Sustainable agriculture intensification via optimized crop distribution based on soil acidity and water use

Agriculture is one of the most important assets of Polish economy. Considering people who are employed in this sector, the country takes the second place in the European Union. In European Union, Poland is the biggest producer of oats and the second biggest producer of rye and potatoes. Nevertheless, looking at the agricultural yields obtained from the crop production and comparing them with the ones of for example Germany or France, it can be seen that the potential of Polish agriculture is not fully exploited. The scientific research that has been conducted so far, shows soil acidity playing the major role in limiting optimal crop production in Poland where very acid and acid soild occupy 36% of the country. This work takes a closer look at the issue of soil acidity in crop production for 16 administrative regions of Poland. It shows that sustainable intensification of agriculture can be obtained by analyzing the connection between proper soil acidity management and the obtainable agricultural yields. It is shown that through the redistribution of the crop sown areas based on the soil acidity classes and the main 12 cultivated crops (barley, pulses, millet, wheat, rapeseed, sugar beet, corn, triticale, buckwheat, rye, oats and potatoes) and their soil acidity preferences, the obtained yields can be higher up to 20% and the savings in the use of liming fertilized can be done. Finally in the light of the one of the biggest challenges of nowadays agriculture – water use savings – and the risk of increased water stress, it is shown that in the scale of the whole country, through the optimized crop distribution based on appropriate crop soil acidity, the reduction of water use both in terms of the green and blue water by 20% can be obtained (green water – from 48 km3 to 38 km3 in the scale of the country, blue water from over 14 km3 to 11 km3 in the scale of the country). In certain administrative regions the water consumption decrease can even reach 25%. In case of gray crop water use the decrease of 19% is observed both in case of nitrogen and phosphorous (for nitrogen - from over 30 to over 24 km3 in case of cmax set to 3 mg/l and from over 8 to over 6 km3 in case of cmax set to 10 mg/l, for phosphorous from over 10 to 8 km3), which can significantly reduce the risk of eutrophication of water bodies.

L'agricoltura è uno dei più importanti settori dell’economia polacca . La Polonia è il secondo stato europeo per numero di persone impiegate nel settore agricolo ed è il più grande produttore di avena e il secondo più grande produttore di segale e patate. Tuttavia, osservando i rendimenti ottenuti dalla produzione agricola polacca e confrontandoli con quelli della Germania o della Francia, si può vedere che il potenziale dell'agricoltura polacca non è pienamente sfruttato. Le cause di queste limitazioni sono state imputate al terreno molto acido che occupa il 36% del paese. Il lavoro di tesi analizza più da vicino questo problema mostrando come nelle 16 regioni amministrative considerate ci sia una stretta connessione tra la corretta gestione dell'acidità del suolo e conseguentemente le rese ottenute. In particolare, la tesi dimostra come attraverso la ridistribuzione delle aree coltivate in base alle classi di acidità del suolo, considerando le principali 12 colture coltivate (orzo, legumi, miglio, grano, colza, barbabietola da zucchero, mais, triticale, grano saraceno, segale, avena e patate) e le loro preferenze sull'acidità del suolo, si possano ottenere rendimenti più elevati e risparmiare i quantitativi di fertilizzante impiegato. Infine, alla luce di una delle più grandi sfide dell'agricoltura contemporanea – ottimizzare l'uso dell'acqua - e il rischio di un aumento dello stress idrico, è dimostrato che attraverso la distribuzione ottimizzata delle colture, la riduzione del consumo idrico permetta di risparmiare il 20% di acqua verde e blu (acqua verde – da 48 km3 a 38 km3, acqua blu - da 14 km3 to 11 km3). In alcune regioni amministrative il consumo di acqua scende fino al 25%. In caso di utilizzo di acque grigie nelle colture si osserva un calo del 19% sia in caso di azoto che di fosforo, che può ridurre significativamente il rischio di eutrofizzazione dei corpi idrici.