Vlliv cíleného zatravnění části povodí na vývoj koncentrací dusičnanů v drenážních a podzemních vodách

Mgr. Antonín Zajíček

Doctoral thesis

Influence of targeted grassing in part of the waterdhed on nitrate concentrations trend in drainage and subsurface waters

Abstract:

Dusičnanový dusík je jedním z nejrozšířenějších polutantů v povrchových i podzemních vodách. Jeho sledování byla a je ve světě věnována značná pozornost z důvodů jeho vlivu na zdravotní stav obyvatelstva, eutrofizaci povrchových vod a ekonomických ztrát způsobených zvýšeným vyplavováním dusičnanového dusíku z povodí. Významnou cestou vstupu dusičnanů do povrchových vod je podpovrchový odtok, velmi často reprezentovaný právě vodou ze zemědělských drenáží. Drenážní systémy představují významný nebodový zdroj znečištění vod dusíkatými látkami, zejména v malých zemědělsky využívaných povodích bez permanentních povrchového odtoku. V České republice bylo odvodněno 1,065 mil ha (přibližně 25 % zemědělské půdy), především v letech 1965 - 1989. Cílem této práce je experimentálně, v polních podmínkách pokusného povodí Dehtáře ověřit hypotézu, že zatravnění zdrojové oblasti drenážního systému má pozitivní a významnější vliv na snížení koncentrací dusičnanů v drenážních vodách než zatravnění výtokové oblasti povodí. Prostřednictvím souboru prací byly předloženy nové poznatky o místě vzniku a cestách drenážního odtoku ve svahu a o jeho složení. Hypotéza, že zatravnění zdrojové oblasti drenážního systému má pozitivní a významnější vliv na snížení koncentrací dusičnanů v drenážních vodách než zatravnění výtokové oblasti, byla potvrzena. Jednoznačně byl prokázán zásadní význam zdrojových oblastí pro velikost a jakost drenážního odtoku. Výsledky dlouhodobého monitoringu na pokusných povodích s drenážními systémy umístěnými ve svahu ve spojení s přímým experimentem se změnou využití půdy prokázaly, že na koncentrace dusičnanů v drenážních vodách má největší vliv využití půdy ve zdrojové oblasti. Zatímco zatravnění jako preventivní ochranné opatření situované přímo nad drenážním systémem (ve výtokové oblasti povodí) nemělo žádný vliv na jakost drenážních vod, zatravnění cílené do zdrojové oblasti drenážního systému (tj. od vlastní odvodněné lokality vzdálené) způsobilo snížení koncentrací dusičnanů až o 32 %. Zároveň byl experimentálně potvrzen význam trvalého travního porostu pro ochranu vod, když ochranná funkce travního porostu zůstává zachována i přes poměrně vysoké dávky dusíku aplikovaného v různých hnojivech organického i minerálního původu. Výše uvedené poznatky o významu využití zdrojových oblastí na jakost vod mají velký význam pro zlepšení kvality vody v malých vodních tocích, na jejichž kvalitu mají drenážní vody v regionu Českomoravské vrchoviny značný význam. Další praktické využití mají tyto poznatky při plánování ochranných pásem vodárenských nádrží a také při ochraně malých lokálních zdrojů pitné vody.

Abstract:

Water quality in small agricultural slopy catchments in Bohemian - Moravian highlands is often threatened by high nitrate concentration and nitrogen loads from diffusive agricultural sources. The main goal of this thesis was to get a practical evidence for findings obtained in the Czech Republic and abroad by statistical approaches concerning the profoundly mitigative effects that grassing certain catchment areas has on the nitrate burden in drainage and surface waters. The research was conducted mainly in the Dehtáře experimental catchment, where part of the recharge area with an area of 4.6 ha, has been grassed since the hydrological year 2007. Together with long-term monitoring of nitrate leaching in subcatchments with different land use in recharge and discharge are, drainage runoff generation and composition were surveyed in order to find knowledge about the recharge area placement and its importance for drainage water quality. The possibility of using the continuous measurement of water temperature for drainage runoff separation was also tested. The results presented show that nitrate concentration values in drainage water were influenced the most by the land use of the recharge zones within the drainage subcatchment. While permanent grassland placed directly in the drained area (corresponding to the catchment discharge zone) did not show any influence, the grassing focused on the catchment recharge area demonstrated a significant decrease in both, NO3 concentrations and N loads. Approximately one year after grassing, the long-term course of nitrates concentrations changed direction and became decreasing in sites with completely or partly grassed recharge zone, while in sites without land use change), the nitrate concentrations trend remains increasing or the stagnation was found. Decreases by 32% was detected in systematic drainage subsystem, which recharge area was completely grassed. The nitrate-nitrogen leaching decreased after grassing in recharge area of the drainage system by 23%. These findings can be generalised for slopy agricultural catchments with common land use in soil environments formed on crystalline rocks. The acquired findings are of high importance for improving the water quality of small streams as well as groundwater in agriculturally exploited areas, for planning protective zones within large catchments of potable water reservoirs, and also for protecting small local surface or groundwater sources of potable water.

Keywords

zdrojová oblast, drenáž, dusičnany

Keywords

tile drainage, recharge area, nitrates

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 17. 9. 2015

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Jakub Štibinger, CSc.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Environmental Science

Doctoral programme / field:
Landscape Engineering / Water Regime Improvement in Landscape