zmniejszała się z 1061,3 mm w 2009 r. do 772,7 mm w 2012 r. Trend ten może być konsekwencją rozkładu opadów w okresie badawczym lub/i czynnika roślinnego. Przykładowy przebieg średniej miesięcznej ewapotranspiracji wierzby w lizymetrach, z podziałem na warianty poziomu zwierciadła wody gruntowej w roku o opadzie przeciętnym (2012) oraz skrajnie mokrym (2010) przedstawiono w tabeli 3. I tak 2012 r. cechował się opadem o wysokości 355,8 mm, natomiast 2010 – 762,7 mm. Tabela 3. Średnie miesięczne wartości ewapotranspiracji ET wierzby (Salix viminalis L.) w mm w warunkach zwierciadła wody gruntowej na różnej głębokości w latach 2010 i 2012 Table 3. Values of monthly average evapotranspiration ET of Salix viminalis L. in mm with different variants of ground water table depth in the years 2010 and 2012 Miesiąc Month Kwiecień April Maj May Czerwiec June Lipiec July Sierpień August Wrzesień September Październik October Suma Sum Średnia z 3 powtórzeń ET w latach Average of 3 repetitions ET in the years 2010 2012 A = 30 cm B = 100 cm C = 170 cm A = 30 cm B = 100 cm C = 170 cm 38,3 22,5 51,6 58,2 23,4 16,7 71,1 116,5 99,6 186,8 133,3 118,4 214,9 228,0 200,5 133,6 179,3 134,4 262,3 400,2 309,3 185,9 241,9 216,9 191,9 280,5 250,2 115,2 148,1 119,4 63,0 106,6 103,3 72,3 79,9 72,8 35,5 46,0 28,7 22,0 45,2 14,5 876,9 1 200,3 1 043,0 774,0 851,0 693,0 Źródło: wyniki własne. Source: own study. Największe zużycie wody w procesie ewapotranspiracji wystąpiło w lipcu i sierpniu, ale jeszcze w październiku było dosyć duże, na poziomie porównywalnym z kwietniem. W maju wartości ewapotranspiracji z reguły przekraczały już 100 mm. Wyraźny spadek wartości ewapotranspiracji zaobserwowano we wrześniu. W 2012 r. w porównaniu z 2010 r. ewapotranspiracja, szczególnie w okresie czerwiec-sierpień, była zdecydowanie mniejsza (tab. 3). Badania prowadzone przez GUIDI i in. [2008] oraz KANECKĄ-GESZKE [2015] prezentują zbliżony miesięczny trend przebiegu ewapotranspiracji w ciągu okresu wegetacyjnego. © ITP Woda Środ. Obsz. Wiej. 2016 (X–XII). T. 16. Z. 4 (56) M. Rydałowski: Wpływ poziomu zwierciadła wody gruntowej… 81 Jednowymiarowy test istotności F wykazał, że na ewapotranspirację istotny wpływ miały analizowane czynniki, tzn. głębokość zwierciadła wody gruntowej oraz warunki roku. Stwierdzono również istotny wpływ ich interakcji. Prawdopodobieństwo błędu odrzucenia hipotezy o braku istotnego wpływu głębokości zwierciadła wody gruntowej hi, warunków roku oraz interakcji obu czynników (na poziomie α = 0,05) na ewapotranspirację wierzby Salix viminalis L. wyniosło odpowiednio p = 0,005104; p < 0,000001; p = 0,002512. Stwierdzono istotną różnicę (na poziomie α = 0,05) ewapotranspiracji wierzby wiciowej w warunkach poziomu zwierciadła wody gruntowej na głębokości 30 i 100 cm oraz 30 i 170 cm. Nie wykazano istotnej różnicy między wariantami poziomu zwierciadła wody gruntowej 100 i 170 cm (tab. 2). W warunkach położenia zwierciadła wody gruntowej na głębokości 30 cm (wariant A) stwierdzono istotnie mniejszą ewapotranspirację w porównaniu z pozostałymi wariantami (B –100 cm i C – 170 cm). Weryfikacji poddano również różnice wysokości ewapotranspiracji wierzby wiciowej w poszczególnych latach. Stwierdzono istotną różnicę między ewapotranspiracją we wszystkich latach objętych badaniami, poza wartościami z lat 2009 i 2010 (tab. 2). Różnica wynikała z wpływu warunków roku. Zagadnienie dotyczące wielkości zużycia wody oraz plonowania wierzby wiciowej na glebach mineralnych o gospodarce opadowej, w regionie charakteryzującym się deficytem wody w sezonie wegetacyjnym, na podstawie badań polowych, badała KANECKA-GESZKE [2015]. Średnie polowe zużycie wody w okresie wegetacji (IV–X) wierzby o odrostach jednorocznych, jakie uzyskała w trakcie czteroletnich badań na obszarze na glebach średnich o gospodarce wodno-retencyjnej z głęboko zalegającym poziomem wody gruntowej wynosiło 474 mm w 200-centymetrowym profilu glebowym i gdy średni opad wynosił 363,7 mm. PODSUMOWANIE Czteroletnie badania lizymetryczne umożliwiły ocenę wpływu różnej głębokości zalegania zwierciadła wody gruntowej na ewapotranspirację wierzby wiciowej. W latach badań 2009–2012 średnia roczna wartość ewapotranspiracji w okresie wegetacyjnym (IV–X) z trzech powtórzeń w poszczególnych wariantach głębokości utrzymywania zwierciadła wody gruntowej mieściła się w przedziale 693– 1200,3 mm. Średnia z lat 2009–2012 wartość ewapotranspiracji wierzby wiciowej wyniosła: w lizymetrze w wariancie A (30 cm) – 898,5 mm; B (100 cm) – 983,6 mm); C (170 cm) – 965,1 mm. Badania potwierdziły wpływ głębokości zalegania zwierciadła wody gruntowej oraz warunków roku na ewapotranspirację wierzby wiciowej. Stwierdzono także istotny wpływ interakcji obu analizowanych czynników. Zaobserwowano istotną statystycznie różnicę ewapotranspiracji przy układzie poziomu zwierciadła wody gruntowej na głębokości 30 i 100 cm oraz 30 i 170 cm. W warunkach najpłytszego © ITP Woda Środ. Obsz. Wiej. 2016 (X–XII). T. 16. Z. 4 (56) 82 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie. T. 16. Z. 4 (56) położenia zwierciadła wody gruntowej (30 cm) stwierdzono istotnie mniejszą ewapotranspirację w porównaniu z wariantami B –100 cm i C – 170 cm. Może to świadczyć o niewystarczającym napowietrzeniu gleby, które hamowało wzrost roślin i intensywność procesu ewapotranspiracji. Badania wykazały, że w całym okresie badawczym corocznie zmniejszało się zużycie wody w procesie ewpotranspiracji. Na tej podstawie można stwierdzić, że prawdopodobnie jednym z czynników mających na to wpływ, poza czynnikami meteorologicznymi, był wiek rośliny. Między początkiem i końcem okresu badawczego spadek wyniósł średnio z trzech wariantów 24%. Korelowało to również ze zmniejszeniem się średniej wielkości przyrostu plonów suchej masy. Uzyskane wyniki badań własnych autora artykułu oraz przegląd literatury pozwalają stwierdzić, że zużycie wody na glebach mineralnych bez udziału wody gruntowej, w warunkach deficytu wody jest mniejsze niż zużycie wody przez wierzbę wiciową w warunkach wysokiego poziomu wody gruntowej. BIBLIOGRAFIA ALLEN R., PEREIRA, L., HOWELL T., JENSEN M. 2011. Evapotranspiration information reporting: I. Factors governing measurement accuracy. Agricultural Water Management. Vol. 98(6) s. 899–920. BAC S., ROJEK M. 1999. Meteorologia i klimatologia w inżynierii środowiska [Meteorology and climatology in environmental engineering]. Wrocław. Wydaw. AR. ISBN 83-87866-66-0 ss. 314. BANASZYŃSKI A., SZCZUKOWSKI S., BUDNY J., GRĄDZKI M., GRALAK J., KUBIAK P. 2004. Alternatywne rolnictwo [Alternative agriculture]. Poznań. Dom Wydaw. Harasimowicz. ISBN 83-8924517-5 ss. 118. BUDZYŃSKI W., SZCZUKOWSKI S., TWORKOWSKI J. 2009. Wybrane problemy z zakresu produkcji roślinnej na cele energetyczne. W: Przyszłość sektora rolno-spożywczego i obszarów wiejskich [Selected problems in the field of crop production for energy purposes. In: The future of the agrifood sector and rural areas]. I Kongres Nauk Rolniczych, Nauka – Praktyka. Puławy. Wydaw. IUNG-PIB s. 77–87. DRESZER K., MICHAŁEK R., ROSZKOWSKI A. 2003. Energia odnawialna – możliwości jej pozyskiwania i wykorzystania w rolnictwie [Renewable energy – the possibility of its acquisition and use in agriculture]. Kraków – Lublin – Warszawa. PTiR. ISBN 83-9170-53-7 ss. 256. DUBAS J.W., TOMCZYK A. 2005. Zakładanie, pielęgnacja i ochrona plantacji wierzb energetycznych [Establishment, maintenance and protection of energy willow plantations]. Warszawa. Wydaw. SGGW. ISBN 83-7244-617-2 ss. 112. GUIDI W., PICCIONI E., BONARI E. 2008. Evapotranspiration and crop coefficient of poplar and willow short-rotation coppice used as vegetation filter. Bioresource Technology. Vol. 99. Iss. 11 s. 4832–4840. GUS 2015. Energia ze źródeł odnawialnych w 2014 r. [Energy from renewable sources in 2014]. Warszawa. ISSN 1898-4347 ss. 70. International Renewable Energy Agency 2015. REMAP 2030 – Perspektywy rozwoju energii odnawialnej w Polsce [REMAP 2030 – Prospects for the development of renewable energy in Poland] [online]. Abu Dhabi ss. 60 [Dostęp 31.10.2016]. Dostępny w Internecie: www.irena.org/ DocumentDownloads/Publications/IRENA_REmap_Poland_paper_2015_PL.PDF © ITP Woda Środ. Obsz. Wiej. 2016 (X–XII). T. 16. Z. 4 (56) M. Rydałowski: Wpływ poziomu zwierciadła wody gruntowej… 83 JAWORSKI J. 1979. Rzeczywisty a wskaźnikowy opad atmosferyczny w zlewni górnej Wilgi [Actual and reference precipitation in the catchment area of the upper Wilga]. Przegląd Geograficzny. R. 24. Z 3–4 s. 281–292. JAWORSKI J. 2004. Parowanie w cyklu hydrologicznym zlewni rzecznych [Evaporation in the hydrological cycle of river basins]. Warszawa. PTG. ISBN 83-91031-1-1 ss. 422. KACZOROWSKA Z. 1962. Opady w Polsce w przekroju wieloletnim [Precipitation in Poland in the years section]. Prace Geograficzne. Nr 33. Warszawa. Wydaw. Geologiczne ss. 112. KANECKA-GESZKE E. 2015. Zużycie wody i plonowanie wierzby wiciowej (Salix viminalis L.) na glebach mineralnych o gospodarce opadowo-retencyjnej [Water consumption and yielding of willow (Salix viminalis L.) on mineral soils without ground water availability]. Maszynopis. Praca doktorska. Bydgoszcz. ITP ss. 162. LINDROTH A., BÅTH A. 1999. Assessment of regional willow coppice yield in Sweden on basis of water availability. Forest ecology and Management. Vol. 121(1) s. 57–65. MATYKA M. 2011. Rośliny potencjalnie przydatne do produkcji biomasy na użytkach rolnych [Plants potentially useful for the production of biomass on agricultural land]. Wieś Jutra. Nr 07–08 s. 13–16. Ministerstwo Gospodarki 2009. Prognoza oddziaływania na środowisko dokumentu „Polityka energetyczna Polski do 2030 r.” (Raport końcowy) [Strategic Environmental Assessment document “Polish Energy Policy until 2030” (Final Report)] [online]. Warszawa. [Dostęp 31.10.2016]. Dostępny w Internecie: http://www.me.gov.pl/galeria/DE/Prognoza_raport.pdf PISTOCCHI C., GUIDI W., PICCIONI E., BONARI E. 2009. Water requirements of poplar and willow vegetation filters grown in lysimeter under Mediterranean conditions: results of the second rotation. Desalination. Vol. 246(1) s. 137–146. RYDAŁOWSKI M. 2013. Wpływ poziomu wody gruntowej i wilgotności gleby piaszczystej na roczne przyrosty biomasy wierzby wiciowej w świetle badań lizymetrycznych [The influence of groundwater level and sandy soil moisture on the annual biomass increments of willow in view of lysimetric analyses]. Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie. T. 13. Z. 4(44) s. 115–128. TROJANOWSKA A. 2010. Wykorzystanie zasobów wody oraz azotu przez rośliny energetyczne. W: Modelowanie energetycznego wykorzystania biomasy [Water use efficiency and nitrogen use efficiency of energy crops. In: Modelling of biomass utilisation for energy purpose]. Falenty– Warszawa. ITP s. 76–82. TRYBAŁA M. 1996. Gospodarka wodna w rolnictwie [Water management in agriculture]. Warszawa. PWRiL. ISBN 83-09-01644-1 ss. 256. ZSEMBELII J., KOVÁCS G., DEÁK D. 2013. Water use efficiency of energy willows determined in weighing lysimeters. W: 15. Gumpensteiner Lysimetertagung. Irdning. Lehr-und Forschungszentrum für Landwirtschaft s. 181–184. Mariusz RYDAŁOWSKI THE INFLUENCE OF GROUNDWATER LEVEL AND YEAR CONDITIONS ON THE EVAPOTRANSPIRATION OF Salix viminalis L. IN VIEW OF LYSIMETRIC ANALYSES Key words: energetic willow, evapotranspiration, groundwater level, precipitation, yield Summary Studies on the relationship between the yield of Salix viminalis L. and groundwater table depth were performed in the lysimetric station in Falenty on black degraded earth in the years 2009–2012. © ITP Woda Środ. Obsz. Wiej. 2016 (X–XII). T. 16. Z. 4 (56) 84 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie. T. 16. Z. 4 (56) The groundwater table depth in lysimeters was kept at a constant level of 30, 100 and 170 cm during the growing season (April–October). The lysimeters were fertilised with an annual dose of 50 kg·ha–1 N, 30 kg·ha–1 P2O5 and 70 kg·ha–1 K2O, the same as in surrounding fields. Soil moisture, difference between poured and poured out water layer to maintain constant water table and atmospheric precipitation were measured in lysimeters. Evapotranspiration of plant crops was calculated for ten-day period with the water budget. The effect of groundwater table depth and year conditions on the evapotranspiration of Salix viminalis L. was demonstrated (levels of significance = 0.05). Significantly lower evapotranspiration was noted at the groundwater table depth of 30 cm (variant A) compared with other variants (B – 100 cm and C – 170 cm). Statistically significant differences in evapotranspiration of willow were not found between the variants B and C. Lysimetric studies showed also that the water consumption in the evapotranspiration process by the willow decreased throughout the period of the study. Probably one of the factors having an impact on decrease in the annual evapotranspiration of willow beyond the meteorological factors is the age of the plant. Adres do korespondencji: mgr inż. Mariusz Rydałowski, Instytut Technologiczno-Przyrodniczy, Zakład Inżynierii Wodnej i Melioracji, al. Hrabska 3, 05-090 Raszyn; tel. 22 735-75-42, e-mail: [email protected] © ITP Woda Środ. Obsz. Wiej. 2016 (X–XII). T. 16. Z. 4 (56)
