Szacowanie wartości ładunku azotu ogólnego odprowadzanego ze zlewni rolniczych w kontekście zmian sposobu realizacji dyrektywy azotanowej

Wilk, Paweł; Orlińska-Woźniak, Paulina; Szalińska, Ewa

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Szacowanie wartości ładunku azotu ogólnego odprowadzanego ze zlewni rolniczych w kontekście zmian sposobu realizacji dyrektywy azotanowej

Autorzy

Wilk Paweł , Orlińska-Woźniak Paulina , Szalińska Ewa

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

Warianty tytułu

Assessment of total nitrogen loads discharged from agricultural catchments in the context of changes in the nitrates directive implementation

Języki publikacji

Abstrakty

Znowelizowana ustawa Prawo Wodne wraz z „Programem działań mającym na celu zmniejszenie zanieczyszczenia wód azotanami pochodzącymi ze źródeł rolniczych oraz zapobieganie dalszemu zanieczyszczeniu” została przyjęta w sierpniu 2018 r. Nowe przepisy całkowicie zmieniły sposób wdrażania dyrektywy azotanowej, uznając cały kraj jako jeden wielki obszary szczególnego narażenia (OSN). Dodatkowo wyznaczyły obszary „bieguna zimna” i „bieguna ciepła”, gdzie terminy nawożenia odpowiednio skrócono lub wydłużono. Nowe przepisy obowiązują zbyt krótko, żeby można było na podstawie danych monitoringowych odpowiedzieć na pytanie, czy są skuteczne i rzeczywiście spowodowały ograniczenie ładunku azotu wprowadzanego do wód powierzchniowych. W artykule przedstawiono możliwość wykorzystania makromodelu DNS/SWAT, jako narzędzia prognostycznego, na podstawie którego zbudowano trzy scenariusze wariantowe symulujące skutki ograniczenia lub wydłużenia okresów nawożenia w przykładowej zlewni Przymorza (rzeka Słupia, profil Charnowo). Otrzymane wyniki pozwoliły precyzyjnie określić zarówno wartości ładunku azotu ogólnego w wybranym profilu obliczeniowym, jak i przewidywany stopień jego zmniejszenia lub zwiększenia w zależności od przyjętej długości okresu nawożenia. Wyniki symulacji wykazały jednoznacznie, że bardziej restrykcyjne przepisy dotyczące okresów nawożenia wpłyną na zmniejszenie ładunku azotu w wodach powierzchniowych. Powstałe w ostatnim czasie narzędzia, takie jak Polski Atlas Natężeń Deszczów (PANDa), mogą znacząco poprawić weryfikację użytych modeli, w których moduł meteorologiczny odgrywa podstawową rolę, tak jak ma to miejsce w przypadku makromodelu DNS/SWAT przystosowanego do prowadzenia analiz jakości wód, ze szczególnym uwzględnieniem zabiegów agrotechnicznych prowadzonych w zlewni.

The amended Water Law Act together with the “Program of measures aimed at reducing the pollution of waters with nitrates from agricultural sources and prevention of further pollution” was adopted in August 2018. The new regulations completely changed the implementation of the Nitrates Directive, recognizing the whole country as one large area of NVZ (nitrate vulnerable zone). In addition, “pole of cold” and “pole of heat” areas were designated where fertilization timelines were shortened or extended accordingly. It is too early to confirm the efficiency of the new regulations based on monitoring data or quantify their contribution to limiting nitrogen load in surface waters. Therefore, in this article, a DNS/SWAT macromodel was employed as a prognostic tool to develop three variant scenarios simulating the effects of limitation or extension of fertilization periods in the exemplary catchment of Przymorze (Slupia river, Charnowo profile). The results obtained allowed for a precise determination of both the total nitrogen load in the selected calculation profile and the anticipated degree of its reduction or increase depending on the assumed length of the fertilization period. The results indicate that more restrictive regulations regarding fertilization periods translate into a reduction in total nitrogen load in surface waters. Recently developed tools such as Polish Atlas of Rainfall Intensity (PANDa rainfall model) may significantly improve validation of the models employed. In these models, the meteorological module plays a central role like in the DNS/SWAT macromodel equipped to perform water quality analyses with a particular focus on agrotechnical measures implemented in the catchment.

Słowa kluczowe

ochrona wód powierzchniowych nawozy azotowe azot ogólny azotany dyrektywa azotanowa obszary szczególnie narażone (OSN) biegun zimna biegun ciepła makromodel DNS/SWAT

surface water protection nitrogen fertilizers total nitrogen nitrates nitrates directive nitrate vulnerable zone (NVZ) pole of cold pole of heat DNS/SWAT macromodel

Wydawca

Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski

Czasopismo

Ochrona Środowiska

Rocznik

2019

Tom

Vol. 41, nr 1

Strony

55--64

Opis fizyczny

Bibliogr. 42 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Wilk Paweł

autor

Orlińska-Woźniak Paulina

autor

Szalińska Ewa

Bibliografia

1. K. OBOLEWSKI: Ocena jakości wód powierzchniowych na obszarach zurbanizowanych z wykorzystaniem makrobezkręgowców na przykładzie rzeki Słupi (Use of macroinvertebrates as bioindicators for the assessment of surface water quality in urban areas: A case study). Ochrona Środowiska 2010, vol. 32, nr 2, ss. 35–42.
2. E. L. GALLO, T. MEIXNER, H. AOUBID, K. A. LOHSE, P. D. BROOKS: Combined impact of catchment size, land cover, and precipitation on streamflow and total dissolved nitrogen: A global comparative analysis. Global Biogeochemical Cycles 2015, Vol. 29, No. 7, pp. 1109–1121.
3. B. GRIZZETTI, P. PASSY, G. BILLEN, F. BOURAOUI, J. GARNIER, L. LASSALETTA: The role of water nitrogen retention in integrated nutrient management: Assessment in a large basin using different modelling approaches. Environmental Research Letters 2015, Vol. 10, No. 6, 065008.
4. I. HUTTUNEN, H. LEHTONEN, M. HUTTUNEN, V. PIIRAINEN, M. KORPPOO, N. VEIJALAINEN, M. VIITASALO, B. VEHVILÄINEN: Effects of climate change and agricultural adaptation on nutrient loading from Finnish catchments to the Baltic Sea. Science of the Total Environment 2015, Vol. 529, pp. 168–181.
5. A. L. HANSEN, C. DONNELLY, J. C. REFSGAARD, I. B. KARLSSON: Simulation of nitrate reduction in groundwater – an upscaling approach from small catchments to the Baltic Sea basin. Advances in Water Resources 2018, Vol. 111, pp. 58–69.
6. Baltic Marine Environment Protection Commission (HELCOM): State of the Baltic Sea – Second HELCOM Holistic Assessment 2011–2016. Baltic Sea Environment Proceedings 155, HELCOM, Helsinki (Finland) 2018.
7. A. SAPEK: Rolnictwo polskie i ochrona jakości wody, zwłaszcza wody Bałtyku. Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie 2010, t. 10, z. 1(29), ss. 175–200.
8. A. PASTUSZAK, J. IGRAS [Eds.]: Temporal and Spatial Differences in Emission of Nitrogen and Phosphorus from Polish Territory to the Baltic Sea. National Marine Fisheries Research Institute, Gdynia-Puławy 2012.
9. HELCOM Copenhagen Ministerial Declaration. Taking Further Action to Implement the Baltic Sea Action Plan – Reaching Good Environmental Status for a healthy Baltic Sea. Baltic Marine Environment Protection Commission, Copenhagen (Denmark) 2013.
10. Updated Fifth Baltic Sea Pollution Load Compilation (PLC-5.5). Baltic Sea Environment Proceedings No. 145, Baltic Marine Environment Protection Commission, Helsinki (Finland) 2015.
11. W. JARECKI, D. BOBRECKA-JAMRO: Zużycie środków do produkcji rolniczej w Polsce w kontekście retardacji przemian rolniczej przestrzeni produkcyjnej (The consumption of basic production means in Polish agriculture in respect to sustainable development of agriculture and rural areas). Inżynieria Ekologiczna 2013, vol. 34, ss. 121–128.
12. W. SROKA, W. MUSIAL: Wariantowa projekcja zużycia nawozów mineralnych w Polsce na lata 2014–2025. Journal of Agribusiness and Rural Development 2015, nr 2(36), ss. 291–302.
13. M. PINIEWSKI, I. KARDEL, M. GIEŁCZEWSKI, P. MARCINKOWSKI, T. OKRUSZKO: Climate change and agricultural development: Adapting Polish agriculture to reduce future nutrient loads in a coastal watershed. Ambio 2014, Vol. 43, No. 5, pp. 644–660.
14. A. E. LAWNICZAK, J. ZBIERSKA, B. NOWAK, K. ACHTENBERG, A. GRZEŚKOWIAK, K. KANAS: Impact of agriculture and land use on nitrate contamination in groundwater and running waters in central-west Poland. Environmental Monitoring and Assessment 2016, Vol. 188, 172.
15. M. ZIELIŃSKA: Wpływ działalności rolniczej na proces eutrofizacji Bałtyku. Strategia UE dla regionu Morza Bałtyckiego. Biuletyn Analiz UKIE 2010, nr 19.
16. Fifth Baltic Sea Pollution Load Compilation (PLC-5). Baltic Sea Environment Proceedings No. 128, Helsinki Commission, Helsinki (Finland) 2011.
17. M. PASTUSZAK, T. KOWALKOWSKI, J. KOPIŃSKI, A. DOROSZEWSKI, B. JURGA, B. BUSZEWSKI: Longterm changes in nitrogen and phosphorus emission into the Vistula and Oder catchments (Poland) – modeling (MONERIS) studies. Environmental Science and Pollution Research 2018, Vol. 25, No. 29, pp. 29734–29751.
18. M. PASTUSZAK, A. C. BRYHN, L. HÅKANSON, P. STÅLNACKE, M. ZALEWSKI, T. WODZINOWSKI: Reduction of nutrient emission from Polish territory into the Baltic Sea (1988–2014) confronted with real environmental needs and international requirements. Oceanological and Hydrobiological Studies 2018, Vol, 47, No. 2, pp. 140–166.
19. P. WILK, A. GRABARCZYK: Using on-line analyzers and RAC parameters to determine the amount of TN and TP pollutants discharged from Poland into the Baltic Sea. Geology, Geophysics and Environment 2018, Vol. 44, No. 2, pp. 209–218.
20. Sprawozdanie specjalne: Przeciwdziałanie eutrofi zacji w Morzu Bałtyckim – wymagane są dalsze, bardziej skuteczne działania. Europejski Trybunał Obrachunkowy, Luksemburg 2016 (https://www.eca.europa.eu/Lists/ECADocuments/SR16_03/SR_BALTIC_PL.pdf)
21. Rozporządzenie Ministra Środowiska z 19 lipca 2016 r. w sprawie form i sposobu prowadzenia monitoringu jednolitych części wód powierzchniowych i podziemnych. Dziennik Ustaw 2016, poz. 1178.
22. E. BAZAN, M. Y. JABER, S. ZANONI: A review of mathematical inventory models for reverse logistics and the future of its modeling: An environmental perspective. Applied Mathematical Modelling 2016, Vol. 40, No. 5–6, pp. 4151–4178.
23. J. L. MARTIN, S. C. McCUTCHEON: Hydrodynamics and Transport for Water Quality Modeling. CRC Press, Boca Raton 2018.
24. J. PINHO, R. FERREIRA, L. VIEIRA, D. SCHWANENBERG: Comparison between two hydrodynamic models for flooding simulations at river Lima basin. Water resources management 2015, Vol. 29, No. 2, pp. 431–444.
25. C. ROSENZWEIG, J. ELLIOTT, D. DERYNG, A. C. RUANE, C. MÜLLER, A. ARNETH, K. J. BOOTE, C. FOLBERTH, M. GLOTTER, N. KHABAROV, K. NEUMANN, F. PIONTEK, T. A. M. PUGH, E. SCHMID, E. STEHFEST, H. YANG, J. W. JONES: Assessing agricultural risks of climate change in the 21st century in a global gridded crop model intercomparison. Proceedings of the National Academy of Sciences 2014, Vol. 111, No. 9, pp. 3268–3273.
26. B. LIN, X. CHEN, H. YAO, Y. CHEN, M. LIU, L. GAO, A. JAMES: Analyses of landuse change impacts on catchment runoff using different time indicators based on SWAT model. Ecological Indicators 2015, Vol. 58, pp. 55–63.
27. L. ZHANG, Z. NAN, W. YU, Y. GE: Modeling land-use and land-cover change and hydrological responses under consistent climate change scenarios in the Heihe River Basin, China. Water Resources Management 2015, Vol. 29, No. 13, pp. 4701–4717.
28. R. M. PRUSTY, A. DAS, K. C. PATRA: Climate change impact assessment under CORDEX South-Asia RCM scenarios on water resources of the Brahmani and Baitarini River Basin, India. Proceedings of International Conference on Sustainable Technologies for Intelligent Water Management Roorkee (India) 2018.
29. Y. BROUZIYNE, A. ABOUABDILLAH, A. HIRICH, R. BOUABID, R. ZAABOUL, L. BENAABIDATE: Modeling sustainable adaptation strategies toward a climate-smart agriculture in a Mediterranean watershed under projected climate change scenarios. Agricultural Systems 2018, Vol. 162, pp. 154–163.
30. M. S. OSTOJSKI: Modelowanie procesów odprowadzania do Bałtyku związków biogennych na przykładzie azotu i fosforu ogólnego. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2012.
31. P. WILK, P. ORLIŃSKA-WOŹNIAK, J. GĘBALA: The river absorption capacity determination as a tool to evaluate state of surface water. Hydrology and Earth System Sciences 2018, Vol. 22, No. 2, pp. 1033–1050.
32. Rozporządzenie Rady Ministrów z 5 czerwca 2018 r. w sprawie przyjęcia „Programu działań mających na celu zmniejszenie zanieczyszczenia wód azotanami pochodzącymi ze źródeł rolniczych oraz zapobieganie dalszemu zanieczyszczeniu”. Dziennik Ustaw 2018, poz. 1339.
33. Dyrektywa 2000/60/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z 23 października 2000 r. ustanawiająca ramy wspólnotowego działania w dziedzinie polityki wodnej. Dziennik Urzędowy Współnot Europejskich 2000, L 327.
34. Dyrektywa Rady z 12 grudnia 1991 r. dotycząca ochrony wód przed zanieczyszczeniami powodowanymi przez azotany pochodzenia rolniczego (91/676/EWG). Dziennik Urzędowy Współnot Europejskich 1991, L 375.
35. Ustawa z 20 lipca 2017 r. Prawo wodne. Dziennik Ustaw 2017, poz. 1566.
36. Ocena wyznaczonych w Polsce stref wrażliwych na zanieczyszczenie związkami azotu. Kontrakt 2006/441164/MAR//B1 Wdrażanie Dyrektywy Azotanowej (91/676/EWG) Zadanie 3. Alterra, Nauki Przyrodnicze, Uniwersytet i Ośrodek Badawczy Wageningen, Wageningen (Holandia) 2007.
37. A. NIERÓBCA, J. KOZYRA, K. MIZAK, E. WRÓBLEWSKA: Zmiana długości okresu wegetacyjnego w Polsce. Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie 2013, t. 13, z. 2, ss. 81–94.
38. Plan Rozwoju Obszarów Wiejskich na lata 2004–2006. Ministerstwo Rolnictwa i Rozwoju Wsi, Warszawa 2004.
39. F. LIN, X. CHEN, H. YAO: Evaluating the use of Nash-Sutcliffe efficiency coefficient in goodness-of-fi t measures for daily runoff simulation with SWAT. Journal of Hydrologic Engineering 2017, Vol. 22, No. 11, 05017023.
40. P. WILK, P. ORLIŃSKA-WOŹNIAK, J. GĘBALA, M. OSTOJSKI: The flattening phenomenon in a seasonal variability analysis of the total nitrogen loads in river waters. Czasopismo Techniczne 2017, Vol. 11, pp. 137–159.
41. E. BURSZTA-ADAMIAK, P. LICZNAR: Analiza struktury czasowej opadów maksymalnych Polskiego Atlasu Natężeń Deszczów (PANDa). Instal 2018, nr 3, ss. 49–53.
42. E. SZALIŃSKA, P. ORLIŃSKA-WOŹNIAK, P. WILK: Nitrate vulnerable zones revision in Poland – assessment of environmental impact and land use conflicts. Sustainability 2018, Vol. 10, No. 9, 3297.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-110ce803-b4e4-4c4d-a5cc-6d261d348a85