29 Czerwca

Rys. Sławomir Makal

Nieustanne problemy z suszą

Problem suszy w ostatnich latach pojawia się coraz częściej. Mamy obecnie do czynienia z okresem, w którym średnia temperatura powietrza w Polsce znacznie wzrosła względem lat ubiegłych, powodując poważne zwiększenie parowania przy podobnych wielkościach opadów atmosferycznych. Częstotliwość i nasilenie suszy w Polsce są w ostatnich latach coraz większym problemem, zarówno w wymiarze ogólnogospodarczym, jak i środowiskowym, zwiększenie liczby lat z suszą jest niewątpliwie wynikiem obserwowanych zmian klimatycznych.

Susza jest normalną, powtarzającą się cechą klimatu. Występuje zarówno na obszarach z dużymi, jak i małymi opadami atmosferycznymi. Notowana jest praktycznie we wszystkich strefach klimatycznych. Jest czasowym odchyleniem od sytuacji normalnej, w przeciwieństwie do suchości, będącą stałą cechą klimatu występującego na obszarze o niskich opadach. Pojawia się okresowo i w różnych porach roku. Podstawową cechą suszy jest jej intensywność, czas trwania i zasięg przestrzenny.

Susza narasta stopniowo, a jej efekty kumulują się w pewnym okresie i mogą się ujawnić dopiero po jej zakończeniu. Jest to przyczyną trudności i często niemożności precyzyjnego określenia początku ani końca suszy, często też występują trudności ze stwierdzeniem, czy zjawisko deficytu wody jeszcze trwa, czy zostało już zakończone.

Uniwersalnej definicji suszy nie ma, ten brak wynika ze zbyt wielu elementów wchodzących w jej zakres, albowiem np. susza rolnicza obejmuje czynniki glebowe, wodne, roślinne, ukształtowanie terenu, sposoby uprawy gleby itd. Inne rodzaje suszy również mają wiele elementów składowych decydujących o stanie jej wystąpienia i również trudne są do precyzyjnego opisania.

Możemy natomiast wyróżnić rodzaje suszy: atmosferyczną, glebową, hydrologiczną oraz hydrogeologiczną. Suszę atmosferyczną charakteryzuje niedobór opadów połączony z wysoką temperaturą oraz niską wilgotnością powietrza, z dużą prędkością wiatru, wysokim usłonecznieniem, małym zachmurzeniem oraz wysoką ewapotranspiracją. Susza glebowa występuje wtedy, gdy notowane jest nadmierne przesuszenie gleby powodujące deficyt wody. Susza glebowa bardzo szybko przeradza się w suszę rolniczą, powodując brak dostępności wody dla roślin, a w konsekwencji kreuje niską biomasę i plon. Susza hydrologiczna oznacza zmniejszenie zasobów wód powierzchniowych, zmniejszenie przepływu wody w rzekach, redukcję stawów, mokradeł, terenów podmokłych. Susza hydrogeologiczna notowana jest wówczas, gdy następuje zmniejszenie zasobów wód podziemnych, zwierciadło wód gruntowych obniża się, uniemożliwiając korzystanie z wody ze studni kopanych i płytko wierconych, a nawet powoduje ich wyschnięcie.

W jaki sposób badacze podchodzą do tego zjawiska?

O wystąpieniu suszy decyduje cały kompleks warunków meteorologicznych, glebowych, hydrogeologicznych. Suszę należy rozważać w stosunku do długoterminowych średnich stanów równowagi między opadami i parowaniem. Niewątpliwie cały czas mamy do czynienia z nieustannym obiegiem wody w środowisku, czyli z przychodem wody w postaci opadu atmosferycznego oraz jej rozchodem do atmosfery – parowaniem.

Wystąpienie suszy jest konsekwencją zmniejszenia opadów na danym obszarze w określonym terminie: miesiąca(y), pory roku, w okresie wegetacyjnym czy w ciągu całego roku. Natomiast inne elementy meteorologiczne – temperatura powietrza, promieniowanie słoneczne, usłonecznienie, zachmurzenie, wilgotność powietrza, niedosyt wilgotności, prędkość wiatru – mogą potęgować nasilenie jej występowania i to one istotnie wpływają na wielkość parowania.

Susza jest następstwem występowania okresów bezopadowych lub okresów z powtarzającymi się opadami mniejszymi niż średnie. Jest to stan o nieokreślonej częstości występowania, nieokreślonym czasie trwania, trudnym do określenia zasięgu jak i jej nasileniu. Jest stanem, który trudno przewidzieć. Takie warunki nie sprzyjają operacyjnemu planowaniu, podejmowaniu wyprzedających przedsięwzięć i zabiegów mających na celu złagodzenie ujemnych skutków. Jest to przedmiotem badań tych jakże skomplikowanych interakcji zachodzących w środowisku, które z kolei determinują procesy ekonomiczne związane z deficytem wody w różnych gałęziach gospodarki.

Jakie dyscypliny naukowe zajmują się suszą?

Z uwagi na fakt, że istnieje bardzo wiele definicji suszy, których kryteria wyznaczane są arbitralnie, specyficznie do jej odziaływania na środowisko czy na wiele dziedzin działalności człowieka, należy je łączyć z bardzo wieloma dyscyplinami naukowymi związanymi zarówno ze środowiskiem, jak i z różnymi kierunkami aktywności człowieka. Spośród wielu dyscyplin naukowych zajmujących się niedoborem wody w środowisku z pewnością można wymienić tylko niektóre z nich: meteorologia, agrometeorologia, hydrologia, geologia, ekologia, gleboznawstwo, rolnictwo. Przedmiotem tych badań w rolnictwie jest m.in. określenie warunków dotyczących kształtowania zasobów wodnych w glebie, badanie bilansu wodnego, wzrostu i rozwoju roślin w siedlisku glebowym, atmosferycznym, określenie reakcji roślin na warunki wilgotnościowe gleby. Przedmiotem badań jest przede wszystkim określenie wymagań wodnych dla roślin oraz skutków związanych z jej niedoborem.

Jak opisuje się suszę z punktu widzenia środowiska, a jak od strony gospodarki czy kwestii społecznych? Dokonując oceny stopnia zagrożenia suszą należy mieć na uwadze nie tylko elementy meteorologiczne, hydrologiczne, ale także aspekt społeczny oraz gospodarczy. Ujemny wpływ suszy obserwowany jest w odniesieniu do różnych dziedzin gospodarki narodowej. Susza jest bardzo poważnym problemem gospodarczym, a spośród wszystkich gałęzi gospodarki najbardziej uwidacznia się w rolnictwie, które jest szczególnie wrażliwe na jej występowanie. W ostatnich latach narasta problem zaspokajania potrzeb wodnych w rolnictwie. Susza powoduje zmniejszenie wielkości plonu roślin uprawnych i obniżenie jego jakości, a tym samym przyczynia się do zmniejszenia dochodów rolników. Jednakże dalszą konsekwencją tych strat są wyższe ceny produktów rolnych. Im dłużej susza trwa oraz deficyt wody jest większy, tym straty plonów i dochodów są większe, a ceny produktów rolnych coraz wyższe. Natomiast wzrost cen żywności przekłada się na problemy ekonomiczne konsumentów, a nawet całych krajów.

Świadczenie wielu dóbr gospodarczych związanych z dostępnością wody ma konsekwencje w produkcji paszy, żywności pochodzącej z rolnictwa i rybołówstwa, energii elektrycznej z elektrowni wodnych, decyduje o warunkach komunikacji wodnej. Niewątpliwie od warunków pogodowych zależy zarówno funkcjonowanie tych gałęzi gospodarki, jak i przede wszystkim zaopatrzenie ludności w wodę. Problemy związane np. z deficytem wody w energetyce powodują zmniejszenie produkcji energii wodnej, co zmusza do zakupu surowców energetycznych takich jak ropa naftowa oraz do kolejnych licznych przedsięwzięć związanych z oszczędzaniem energii, w celu zaspokojenia potrzeb przemysłu i ludności.

Zaopatrzenie w wodę ludności oraz gospodarki jest bardzo ważnym problemem w wielu krajach świata. Aby sprostać coraz większym potrzebom zaopatrzenia w wodę, prowadzone są nieustannie prace w kierunku zapewnienia jej dostępności. Jednocześnie należy pamiętać, że bardzo ważna jest należyta dbałość o środowisko.

Atmosferyczna, meteorologiczna, glebowa, hydrologiczna, rolnicza, społeczno-ekonomiczna…

Susza jest zjawiskiem niewidocznym gołym okiem, narasta wraz z upływem czasu w sposób stosunkowo powolny, a jej następstwa widoczne są w dłuższym okresie czasu. Najpierw występuje susza atmosferyczna, następnie glebowa, której skutkiem jest susza rolnicza, powodująca straty w plonach w zależności od jej nasilenia. Kolejnym etapem jej rozwoju jest susza hydrologiczna, a na końcu hydrogeologiczna.

Suszę atmosferyczną charakteryzuje wystąpienie wysokiej temperatury, dużego usłonecznienia, długotrwałego okresu bez opadu, małego zachmurzenia czy dużej prędkości wiatru. Wymienione zjawiska meteorologiczne są nieodłącznie związane z suszą atmosferyczną. Określa się ją zwykle na podstawie porównania do wartości średnich z wielolecia oraz czasu jej trwania i mogą odnosić się do średnich miesięcznych, sezonowych lub rocznych.

Susza glebowa to okres z niedostateczną zawartością wody w glebie. Deficyt wody w glebie powoduje, że wierzchnia jej warstwa jest przeschnięta. Zmniejszone uwilgotnienie gleby oraz niski potencjał wody glebowej poniżej wartości progowej oznacza, że występuje susza glebowa.

Susza rolnicza. Pierwsze stadium niedoboru opadów jest określane jako wystąpienie suszy atmosferycznej. Dane o opadzie nie są jednakże wystarczające do określenia suszy rolniczej, bowiem susza atmosferyczna nie uwzględnia efektu ewapotranspiracji. Susza rolnicza natomiast obejmuje opady i ewapotranspiracje (parowanie gleby i roślin) oraz określa deficyt wody w glebie. Zapotrzebowanie roślin na wodę zależy od panujących warunków pogodowych, właściwości biologicznych roślin, stadium ich rozwoju oraz fizycznych i biologicznych właściwości gleby. W wyznaczaniu suszy rolniczej istotną rolę odgrywa podatność gleby na niedobór wody, która jest uzależniona od składu granulometrycznego, który decyduje o możliwości gromadzenia (retencji) wody w glebie i jej dostępności dla roślin. Niedobór opadów może spowodować szybkie zmniejszenie wilgotności gleby. Deficyt wody powoduje obniżenie plonów; im niedobór wody jest większy i trwa dłużej, tym obniżenie plonów jest większe. W obecnie obowiązujących regulacjach prawnych ogłoszenie suszy rolniczej następuje wtedy, gdy są przesłanki do obniżenia plonów roślin uprawnych przynajmniej o 20% w danym roku w stosunku do plonów uzyskiwanych w średnich wieloletnich warunkach pogodowych.

Susza hydrologiczna związana jest z brakiem opadów atmosferycznych powodującym niedobory wód powierzchniowych i podziemnych. Przejawem tej suszy jest obniżenie lustra wody w zbiornikach wodnych, jeziorach, rzekach oraz obniżenie poziomu wód gruntowych. Częstość i nasilenie suszy hydrologicznej określane jest w skali zlewni lub dorzecza. Chociaż susza ta jest wynikiem niedoboru opadów, to występuje zazwyczaj z opóźnieniem po suszy atmosferycznej i rolniczej; to opóźnienie może wynosić nawet kilka miesięcy.

Susza społeczno-ekonomiczna wiąże się z zapotrzebowaniem na wodę niezbędną do zaspokojenia różnorodnych potrzeb człowieka i całej gospodarki. Bardzo często susza powodująca niedobór wody przysparza kłopotów w wielu sektorach działalności człowieka, przyczyniając się do negatywnych skutków gospodarczych i społecznych.

Jakie są wskaźniki suszy?

Odpowiednio do definicji i rodzajów suszy stosowane są różne jej wskaźniki, które wykorzystują parametry meteorologiczne jak opad, temperatura i parowanie. Parametry hydrologiczne określają pojemność i stan wody w zbiornikach oraz przepływ wody w rzekach. Wskaźniki glebowe obejmują wilgotność i zdolność retencyjną gleby. Indeksy rolnicze zawierają informacje z zakresu bilansu wodnego, ewapotranspiracji, zapasów wody glebowej dostępnej dla roślin oraz bilansu wody glebowej. Wskaźniki ekonomiczne określają wielkość strat w plonach roślin czy w produkcji przemysłowej. Natomiast wskaźniki społeczne opisują wielkości deficytu wody do celów pitnych, sanitarnych, przemysłowych. Przedstawiane wskaźniki pozwalają na ustalenie i stosowanie kryteriów oceny czasu trwania suszy, jej intensywności oraz określają jej skutki.

W meteorologii i hydrologii suszę definiuje się na podstawie parametrów hydrometeorologicznych (opad, przepływ, temperatura). W rolnictwie natomiast przez suszę rozumie się zazwyczaj niedobór wody niekorzystnie wpływający na wzrost, rozwój i plonowanie roślin uprawnych.

Przeciwdziałanie negatywnym skutkom suszy i podejmowanie odpowiednich działań prewencyjnych wymaga wiarygodnych wskaźników dotyczących niedoboru wody i intensywności suszy. Wielkość opadu można ocenić np. za pomocą wskaźnika względnego opadu czy też wskaźnika standaryzowanego. Za pomocą opadu i ewapotranspiracji można wyznaczyć klimatyczny bilans wodny.

Najczęściej stosowane i najprostsze wskaźniki wykorzystujące opad atmosferyczny to: wielkość opadu, odchylenie od wartości średniej, tj. różnica pomiędzy opadem zmierzonym a wartością średnią wieloletnią, względne odchylenie od wartości średniej jako procentowy stosunek zmierzonej ilości opadu do wartości średniej wieloletniej.

W ocenie suszy wykorzystywane są dane satelitarne takie jak: wskaźnik zieloności NDVI (ang. Normalized Difference Vegetation Index) czy wilgotności ATI (ang. Apparent Thermal Inertia).

W Instytucie Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa – Państwowym Instytucie Badawczym (IUNG-PIB) w Puławach, ale też w innych ośrodkach naukowych, trwają obecnie badania nad możliwością wykorzystania satelitarnych zobrazowań radarowych do monitoringu zasięgu suszy rolniczej.

Mierzenie natężenia suszy

W systemie monitoringu suszy rolniczej warunki meteorologiczne powodujące suszę są określane za pomocą Klimatycznego Bilansu Wodnego (KBW), tj. jako różnicy pomiędzy opadem atmosferycznym a ewapotranspiracją potencjalną. Opad atmosferyczny jest podstawowym elementem mierzonym na stacjach meteorologicznych, natomiast wartość ewapotranspiracji potencjalnej jest obliczana. Wartości KBW obliczono dla ostatnich 97 lat. Wynika z nich, że najwięcej lat z dużym deficytem wody w okresie wegetacyjnym notowano w okresie 2001-2020. Szczególnie wiosną i wczesnym latem wartości KBW są coraz niższe, co oznacza, że susze są coraz bardziej dotkliwe. Zbiega się to bowiem z okresem największego zapotrzebowania na wodę przez rośliny uprawne, zwłaszcza przez zboża.

Czy mamy w Polsce suszę?

Wdrożona w 2007 roku przez IUNG-PIB koncepcja monitoringu suszy rolniczej na podstawie bieżących danych meteorologicznych oraz danych glebowych generowanych na podstawie numerycznej mapy glebowo-rolniczej umożliwia ocenę zagrożenia suszą rolniczą głównych upraw rolnych dla całej Polski. Wyniki analiz opracowywane są z rozdzielczością do gminy, są one systematycznie udostępniane do publicznej informacji na stronie internetowej: http://www.susza.iung.pulawy.pl. Natomiast badania nad tym zjawiskiem trwają w IUNG-PIB już od 1960 roku. Na postawie tych badań możemy stwierdzić, że susze w Polsce w ostatnich latach występują coraz częściej, zwłaszcza po 1992 roku do chwili obecnej. Jest to niewątpliwie wynikiem obserwowanych zmian klimatycznych. Zmiany te powodowane są wzrostem temperatury powietrza oraz zmniejszeniem ilości opadów. Susza najczęściej rozpoczyna się w okresie wiosenno-letnim (65%). Szczególnie w ostatnich latach wartości KBW są coraz niższe, co oznacza, że susze są coraz bardziej dotkliwe. Susza jesienna i wczesnowiosenna jest przyczyną zmniejszenia plonów zbóż ozimych, wiosenna zaś zbóż jarych. Możemy stwierdzić, że susza rolnicza na terenie Polski pojawia się statystycznie co 1,1 roku, w ostatnich 41 latach występowała każdego roku.

Ostatnimi latami bez notowanej suszy rolniczej były: 1962, 1965, 1974 oraz 1980 rok. Natomiast szczególnie duży zasięg susza osiągnęła w latach: 1971, 1983, 1992–94, 2000, 2003, 2006, 2008, 2015, 2018 i 2019 roku. Duży zasięg suszy ze stosunkowo dużą liczbą zagrożonych upraw w tych latach świadczy, że można je uznać za ekstremalnie niekorzystne pod względem niedoboru wody dla rolnictwa w Polsce w okresie 1961–2020.

W wyniku niedoboru wody straty w plonach mogą być bardzo wysokie, bez uzyskania plonu włącznie. W skali kraju deficyt wody powoduje obniżenie plonu nawet o 30-40% w stosunku do plonów uzyskanych w wieloleciu.

Obecnie mamy do czynienia z okresem, w którym średnia temperatura powietrza – roczna, poszczególnych pór roku i miesięcy – jest wyższa w stosunku do lat ubiegłych, powodując znaczne zwiększenie parowania gleb i wzrost transpiracji roślin. W wyniku wystąpienia takich warunków w ostatnich latach możemy stwierdzić, że szczególnie ostra susza wystąpiła w latach: 2006, 2015, 2018 oraz 2019, powodując dotkliwe straty w plonach wszystkich upraw, notowano ją na bardzo dużej powierzchni gruntów ornych. W 2018 r. suszą objęte było 70,3%, a w 2019 r. 61,8% gruntów ornych kraju. Notowano ją w 2329 gminach (w 94% gmin) w 2018 r., a w 2019 r. w 2242 gminach Polski (w 90,5% gmin).

Jak zróżnicowane jest pod tym względem terytorium naszego kraju? Najbardziej posusznymi rejonami w Polsce są tereny prawie całej środkowej, północno-zachodniej i środkowo-wschodniej części. Pojezierze Wielkopolskie jest regionem, w którym deficyt opadów atmosferycznych jest w Polsce największy. Susza na tym terenie obserwowana jest najczęściej, ponadto występujące duże niedobory wody powodują, że jest ona na tym terenie również najgłębsza.

Na północ i na południe od tego pasa susza rolnicza występuje rzadziej. Bardzo często występuje w uprawie zbóż jarych, krzewów owocowych, roślin strączkowych, rzadziej u rzepaku, ziemniaka, tytoniu i zbóż ozimych.

Jakie warunki uważa się za normalne w kwestii opadów, wilgotności glebowej, położenia zwierciadła wody gruntowej oraz przepływów w rzekach? Występujący niedobór wody porównuje się w stosunku do wartości średnich. W ten sposób porównywane są np. wartości opadu, przepływ wody, wilgotność gleby czy też inne badane elementy charakteryzujące różne rodzaje suszy. Występujące w ostatnim okresie susze są wynikiem deficytu wody wywołanego przede wszystkim niskimi opadami atmosferycznymi, znacznie mniejszymi od średnich oraz wzrostem temperatury powietrza, powodującej wzmożenie ewapotranspiracji.

Jakich metod używamy do monitorowania suszy?

Nasilający się w ostatnich latach problem suszy w rolnictwie wskazał potrzebę ilościowej oceny strat w plonach roślin uprawnych w kraju. IUNG-PIB w Puławach prowadzi taką ocenę dla każdej działki ewidencyjnej. Straty w plonach wykazywane są dla gmin oraz powiatów z uwzględnieniem monitorowanych upraw.

Na przykładzie prowadzonego Systemu Monitoringu Suszy Rolniczej przez IUNG-PIB w Puławach przedstawiamy, jak ten system pracuje i jakie metody w tym monitoringu są wykorzystywane. Funkcjonujący System przy wyznaczaniu obszarów z suszą uwzględnia czynniki pogodowe i podatność gleby na niedobory wody. Baza danych pogodowych potrzebna jest do obliczenia klimatycznego bilansu wodnego, natomiast baza danych o glebach uwzględnia kategorię podatności gleb na suszę z rozdzielczością mapy w skali 1:25 000. Jest to unikatowa w skali światowej, tak dokładna baza danych dotycząca warunków glebowych, opracowana w wersji cyfrowej. Na podstawie obliczonych wartości krytycznych KBW określa się zasięg suszy. Wystąpienie suszy rolniczej oznacza 20-procentowe obniżenie plonów w skali gminy w danym roku w stosunku do plonów uzyskanych w średnich wieloletnich warunkach pogodowych. System wykorzystuje nowoczesne aplikacje GIS (Geographic Information System) do przetwarzania i interpolacji danych przestrzennych. Informacje przedstawiane są w formie tabel i map dla każdej gminy Polski, dla 14 grup i gatunków roślin oraz 4 kategorii gleb. System działa w sposób operacyjny, korzystając z najnowszych osiągnięć naukowych i technicznych, stale jest rozwijany i udoskonalany (m.in. o zobrazowania radarowe oraz satelitarne). Wszyscy zainteresowani mogą śledzić przez Internet rozwój suszy, jej zasięg, określać straty spowodowane tym, jakże niekorzystnym dla rolnictwa, zjawiskiem.

Konsekwencje suszy

Susza w zależności od zajętego obszaru i wielkości deficytu wody zawsze generuje większe lub mniejsze straty. Np. w dwóch bardzo suchych latach 1982-83 obniżenie plonów zbóż w stosunku do plonów z okresu 1985–87 wynosiło w zależności od regionu Polski od 5% do 30%, a ziemniaków – od 10% do 40%. Ocenia się, że długotrwała susza w 1992 roku spowodowała zmniejszenie zbiorów o 25%.

Innym przykładem wagi problemu była susza, która dotknęła znaczne obszary Polski w 2000 i 2003 r. Szacunkowe straty zbiorów głównych upraw rolniczych wynosiły od 30% do 80% wartości średnich, natomiast na obszarach leśnych znacznie zmniejszyła się odporność drzewostanu na choroby i ataki szkodników.

Przejawem trendu występowania dużych niedoborów wody była ekstremalna susza w 2006 roku, obejmująca 77,3% gmin kraju oraz 72,7% gruntów ornych Polski, w wyniku której obniżenie średnich krajowych plonów niektórych upraw dochodziło nawet do 30%, powodując straty w rolnictwie w wysokości ok. 4 mld zł. Duże straty (ponad 2 mld zł) z powodu suszy wystąpiły też w 2008 roku, notowano ją w 68,4% gmin Polski na powierzchni 57,9% gruntów ornych kraju; szczególnie dotkliwe straty stwierdzono w plonach zbóż jarych. Bardzo dotkliwą suszę odnotowano w latach 2015, 2018 oraz w 2019, w których ponad 90% gmin Polski ogarniętych było tym zjawiskiem. Natomiast w latach 2015 i 2018 notowano suszę w ponad 70% gruntów ornych kraju.

Z systematycznych obserwacji w ostatnich sześćdziesięciu latach wynika, że na terenie kraju nasila się występowanie okresów z suszą. Wiele wskazuje na to, że zjawiska suszy w Polsce będą się nadal potęgować i że będzie to trend wieloletni. W ostatnich latach widoczna jest wyraźna tendencja do zwiększania się powierzchni objętych suszą dla wszystkich analizowanych upraw. Wzrost częstości oraz powierzchni występowania suszy jest wynikiem przede wszystkim wzrostu temperatury w okresie wegetacyjnym.

Tendencji tych nie można jednakże ekstrapolować, ale nie można też ignorować oznak nasilania się występowania suszy oraz zwiększania się ich częstości i intensywności, albowiem coraz częstsze jej występowanie będzie powodować ujemne skutki gospodarcze, społeczne oraz ekologiczne. Szczególnie ujemny wpływ suszy widoczny jest w rolnictwie, ze względu na problem zapewnienia bezpieczeństwa żywnościowego; inne dziedziny życia gospodarczego również odgrywają ważną rolę, niemniej rolnictwo określa się jako gałąź gospodarki szczególnie uzależnioną od dostawy wody.