optymalny poziom wody gruntowej jako czynnik …€¦ · 306 woda- Środowisko-obszary wiejskie t....

13
WODA-ŚRODOWISKO-OBSZARY WIEJSKIE 2005: t. 5 z. specj. (14) WATER-ENVIRONMENT-RURAL AREAS s. 301–313 www.imuz.edu.pl © Instytut Melioracji i Użytków Zielonych w Falentach, 2005 OPTYMALNY POZIOM WODY GRUNTOWEJ JAKO CZYNNIK SKUTECZNEJ OCHRONY ZMELIOROWANYCH EKOSYSTEMÓW TORFOWISKOWYCH W OKRESACH POSUSZNYCH Jan SZAJDA 1) , Wenanty OLSZTA 2) 1) Instytut Melioracji i Użytków Zielonych w Falentach 2) Politechnika Lubelska Słowa kluczowe: optymalny poziom wody, ewapotranspiracja, pF warstwy korzeniowej S t r e s z c z e n i e Na podstawie badań przeprowadzonych na Polesiu Lubelskim na zmeliorowanych glebach tor- fowo-murszowych głębokich (gleba MtIbc) i płytkich (gleba MtIIb1), reprezentatywnych dla ekosys- temów torfowiskowych słabo i średnio zmurszałych, stwierdzono, że optymalny poziom wody grun- towej, zapewniający wilgotność warstwy korzeniowej odpowiadającą pF = 1,7 w drugim, pF = 1,9 w pierwszym i pF = 2,1 w trzecim pokosie, skutecznie chroniącą gleby przed niekorzystnymi prze- mianami po odwodnieniu oraz powodującą uzyskanie maksymalnych plonów bez luksusowego zuży- cia wody, różnicuje się w zależności od rodzaju gleby i wielkości ewapotranspiracji. Podane w pracy optymalne głębokości zwierciadła wody gruntowej mogą być wykorzystane do sterowania nawadnia- niem badanych ekosystemów w celu uzyskania maksymalnych plonów oraz skutecznej ochrony gleb przed degradacją. WSTĘP Uwilgotnienie korzeniowej warstwy profilu glebowego jest istotnym czynni- kiem wpływającym na plony oraz chroniącym gleby torfowe przed mineralizacją masy organicznej. Praktycznym wskaźnikiem uwilgotnienia gleby może być głę- Adres do korespondencji: doc. dr hab. inż. J. Szajda, Instytut Melioracji i Użytków Zielonych w Falentach, ul. Głęboka 29/2, 20-012 Lublin; tel. +48 (81) 533-97-57

Upload: others

Post on 11-May-2020

2 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: OPTYMALNY POZIOM WODY GRUNTOWEJ JAKO CZYNNIK …€¦ · 306 Woda- Środowisko-Obszary Wiejskie t. 5 z. specj. (14) ... Poziomy wody gruntowej h (cm), pF warstwy korzeniowej gleby

WODA-ŚRODOWISKO-OBSZARY WIEJSKIE 2005: t. 5 z. specj. (14) WATER-ENVIRONMENT-RURAL AREAS s. 301–313 www.imuz.edu.pl © Instytut Melioracji i Użytków Zielonych w Falentach, 2005

OPTYMALNY POZIOM WODY GRUNTOWEJ JAKO CZYNNIK SKUTECZNEJ OCHRONY

ZMELIOROWANYCH EKOSYSTEMÓW TORFOWISKOWYCH

W OKRESACH POSUSZNYCH

Jan SZAJDA1), Wenanty OLSZTA2)

1) Instytut Melioracji i Użytków Zielonych w Falentach 2) Politechnika Lubelska

Słowa kluczowe: optymalny poziom wody, ewapotranspiracja, pF warstwy korzeniowej

S t r e s z c z e n i e

Na podstawie badań przeprowadzonych na Polesiu Lubelskim na zmeliorowanych glebach tor-fowo-murszowych głębokich (gleba MtIbc) i płytkich (gleba MtIIb1), reprezentatywnych dla ekosys-temów torfowiskowych słabo i średnio zmurszałych, stwierdzono, że optymalny poziom wody grun-towej, zapewniający wilgotność warstwy korzeniowej odpowiadającą pF = 1,7 w drugim, pF = 1,9 w pierwszym i pF = 2,1 w trzecim pokosie, skutecznie chroniącą gleby przed niekorzystnymi prze-mianami po odwodnieniu oraz powodującą uzyskanie maksymalnych plonów bez luksusowego zuży-cia wody, różnicuje się w zależności od rodzaju gleby i wielkości ewapotranspiracji. Podane w pracy optymalne głębokości zwierciadła wody gruntowej mogą być wykorzystane do sterowania nawadnia-niem badanych ekosystemów w celu uzyskania maksymalnych plonów oraz skutecznej ochrony gleb przed degradacją.

WSTĘP

Uwilgotnienie korzeniowej warstwy profilu glebowego jest istotnym czynni-kiem wpływającym na plony oraz chroniącym gleby torfowe przed mineralizacją masy organicznej. Praktycznym wskaźnikiem uwilgotnienia gleby może być głę-

Adres do korespondencji: doc. dr hab. inż. J. Szajda, Instytut Melioracji i Użytków Zielonych w Falentach, ul. Głęboka 29/2, 20-012 Lublin; tel. +48 (81) 533-97-57

Page 2: OPTYMALNY POZIOM WODY GRUNTOWEJ JAKO CZYNNIK …€¦ · 306 Woda- Środowisko-Obszary Wiejskie t. 5 z. specj. (14) ... Poziomy wody gruntowej h (cm), pF warstwy korzeniowej gleby

302 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie t. 5 z. specj. (14)

bokość zalegania wody gruntowej. Głębokość tę w warunkach kiedy rozchody wody na parowanie są w całości pokrywane przez podsiąk kapilarny, nazywa się optymalnym poziomem wody gruntowej. Wilgotność gleby przyjmuje wówczas wartość stałą, a jej wielkość zależy od głębokości zwierciadła wody gruntowej [BRANDYK, 1990; OLSZTA, 1980; 1981; SZAJDA, OLSZTA, 2002]. Czynnikami de-terminującymi optymalny poziom wody gruntowej są: zapotrzebowanie roślin na wodę, właściwości gleby, ewapotranspiracja, warunki meteorologiczne, rozmiesz-czenie korzeni rośliny [FEDDES, 1971]. Obniżanie się poziomu wody gruntowej poniżej głębokości optymalnej, zachodzące przede wszystkim w czasie susz, po-woduje zmniejszenie intensywności podsiąku. Gleba stopniowo przesycha, po-cząwszy od polowej pojemności wodnej, przez wilgotność krytyczną dla traw (pF 2,7), aż do wilgotności więdnięcia odpowiadającej pF 4,2, a zawarta w niej masa organiczna ulega intensywnym, niekorzystnym przemianom [GAWLIK, SZAJDA, 2002]. Intensywność wysychania gleby zależy od czasu i wielkości rozchodów wody na parowanie [VIESSER, 1963].

Z badań lizymetrycznych przeprowadzonych na Polesiu Lubelskim, na średnio przeobrażonej glebie torfowo-murszowej MtIIbb [SZAJDA, 1997; 2000; SZAJDA, OLSZTA, 2002], wynika, że czynnikiem skutecznej ochrony przed suszą zmelioro-wanych ekosystemów torfowiskowych jest utrzymywanie optymalnego poziomu wody, zapewniającego w warstwie korzeniowej (0–30 cm) wilgotność odpowiada-jącą pF = 1,7 w drugim, pF = 1,9 w pierwszym i pF = 2,1 w trzecim pokosie, sku-tecznie chroniącą gleby przed przesuszeniem i mineralizacją oraz powodującą uzy-skanie maksymalnych plonów bez luksusowego zużycia wody. Optymalny poziom wody gruntowej różnicuje się w zależności od wielkości ewapotranspiracji i rodza-ju gleby [BRANDYK, 1990; FEDDES, 1971; OLSZTA, 1980; 1981; VIESSER, 1963].

W pracy określono optymalne poziomy wody gruntowej, zapewniające w okre-sach intensywnych susz i największych rozchodów wody na ewapotranspirację wilgotność warstwy korzeniowej odpowiadającą pF: 1,7; 1,9; 2,1 w glebach torfo-wo-murszowych głębokich (gleba MtIbc) i płytkich (gleba MtIIb1), reprezenta-tywnych dla ekosystemów torfowiskowych słabo i średnio przeobrażonych. Dane te mogą być wykorzystane do sterowania nawadnianiem tych ekosystemów w celu ich skutecznej ochrony przed suszą.

MATERIAŁ I METODY BADAŃ

Badania prowadzono na Polesiu Lubelskim w latach 1976–1981. Obejmowały one określenie krzywych pF, pomiary poziomu wody gruntowej i wilgotności w zlokalizowanych na obiekcie Piwonia Uhnin profilach gleb MtIbc (w Sosnowi-cy) i MtIIb1 (w Uhninie) [SZAJDA, 1980] oraz jednoczesne pomiary lizymetryczne ewapotranspiracji maksymalnej łąki na glebie MtIIbb [SZAJDA, 1997].

Page 3: OPTYMALNY POZIOM WODY GRUNTOWEJ JAKO CZYNNIK …€¦ · 306 Woda- Środowisko-Obszary Wiejskie t. 5 z. specj. (14) ... Poziomy wody gruntowej h (cm), pF warstwy korzeniowej gleby

J. Szajda, W. Olszta: Optymalny poziom wody gruntowej ... 303

Rozpoznania i charakterystyki gleb dokonano wg zasad opracowanych przez OKRUSZKĘ [1988], właściwości fizyczne określono metodami ogólnie stosowany-mi w IMUZ [GAWLIK, 1992], a właściwości wodne – na podstawie krzywych pF, wg ZAWADZKIEGO [1973]. Badania dynamiki zmian poziomu wody gruntowej i wilgotności gleb prowadzono w okresach dekadowych. Metody tych badań poda-no w innych pracach [SZAJDA, 1980;1997; SZAJDA, OLSZTA, KOWALSKI, 2003].

Opady scharakteryzowano na podstawie notowań należącej do IMUZ stacji meteorologicznej w Sosnowicy oraz odległej 7 km od Sosnowicy stacji IMGW w Uhninie.

Ewapotranspirację rzeczywistą łąki ET (mm·d–1) w okresach dekadowych obli-czano z równania:

ET = ks ETmax (1)

gdzie: ks – dekadowy współczynnik glebowo-wodny w warunkach suszy [SZAJ-

DA, 1997]; ETmax – średnia dekadowa wartość ewapotranspiracji maksymalnej zmierzonej

w lizymetrze [SZAJDA, 1997], mm·d–1.

Podstawą selekcji zebranego materiału empirycznego była analiza dekadowych wartości elementów bilansu wodnego gleby MtIIbb w latach 1977–1994 [SZAJDA, 1997; SZAJDA, OLSZTA, 2002]. Z analizy tej wynika, że warunki zrównoważonego bilansu wodnego występują w dekadach bez opadów, w których nie występuje odpływ gruntowy, wilgotność warstwy korzeniowej jest stała, a podsiąk kapilarny z poziomu wody gruntowej w całości równoważy rozchody na ewapotranspirację. Na tej podstawie, do dalszej analizy wybrano okresy susz, w których wilgotność warstwy korzeniowej na ogół nie zmieniała się. Przyjęto, że w tych okresach roz-chody wilgoci na ewapotranspirację były pokrywane przez podsiąk kapilarny ze strefy nasyconej, a w glebie występowały warunki zrównoważonego bilansu wod-nego [KOWALIK, ZARADNY, 1978].

WYNIKI BADAŃ I DYSKUSJA

DYNAMIKA UWILGOTNIENIA GLEB W ZALEŻNOŚCI OD CZASU I WIELKOŚCI EWAPOTRANSPIRACJI

Dynamikę wielkości ewapotranspiracji oraz wilgotności badanych gleb za po-mocą chronoizoplet [ZAWADZKI, 1964] w zależności od czasu przedstawiono na przykładzie lat 1976 i 1978 (rys. 1, 2). Na glebie MtIbc w Sosnowicy (rys. 1) w okresach susz o dużej ewapotranspiracji na przełomie maja i czerwca, czerwca i lipca, sierpnia i września w 1976 r. oraz na przełomie maja i czerwca, lipca

Page 4: OPTYMALNY POZIOM WODY GRUNTOWEJ JAKO CZYNNIK …€¦ · 306 Woda- Środowisko-Obszary Wiejskie t. 5 z. specj. (14) ... Poziomy wody gruntowej h (cm), pF warstwy korzeniowej gleby

304 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie t. 5 z. specj. (14)

Rys. 1. Dynamika ewapotranspiracji maksymalnej ETmax, opadów P, poziomu wody gruntowej h

i wilgotności (% obj.) gleby MtIbc w latach 1976, 1978

Fig. 1. Dynamics of the maximum evapotranspiration ETmax, precipitations P, ground water levels h and moisture content (% vol.) in MtIbc soil in the years 1976 and 1978

Page 5: OPTYMALNY POZIOM WODY GRUNTOWEJ JAKO CZYNNIK …€¦ · 306 Woda- Środowisko-Obszary Wiejskie t. 5 z. specj. (14) ... Poziomy wody gruntowej h (cm), pF warstwy korzeniowej gleby

J. Szajda, W. Olszta: Optymalny poziom wody gruntowej ... 305

Rys. 2. Dynamika ewapotranspiracji maksymalnej ETmax, opadów P, poziomu wody gruntowej h

i wilgotności (% obj.) gleby MtIIb1 w latach 1976, 1978

Fig. 2. Dynamics of the maximum evapotranspiration ETmax, precipitations P, ground water levels h and moisture content (% vol.) in MtIIb1 soil in the years 1976 and 1978

Page 6: OPTYMALNY POZIOM WODY GRUNTOWEJ JAKO CZYNNIK …€¦ · 306 Woda- Środowisko-Obszary Wiejskie t. 5 z. specj. (14) ... Poziomy wody gruntowej h (cm), pF warstwy korzeniowej gleby

306 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie t. 5 z. specj. (14)

i sierpnia w 1978 r. podsiąk kapilarny z poziomu wody gruntowej zapewniał stałą, stosunkowo wysoką, wilgotność warstwy korzeniowej gleby. Wilgotność ta, wyra-żona wartością pF, w dniach 3 czerwca, 8 lipca, 2 września w 1976 r. oraz 23 maja, 9 czerwca, 25 lipca w 1978 r. wynosiła odpowiednio: 1,9; 2,2; 2,3; 1,9; 2,0; 2,1.

Na glebie MtIIb1 w Uhninie (rys. 2) w okresach susz i o stosunkowo małej ewapotranspiracji w maju i na początku czerwca w 1976 r. oraz w kwietniu i na przełomie maja i czerwca w 1978 r. podsiąk kapilarny z poziomu wody gruntowej zapewniał stałą, wysoką wilgotność warstwy korzeniowej gleby. Wilgotność ta, wyrażona wartością pF, wyniosła w dniach 6 maja i 3 czerwca w 1976 r. oraz 28 kwietnia i 9 czerwca w 1978 r. odpowiednio: 1,7; 1,6; 1,9; 2,0. W omawianych okresach średnia wartość pF badanych gleb różnicowała się w zależności od głę-bokości wody gruntowej i rodzaju gleby. W każdej z badanych gleb istnieje zatem optymalny poziom wody, przy którym w okresach susz rozchody wilgoci na ewa-potranspirację są w całości równoważone przez podsiąk kapilarny. Wilgotność gleby przyjmuje wówczas wartość stałą, która zależy od poziomu wody gruntowej i rodzaju gleby. Poziom ten w odniesieniu do gleby MtIbc oscyluje w granicach 60–70 cm, a w odniesieniu do gleby MtIIb1 w granicach 40–50 cm. Przekroczenie tych poziomów w warunkach suszy powoduje szybki spadek wilgotności omawia-nych gleb (rys. 1, rys. 2).

W tabelach 1. i 2. zestawiono głębokość poziomu wody gruntowej, pF warstwy korzeniowej badanych gleb, ewapotranspirację rzeczywistą łąki obliczoną z rów-nania (1) w okresach o zrównoważonym bilansie wodnym, wybranych z lat 1976– –1981. W dekadach tych wartości pF warstwy korzeniowej różnicują się w zależ-ności od poziomu wody gruntowej i od rzeczywistej wielkości ewpotranspiracji (tab. 1 i 2), co potwierdza wyniki badań modelowych [ŁABĘDZKI, 1997; BRAN-DYK, 1990; FEDDES, 1971; OLSZTA, 1980; 1981; WIESSER, 1963].

ZALEŻNOŚĆ pF BADANYCH GLEB W WARSTWIE KORZENIOWEJ OD POZIOMU WODY GRUNTOWEJ

W WARUNKACH RÓŻNEJ EWAPOTRANSPIRACJI

Zależność wartości pF badanych gleb w warstwie korzeniowej od głębokości wody gruntowej w warunkach różnej wielkości ewapotranspiracji określono na podstawie danych z okresów o zrównoważonym bilansie wodnym dla gleb MtIba (tab. 1) i MtIIb1 (tab. 2). Wartości pF oraz odpowiadające im głębokości wody gruntowej w warunkach ET wynoszącej 0,1–2,0, 2,1–4,0 i 4,1–6,0 mm·d–1, nanie-siono na układ współrzędnych odrębnie dla gleby MtIbc (rys. 3a) i MtIIb1 (rys. 3b) oraz wyrównano graficznie. Uzyskano w ten sposób krzywe obrazujące zależność pF warstwy korzeniowej od poziomu wody gruntowej dla trzech średnich wartości ET. Zależność wartości pF odpowiadającej polowej pojemności wodnej (PPW) od poziomu wody gruntowej określono na podstawie krzywych pF [ZAWADZKI, 1973].

Page 7: OPTYMALNY POZIOM WODY GRUNTOWEJ JAKO CZYNNIK …€¦ · 306 Woda- Środowisko-Obszary Wiejskie t. 5 z. specj. (14) ... Poziomy wody gruntowej h (cm), pF warstwy korzeniowej gleby

J. Szajda, W. Olszta: Optymalny poziom wody gruntowej ... 307

Tabela 1. Poziomy wody gruntowej h (cm), pF warstwy korzeniowej gleby MtIbc, ewapotranspiracja rzeczywista ET (mm·d–1) obliczona z równania (1) w okresach o zrównoważonym bilansie wodnym, wybranych z lat 1976–1981

Table 1. Depth of ground water level h (cm), pF of the MtIbc soil root layer, actual evapotranspira-tion ET (mm·d–1) calculated according to equation (1) for the periods with sustained water balance selected from the years 1976–1981

ET w przedziałach ET in intervals Data Date

h pF 0,1–2,0 2,1–4,0 4,1–6,0

24.04.1976 03.06.1976 13.08.1976 02.09.1976 23.09.1976 05.05.1977 18.05.1977 27.05.1977 08.06.1977 02.08.1977 13.08.1977 23.05.1978 09.06.1978 20.06.1978 16.06.1979 22.09.1979 11.08.1981 24.08.1981

41 81 86 80 93 49 65 74 78 75 78 59 79 87 78 59 63 66

1,7 1,9 2,4 2,3 2,8 1,7 1,8 1,8 2,0 2,3 2,7 1,9 2,0 2,1 3,6 1,8 1,8 2,0

0,8 – – –

1,6 – – –

1,8 – – – – – – – – –

– 3,5 2,7 3,7 –

3,8 3,7 3,4 – –

2,8 –

3,4 3,7 –

3,4 3,3 2,6

– – – – – – – – –

5,2 –

4,3 – –

5,5 – – –

Z zależności tych wynika, że wysokość podsiąku zapewniająca utrzymanie w warstwie korzeniowej gleby MtIbc (rys. 3a) wilgotności odpowiadającej pF 1,7 w przypadku ET = 1,4 mm·d–1 (krzywa 1) wynosi 52 cm; w przypadku ET = 3,3 mm·d–1 (krzywa 2) – 51 cm; przy ET = 5,0 mm·d–1 (krzywa 3) – 50 cm. Wysokość podsiąku zapewniająca utrzymanie w warstwie korzeniowej gleby MtIIb1 (rys. 3b) wilgotności odpowiadającej pF 1,7 wynosi 51 cm. Wysokość tę określa punkt po-łożony nieznacznie poza zakresem pomiarowym, lecz na styku krzywych 1, 2, 3 odpowiadających średniej wartości ET wynoszącej: 1,5 (krzywa 1), 3,1 (krzywa 2) i 5,7 mm·d–1 (krzywa 3). Wysokość podsiąku wynosząca 51 cm zapewnia zatem wilgotność warstwy korzeniowej odpowiadającą pF 1,7 w warunkach ET wynoszą-cej od 1,5 do 5,7 mm·d–1. Wysokość podsiąku zapewniająca utrzymanie w warstwie korzeniowej badanych gleb wilgotności odpowiadającej pF 2,1 wynosi odpowiednio: 82, 75 i 68 cm na glebie MtIbc oraz 83, 71 i 64 cm na glebie MtIIb1. Wynika stąd, że uwilgotnienie strefy korzeniowej jest funkcją głębokości wody

Page 8: OPTYMALNY POZIOM WODY GRUNTOWEJ JAKO CZYNNIK …€¦ · 306 Woda- Środowisko-Obszary Wiejskie t. 5 z. specj. (14) ... Poziomy wody gruntowej h (cm), pF warstwy korzeniowej gleby

308 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie t. 5 z. specj. (14)

Tabela 2. Poziomy wody gruntowej h (cm), pF warstwy korzeniowej gleby MtIIb1, ewapotranspira-cja rzeczywista ET (mm·d–1) obliczona z równania (1) w okresach o zrównoważonym bilansie wod-nym, wybranych z lat 1976–1981

Table 2. Depth of ground water level h (cm), pF of the MtIIb1 soil root layer, actual evapotranspira-tion ET (mm·d–1) calculated according to equation (1) for the periods with sustained water balance selected from the years 1976–1981

ET w przedziałach ET in intervals Data Date

h pF 0,1–2,0 2,1–4,0 4,1–6,0

06.05.1976 18.05.1976 02.09.1976 08.07.1976 29.07.1976 05.05.1977 18.05.1977 27.05.1977 08.06.1977 28.04.1978 23.05.1978 01.06.1978 07.06.1978 15.06.1979 21.09.1979 25.05.1981 11.08.1981 24.08.1981

56 65 86 91 74 53 65 64 65 58 67 66 78 76 64 68 83 103

1,7 2,0 3,0 2,8 2,8 1,8 2,1 2,3 2,3 1,9 2,1 2,1 2,5 2,8 2,1 2,2 2,3 3,0

1,7 – – – – – – –

1,6 1,8 – – – – – – –

1,0

– 2,7 2,1 2,7 –

3,8 3,5 3,0 – – – –

3,0 –

3,2 3,8 2,6 –

– – – –

4,1 – – – – –

4,1 5,5 –

5,5 – – – –

gruntowej, wielkości rozchodów na ewapotranspirację oraz rodzaju gleby, co po-twierdza wyniki badań modelowych [ŁABĘDZKI, 1997; BRANDYK, 1990; FEDDES, 1971; OLSZTA, 1980; 1981; VIESSER, 1963]. Operowanie głębokością zwierciadła wody gruntowej jako wskaźnikiem stanu uwilgotnienia gleby w okresach susz jest bardzo ogólne i można go wiązać z tzw. optymalną głębokością, w warunkach której podsiąk kapilarny z poziomu wody gruntowej w całości pokrywa rozchody wilgoci na ewapotranspirację. Należy podkreślić, że z praktycznego punktu widze-nia pomiar tej głębokości jest prosty i łatwy do wykonania.

ZALEŻNOŚĆ OPTYMALNEGO POZIOMU WODY GRUNTOWEJ BADANYCH GLEB OD EWAPOTRANSPIRACJI

Optymalny poziom wody gruntowej, zapewniający wilgotność odpowiadającą pF 1,7 w drugim, pF 1,9 w pierwszym i pF 2,1 w trzecim pokosie, skutecznie chro-

Page 9: OPTYMALNY POZIOM WODY GRUNTOWEJ JAKO CZYNNIK …€¦ · 306 Woda- Środowisko-Obszary Wiejskie t. 5 z. specj. (14) ... Poziomy wody gruntowej h (cm), pF warstwy korzeniowej gleby

J. Szajda, W. Olszta: Optymalny poziom wody gruntowej ... 309

Rys. 3. Zależność pF warstwy korzeniowej (0–30 cm) gleb a) MtIbc i b) MtIIb1 użytkowanych jako

łąki od poziomu wody gruntowej h w warunkach różnej ewapotranspiracji rzeczywistej ET

Fig. 3. Relationship between root (0–30 cm) layer pF levels of soils a) MtIbc and b) MtIIb1 used as meadows and the ground water depth h at various actual evapotranspiration levels ET

Page 10: OPTYMALNY POZIOM WODY GRUNTOWEJ JAKO CZYNNIK …€¦ · 306 Woda- Środowisko-Obszary Wiejskie t. 5 z. specj. (14) ... Poziomy wody gruntowej h (cm), pF warstwy korzeniowej gleby

310 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie t. 5 z. specj. (14)

niącą gleby przed niekorzystnymi przemianami po odwodnieniu oraz powodującą maksymalizację plonów bez luksusowego zużycia wody, określono w zależności od wielkości ewapotranspiracji, na podstawie zależności przedstawionych na ry-sunku 3. Optymalny poziom wody gruntowej, zapewniający wilgotność w war-stwie korzeniowej (0–30 cm) odpowiadającą pF: 1,7; 1,9; 2,1 różnicuje się w za-leżności od ewapotranspiracji i rodzaju gleby (rys. 4). Na przykład w warunkach

Rys. 4. Zależność optymalnego poziomu wody gruntowej hopt zapewniającego wilgotność warstwy

korzeniowej gleb a) MtIbc i b) MtIIb1 odpowiadającą wartościom pF 1,7, 1,9 i 2,1 od ewapotranspi-racji rzeczywistej łąki ET

Fig. 4. Relationship between the optimum ground water level hopt ensuring humidity of the root layer in soils a) MtIbc and b) MtIIb1 respective to pF of 1,7, 1,9, 2,1 and actual evapotranspira-

tion of the meadow ET

Page 11: OPTYMALNY POZIOM WODY GRUNTOWEJ JAKO CZYNNIK …€¦ · 306 Woda- Środowisko-Obszary Wiejskie t. 5 z. specj. (14) ... Poziomy wody gruntowej h (cm), pF warstwy korzeniowej gleby

J. Szajda, W. Olszta: Optymalny poziom wody gruntowej ... 311

średniej ewapotranspiracji wynoszącej 3 mm·d–1 głębokość ta wynosi odpowied-nio: 52, 68, 76 cm na glebie MtIbc (rys. 4a) oraz 51, 62, 70 cm na glebie MtIIb1 (rys. 4b). W warunkach średniej ewapotranspiracji 5 mm·d–1, optymalna głębokość zwierciadła wody gruntowej wynosi odpowiednio: 50, 60, 68 cm na glebie MtIbc oraz 51, 58, 64 cm na glebie MtIIb1. Optymalna głębokość zwierciadła wody, za-pewniająca wilgotność odpowiadającą pF 1,7; 1,9 i 2,1 różnicuje się zatem w za-leżności od rodzaju gleby i wielkości ewapotranspiracji, co potwierdza wyniki badań modelowych [ŁABĘDZKI, 1997; BRANDYK, 1990; OLSZTA, 1980; 1981].

Podstawowym kryterium określenia tych głębokości była maksymalna wiel-kość plonów roślin łąkowych w pierwszym (pF 1,9), drugim (pF 1,7) i trzecim (pF 2,1) pokosie [SZAJDA, 1997]. Głębokości optymalne, określone w warunkach pF 2,0 są zbliżone do wartości zmax podanych przez ŁABĘDZKIEGO [1997] dla gleb o średnich zdolnościach przewodzących. Są one natomiast większe od wartości hopt zapewniających w warstwie korzeniowej 10% obj. powietrza, określonych dla kompleksów BC (gleba MtIbc) i C (gleba MtIIb1) przez SZUNIEWICZA, CHURSKĄ i CHURSKIEGO [1992], z pominięciem kryterium plonów oraz zalecanych do sto-sowania przez JURCZUKA [2004].

PODSUMOWANIE

Na podstawie badań przeprowadzonych na zmeliorowanych glebach torfowo-murszowych głębokich (gleba MtIbc) i płytkich (gleba MtIIb1) użytkowanych łąkowo stwierdzono, że optymalny poziom wody gruntowej, zapewniający wilgot-ność odpowiadającą pF = 1,7 w drugim, pF = 1,9 w pierwszym i pF = 2,1 w trze-cim pokosie, skutecznie chroniącą gleby przed niekorzystnymi przemianami i po-wodującą uzyskanie maksymalnych plonów bez nadmiarowego zużycia wody, różnicuje się w zależności od rodzaju gleby i wielkości ewapotranspiracji. Okre-ślone optymalne głębokości zwierciadła wody gruntowej zapewniające taką wil-gotność mogą być wykorzystane do sterowania nawadnianiem tych ekosystemów w celu uzyskania maksymalnych plonów oraz skutecznej ochrony badanych gleb przed degradacją.

LITERATURA

BRANDYK T., 1990. Podstawy regulowania uwilgotnienia gleb dolinowych. Rozpr. Habil. Warszawa: Wydaw. SGGW-AR ss. 120.

FEDDES R. A., 1971. Water, heat and crop growith. Wageningen: H. Veenmon, N. V. Zonen. GAWLIK J., 1992. Wpływ stopnia rozkładu torfu i stanu jego zagęszczenia na właściwości wodno-

retencyjne utworów torfowych. Falenty: Wydaw. IMUZ rozpr. habil. ss. 86. GAWLIK J., SZAJDA J., 2002. Evaluation of changes in soil conditions on peatlands of the Lublin Pole-

sye due to drainage. Acta Agrophys. nr 67 s. 67–76.

Page 12: OPTYMALNY POZIOM WODY GRUNTOWEJ JAKO CZYNNIK …€¦ · 306 Woda- Środowisko-Obszary Wiejskie t. 5 z. specj. (14) ... Poziomy wody gruntowej h (cm), pF warstwy korzeniowej gleby

312 Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie t. 5 z. specj. (14)

JURCZUK S., 2004. Warunki wodne ograniczające straty masy organicznej na łąkach o glebach mur-szowych. Woda Środ. Obsz. Wiej. t. 4 z 2a(11) s. 379-394.

KOWALIK P., ZARADNY H., 1978. Simulation model of the soil water dynamics for layered soil profile with fluctuating water table and water uptake by roots. J. Hydrol. Sci.

ŁABĘDZKI L., 1997. Podstawy nawodnień – uwarunkowania przyrodnicze i rolnicze. Rozpr. Habil. Falenty: Wydaw. IMUZ ss. 147.

OKRUSZKO H., 1988. Zasady podziału gleb hydrogenicznych na rodzaje i łączenia rodzajów w kom-pleksy wilgotnościowo-glebowe. Rocz. Gleb. t. 39 s. 127–152.

OLSZTA W., 1980. Badania nad wpływem zwierciadła wody gruntowej i transpiracji na układ wilgot-ności w profilu gleby torfowo-murszowej metodą modelowania symulacyjnego. Rocz. Gleb. t. 31 nr 3/4.

OLSZTA W., 1981. Badania dynamiki uwilgotnienia gleb, wzrostu traw i prognozowania nawodnień metodą modelowania matematycznego. Falenty: IMUZ rozpr. habil. ss. 155.

SZAJDA J., 1980. Opracowanie metody prognozowania nawodnień w warunkach płytkiego zalegania poziomu wody gruntowej. Sprawozdanie końcowe z tematu PR7.06.02.02.06. Falenty. IMUZ maszyn. ss. 111.

SZAJDA J., 1997. Roślinne i glebowo-wodne wskaźniki ewapotranspiracji łąki na glebie torfowo-murszowej. Rozpr. Habil. Falenty: Wydaw. IMUZ ss. 62.

SZAJDA J., 2000. Wpływ minimalnej głębokości odwodnienia na ciśnienie ssące gleby torfowo-mur-szowej w strefie korzeniowej. W: Problemy ochrony i użytkowania obszarów wiejskich o dużych walorach przyrodniczych. Mater. Ogólnopolskiej Konf. Janów Lubelski, 20–21 październik. Lu-blin: Wydaw. UMCS s. 309–316.

SZAJDA J., OLSZTA W., 2002. Wykorzystanie poziomu wody gruntowej jako wskaźnika uwilgotnienia gleby torfowo-murszowej w warunkach różnej ewapotranspiracji. Woda Środ. Obsz. Wiej. t. 2 z. 2(5) s. 33–45.

SZAJDA J., OLSZTA W., KOWALSKI D., 2003. Klimatyczne i glebowo-wodne wskaźniki środowiska odwodnionych ekosystemów torfowiskowych w aspekcie zrównoważonego rozwoju. Acta Ag-rophys. nr 89 vol. 1(4) s. 759–766.

SZUNIEWICZ J., CHURSKA CZ., CHURSKI T., 1992. Potencjalne hydrogeniczne siedliska wilgotnościowe i ich zróżnicowanie pod względem dyspozycyjnych zapasów wody użytecznej. Bibl. Wiad. IMUZ nr 79 s. 69–93.

VIESSER W. C., 1963. Soil moisture content and evapotranspiration. JCW Tech. Bull. no 31 ZAWADZKI S., 1964. Udział wód w kształtowaniu przemian gleb hydrogenicznych Lubelszczyzny.

Bibl. Wiad. IMUZ nr 14 ss. 124. ZAWADZKI S., 1973. Laboratoryjne oznaczanie zdolności retencyjnych utworów glebowych. Wiad.

IMUZ t. 11 z. 2 s. 11–31.

Page 13: OPTYMALNY POZIOM WODY GRUNTOWEJ JAKO CZYNNIK …€¦ · 306 Woda- Środowisko-Obszary Wiejskie t. 5 z. specj. (14) ... Poziomy wody gruntowej h (cm), pF warstwy korzeniowej gleby

J. Szajda, W. Olszta: Optymalny poziom wody gruntowej ... 313

Jan SZAJDA, Wenanty OLSZTA

OPTIMUM GROUND WATER LEVEL AS A FACTOR IN THE EFFECTIVE PROTECTION

OF MELIORATED PEAT ECOSYSTEMS IN DRY PERIODS

Key words: optimum water level, evapotranspiration, pF of the root layer

S u m m a r y

Based on a study carried out on meliorated peat-moorsh soils both deep (Mtlbc soil) and shallow (MtIIb1 soil) representative for peat ecosystems, the optimum ground water depths have been deter-mined. The depths ensured soil moisture in the root zone respective to pF of 1.7 in the second swath, pF of 1.9 in the first swath and pF of 2.1 in the third swath. These levels effectively protecting soils against unfavourable transformations following dehydration and resulting in the maximum yields without excessive water consumption varied depending on the soil type and evapotranspiration. The optimum levels quoted in this study can be used for controlling irrigation of the studied ecosystems in order to obtain maximum yields and to effectively protect soils against degradation.

Recenzenci: dr inż. Sławomir Chrzanowski doc. dr hab. Leszek Łabędzki

Praca wpłynęła do Redakcji 14.03.2005 r.