Oczyszczanie pochodzących z rolnictwa wód z azotu i fosforu, stosowanych do nawożenia pól, jest konieczne, aby zapobiec m.in. powstawaniu toksycznych zakwitów sinic w Bałtyku – wskazał prof. Maciej Zalewski. Pomocne w tym są biotechnologie ekohydrologiczne m.in. strefy buforowe między polem a strumieniem.
Dyrektor Europejskiego Regionalnego Centrum Ekohydrologii Polskiej Akademii Nauk (ERCE PAN) prof. Maciej Zalewski w rozmowie z PAP wskazał na wciąż nierozwiązany problem oczyszczania wód pochodzących z rolnictwa.
Najgroźniejsze są pierwiastki stosowane do nawożenia pól
Chodzi głównie o oczyszczanie wód z azotu i fosforu, czyli pierwiastków stosowanych do nawożenia pól. „Pozostałości tych nawozów przedostają się do rzek, a następnie powodują przeżyźnienie zbiorników wodnych i zakwit w nich toksycznych sinic” – powiedział.
Dodał, że problem może narastać w związku z rozwojem rolnictwa przemysłowego. Tutaj – tłumaczył profesor – ciężkim sprzętem ubija się podglebie i zmniejsza w ten sposób infiltrację (zdolność do przenikania wody w głąb ziemi). Ponadto wycina się zadrzewienia śródpolne, które dotąd tworzyły naturalną barierę przed wiatrem i utrzymywały wilgotność gleb. Bez drzew przyspieszający na tym terenie wiatr tworzy efekt „suszarki”, powodując zwiększenie procesu parowania oraz utratę materii organicznej z gleby. To z kolei prowadzi do jałowienia gleb, które trzeba mocniej nawozić.
Biotechnologie ekohydrologiczne
W rozwiązaniu tego problemu pomocne są m.in. biotechnologie ekohydrologiczne, czyli rozwiązania oparte na naturze, wykorzystujące własności ekosystemów jako narzędzi regulujących. Ich opracowywaniem i wdrażaniem zajmują się naukowcy z Europejskiego Regionalnego Centrum Ekohydrologii PAN, prowadzonego przez prof. Zalewskiego.
Przykładem takich rozwiązań są wysokoefektywne strefy buforowe konstruowane między polem a strumieniem. „Duże ładunki azotanów (będące aktywnym paliwem dla toksycznych zakwitów) przedostają się do wód powierzchniowych wraz z płytkimi wodami podziemnymi. Dlatego w miejscach granicznych, na styku lądu i wody, konstruujemy bariery denitryfikacyjne, które dzięki zastosowaniu odpowiednich substratów działają jak bioreaktor, zamieniając azotany na azot gazowy. Barierę stanowi rów wypełniony m.in. trocinami, węglem brunatnym, dolomitem – w zależności od gleby. To tanie rozwiązanie, a redukuje azotan o nawet 80-90 proc.” – wskazał ekspert.
Z kolei w oczyszczaniu wód z fosforu działa bariera geochemiczna. „Do tego świetnie się nadaje dolomit, wapień, który wiąże fosfor, a którego mamy w Polsce mnóstwo” – powiedział.
Bariery roślinne w postaci wierzb
Profesor dodał, że ważnym uzupełnieniem tych dwóch barier powinny być bariery roślinne np. w postaci wierzb, które mają rozbudowany system korzeniowy, sięgający nawet osiem metrów w głąb ziemi.
„Dzięki tym rozwiązaniom usuwany jest azot i fosfor zanim dostaną się do systemu rzecznego. Warto podkreślić, że nie trzeba tego typu stref konstruować wzdłuż wszystkich strumieni, ale tam, gdzie intensywnie uprawiane i nawożone pola stykają się z nimi, co stanowi kilkanaście procent zlewni. Te krytyczne obszary można precyzyjnie zidentyfikować za pomocą zdjęć satelitarnych i ekohydrologicznych modeli matematycznych. Model taki opracowaliśmy dla dorzecza Pilicy z prof. Katarzyną Izydorczyk przy współpracy z SGGW w ramach programu Europejskiego LIFE+EKOROB. Projekt ten został w 2018 r. nagrodzony przez Komisję Europejską jako Best of LIFE+” – podkreślił prof. Zalewski.
Dobre praktyki rolnicze
Podstawą efektywnej redukcji zanieczyszczeń pochodzenia rolniczego jest więc wdrażanie rozwiązań ekohydrologiczno-biotechnologicznych, a także stosowanie dobrych praktyk rolniczych.
Biotechnologie ekohydrologiczne nie tylko ograniczają zanieczyszczenia obszarowe np. z pól uprawnych, ale również punktowe np. zrzut ścieków z oczyszczalni. „Badania przeprowadzone w ERCE przez prof. Edytę Kiedrzyńską wykazały, iż średnie i małe oczyszczalnie ścieków mają niską efektywność działania, stanowiąc w ten sposób ważne źródło zanieczyszczeń w zlewni, w tym również bakteriami antybiotykoodpornymi. Można temu zaradzić, dzięki konstrukcji sekwencyjnego systemu sedymentacyjno-biofiltracyjnego, który wspomaga pracę oczyszczalni, redukując ilość zanieczyszczeń w ściekach odprowadzanych do rzeki. Działający prototyp takiego systemu skonstruowano przy oczyszczalni ścieków w Rozpszy (…)” – mówił prof. Zalewski.
W ostatnich latach naukowcy z zespołu prof. Macieja Zalewskiego optymalizują ekohydrologiczne rozwiązania również w kierunku usuwania zanieczyszczeń pestycydowych, których głównym emiterem pozostaje rolnictwo. Jak mówił profesor, opracowany w 2018 roku preparat BioKer, który pozwala usuwać związki fosforu i pestycydów, został nagrodzony m.in. złotym medalem na międzynarodowych targach innowacyjności „Concours Lepine” w Paryżu.
Rozwiązania opracowane w ERCE są wciąż rozwijane przez poszerzanie zakresu badań o dziedziny takie jak biologia molekularna, mikrobiologia oraz fitotechnologie.
„Ogromne znaczenie dla ich szerokiego stosowania ma budowanie zaufania do rozwiązań opartych na przyrodzie oraz podnoszenie świadomości społeczeństwa. Właśnie w tym celu w ERCE PAN ruszają prace nad dostosowaniem 16 gospodarstw rolnych o różnym profilu produkcji do pełnienia funkcji Demonstracyjnych Gospodarstw Projektu LIFE Pilica. Wśród planowanych do zastosowania rozwiązań są wysokoefektywne strefy buforowe, w skład których wchodzą wspomniane bariery czy zadrzewienia/zakrzaczenia śródpolne” – powiedział.
„Wraz z moim zespołem pracujemy właśnie nad rozwiązaniami bliskimi naturze, których podstawą jest zrozumienie procesów występujących w ekosystemach. Chcemy je nie tylko rozwijać, ale również przekonać decydentów i społeczeństwo, że są skuteczne” – podsumował prof. Maciej Zalewski.
naukawpolsce.pap.pl Agnieszka Kliks-Pudlik
