Ūkininkų protesto akcijos atnaujino diskusiją apie žemės ūkio taršos poveikį aplinkai. Ilgiau kaip 40 metų vykdau įvairių agrotechninių priemonių poveikio azoto išplovimui ir organinės anglies sukaupimui dirvožemyje tyrimus, tad prisidedu prie viešosios diskusijos, pasidalydama įžvalgomis apie galimus azoto taršos šaltinius žemės ūkio naudmenose.

Moksliniai tyrimai, atskleidžiantys įvairių agrotechninių praktikų įtaką pasklidosios taršos dydžiui, padeda geriau suprasti gamtos procesus ir gali būti naudingi priimant tinkamus sprendimus mažinti aplinkos užterštumą biogeniniais elementais.

Azoto patekimo į vandenis būdai

Lietuvoje žemės ūkio naudmenos labiausiai jautrios azoto (N) išplovimui, nes kritulių kiekis viršija jų garavimą, todėl drėgmės perteklius filtruojasi į gilesnius dirvožemio horizontus iki gruntinių vandenų arba su paviršiniais vandenimis patenka į vandens telkinius. Apskaičiuota, kad metinis kritulių nuotėkis siekia vidutiniškai 32 proc. Kartu su kritulių vandenimis iš viršutinių dirvožemio sluoksnių išsiplauna įvairūs cheminiai elementai, tarp jų ir N. Mineralinių ir organinių trąšų poveikis N išplovimui žemės ūkio naudmenose gerai ištirtas, parengti įvairūs reglamentuojantys jų naudojimą (normų ir įterpimo terminų) aktai.

Tačiau N į žemės ūkio naudmenų dirvožemį patenka ir iš kitų šaltinių, vienas kurių yra po žemės ūkio augalų derliaus nuėmimo laukuose esančios liekanos (šiaudai, ražienos, šaknys). Jos taip pat turi įtakos N režimui dirvožemyje, nes joms yrant susidaro mineraliniai N junginiai, analogiškai, kaip ir iš kitų trąšų rūšių. Labai svarbu įvertinti šio galimo N taršos šaltinio potencialą dėl kelių priežasčių: klimato šiltėjimo, didėjančio augalų derliaus ir kartu augalinių liekanų kiekio, pasėlių struktūros pokyčių. Šių veiksnių poveikį įvertinti N taršos dydžiui reikia siekiant teisingai interpretuoti priežastingumą ir tobulinti aplinkosaugos strategijas.

Mineralizacija vyksta ilgiau

Kad klimatas šiltėja, jaučiama visame pasaulyje. Lietuvoje ypač sparčiai pakilusi oro temperatūra fiksuota XXI a. pradžioje. Palyginti su 1961–1990 m. standartine klimato norma (SKN), 1991–2020 m. vidutinė metinė oro temperatūra pakilo +1,2 ℃ (new.meteo.lt). Ypač pakilo temperatūra lapkritį ir gruodį – atitinkamai +0,6 ir +1,3 ℃.

Pakilusi oro temperatūra šiais mėnesiais esmingai paveikė du procesus – kritulių filtracijos dirvožemyje mastą ir mikrobiologinių procesų dirvožemyje intensyvumą. Padidėjus oro temperatūrai, šiais mėnesiais dirvožemyje beveik nesusidaro įšalo ir atmosferinių kritulių infiltracija vyksta intensyviau. Pavyzdžiui, Rytų Lietuvoje, palyginti 1989–1998 ir 2011–2020 m. laikotarpius, nustatyta, kad infiltracija lapkritį padidėjo 42,6 proc., o gruodį – 29,7 proc., vadinasi, padidėjo ir upių nuotėkis į Baltijos jūrą. O tai gali padidinti ir azoto išplovimo nuostolius iš žemės ūkio naudmenų.

Aukštesnė oro temperatūra rudens ir žiemos laikotarpiais taip pat sudaro sąlygas dirvožemyje ilgiau mineralizuotis augalų liekanoms, dėl to susidaro nitratai. Šiam reiškiniui iki šiol buvo skiriama nedaug dėmesio, nes pagrindinis N taršos šaltinis žemės ūkio naudmenose yra mineralinės ir organinės trąšos. Tačiau, griežtėjant gamtosauginiams reikalavimams, tobulėjant maisto elementų apytakos modeliams, naudinga daugiau žinoti apie visus galimus N taršos šaltinius žemės ūkio naudmenose.

Varpinių ir pupinių augalų skirtumai azoto atžvilgiu

Didesnę ariamųjų plotų pasėlių dalį (apie 60 proc.) sudaro varpiniai javai. Nuėmus kviečių ir miežių derlių (jų auginama daugiausia) į dirvožemį grįžta beveik tiek pat tonų šiaudų ir šaknų liekanų, kiek prikuliama grūdų, o su rugiais – beveik 1,5 karto daugiau. Didėjant javų derliui, laukuose daugiau lieka ir popjūtinių liekanų. Atsižvelgiant į augalų derlingumą, laukuose vidutiniškai jų lieka nuo 2 iki 8 t/ha.

Azoto koncentracija varpinių javų šiauduose nedidelė – 0,4–0,8 proc., tad su šiaudais į dirvožemį gali būti grąžinama 8–50 kg/ha N. Šiauduose yra ir daug anglies (38–45 proc.), tarp jų lignino, dėl to jie dirvožemyje skaidosi lėtai (didelis anglies ir azoto santykis), N atsipalaiduoja laipsniškai, nedidindamas mineralinio azoto koncentracijos ir nitratų išplovimo dirvožemyje.

Lietuvoje vis plačiau pradedami auginti pupiniai augalai, nes pasaulyje matyti didėjantis augalinių baltymų poreikis. 2023 m. deklaruota 163,4 tūkst. ha pupinių augalų ir jie sudarė apie 8 proc. visos ariamosios žemės. Azoto panaudojimo atžvilgiu pupiniai (pupos, žirniai, lubinai) esmingai skiriasi nuo varpinių javų. Pupinių nereikia gausiai tręšti azoto trąšomis, nes jie turi unikalią savybę – sudaro simbiozę su gumbelinėmis bakterijomis, kurios pasisavina N iš atmosferos ir aprūpina juo augalus.

Lietuvos dirvožemio ir klimato sąlygomis didesnį simbiozinio N kiekį asimiliuoja lubinai ir pupos (iki 150 kg/ ha), kiek mažiau žirniai (apie 70 kg/ha). Nukūlus derlių, dalis sukaupto augaluose simbiozinio N (apie 67–86 proc.) išvežama iš laukų su sėklomis, o stiebų ir šaknų biomasė lieka dirvožemyje, po jos mineralizavimosi N vėl įtraukiamas į apytakos ciklą agroekosistemoje. Daugiau N į dirvožemį sugrąžinama su liekanomis lubinų pasėlyje – apie 90 kg/ha, su pupų ir žirnių liekanomis kur kas mažiau – 43–49 kg/ha.

Azoto išsiplovimas, kai mineralizuojasi pupinių liekanos

Kadangi, palyginti su varpiniais javais, pupinių stiebai turi daugiau N (3–4 proc.), tai jie mineralizuojasi dirvožemyje greičiau nei varpinių javų šiaudai. Tyrimai parodė, kad jau žiemą, praėjus 2–3 mėnesiams po liekanų įterpimo, N išplovimas pupinių augalų pasėliuose, palyginti su javais, gali padidėti 7–15 kg/ha. Kuo daugiau įterpta N su liekanomis, tuo labiau didėja jo išplovimo nuostoliai. Per metus N išplovimo nuostolių po pupinių liekanų įterpimo vidutiniškai padaugėja 12–15 kg/ha.

Rudens ir žiemos laikotarpiu mineralizavusis pupinių augalų liekanoms, iki pavasario jų poveikis nitratų išplovimui sumažėja ir pavasarį mažai skiriasi nuo N išplovimo varpinių javų pasėliuose. Po pupinių augalų kitais metais pasėtų javų derlingumas vidutiniškai padidėja 5–15 proc. Didesniam derliui formuoti augalai sunaudoja daugiau drėgmės ir N, ir tai nežymiai sumažina jo išplovimo nuostolius, palyginti su atsėliuojamais varpinių javų pasėliais. Todėl, vertinant pupinių augalų įtaką N išplovimui sėjos ir kitais po jų auginimo metais, galima teigti, kad su liekanomis į dirvožemį įterpiamas N gali padidinti jo koncentraciją ir išplovimą vidutiniškai 10–18 proc. ir tai gali turėti įtakos N patekimui į Baltijos jūrą.

Panašus N išplovimo efektas fiksuojamas, kai pupiniai augalai panaudojami kaip žalioji žiemkenčių trąša. Tyrimų duomenimis, pupinių augalų biomasės įterpimas, palyginti su miežių žaliąja biomase, didina žiemkenčių grūdų derlių vidutiniškai 15–26 proc., nes su jais įterpiama 3–4 kartus daugiau N (90–115 kg/ ha). Kuo daugiau N įterpiama su žaliąja biomase, tuo labiau padidėja grūdų derlius (koreliacijos koeficientas 0,9).

Azoto išsiplovimas skirtingais sezonais

Įterpta žaliųjų trąšų biomasė dirvožemyje pradeda irti iškart – rugpjūtį. Susidarę nitratai, esant kritulių pertekliui, išsiplauna iš ariamojo sluoksnio. Tai dažniausiai atsitinka spalį. Palyginti su miežių žaliosios masės įterpimu, pupinių žalioji biomasė rudenį padidina nitratų koncentraciją dvigubai ir daugiau. Žaliosios masės intensyvioji irimo stadija dirvožemyje tęsiasi neilgai, apie 2–3 mėnesius, o žiemą, mažėjant oro temperatūrai, sulėtėja. Atitinkamai mažėja nitratų koncentracija dirvožemyje ir jų išplovimas. Praėjus 4–5 mėnesiams po įterpimo, masės poveikis nitratų koncentracijai tampa neesminis. Aparta pupinių augalų žalioji biomasė, palyginti su varpinių javų (miežių) biomase, vidutiniškai per metus padidina N išplovimą 13–15 kg/ha, o kitais poveikio metais – apie 2 kg/ha.

Svarbu pažymėti, kad išplaunamojo N tarša labai priklauso nuo kritulių kiekio. Į tai būtina atkreipti dėmesį vertinant žemės ūkio naudmenų įtaką N išplovimui. Lietingais metais, kai dirvožemyje po biomasės įterpimo susidaro drėgmės perteklius, N išplovimas vyksta labai intensyviai, ir rudens laikotarpiu išplovimo nuostoliai gali sudaryti net 25–54 kg N/ ha. Palyginti su varpinių augalų biomase, pupinių žalioji masė įterpimo metais gali padidinti N išplovimą daugiau kaip dvigubai. Sausringais metais biomasė skaidosi lėtai, kritulių infiltracija nedidelė, ir N išplovimo nuostoliai siekia 2–7 kg/ha, nors poveikio tendencijos išlieka.

Taigi, klimato veiksniai (oro temperatūra ir kritulių kiekis) esmingai lemia N išplovimą žemės ūkio naudmenose, ir taikant tas pačias agrotechnines priemones taršos dydis gali būti labai skirtingas.

Vertinant šiltėjančio klimato poveikį filtracijos dydžiui, galima pažymėti, jog tikimybė, kad kritulių filtracija nevyks gruodį, sumažėjo nuo 30 iki 10 proc., o tikimybė, kad filtracija nevyks sausį, sumažėjo nuo 50 iki 10 proc. Tačiau esmingai (nuo 20 iki 90 proc.) padidėjo tikimybė, kad sausį vyks vidutinio dydžio filtracija (nuo 0 iki 50 l/m²), o tikimybė, kad lapkritį kritulių filtracija bus intensyvi (daugiau kaip 50 l/m² per mėnesį) išaugo nuo 20 iki 50 proc. Tai esmingai padidina N išplovimo riziką šaltuoju metų periodu.

Rudens ir žiemos laikotarpiu N išplovimo nuostolius galima šiek tiek kontroliuoti keliais būdais: mažinant kritulių filtracijos dirvožemyje greitį, auginant tarpinius pasėlius; auginant greitai augančius ir daug N biomasei formuoti naudojančius augalus; naudojant nitrifikacijos inhibitorius, slopinančius nitratų susidarymą dirvožemyje. Anksčiau atlikti tyrimai parodė, kad Lietuvos klimato sąlygomis auginant posėlyje ar įsėlyje aliejinius ridikus arba šunažoles, N išplovimo nuostoliai gali būti sumažinti iki 30 procentų.

Siekiant objektyviai įvertinti žemės ūkio naudmenų taršos N kitimo priežastingumą, manau, būtina atsižvelgti ne tik į panaudotų laukuose trąšų kiekį, bet ir į rudens ir žiemos periodo hidrotermines sąlygas, kurios esmingai veikia mineralinio N susidarymo ir jo migracijos greičio į požeminius vandenis sąlygas.

***

Baltijos jūros ekologinės būklės stebėsena atliekama nuolat. Europos Komisijos 2023 m. organizuotoje antrojoje Baltijos šalių konferencijoje („Our Baltic Conference“) naujai įvertintas Baltijos jūros užterštumo lygis ir priimti dokumentai, kuriuose pasiūlytos pažangesnės priemonės taršai mažinti. Lietuva taip pat prisiima įsipareigojimus mažinti teršalų patekimą į Baltiją, įskaitant ir taršą iš žemės ūkio naudmenų. Numatytas ilgalaikis 2022–2027 m. veiksmų planas ir priemonės gerinti Baltijos jūros ekologinę būklę. Planuojama tiksliau įvertinti rizikas dėl žemės ūkio poveikio vandens telkinių kokybei, įvairių agrotechninių priemonių (ariamosios žemės šaltuoju laikotarpiu uždengimą tarpiniais augalais arba ražienų palikimą, taip pat bearimės žemdirbystės taikymą ir kt.) poveikį pasklidžiajai taršai mažinti.