An assessment of crop water deficits of the plants growing on the Małopolska Upland (Poland)

• Autorzy: Kowalczyk A. , Łabędzki L. , Kuźniar A. , Kostuch M.

Identyfikatory

DOI

10.1515/jwld-2016-0008

Warianty tytułu

PL

Ocena niedoborów wodnych roślin uprawianych na Wyżynie Małopolskiej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The problem of water scarcity is unfavourable for the economy, with the most significant water deficits felt by agriculture. In Poland water deficits in agriculture are occurring more frequently, causing losses in yield, not only in the Lowland areas but also in the Uplands. This paper presents an assessment of the water deficits at various excedance probability levels for four varieties of field crop and for soil types with various water retention capacity, which occur in the Małopolska Upland. Calculations were performed by balancing the amount of available soil water in the root zone. The study was based on the meteorological data from the Institute of Meteorology and Water Management for the years 1971–2010. Daily precipitation data from six rainfall stations: Borusowa, Igołomia, Książ Wielki, Miechów, Olewin and Sielec was utilised as well as average decadal air temperature, water vapour pressure, wind speed and sunshine hours from the meteorological station at Kraków– Balice. The water deficits at an excedance probability level of 20% fluctuated during the growing season from 5 mm (Phaeozems) to 190 mm (Leptosols). In the Małopolska Upland in soils with a medium capacity to retain water (110–160 mm), water deficits have occurred even in years of average rainfall (with probability 50%). This study confirms the considerable impact of the high variability of the soil and pluvial conditions in the region on the water deficits of the field crops.

PL

Problem niedoboru wody jest niekorzystny dla całej gospodarki, jednak najbardziej i najszybciej niedobory wody odczuwane są w rolnictwie. Na terenie Polski coraz częściej występują braki wody w rolnictwie, i nie tylko, na obszarach położonych na Niżu Polskim, powodując straty w plonach. W pracy przedstawiono ocenę niedoborów wodnych o różnym prawdopodobieństwie przewyższenia, dla czterech gatunków roślin: buraka cukrowego, kukurydzy na ziarno, pszenicy ozimej, ziemniaka późnego oraz na glebach o zróżnicowanych zdolnościach retencyjnych występujących na Wyżynie Małopolskiej. Obliczenia przeprowadzono metodą bilansowania zapasu wody użytecznej w warstwie korzeniowej gleby. W pracy wykorzystano dane meteorologiczne Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej z lat 1971–2010 – dobowe sumy opadów z sześciu stacji (Borusowa, Igołomia, Książ Wielki, Miechów, Olewin i Sielec) oraz średnie dekadowe wartości temperatury powietrza, ciśnienia pary wodnej, prędkości wiatru i usłonecznienia ze stacji meteorologicznej Kraków-Balice. Niedobory wody obliczono metodą bilansowania zapasu wody użytecznej w warstwie korzeniowej gleby za pomocą metody Penmana–Monteitha (ewapotranspiracja wskaźnikowa) [ALLEN et al. 1998; ŁABĘDZKI et al. 2011; 2014]. Badania potwierdziły dużą zmienność warunków glebowych i pluwialnych w tym regionie oraz ich wpływ na niedobory wodne upraw polowych. Niedobory o prawdopodobieństwie przewyższenia 20% wynosiły w okresie wegetacji od 5 mm (na czarnoziemach – Phaeozems) do 190 mm (na rędzinach – Leptosols). Na glebach Wyżyny Małopolskiej o średnich zdolnościach do retencjonowania wody (110–160 mm) niedobory wodne wystąpiły nawet w latach przeciętnych pod względem ilości opadów (o prawdopodobieństwie 50%). W uprawie pszenicy ozimej na czarnoziemach, glebach brunatnych i madach na Wysoczyźnie Proszowickiej niedobory wody nie wystąpiły. Jednocześnie niedobory wody (o prawdopodobieństwie 20%) w uprawie ziemniaka późnego w okresie wegetacyjnym wynoszą od 106 mm (czarnoziemy) do 156 mm (rędziny).

Słowa kluczowe

EN

available soil water; crop water deficits; Małopolska Upland; plants

PL

niedobory wodne; retencja gleb; rośliny uprawne; Wyżyna Małopolska

• Wydawca: Wydawnictwo ITP
• Czasopismo: Journal of Water and Land Development
• Rocznik: 2016
• Tom: no. 29
• Strony: 11--22
• Opis fizyczny: Bibliogr. 50 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kowalczyk A.

• Institute of Technology and Life Sciences at Falenty, Lesser Poland Research Centre in Kraków, Ułanów 21B, 31–450 Kraków, Poland

autor

Łabędzki L.

• Institute of Technology and Life Sciences at Falenty, Kuyavian-Pomeranian Research Centre in Bydgoszcz, Poland

autor

Kuźniar A.

• Institute of Technology and Life Sciences at Falenty, Lesser Poland Research Centre in Kraków, Ułanów 21B, 31–450 Kraków, Poland

autor

Kostuch M.

• Institute of Technology and Life Sciences at Falenty, Lesser Poland Research Centre in Kraków, Ułanów 21B, 31–450 Kraków, Poland

Bibliografia

• ALLEN R.G., PEREIRA L.S., RAES D., SMITH M. 1998. Crop evapotranspiration: Guidelines for computing crop water requirements. FAO Irrigation and Drainage Paper. No. 56. Rome. FAO. ISBN 92-5-104219-5 pp. 300.
• BAC S., KOŹMIŃSKI C., ROJEK M. 1993. Agrometerologia [Agrometeorology]. Warszawa. Wydaw. Nauk. PWN. ISBN 83-01111-14-3 pp. 248.
• BINIAK M., KOSTRZEWA S., ŻYROMSKI A. 2007. Uwarunkowania termiczne i opadowe potrzeb nawadniania w rejonie Wrocławia na przykładzie pszenicy jarej [Thermal and rainfall conditioning of the irrigation needs in the Wrocław region for example of winter wheat]. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych. Z. 526 p. 37–51.
• CHMURA K. 2001. Przyrodnicze i agrotechniczne uwarunkowania uprawy ziemniaka w południowozachodniej Polsce [Natural and agrotechnical conditioning of potato cultivation in southern-western Poland]. Zeszyty Naukowe AR we Wrocławiu. Rozprawy. T. 180. Z. 410 pp. 109.
• CRAMER W., PRENTICE I.C. 1988. Simulation of regional soil moisture deficits on a European scale. Norwegian Journal of Geography. Vol. 42 (2–3) p. 149–151.
• DMOWSKI Z., DZIEŻYC H. 2009. Potrzeby opadowe pszenicy jarej na glebach kompleksów pszennego dobrego i żytniego bardzo dobrego w północno-wschodniej Polsce [Rainfall requirements of winter wheat on the complex of a good wheat soils and on the very good rye soils in northern-eastern Poland]. Acta Agrophysica. Vol. 13. Nr 1 p. 39–48.
• DMOWSKI Z., DZIEŻYC H., NOWAK L. 2008. Ocena wpływu wybranych parametrów opadu i gleby na plonowanie pszenicy jarej w rejonie południowo-zachodnim Polski. [Impact assessment of selected rainfall parameters and the soils in the southern-western region of Poland]. Acta Agrophysica. Vol. 11. Nr 3 p. 613–623.
• DMOWSKI Z., NOWAK L., KRUHLAK A. 2002. Wpływ deszczowania, gęstości sadzenia i zróżnicowanego nawożenia mineralnego na wysokość i jakość plonu ziemniaka [The impact of sprinkling, planting density and mineral fertilisation on quantity and quality of the potato field]. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych. Z. 489 p. 239–247.
• DOORENBOS J., KASSAM A.H. 1979. Yield response to water. FAO Irrigation and Drainage Paper. No. 33. Rome. FAO pp. 176.
• DOORENBOS J., PRUITT W.O. 1977. Guidelines for predicting crop water requirements. FAO Irrigation and Drainage Paper. No. 52. Rome. FAO. ISBN 92-5-400279-8. pp. 156.
• DRAPELA K., DRAPELOVA I. 2011. Application of Mann–Kendall test and the Sen’s slope estimates for trend detection in deposition data from Bílý Kříž (Beskydy Mts., the Czech Republic) 1997–2010. Beskdy Mendel University in Brno. Vol. 4. Iss. 2 p. 133–146.
• DYNOWSKA I., MACIEJEWSKI M. 1991. Dorzecze Górnej Wisły [The Upper Vistula River Basin]. Cz. 1. Ed. I. Dynowska. Warszawa–Kraków. PWN. ISBN 83-01-10317-5 pp. 341.
• DZIEŻYC J. 1988. Rolnictwo w warunkach nawadniania [Agriculture under irrigation]. Warszawa. PWN. ISBN 83-01081-21-X pp. 414.
• DZIEŻYC J., BIESZCZAD S., DMOWSKI Z., DZIEŻYCOWA D., NOWAK L., PANEK K. 1980. Wskaźniki spadku plonów wskutek niedoboru i nadmiaru opadów w krainie Wielkich Dolin [The indicators of the yield decrease as a result of a deficit and surplus of precipitation in the land of the Great Valleys]. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych. Melioracje. T. 23. Z. 128 p. 45–55.
• DZIEŻYC J., DMOWSKI Z., NOWAK L., PANEK K. 1986. Modele oceny strat w produkcji polowej wskutek niedoboru opadów [Assessment models of the losses in the field production as a result of rainfall deficits]. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych. Z. 268 p. 186–204.
• DZIEŻYC J., NOWAK L. 1992. Wpływ nawodnienia deszczownianego na produkcję polową [The impact of sprinkler irrigation on the field production]. Roczniki Akademii Rolniczej w Poznaniu. R. 234 p. 5–15.
• DZIEŻYC J., NOWAK L., PANEK K. 1987a. Dekadowe wskaźniki potrzeb opadowych roślin uprawnych w Polsce [The decade indicators of the rainfall needs of the crops cultivated in Poland]. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych. Z. 314 p. 11–33.
• DZIEŻYC J., NOWAK L., PANEK K. 1987b. Średnie regionalne niedobory opadów i potrzeby deszczowania roślin uprawnych na glebach lekkich i średnich [Average regional rainfall deficits and sprinkling requirements of the crops grown on the light and medium soils]. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych. Z. 314 p. 35–47.
• FABER A. 2002. Środowiskowe uwarunkowania produkcji roślinnej w Polsce i Europie według symulacji CGMS [Environmental conditions of the crop production in Poland and Europe according to the CGMS simulations]. Pamiętniki Puławskie. Z. 130(1) p. 137–151.
• IUSS Working Group WRB 2006. World reference base for soil resources. 2nd ed. World Soil Resources Reports. No. 103. Rome. FAO. ISBN 92-5-105511-4 pp. 132.
• JONES H.G. 2007. Monitoring plant and soil water status: established and novel methods revisited and their relevance to studies of drought tolerance. Journal of Experimental Botany. Vol. 58. Iss. 2 p. 119–130.
• KACA E., ŁABĘDZKI L., LUBBE J. 2011. Gospodarowanie wodą w rolnictwie w obliczu ekstremalnych zjawisk pogodowych [Water management in agriculture the face of extreme weather events]. Postępy Nauk Rolniczych. Nr 1 p. 37–49.
• KĘDZIORA A., KĘPIŃSKA-KASPRZAK M., KOWALCZAK P., KUNDZEWICZ Z.W., MILER A., PIERZGALSKI E., TOKARCZYK T. 2014. Zagrożenia związane z niedoborem wody [The risks related to the water deficits]. Nauka. Nr 1 p. 149–172.
• KNOX J.W., WEATHERHEAD E.K., BRADLEY R.I. 1996. Mapping the spatial distribution of volumetric irrigation water requirements for maincrop potatoes in England and Wales. Agricultural Water Management. Vol. 31. Iss. 1–2 p. 1–15.
• KONDRACKI J.A. 2011. Geografia regionalna Polski [Regional geography of Poland]. Warszawa. Wydaw. Nauk. PWN. ISBN 978-83-01-16022-7 pp. 444.
• KOWALCZYK A., KUŹNIAR A., ŁABĘDZKI L. 2014. Bieżąca ocena potrzeb i niedoborów wodnych roślin uprawnych z zastosowaniem automatycznego monitoringu i modelowania matematycznego [Operational assessment of crop water requirements and deficits using automatic meteorological monitoring and mathematical modelling]. Problemy Inżynierii Rolniczej. Z. 2(84) s. 87–102.
• ŁABĘDZKI L. 1996. Niedobory wodne upraw rolniczych jako wskaźnik potrzeb małej retencji. W: Potrzeby i możliwości zwiększania retencji wodnej na obszarach wiejskich [The crop water deficits as an indicator of small water retention needs. In: The needs and possibilities to increase water retention in the rural areas]. Materiały Seminaryjne. Nr 37. Falenty. Wydaw. IMUZ p. 34–62.
• ŁABĘDZKI L. 2006. Susze rolnicze – zarys problematyki oraz metody monitorowania i klasyfikacji [Agricultural droughts – an outline of the problems and methods for monitoring and classification]. Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie. Rozprawy Naukowe i Monografie. Nr 17. ISBN 83-88763-63-6 pp. 107.
• ŁABĘDZKI L., BĄK B., KANECKA-GESZKE E., KASPERSKA-WOŁOWICZ W., SMARZYŃSKA K. 2008. Związek między suszą meteorologiczną i rolniczą w różnych regionach agroklimatycznych Polski [Relationship between meteorological and agricultural drought in different agro-climatic Polish regions]. Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie. Rozprawy naukowe i monografie. Nr 25. ISBN 978-83-61875-03-1 pp. 137.
• ŁABĘDZKI L., BĄK B., SMARZYŃSKA K. 2014. Spatial-temporal variability and trends of Penman–Monteith reference evapotranspiration (FAO-56) in 1971–2010 under climatic conditions of Poland. Polish Journal of Environmental Studies. Vol. 23. No. 6 p. 2083–2091. DOI: 10.15244/pjoes/27816.
• ŁABĘDZKI L., KANECKA-GESZKE E., BĄK B., SŁOWIŃSKA S. 2011. Estimating reference evapotranspiration using the FAO Penman–Monteith method for climatic conditions of Poland. In: Evapotranspiration. Ed. L. Łabędzki. Rijeka. InTech. p. 275–294.
• NYC K., POKŁADEK R. 2009. Eksploatacja systemów melioracyjnych podstawą racjonalnej gospodarki wodnej w środowisku przyrodniczo-rolniczym [Operation of the land drainage systems, the basis for rational use of water in the natural and agricultural environment]. Współczesne Problemy Inżynierii Środowiska. T. 14. Wrocław. Wydaw. UP we Wrocławiu. ISBN 978-83-60574-69-0 pp. 82.
• OSTROWSKI J. 1996. Baza danych glebowo-kartograficznych – struktura i użytkowanie [The database of soil-mapping – the structure and operation]. Systemy informacji przestrzennej. Materiały VI Konferencji Naukowo-Technicznej. Warszawa. PTIP p. 471–480.
• OSTROWSKI J., ŁABĘDZKI L., KOWALIK W., KANECKA-GESZKE E., KASPERSKA-WOŁOWICZ W., SMARZYŃSKA K., TUSIŃSKI E. 2008. Atlas niedoborów wodnych roślin uprawnych i użytków zielonych w Polsce [Atlas of the water deficits of cultivated plants and grasslands in Poland]. Falenty. Wydaw. IMUZ pp. 19 + 32 maps.
• PANASIEWICZ K., KOZIARA W. 2007. Plonowanie i wartość siewna ziarna pszenicy ozimej w zależności od uwarunkowań wodnych i sposobu uprawy roli [Yielding and seeding value of winter wheat, depending on the water conditions and the method of cultivation]. Fragmenta Agronomica. Vol. 24. Nr 4(96) p. 65–71.
• PANEK K. 1993. Wpływ ilości opadów na plonowanie zbóż w zależności od poziomu nawożenia, zwięzłości gleby i rejonu uprawy [The impact of rainfall on the crop yields, depending on the fertilization level, texture of soil, and the region of cultivation]. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych. Z. 314 p. 119–135.
• PEREIRA L.S., TEODORO P.R., RODRIGUEZ P.N., TEIXEIRA J.L. 2003. Irrigation scheduling simulation: The model ISAREG. In: Tools for drought mitigation in Mediterranean regions. Eds G. Rossi, A. Cancelliere, L.S. Pereira, T. Oweis, M. Shatanawi, A. Zairi. Dordrecht. Kluwer p. 161–180.
• PEREIRA L.S., VAN DEN BROEK B.J., KABAT P., ALLEN R.G. (eds) 1995. Crop-water-simulation models in practice. Wageningen Press. ISBN 907413426 pp. 339.
• ROGUSKI W., SARNACKA S., DRUPKA S. 1988. Instrukcja wyznaczania potrzeb i niedoborów wodnych roślin uprawnych i użytków zielonych [Instruction for calculating the requirements and water deficits of field crops and grassland]. Materiały Instruktażowe. Nr 66. Falenty. IMUZ pp. 90.
• RZEKANOWSKI CZ., ŻARSKI J., ROLBIECKI S. 2011. Potrzeby, efekty i perspektywy nawadniania roślin na obszarach szczególnie deficytowych w wodę [The needs, effects and prospects of crop irrigation in the areas of particular deficit of water]. Postępy Nauk Rolniczych. T. 63. Nr 1 p. 51–63.
• SMITH M. 1992a. CROPWAT: A computer program for irrigation planning and management. FAO Irrigation and Drainage Paper. No. 46. Rome. FAO pp. 132.
• SMITH M. 1992b. Report on the expert consultation on revision of FAO methodologies for crop water requirements. Rome. FAO pp. 54.
• PTG 2011. Systematyka gleb Polski [Systematics of the Polish soils]. Roczniki Gleboznawcze. Warszawa. T. 62. Nr 3 pp. 195.
• TAO F., YOKOZAWA M., HAYASHI Y., LIN E. 2003. Changes in agricultural water demands and soil moisture in China over the last half-century and their effects on agricultural production. Agricultural and Forest Meteorology. Vol. 118. Iss. 3–4 p. 251–261.
• TAO F., YOKOZAWA M., ZHANG Z. 2009. Modelling the impacts of weather and climate variability on crop productivity over a large area: A new process-based model development, optimization, and uncertainties analysis. Agricultural and Forest Meteorology. Vol. 149. Iss. 5 p. 831–850.
• TEIXEIRA J.L. PEREIRA L.S. 1992. ISAREG, an irrigation scheduling simulation model. ICID Bulletin. Vol. 41. Iss. 2 p. 29–48.
• THOMAS A. 2000. Climatic changes in yield index and soil water deficit trends in China. Agricultural and Forest Meteorology. Vol. 102. Iss. 2–3 p. 71–81.
• WALCZAK R., OSTROWSKI J. WITKOWSKA-WALCZAK B., STAWIŃSKI C. 2002. Hydrofizyczne charakterystyki mineralnych gleb ornych Polski [Hydrophysical characteristics of the mineral arable soils in Poland]. Acta Agrophysica. Monogr. T. 79. ISBN 1234-4125 pp. 64.
• ŻARSKI J. 2006. Potrzeby i efekty nawadniania zbóż. W: Nawadnianie roślin [The needs and the effects of irrigation on cereals In: Crop irrigation]. Ed. S. Karczmarczyk, L. Nowak. Warszawa. PWRiL p. 383–403.
• ŻARSKI J., DUDEK S. 2009. Zmienność czasowa potrzeb nawadniania wybranych roślin w regionie Bydgoszczy. [The temporal variation of the irrigation needs of selected plants in the region of Bydgoszcz]. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich. Nr 3 p. 141–149.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.