Rolnictwo jako jedno ze źródeł fosforu ogólnego w wodach rzeki Ślina

Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych nr 49, 2011 r.
Małgorzata Rauba*, Ewa Rauba**
ROLNICTWO JAKO JEDNO ZE ŹRÓDEŁ FOSFORU OGÓLNEGO
W WODACH RZEKI ŚLINa
AGRICULTURE AS ONE OF TOTAL PHOSPHORUS SOURCES
IN THE RIVER ŚLINA WATER
Słowa kluczowe: fosfor ogólny, wody powierzchniowe, eutrofizacja, nawozy.
Keywords: total phosphorus, surface water, eutrophication, fertilizers.
It is difficult to control the size of area pollution. One of the main European Union law on
this problem is Directive 2000/60/EC of the European Parliament and the Council of 23
October 2000 establishing a framework for Community action in the field of water policy,
known as the Water Framework Directive (WFD). The first step in reducing the inflow of nutrients
into the waters was to develop and implement Council Directive 91/676/EEC of 12
December 1991 concerning the protection of waters against pollution caused by nitrates
from agricultural sources (Text with EEA relevance 31 December 1991) known as the Nitrates
Directive. The second step will be to develop directives phosphate, which is to restrict
the flow of phosphorus compounds from source area, as the phosphorus is one of the
basic ingredients that lead to disturbances in the environment cause such eutrophication.
Resources available to plants of phosphorus in soils used for agriculture are low.
Despite the small migration of phosphorus in the soil, its content in the surface waters is significant.
It is estimated that the main source of eutrophication caused by phosphorus are a farm
manure – 34 %, to a lesser manure from households – 24 %, and mineral fertilizers – 16 %.
The object of research over the content of total phosphorus in river waters Ślina was a river
situated in south-western part of Podlaskie.
The study was conducted in 2008–2009 in 19 permanent research points located in areas
not exposed to water from tributaries of the farms and animal farms.
* Dr inż. Małgorzata Rauba – Politechnika Białostocka , Zamiejscowy Wydział Leśny
w Hajnówce, ul. Piłsudskiego 8, 17-200 Hajnówka; tel.: 85 682 95 08 w. 17;
e-mail: m.rauba@pb.edu.pl
** Dr inż. Ewa Rauba – Politechnika Białostocka, Wydział Zarządzania, ul. O. Tarasiuka 2,
16-001 Kleosin; tel.: 85 746 98 48; e-mail: erauba@o2.pl
328

Rolnictwo jako jedno ze źródeł fosforu ogólnego w wodach rzeki Ślina
1. WPROWADZENIE
Zwiększanie się liczebności populacji ludzi sprawiło, że rolnictwo, opierające się pierwotnie
wyłącznie na wykorzystaniu potencjału przyrody, nie potrafiło już sprostać zwiększonym
potrzebom konsumpcyjnym i przeszło z formy ekstensywnej na intensywną, nastawioną
na uzyskanie jak najszybciej, jak największej ilości produktów. Stało się to możliwe dzięki
stosowaniu nawozów mineralnych, zawierających substancje pokarmowe w dawkach, które
wielokrotnie przewyższają ich zawartość w nawozach naturalnych. Składniki te w nawozach
mineralnych są łatwiej i szybciej przyswajane przez rośliny.
Dostępność nawozów mineralnych i wyraźne zwiększenie produkcji spowodowały, że
w wielu gospodarstwach rolnych ilość stosowanych nawozów przekroczyła zapotrzebowanie
roślin na określone składniki pokarmowe. Dodatkowo gleba wzbogacana była w nawozy
naturalne. Nadmiar związków biogennych pozostawał w glebie oraz przedostawał się do
wód podziemnych i powierzchniowych.
Trudno jest kontrolować wielkość zanieczyszczeń obszarowych. Problematykę tę bardzo
ogólnie porusza między innymi podstawowy akt prawny Unii Europejskiej, kształtujący
jej politykę – dyrektywa 2000/60/EC Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 23 października
2000 roku w sprawie ustanowienia ram dla działalności Wspólnoty w dziedzinie polityki
wodnej, zwana Ramową Dyrektywą Wodną (RDW). Trzeba jednak zdawać sobie sprawę
jak trudne jest ścisłe określenie konkretnych wymagań dotyczących ograniczania zanieczyszczeń
obszarowych, w tym także pochodzenia rolniczego, dlatego też Ramowa Dyrektywa
Wodna zaleca jedynie stosowanie najlepszych praktyk w zakresie ochrony środowiska.
Pierwszym krokiem w ograniczeniu dopływu biogenów do wód było opracowanie
i wdrożenie dyrektywy Rady 91/676/EWG z dnia 12 grudnia 1991 r., dotyczącej ochrony
wód przed zanieczyszczeniami powodowanymi przez azotany pochodzenia rolniczego
zwaną dyrektywą azotanową. Drugim krokiem ma być opracowanie dyrektywy fosforanowej,
która ma ograniczać dopływ związków fosforu ze źródeł obszarowych, jako że fosfor
jest jednym z podstawowych składników prowadzących do zaburzeń w środowisku naturalnym,
powodujących m.in. jego eutrofizację [Kupiec, Zbierska 2010].
Główną drogą wędrówki fosforu do wód powierzchniowych jest spływ powierzchniowy.
Woda w kontakcie z powierzchnią gleby rozpuszcza zawarte w niej fosforany oraz unosi
lekki i luźny materiał w postaci resztek roślinnych, pozostałości nawozów naturalnych oraz
mineralnych [Steineck i in. 2002]. Pierwszym etapem spływu powierzchniowego jest rozpuszczanie,
desorpcja i ekstrakcja związków fosforu z gleby przez wodę opadową, a drugim
– rzeczywisty transport [Durkowski 1997].
Mimo niewielkiej migracji fosforu w glebie, jego zawartość w wodach powierzchniowych
jest znaczna. Szacuje się, że głównym źródłem eutrofizacji powodowanej przez fosfor są
odchody hodowlane (34%), w mniejszym stopniu odchody bytowe (24%) oraz nawozy mineralne
(16%).
329

Małgorzata Rauba, Ewa Rauba
Celem badań było wykazanie, że działalność rolnicza jest jedną z przyczyn zwiększania
się ilości fosforu ogólnego w wodach rzecznych zlewni użytkowanej rolniczo.
2. MATERIAŁY I METODY
Obiektem badań była rzeka Ślina, położona w południowo-zachodniej części województwa
podlaskiego. Zlewnia tej rzeki znajduje się w obrębie dwóch powiatów: białostockiego
i wysokomazowieckiego (rys. 1). Granicę zlewni od północy wyznacza ujście Śliny do
rzeki Narew w miejscowości Targonie Wielkie.
Rys. 1. Lokalizacja punktów badawczych na rzece Ślina
Fig. 1. Location of research points on the River Ślina
Rzeka Ślina jest III-rzędowym, lewobrzeżnym dopływem Narwi. Wpada do niej na 270
km jej biegu. Jest to rzeka w całości uregulowana. Długość Śliny wynosi około 38 km, sze-
330

Rolnictwo jako jedno ze źródeł fosforu ogólnego w wodach rzeki Ślina
rokość – od 1,5 do 5 m, a głębokość nie przekracza 1 m. Na pewnych odcinkach jest ona
ciekiem okresowym, wody zanikają w piaskach.
Zlewnia rzeki ma typowy charakter rolniczy bez istotnych punktowych źródeł zanieczyszczeń,
w związku z tym można przypuszczać, że fosfor pochodził głównie z zanieczyszczeń
obszarowych.
Próbki wód powierzchniowych pobierano w 19 stałych punktach na długości całej rzeki
(rys. 1) w latach 2008–2009, w sezonie wczesnowiosennym (marzec/kwiecień, maj), letnim
(czerwiec, sierpień) i jesiennym (wrzesień, listopad). Punkty poboru prób wód powierzchniowych
zlokalizowano w miejscach oddalonych od osiedli wiejskich i ferm hodowlanych,
aby ograniczyć ewentualny dopływ ścieków bytowo-gospodarczych i hodowlanych.
W pobranych próbkach wód oznaczono stężenie fosforu ogólnego metodą spektrofotometryczną
za pomocą spektrofotometru DR/2000 firmy HACH, zgodnie z metodyką tej firmy.
W badanych wodach zbadano również stężenie tlenu rozpuszczonego zmodyfikowaną
metodą Winklera, zgodnie z metodyką firmy HACH. W celu sprawdzenia poziomu nawożenia
fosforem, wśród rolników gospodarujących na obszarze zlewni w 2008 roku przeprowadzono
badania ankietowe, do których wybrano 119 gospodarstw leżących na terenach przyległych
do Śliny. Na podstawie uzyskanych wyników sporządzono bilans fosforu metodą „na
powierzchni pola” [Fotyma i in. 2001].
Uzyskane wyniki opracowano za pomocą programu statystycznego STATISTICA 9.
Zbadano zależność między średnimi stężeniami fosforu ogólnego w pobranych wodach Śliny
a zużyciem nawozów fosforowych, przy poziomie ufności 0,05.
3. WYNIKI BADAŃ I DYSKUSJA
Duże stężenie fosforu ogólnego wystąpiło w wodach pobranych niemal we wszystkich
punktach w obu latach badań. Przekroczyło ono średnio dwukrotnie wartość
0,4 mg P·dm -3 przypisaną II klasie jakości wód powierzchniowych [Rozporządzenie... 2008]
(rys. 2). W pierwszym roku badań najmniejsze stężenie zanotowano w wodzie w punktach
11–15, co było związane z położeniem tych punktów w miejscach oddalonych od intensywnej
gospodarki rolnej, na obszarze, na którym dominują użytki zielone (rys. 1). Największe
stężenie wystąpiło w sierpniu i wrześniu i było ono blisko 11-krotnie większe niż dopuszczalna
zawartość tego biogenu w wodach płynących. Podobne zwiększenie zawartości fosforu
stwierdzono również w 2009 roku. Taki rozkład stężeń fosforu ogólnego w okresie letnim
w obu badanych latach był związany z deficytem tlenowym, o czym piszą w swoich pracach
inni autorzy. Z badań Milera (2002) oraz Dojlido i in. [1998] wynika, że stężenie związków
fosforu w dużej mierze zależy od zawartości tlenu rozpuszczonego. Zwiększenie stężenia
fosforu w warunkach jednoczesnego zmniejszenia zawartości tlenu rozpuszczonego może
być spowodowane uwalnianiem się rozpuszczalnych związków fosforu w warunkach anaerobowych,
co zachodzi przede wszystkim w sezonie letnim. Można więc przypuszczać,
331

Małgorzata Rauba, Ewa Rauba
że jedną z przyczyn występowania wysokiego stężenia fosforu ogólnego w wodach Śliny
w miesiącach letnich było stwierdzone małe stężenie tlenu rozpuszczonego.
Rys. 2. Stężenie fosforu ogólnego w wodach rzeki Ślina badane a) w 2008 roku, b) w 2009 roku
Fig. 2. Concentrations of total phosphorus in River Ślina a) in 2008, b) in 2009
332

Rolnictwo jako jedno ze źródeł fosforu ogólnego w wodach rzeki Ślina
Zmniejszanie się stężenia tlenu latem jest związane nie tylko z niewielkimi przepływami,
jakie występują w warunkach niskiego stanu wody, ale również z rozkładaniem się materii
organicznej na dnie rzeki i zwiększonym zapotrzebowaniem na tlen roślinności wodnej
i przybrzeżnej.
Wyniki badań wskazują, że istnieje zależność między średnim stężeniem fosforu ogólnego
a porami roku (rys. 3). Największe stężenie tego biogenu stwierdzono latem oraz
wczesną jesienią, najmniejsze zaś wiosną. Małe stężenie fosforu ogólnego w wodach Śliny
zanotowano w próbkach wód pobranych na początku czerwca oraz w kwietniu i maju
2009 r. Było ono średnio dwukrotnie mniejsze niż największe stwierdzone stężenie.
Podobne wyniki uzyskali Grabińska i in. [2004], którzy wskazują, że największą zawartość
związków fosforu w wodach powierzchniowych obserwuje się latem i wczesną jesienią,
najmniejszą natomiast w sezonie wiosennym.
Rys. 3. Sezonowe wartości stężenia fosforu ogólnego w rzece Ślina w okresie badawczym
2008–2009
Fig. 3. Seasonal concentrations of total phosphorus in the River Ślina 2008–2009
Sezonowy rozkład stężenia fosforu ogólnego zaobserwował także Banaszuk [2004],
badając nizinną rzekę Awissa (dopływ Narwi). Zauważył on, że jego zawartość była największa
w okresie letnim (lipiec i sierpień).
Taki rozkład stężenia może być związany z intensywnym parowaniem w warunkach
małego zasilania cieku. Sama ewapotranspiracja nie mogła być jednak przyczyną tak dużego
stężenia fosforu ogólnego w badanej rzece, można więc przypuszczać, że jedną
z przyczyn podwyższonego stężenia tego biogenu w wodach Śliny jest stosowanie nadmiernych
dawek nawozów. Uważa się, że fosfor słabo migruje w środowisku glebowym
333

Małgorzata Rauba, Ewa Rauba
ze względu na tworzenie trudno rozpuszczalnych związków fosforanowych [Ruszkowska
i in. 1984, Panak 1995], jednak w przypadku gleb lekkich, które dominują na badanym obszarze,
oraz w wyniku długotrwałego nawożenia jest możliwe wysycenie gleb tym składnikiem
i jego migracja w profilu glebowym. Sezonowe zwiększenie stężenia fosforu ogólnego
może wynikać także z tego, że wczesną wiosną składniki nawozowe nie są jeszcze wymywane
z powierzchni gruntu, a w okresie wegetacyjnym roślin w większości są wykorzystywane
przez uprawy, latem natomiast może występować częściowe wymywanie z profilu
glebowego oraz zmywanie nawozów przez opady atmosferyczne, ponieważ w tym
okresie fosfor nie jest już wykorzystywany przez rośliny i może występować w nadmiarze.
Przyczyną dużego stężenia fosforu ogólnego w wodach Śliny może być również znaczny
udział gleb hydrogenicznych w jej dolinie. W takich glebach następuje wzmożona migracja
połączeń fosforanowych z kwasami fulwowymi [Bartoszewicz 1979]. Inną przyczyną
podwyższonego stężenia tego biogenu, zwłaszcza w górnym odcinku rzeki, jest występowanie
lasów łęgowych tuż przy korycie rzeki. Materia organiczna pochodząca z gleb oraz
obumarłych roślin i liści, przedostając się do wód powoduje wzbogacanie ich w organiczne
formy fosforu. Na dopływ fosforu na tym odcinku rzeki ma również wpływ system odwadniający,
w postaci rowów melioracyjnych. Badania Koca i in. [1999] nad odpływem biogenów
z obszarów rolniczych dowodzą, że systemem odwadniającym odprowadzana jest większa
ilość fosforu ogólnego z obszarów leśnych niż z pól uprawnych. Z biegiem rzeki substancje
organiczne ulegają rozkładowi i mineralizacji, co powoduje zmniejszanie się zawartości
fosforu ogólnego.
Ma to odzwierciedlenie w jakości wód Śliny. Z biegiem rzeki zmniejszała się zwartość
fosforu ogólnego w jej wodzie (rys. 4). Duże stężenie tego biogenu w 2008 roku stwierdzono
w górnym odcinku rzeki. Jakość wody ze względu na ten parametr pogorszyła się na tym
odcinku za sprawą dopływów A i B, korzystnie na zawartość fosforu ogólnego wpłynął natomiast
dopływ E w środkowym odcinku rzeki. Średnie stężenie fosforu ogólnego zwiększyło
się w dolnym odcinku rzeki, za dopływem G. W 2009 roku na całej długości rzeki nie stwierdzono
znaczących wahań stężenia fosforu ogólnego. Jedynie na 31. kilometrze, za dopływem
F, jego zawartość nieznacznie się zmniejszyła. Mimo poprawy jakości wody na docinkach
z czystymi dopływami, stężenie fosforu ogólnego w wodzie Śliny znacznie przekroczyło
wartość dopuszczalną dla II klasy czystości wód.
W badanych gospodarstwach zużycie nawozów w postaci czystego składnika wynosiło
od 16 do 46 P kg·ha -1 . Poziom nawożenia istotnie wpłynął na zawartość fosforu ogólnego
w wodach Śliny. Z analizy statystycznej wynika, że istnieje dodatnia istotna zależność
między ilością zużytych nawozów fosforowych a stężeniem fosforu ogólnego w wodach Śliny
(rys. 5).
334

Rolnictwo jako jedno ze źródeł fosforu ogólnego w wodach rzeki Ślina
Rys. 4. Zamiany stężenia fosforu ogólnego z biegiem rzeki Ślina
Fig. 4. Changes of total phosphorus concentrations with the kilometer of River Ślina
Taka zależność wskazuje na przedostawanie się składników nawozowych, które nie
zostały wykorzystane przez rośliny do wód powierzchniowych, o czym świadczyły nadwyżki
fosforu.
Rys. 5. Zależność stężenia fosforu ogólnego w wodach rzeki Ślina od poziomu nawożenia
Fig. 5. Dependence of concentrations of total phosphorus from the level of fertilization in River
Ślina
335

Małgorzata Rauba, Ewa Rauba
4. WNIOSKI
1. Na podwyższoną zawartość fosforu ogólnego w wodach rzeki Ślina ma wpływ małe stężenie
rozpuszczonego tlenu.
2. Stężenie fosforu ogólnego w wodach rzecznych w dużej mierze zależy od pory roku –
największe wystąpiło w miesiącach letnich i było spowodowane małym zasilaniem cieku,
zmniejszonym stężeniem tlenu rozpuszczonego oraz częściowym wymywaniem,
przez wody opadowe, nadwyżek fosforu pochodzącego z nawozów.
3. Stwierdzono istotną dodatnią korelację między stężeniem fosforu ogólnego a poziomem
nawożenia, wyrażoną współczynnikiem Pearsona 0,58 w pierwszym roku badań.
4. Dopływy wód nie wypłynęły istotnie na zawartość fosforu ogólnego w wodach Śliny.
PIŚMIENNICTWO i akty prawne
BANASZUK P. 2004. Identyfikacja procesów kształtujących skład chemiczny małego cieku
w krajobrazie rolniczym na podstawie analizy czynnikowej. Woda-Środowisko-Obszary
Wiejskie t. 4 z. 1(10): 103–116.
BARTOSZEWICZ A. 1979. Zasolenie wód glebowo-gruntowych Wielkopolski oraz jego
związek z warunkami glebowymi oraz intensyfikacją nawożenia. Rocz. AR w Poznaniu
91:. 53.
DOJLIDO J., WOYCIECHOWSKA J., TABORYSKA B., SZKUTNICKI J. 1998. Wymywanie
związków azotu i fosforu w zlewniach rolniczych dopływów Górnej Wilgi. Wiadomości
Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej t. XXI (XLII) z. 4: 39–73.
DURKOWSKI T. 1997. Zasoby wodne a jakość wody w rolnictwie. Zeszyty Edukacyjne,
3/97. IMUZ, Falenty: 17–38.
Dyrektywa 2000/60/EC Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 23 października 2000
roku w sprawie ustanowienia ram dla działalności Wspólnoty w dziedzinie polityki
wodnej. Dz. Urz. WE L327/1 z dnia 22.12.2008 r.
Dyrektywa Rady 91/676/EWG z dnia 12 grudnia 1991 r. dotycząca ochrony wód przed
zanieczyszczeniami powodowanymi przez azotany pochodzenia rolniczego. (Dz.
Urz. WE L375 z dnia 31.12.1991 r.
FOTYMA M., JADCZYSZYN T., PIETRUCH Cz. 2001. System wspierania decyzji w zakresie
zrównoważonej gospodarki składnikami mineralnymi – MACROBIL. Pam. Puł. 124:
81–89.
GRABIŃSKA B., KOC J., GLIŃSKA-LEWCZUK K. 2004. Wpływ użytkowania zlewni Narwi
na zagrożenie wód związkami fosforu. Nawozy i nawożenie 2(19): 178–191.
KOC J., SZYMCZYK S., PROCYK Z. 1999. Czynniki kształtujące wymywanie azotu, fosforu
i potasu z gleb uprawnych. Zesz. Prob. Post. Nauk Rol. 467: 119–125.
336

Rolnictwo jako jedno ze źródeł fosforu ogólnego w wodach rzeki Ślina
KUPIEC J., ZBIERSKA J. 2010. Nadwyżki fosforu w wybranych gospodarstwach rolnych na
obszarach szczególnie narażonych na zanieczyszczenia azotem. Woda-Środowisko-
Obszary Wiejskie, t. 10 z. 1(29): 59–71.
MILER A. T. 2002. Skład chemiczny oraz unosiny i zawiesiny w ciekach dwóch mikrozlewni
o kontrastowym zalesieniu. Przegląd Naukowy. Inżynieria i Kształtowanie Środowiska.
Rocz. XI, z. 2(25): 62–70.
PANAK H. (red.) 1995. Przewodnik metodyczny do ćwiczeń z chemii rolnej. Wyd. ART.
Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 20 sierpnia 2008 roku w sprawie klasyfikacji
stanu jednolitych wód powierzchniowych. Dz.U. 2008, nr 162, poz. 1008.
RUSZKOWSKA M., RĘBOWSKA Z., SYKUT S., KUSIO M. 1984. Bilans składników pokarmowych
w doświadczeniu lizymetrycznym. Pam Puł. 82: 7–28.
STEINECK S., JAKOBSSON CH., CARLSON G. 2002. Fosfor – stosowanie, wykorzystanie
przez rośliny uprawne i nagromadzenie w glebach użytków rolnych. W: B. Sapek
(red.) Rolnictwo polskie i ochrona jakości wody – monografie. Zeszyty Edukacyjne 7.
IMUZ, Falenty: 25–37.
337