Besikeičiančios klimato sąlygos padidins ar sumažins cheminių elementų išplovimą iš žemės ūkio naudmenų? Paanalizuokime situaciją pasitelkę tyrimus.

Žinios apie dirvožemio struktūrą ir iškritusių kritulių kiekį yra labai svarbios, kad suprastume elementų išplovimo iš dirvos procesus. Kritulių ir oro temperatūros santykis Lietuvoje lemia perplaunamąjį dirvožemio drėgmės režimą. Atsižvelgiant į konkrečias sąlygas, infiltracija dirvožemyje gali vykti visais metų mėnesiais. Net ir žiemą, kintant mėnesio vidutinei oro temperatūrai nuo -0,2 °C gruodį iki -3,9 °C sausį, dažnai būna atodrėkių, dirvožemio įšalas ištirpsta, susidaro palankios sąlygos krituliams skverbtis ir dirvožemiui išsiplauti.

LAMMC Žemdirbystės instituto Vokės filiale atliktais ilgalaikiais lizimetriniais tyrimais (1986–2020 m.) buvo įvertintas klimato kaitos poveikis atmosferinių kritulių infiltracijai Rytų Lietuvos regione. Klimato kaitos pokyčių tendencijos buvo vertinamos atrinkus dviejų dešimtmečių periodus (1989–1999 m. ir 2011–2020 m.).

Oro temperatūra kyla, krituliai pasiskirsto netolygiai

Klimatas kinta visame pasaulyje, bet pokyčiai nevienodi. Pakilusi oro temperatūra fiksuojama visuose regionuose, bet kritulių kiekiui įtakos turi daug gamtos veiksnių, kurie įvairiose šalyse lemia skirtingas pokyčių kryptis. Ūkio sektoriai turi būti gerai informuoti ne tik apie bendrąsias vienos ar kitos zonos klimato ypatybes, bet ir apie svarbiausius vietinio klimato bruožus, jų kaitos tendencijas.

Lietuvos mokslininkai nustatė, kad mūsų šalyje nuo 1887 m. vidutinė oro temperatūra pakilo daugiau kaip 1,4 °C. Ypač sparčiai oro temperatūra ėmė kilti XX a. paskutiniame dešimtmetyje ir XXI a. pradžioje. Per pirmuosius du XXI a. dešimtmečius, palyginti su XX a. vidutine oro temperatūra, žiemos ir pavasariai tapo šiltesni 1,6 °C, vasaros – 1,4 °C, o rudens sezonai – 1,3 °C. Kylant oro temperatūrai, kinta šalto periodo trukmė, kai dirvožemio paviršiuje susiformuoja įšalas ir kritulių infiltracija nevyksta. O šiltuoju metų periodu dažniau per trumpą laikotarpį iškrenta gausūs krituliai, lemiantys jų skverbimąsi dirvožemyje.

Lietuvos klimatas yra pereinamojo pobūdžio tarp vidutinių platumų jūrinio ir žemyninio. Kritulių iškrinta pakankamai visais metų laikais, vidutiniškai apie 670 mm. Nuo 1961 m. jų kiekis keitėsi neesmingai. Du trečdaliai metinio kritulių kiekio iškrinta gausiau šiltuoju laikotarpiu balandį–spalį. Analizuojant kritulių kiekio pokyčius per trumpesnį stebėjimų laikotarpį (1989–1999 m. ir 2011–2020 m.), matyti, kad paskutinių dešimtmečių, palyginti su ankstesniu periodu, metinis kritulių kiekis sumažėjo vidutiniškai 34 mm. Kritulių pastebimai sumažėjo (10–32 mm) kovo, balandžio, rugsėjo, spalio, padidėjo (8–23 mm) gegužės, liepos, rugpjūčio mėnesiais.

Vidutinė liepos temperatūra Lietuvoje yra apie +17 °C, o sausio mėnesio – apie -4 °C. Vakarinio Lietuvos pakraščio (Pajūrio žemumos) klimatas panašus į Šiaurės Lenkijos ir Vokietijos, o likusioje teritorijos dalyje klimatas panašesnis į Rytų Europos.

Oro temperatūros pokyčiai Lietuvos teritorijoje per tris paskutinius dešimtmečius buvo labiau ženklūs – metinė oro temperatūra vidutiniškai padidėjo 1,0 °C. Padidėjimas fiksuojamas beveik visais mėnesiais, išskyrus sausį ir vasarį, kurie, palyginti su 1989–1998 m. periodu, buvo šaltesni atitinkamai -0,7 ir -0,1 °C. Labiausiai padidėjo oro temperatūra lapkritį (+3,4 °C), gruodį (+3,3 °C), kovą, balandį, spalį, rugsėjį, birželį temperatūra padidėjo +1,1–1,6 °C, likusiais mėnesiais – +0,1–0,9 °C.

Lietuvoje vykstantys klimato svyravimai neatsiejami nuo visų Žemės rutulio klimato sistemoje vykstančių procesų. Pagal dažniausiai naudojamą W. Keppeno pasaulio klimato klasifikaciją, didžiosios Lietuvos dalies klimatas priskiriamas vidutiniškai šalto (borealinio) klimato juostai. Vakarinio Lietuvos pakraščio klimatas šioje klasifikacijoje priskiriamas vidutiniškai šilto klimato juostai. Aplinkos ministerijos ir Gamtos paveldo fondo atliktoje studijoje nurodoma, kad šylant klimatui prognozuojama vidutiniškai šiltos klimato juostos rytinio pakraščio ribos persistūmimas į Vidurio Lietuvą.

Kritulių infiltracijos dinamika

LAMMC ŽI Vokės filiale atliktų tyrimų rezultatai atskleidė, kad kintantys klimatiniai veiksniai turėjo įtakos kritulių metinės infiltracijos dydžiui, taip pat ir jos dinamikai atskirais metų mėnesiais.

Nepaisant aukštesnės metinės oro temperatūros ir šiek tiek mažesnio metinio kritulių kiekio, 2011–2020 m., palyginti su 1989–1998 m., metinė kritulių infiltracija padidėjo 14,2 proc. Tai įvyko pavasario, rudens ir žiemos sezonais (atitinkamai 19,0, 22,3 ir 20,1 proc.), o sumažėjo vasarą (-35,0 proc.). Teoriškai, didesnė infiltracija lemia didesnį upių nuotėkį ir galimai didesnį cheminių elementų išplovimą, esant panašiam trąšų panaudojimui žemės ūkio naudmenose. Tačiau galimas taršos padidėjimas taip pat priklauso ir nuo to, kokiu metų laikotarpiu yra padidėjusi infiltracija, nes azoto koncentracija besigeriančiame kritulių vandenyje priklauso ir nuo metų sezono. Kitas labai svarbus aspektas – dirvožemio granuliometrinė sudėtis ir trąšų panaudojimo efektyvumas, neleidžiantis maisto medžiagoms išsiplauti į gilius dirvožemio sluoksnius.

Kiekvieną pavasarį vyksta kritulių infiltracija dirvožemyje. Didesnis kritulių kiekis susigeria kovą, tirpstant sniegui, ir paskutiniu periodu, palyginti su 1989– 1998 m., padidėjo dvigubai. Galimai padidėjimas susietas su spartesniu sniego dangos tirpimu, padidėjus oro temperatūrai kovą +1,1 °C. Intensyvesnis sniego tirpimas labai padidina drėgmės perteklių dirvožemio paviršiuje, dėl to vyksta ir intensyvesnis vandens skverbimasis. Tačiau galima teigti, kad infiltracijos padidėjimas pavasarį neturėtų esmingai lemti taršos dydžio iš žemės ūkio naudmenų, nes po šalto periodo azoto koncentracija besigeriančiame vandenyje nebūna didelė (4–11 mg/l N-NO₂+-N-NO₃), o įterptos balandį–gegužę trąšos dar lieka viršutiniame dirvožemio sluoksnyje.

Vasarą didėjanti oro temperatūra ir augantys augalai padidina evapotranspiraciją (procesas, apimantis drėgmės praradimą iš dirvožemio ir augalų, kai vanduo juda iš žemės paviršiaus į atmosferą – garavimas, transpiracija ir pan.), drėgmės atsargos dirvožemyje mažėja ir kritulių išsiplovimas nutrūksta. Paskutinių dešimtmečių duomenimis, vasarą daugėja sausringų periodų. Pavyzdžiui, 1989–1998 m. laikotarpiu kritulių nuotėkis nevyko 70 proc. atvejų (0,7 dažniu, procentinis dažnis – įvykio pasikartojimas per tam tikrą periodą) birželį ir rugpjūtį ir 0,5 dažniu (50 proc.) – liepą. O paskutinių dešimtmečių laikotarpiu birželį kritulių nuotėkis nevyko 90 proc. atvejų (0,9 dažniu), liepą – iki 80 proc. atvejų (0,8 dažnio).

Nors liepą ir rugpjūtį paskutiniu dešimtmečiu kritulių iškrenta daugiau, bet padidėjo ir oro temperatūra, dėl kurios intensyvėja evapotranspiracija. Tam tikru metu infiltracija į dirvožemį nevyksta dėl ženklaus oro temperatūros padidėjimo vasaros mėnesiais, dėl kurio intensyvėja evapotranspiracija, o gausesnis kritulių kiekis nekompensuoja jos nuostolių. Dirvožemyje susikaupia mažiau drėgmės, sumažėja kritulių skverbimosi gilyn tikimybė ir jos apimtis. Mažesnis nuotėkis mažina cheminių elementų išplovimo galimybę žemės ūkio naudmenose po augalų derliaus nuėmimo. Tai yra klimato pokyčiai vasaros periodu, turintys teigiamos įtakos taršai mažinti iš žemės ūkio naudmenų.

Rudens laikotarpiu paskutinį dešimtmetį kritulių kiekis sumažėjo, bet, nepaisant to, kritulių infiltracija vidutiniškai padidėjo 22,4 proc. Analizuoti skirtingų laikotarpių infiltracijos pokyčiai rudens mėnesiais rodo, kad rugsėjį ji pasikeitė neesmingai, spalį padidėjo 22 proc., o labiausiai pasikeitė lapkritį (+42,6 procento).

Padidėjusi infiltracija labai aiškiai siejasi ne su kritulių kiekiu, o su temperatūros režimo pokyčiais. 2011–2020 m., palyginti su 1989–1998 m. periodu, lapkričio vidutinė oro temperatūra pakilo +3,3 °C. Šio mėnesio minimali vidutinė oro temperatūra sudarė +0,5 °C, dėl to sumažėjo tikimybė lapkritį susidaryti įšalui viršutiniame dirvožemio sluoksnyje, kuris gerokai sulėtina drėgmės sunkimąsi gilyn.

2011–2020 m. tyrimų duomenys rodo, kad, nesusidarius įšalui, kritulių infiltracija lapkritį vyksta ilgiau. Dėl šios priežasties intensyvesnis kritulių skverbimasis į dirvožemį per rudens sezoną gali padidinti azoto junginių išplovimą, nes, esant teigiamai oro temperatūrai, dirvožemyje aktyviai vyksta augalų liekanų mineralizacija. Išsiskiriantis iš augalų liekanų azotas esmingai padidina jo koncentraciją infiltraciniame vandenyje ir tai, kartu su didesniu vandens išplovimu, gali didinti taršos mastą iš žemės ūkio naudmenų. Mūsų tyrimų duomenimis (2016–2021 m.), netręštame azoto trąšomis dirvožemyje rudenį nitratinio azoto koncentracija didėja iki 15–40 mg/l N-NO₃+N-NO₂, o vasarą svyruoja 3–5 mg /l.

Žiemą kritulių skverbimasis nutrūksta susidarius dirvožemio įšalui. Dviejų tiriamųjų periodų duomenų palyginimas rodo, kad paskutinių dešimtmečių infiltracijos tikimybė žiemos sezonu nežymiai padidėjo. Dažniau ji vyksta gruodį ir sausį (dažnis 0,9), o 1989–1998 m. laikotarpiu infiltracijos tikimybė šiais mėnesiais sudarė atitinkamai tik 0,7 ir 0,5. Tai susieta su padidėjusia vidutine gruodžio temperatūra, dėl to sumažėja dirvožemio įšalo trukmė ir susidaro prielaidos ilgesnei infiltracijos trukmei. Palyginti su 1989–1999 m., 2011–2020 m. žiemos laikotarpiu infiltracija padidėjo 20 proc. Gausesnis kritulių skverbimasis žiemos laikotarpiu gali padidinti azoto išplovimą iš žemės ūkio naudmenų, bet dėl mažesnės azoto koncentracijos infiltraciniame vandenyje žiemos laikotarpiu tarša neturėtų padidėti esmingai.

Ar įmanoma pakeisti situaciją?

Augalų liekanų irimo procesas po derliaus nuėmimo turi dvejopą poveikį aplinkai. Kuo daugiau augalų liekanų, tuo daugiau organinės anglies gali susidaryti iš jų ir praturtinti dirvožemį humuso. Tai labai naudingas dirvožemio derlingumui didinti procesas, atitinkantis Europos Sąjungos anglies dioksido mažinimo strategijas. Bet kartu, vykstant liekanų organinės medžiagos irimui, išsiskiria mineralinio azoto junginiai, kurie, esant drėgmės pertekliui, lengvai migruoja į gilesnius dirvožemio sluoksnius ir taip padidina taršą iš žemės ūkio naudmenų. Tai natūralus gamtos procesas, kurį valdyti technologinėmis priemonėmis labai sunku.

Didėjantis dėmesys aplinkosauginėms iniciatyvoms žemės ūkyje skatina šių sričių ekspertus kartu ieškoti tinkamiausių tvarių ūkininkavimo ir gamtos išteklių apsaugą užtikrinančių priemonių. Šiame kontekste pastaraisiais metais ypač išaugo susidomėjimas tarpiniais pasėliais, kaip priemone, kuri gali ne tik pasitarnauti saugant aplinką, tačiau kartu būti naudinga ir žemės ūkyje. Tarpiniai pasėliai padeda padidinti organinės medžiagos kiekį dirvožemyje, sumažinti kritulių filtraciją, atlieka fitosanitarinę funkciją. Tačiau, reikia pabrėžti, ne visų augalų tarpiniai pasėliai efektyviai mažina taršą rudens–žiemos laikotarpiu. Tik žiemkenčiai ar žiemojantys tarpiniai ir daugiamečiai augalai gali šiek tiek sumažinti azoto koncentraciją vandenyse rudens–žiemos laikotarpiu ir kritulių infiltraciją. Vasariniai tarpiniai augalai, nors ir augantys iki vėlyvo rudens, po šalnų baigia vegetaciją ir jų biomasė, taip pat kaip ir augalų liekanų, esant atodrėkiams žiemą, mineralizuojasi dirvos paviršiuje, o susidarę azoto junginiai migruoja gilyn į požeminius vandenis.

Atlikta atmosferinių kritulių infiltracijos pokyčių analizė leidžia teigti, kad dabartiniai klimato pokyčiai gali sumenkinti žemės ūkyje taikomų taršos mažinimo priemonių efektyvumą. Didesnę įtaką tam turi pakilusi temperatūra rudens–žiemos laikotarpiu, lemianti ilgesnę kritulių infiltracijos trukmę ir palankesnes augalų liekanų irimo sąlygas, kai susidaro mineraliniai azoto junginiai, migruojantys į poarmeninius dirvožemio horizontus. Aplinkos ministerijos vykdomas upių nuotėkių monitoringas turėtų parodyti, kas stipriau veikia azoto taršos dydį iš žemės ūkio naudmenų – klimato pokyčiai ar įterpiamas naudmenose trąšų kiekis, kuris praėjusiais metais esmingai sumažėjo padidėjus trąšų kainoms.

Šiame straipsnyje tik trumpai paliesti keli į analizę įtraukti veiksniai. Pagrindinė šios analizės žinia yra ta, kad klimato kaita yra vienas pagrindinių veiksnių, turintis įtakos beveik visiems kitiems gamtos ir žmogaus sukeltiems veiksniams.

***

Baltijos jūroje azoto tarša grėsmingai auga

Tarša iš žemės ūkio naudmenų lemia Baltijos jūros užteršimą. Jau keletą dešimtmečių Baltija priskiriama vienai iš labiausiai užterštų jūrų. Dar 1974 m. buvo priimti pirmieji HELKOM (Helsinkio komisija) nutarimai dėl Baltijos jūros taršos mažinimo, kurie buvo nuolat atnaujinami, atsižvelgiant į problemos aktualijas. Deja, praėjus 40 metų šalių, kurias skalauja Baltijos jūra, mokslininkai konstatavo, kad įgyvendinant agrarinės aplinkosaugos priemones Šiaurės ir Baltijos šalims nepavyko esmingai sumažinti jūros užterštumo. Taikomos apsaugos priemonės labiausiai sumažino azoto taršą Danijoje ir Švedijoje, tačiau kai kuriose šalyse nustatytos ir taršos didėjimo tendencijos. Pagrindinis veiksnys, leidžiantis sumažinti antropogeninės taršos mastą iš žemės ūkio naudmenų, yra mineralinių ir organinių trąšų normų mažinimas ir jų įterpimo technologijų bei terminų optimizavimas. To siekiama atsižvelgiant į konkrečios teritorijos hidroterminį režimą, lemiantį atmosferinių kritulių infiltraciją. Be abejo, žemės ūkio naudmenose įterptas mažesnis trąšų, ypač azoto, kiekis, turėtų lemti pasklidosios taršos mažesnį patekimą į Baltijos jūrą. Tačiau, žinoma, kad antras veiksnys, esmingai veikiantis antropogeninės taršos patekimą į Baltijos jūrą, yra klimato sąlygos, lemiančios kritulių infiltracijos į dirvožemio giluminius sluoksnius mastą ir dinamiką.