Wykład 7b. Gospodarka wodna w uprawach roslin energetycznych(1), Ze studiów

Temat 4.3. Gospodarka wodna w uprawach roślin energetycznych

Źródło: Gospodarka wodna w uprawach roślin energetycznych [W:] Modelowanie energetycznego wykorzystania biomasy. Falenty – Warszawa. Wydawnictwo ITP. 2010: 57-113.

Spis treści

Temat 4.3.1. Janusz OSTROWSKI, Agnieszka GUTKOWSKA, Edmund TUSIŃSKI. Wyznaczanie obszarów przydatnych do uprawy roślin energetycznych z uwzględnieniem ich wymagań wodnych. [W:] Modelowanie energetycznego wykorzystania biomasy. Falenty – Warszawa. Wydawnictwo ITP. 2010: 57-75.

Temat 4.3.2. Agnieszka TROJANOWSKA. Wykorzystanie zasobów wody oraz azotu przez rośliny energetyczne. [W:] Modelowanie energetycznego wykorzystania biomasy. Falenty – Warszawa. Wydawnictwo ITP. 2010: 76-82.

Temat 4.3.3. Sergiusz JURCZUK, Mariusz RYDAŁOWSKI. Ocena zużycia i wykorzystania wody przez wierzbę energetyczną na podstawie badań lizymetrycznych. [W:] Modelowanie energetycznego wykorzystania biomasy. Falenty – Warszawa. Wydawnictwo ITP. 2010: 83-91.

Temat 4.3.4. Sergiusz JURCZUK, Mariusz RYDAŁOWSKI . Polowe zużycie wody na plantacjach wierzby wiciowej i miskanta olbrzymiego. [W:] Modelowanie energetycznego wykorzystania biomasy. Falenty – Warszawa. Wydawnictwo ITP. 2010: 92-101.

Temat 4.3.5. Leszek ŁABĘDZK1, Ewa KANECKA-GESZKE. Potrzeby i niedobory wodne wierzby wiciowej na glebach mineralnych bez udziału wody gruntowej. [W:] Modelowanie energetycznego wykorzystania biomasy. Falenty – Warszawa. Wydawnictwo ITP. 2010: 102-113.

Temat 4.3.1. Wyznaczanie obszarów przydatnych do uprawy roślin energetycznych z uwzględnieniem ich wymagań wodnych

Istotnym elementem modelowania energetycznego wykorzystania biomasy jest rozpoznanie terytorialnych zasobów uprawowych roślin, z których będzie ona po­zyskiwana.

Problem ten rozwiązano w wyniku dwukierunkowego działania:

-     stworzenia podstaw i rozwiązań metodycznych waloryzacji gruntów;

- budowy systemu, umożliwiającego prezentację wyników waloryzacji w formie kartograficznej.

Do realizacji zadania ewaluacji przestrzennej przyjęto następujące założenia i postępowanie:

-  ewaluacja i przestrzenna delimitacja gruntów rolnych będzie dokonana techniką komputerową z użyciem informacji przestrzennych, zawartych w bazie danych o glebach marginalnych [OSTROWSKI 2004],

-  ogólne kryteria identyfikacji uwzględniają walory siedliskowe gruntów rolnych, które można przeznaczyć do uprawy roślin energetycznych bez szkody dla za­spokojenia potrzeb żywnościowych; modele diagnostyczne zbudowane na pod­stawie dostępnych parametrów zapewniają budowę algorytmów przetwarzania danych przestrzennych, specjalne oprogramowanie tych algorytmów oraz kwali­fikacji gruntów rolnych realizuje procedurę przetwarzania, służącą do automa­tycznego generowania map przydatności tych gruntów do uprawy roślin energe­tycznych i zliczania powierzchni w grupach waloryzacyjnych.

Zgodnie z przeprowadzoną przestrzenną i siedliskową analizą wymagań roślin energetycznych przyjęto koncepcję dwustopniowego procesu waloryzacji, polega­jącego na poprzedzeniu szczegółowej delimitacji gruntów przydatnych do uprawy wytypowanych roślin kategoryzacją ogólną, wyodrębniającą tę część przestrzeni rolniczej, którą można przeznaczyć do zagospodarowania na potrzeby upraw ener­getycznych z uwzględnieniem ewentualnego występowania czynników ogranicza­jących, a w szczególności niekorzystnych warunków glebowo-wodnych.

OKREŚLENIE NISZY PRZESTRZENNEJ GRUNTÓW MOŻLIWYCH DO PRZEZNACZENIA DO UPRAWY ROŚLIN ENERGETYCZNYCH

Według szacunku GRZYBEK [2006], docelowe zapotrzebowanie na biomasę energetyczną w 2020 roku osiągnie w Polsce około 27 mln t. Uwzględniając zróżni­cowanie plonowania możliwych do uprawy w Polsce roślin energetycznych do dalszych rozważań przyjęto średni plon biomasy 10-12 t s.m.·ha-1. W warunkach takiego poziomu plonowania i założonego pułapu zapotrzebowania na biomasę do jej produkcji należy pozyskać około 2,2-2,7 ha gruntów.

Analizując potencjał pro­dukcyjny gruntów rolnych, wyrażony strukturą powierzchniową klas bonitacyjnych i kompleksów rolniczej przydatności gleb, oraz uwzględniając priorytet potrzeb żywnościowych, perspektywicznego zwiększenia lesistości i ochrony walorów ekologicznych, z zasobów przestrzeni rolniczej można wygospodarować wyżej wskazany areał gruntów przydatnych do produkcji biomasy, spełniających nie­zbędne wymagania siedliskowe roślin energetycznych.

Są to przede wszystkim gleby orne kompleksu 6 (żytniego słabego), niezdrenowane gleby kompleksów 8 i 9 (zbożowo-pastewnego mocnego i słabego), nieobjęte priorytetem ochronnym słabe użytki zielone (kompleks 3z), gleby o większej wartości rolniczej, lecz silnie zanieczyszczone chemicznie oraz grunty zdewastowane mechanicznie, niezagospodarowane pod uprawy leśne.

Parametryzacja wymagań siedliskowych roślin energetycznych danymi przestrzennymi możliwymi do pozyskania z bazy danych o glebach marginalnych

Waloryzacją gruntów objęto ich przydatność do uprawy dziewięciu roślin energetycznych:

·        wierzby wiciowej (Salix viminalis L.),

·        ślazowca pensylwańskiego (Sida hermaphrodita (L.) Rusby),

·        słonecznika bulwiastego (topinamburu) (Helianthus tuberosus L.),

·        rdestowca sachalińskiego (Reynoutria sachalinensis (F. Schmidt) Nakai),

·        miskanta olbrzymiego (Miscanthus x giganteus Greef et Deu.),

·        miskanta cukrowego (Miscanthus sacchariflorus (Maxim.) Hackel),

·        spartiny preriowej (Spartina pectinata Bose. ex Link),

·        palczatki Gerarda (Andropogon gerardi Yitman),

·        mozgi trzcinowatej (Phalaris arundinacea L.).

Wymagania siedliskowe tych roślin scharakteryzowano na podstawie dostępnej literatury. Syntetyczne ich zestawienie zawiera tabela 3.1.

Następnie zbadano możliwość parametryzacji tych wymagań w aspekcie prze­strzennym, wykorzystując zasoby bazy danych o glebach marginalnych [OSTROW­SKI 2004]. Analiza porównawcza wykazała, że należy przyjąć cztery kryteria moż­liwe do sparametryzowania na podstawie tych zasobów. Parametryzację poszcze­gólnych kryteriów przedstawiono w tabeli 3.2.

Oznaczenia parametrów w modelach przyjęto według symboliki użytej na ma­pach glebowo-rolniczych. Ze względu na bardzo duże zróżnicowanie składu granulometrycznego gleb dokonano jego agregacji w dziesięć grup teksturalnych [OSTROWSKI i in. 2008]. Zbadano również relacje między wymaganiami wodnymi roślin energetycznych a możliwością ich zaspokojenia przez opady atmosferyczne, przyjmując jako parametr graniczny wartość 550 mm opadów rocznie [OSTROWSKI i in. 2009].

Tabela 3.2. Parametry odpowiadające kryteriom waloryzacji gruntów

Kryteria waloryzacji

Parametr (opis)

Potencjał produkcyjny gleb

typ gleby, tekstura profilu glebowego

Warunki hydroklimatyczne

średnia roczna suma opadów atmosferycznych

Przydatność rolnicza gleb i gruntów

kompleksy rolniczej przydatności gleb, rodzaje gruntów nieużytkowanych rolniczo

Użytkowanie terenu

użytkowe funkcje terenu

Źródło: opracowanie własne.

Modelowanie kategoryzacji i identyfikacji gruntów przydatnych do uprawy roślin energetycznych

Za nadrzędne kryterium kategoryzacji przyjęto zasadę zachowania zrównowa­żonego użytkowania gruntów rolnych, zachowując priorytet obszarowy dla potrzeb produkcyjnych rolnictwa z przeznaczeniem mniej efektywnych pod tym względem gruntów do innych celów (w tym energetycznych, leśnych i ochronnych) i przewi­dując uprawę roślin energetycznych na tych, które chociaż w minimalnym stopniu stwarzają warunki do produkcji biomasy.

Zrodziło to metodyczną potrzebę uwzględnienia w koncepcji kategoryzacji za­równo kryteriów zasobowych, jak i uprawowych, spełniających wymagania siedli­skowe roślin energetycznych.

Kryteria zasobowe określają zasadę podziału gruntów rolnych według wyżej podanego priorytetu na:

·        produkcyjny rolnictwa,

·        bioenerge­tyczny,

·        produkcyjny leśnictwa i

·        różnorodności biologicznej.

Kryteria uprawowe wspomagają wyodrębnienie gruntów zasobu bioenergetycznego według zgodności warunków siedliskowych z wymaganiami roślin energetycznych z zachowaniem spełnienia minimum tych wymagań. Powyższy warunek dopuszcza więc występo­wanie ograniczeń uprawowych, mieszczących się w przedziałach tolerancji roślin energetycznych lub możliwych do skorygowania przez zabiegi agrotechniczne (np. nawożenie, dobór roślin lub stanowisk uprawy, nawadnianie).

Łącząc kryteria zasobowe z uprawowymi i uwzględniając czynniki ogranicza­jące, wyodrębniono następujące kategorie przydatności gruntów do uprawy roślin energetycznych (tab. 3.3):

(P) - grunty rolne preferowane do uprawy roślin energetycznych spełniające ich wymagania siedliskowe, w tym glebowe;

(PW) - grunty rolne przydatne do uprawy roślin energetycznych z ograniczeniem czynnika wodnego, które powodują konieczność użycia roślin tolerujących niedo­bory wilgoci w glebie lub stosowanie nawodnień;

(PZ...