Negatywne oddziaływanie rolnictwa na środowisko naturalne dotyczy nie tylko kwestii klimatu. Dziś chcemy zwrócić uwagę na problematykę zanieczyszczenia wód, o której napisał dla nas Jakub Wójcik z Fundacji Transformacja.

fot_1Polska jako jeden z czternastu krajów znajdujących się w zlewni Morza Bałtyckiego zajmuje jej 18% przy ok. 50% udziale gruntów ornych. W samej Polsce do celów rolniczych wykorzystuje się aż ok. 60% gruntów przy przekraczającej siedem milionów liczbie zwierząt hodowlanych. Daje to obraz, w jakim stopniu Polska opiera swoją gospodarkę na rolnictwie. W 2000 r., pod względem ogólnego obciążenia Morza Bałtyckiego azotem (N) i fosforem (P), nasz kraj odpowiadał za 37% udział azotu oraz 26% fosforu. Emisja N i P jest obecnie przedmiotem wielu badań i programów, zarówno krajowych jak i zagranicznych.

Istnieje wiele różnic w ocenie wpływu szeroko zdefiniowanych obszarów wiejskich na środowisko, szczególnie na jakość wody. Najnowsze dane wykazują stały statystycznie spadek odprowadzanych pierwiastków biogennych w latach 1988-2011 (Pastuszak i Igras, 2012). Polska, jako członek Unii Europejskiej, zobowiązała się na mocy Ramowej Dyrektywy Wodnej (RDW) do uzyskania dobrego stanu wód do 2015 r. Celem wspomnianej Dyrektywy jest szerzenie idei zrównoważonego korzystania z wód, poprawy stanu ekosystemów wodnych, ochrony środowiska wodnego, zapobiegania i zmniejszenia zanieczyszczeń oraz łagodzenia skutków powodzi i susz. Stan wód, według RDW, to określenie jakości wód pod względem stanu ekologicznego, jak również chemicznego.

Toksyczne zakwity sinicowe w Bałtyku

Jednym z kluczowych wyzwań RDW w Europie jest zmniejszenie rozproszenia zanieczyszczeń z krajobrazu. W większości krajów, w tym również w Polsce, rozproszone zanieczyszczenia generują prawie 60% całkowitego ładunku składników biotycznych do Morza Bałtyckiego. Ładunki pierwiastków biogennych generowane są przez rolnictwo, przemysł oraz miasta. Konsekwencją dużych obciążeń składnikami biogennymi są toksyczne zakwity sinicowe, które nie tylko obniżają jakość wody, ale również mogą tworzyć poważne zagrożenie dla zdrowia ludzkiego oraz zmniejszyć potencjał gospodarczy ekosystemu (np. różnorodność biologiczna, turystyka, rekreacja) i wartości estetyczne krajobrazu (Zalewski, 2010).

Warto podkreślić, iż Polska posiada jedne z najniższych zasobów wodnych pośród krajów europejskich, które wynoszą zaledwie ok. 1600 m3/osobę/rok, gdy średnia europejska to ok. 4600 m3osobę/rok (Kundzewicz i in., 2010). Woda jako najcenniejsze bogactwo naturalne jest determinującym czynnikiem mającym wpływ na środowisko przyrodnicze oraz jakość życia ludzi. Dlatego też ochrona wód wymaga stosowania bardzo efektywnych technologii oczyszczania ścieków. Zgodnie z przesłaniem przyjętej przez ONZ Agendy 21 należy dążyć do stosowania niedrogich technologii, które są efektywne (Obarska-Pempkowiak, 2012).

Rolnictwo jako przyczyna zanieczyszczeń

fot_2Rolnictwo uważa się za jedno z głównych źródeł zanieczyszczenia wód związkami azotu i fosforu. Zawartość azotu i fosforu w wodach gruntowych zwiększa się przede wszystkim przez intensywność spływów podpowierzchniowych, które są uwarunkowane sposobem użytkowania ziemi i wielkością nawożenia (Rauba, 2009). Zanieczyszczenie pochodzenia rolniczego możemy podzielić na obszarowe oraz punktowe. Do punktowych możemy zaliczyć zagrodę wiejską o zwartej infrastrukturze, są nimi także: składowiska odchodów zwierzęcych, dzikie wysypiska śmieci czy nieszczelne instalacje sanitarne. Duża część tych zanieczyszczeń zostaje uwolniona do środowiska poprzez złą praktykę rolną tj.: brak stosowania płyt obornikowych, zbiorników do magazynowania gnojowicy, przenawożenia upraw rolnych, prowadzenia orki wzdłuż spadku terenu itp. (Kodeks Dobrej Praktyki Rolniczej, 2004).

Powyższy problem ma bezpośredni wpływ na zdrowie ludzi, ponieważ wody podziemne stanowią główne źródło zaopatrzenia dla większości wodociągów. Płytkie wody gruntowe są najbardziej narażone na zanieczyszczenia nawozami chemicznymi. Azotany w wodach podziemnych pochodzą też z rozkładu materii organicznych zawierających azot jako końcowy produkt utleniania.

Agniczak i Zakowicz (2003) w swojej pracy stwierdzili, iż ilość NO3 powyżej 20mg/dm3 powoduje methemoglobinemię w wodzie pitnej spowodowaną redukcją NO3 do NO2i utlenieniem Fe2+ hemoglobiny do Fe3+, i przejście hemoglobiny w methemoglobinę, która nie spełnia roli przenośnika tlenu z powietrza do organizmu. Powoduje to wiele chorób, szczególnie u niemowląt, łącznie z niedorozwojem umysłowym, a nawet zagrożeniem życia. W wielu przydomowych studniach na polskich obszarach wiejskich  zaobserwowano stężenie azotanów ponad 20mg/dm3 (Anigacz i Zakowicz, 2003).

Poważny jest również problemem zanieczyszczania ściekami wód z terenów wiejskich. Według Głównego Urzędu Statystycznego (2011) przybliżona liczba ludności wiejskiej korzystająca z oczyszczalni ścieków wynosi 26,9% co oznacza wzrost o ponad 10 pkt proc. w porównaniu do 2003 r. Nieszczelne systemy kanalizacyjne mogą potęgować negatywne skutki zanieczyszczenia wód związkami organicznymi.

Wymienione zanieczyszczenia przyczyniają się w znacznej mierze do pogorszenia stanu wód (KDPR, 2004). Dzieje się to poprzez uwalnianie z niezabezpieczonych składowisk obornika do wód gruntowych dużych ilości azotu całkowitego TN – ok. 700mg/l, azotanów NO3– ok. 230mg/l czy też amonu NH4 – ok. 350mg/l (Bednarek i in., 2011). Niezabezpieczone składowiska obornika generują także duże ilości fosforanów na poziomie PO3 ok. 50mg/l (Szlarek, 2011), a już 3 mg/l jest wartością progową dla zakwitu fitoplanktonu (Kajak, 2001). Dostawanie się takich olbrzymich ładunków pierwiastków biogennych do wód powierzchniowych powoduje ich eutrofizację. Szacuje się, iż jeden kilogram fosforanów odpowiada za rozwój dwóch ton biomasy glonów w wodzie. Pojawienie się ich powoduje, że zbiornik zostaje całkowicie wyłączony z użytkowania rekreacyjnego (Zalewski 2005).

W poszukiwaniu rozwiązań

fot_3Jedną z biotechnologii, jakich można by było użyć do zapobiegania przedostawaniu się biogenów do wód, jest innowacyjna metoda złóż denitryfikacyjnych opracowana przez Katedrę Ekologii Stosowanej Uniwersytetu Łódzkiego. Opiera się one na wykorzystaniu odpadowych surowców naturalnych, dotąd nieprzydatnych, co stwarza możliwość zastosowania ich jako uniwersalnych i tanich materiałów rekultywacyjnych.

Niezabezpieczone składowiska obornika generują nawet do ±2700mg/l NO3, czyli ponad 50-krotne przekroczenie bezpiecznej zawartości azotanów w wodzie (Wójcik 2013). Pietrzak i Nawalny (2008) stwierdzili, iż długoletnie składowanie obornika bezpośrednio na gruncie prowadzi do zanieczyszczenia na obszarach wiejskich wód gruntowych, których parametry kilkukrotnie przekraczają normy. Wyniki badań potwierdzają zagrożenie tego typu miejsc i wskazują na konieczność użycia biotechnologii ekologicznych, które są w stanie zredukować zagrożenie zanieczyszczenia związkami azotu (Wójcik 2013).

Niskie koszty utworzenia, ±800 zł (Szklarek 2011), wysoka efektywność (do 90% redukcji) oraz długotrwałe działanie złóż denitryfikacyjnych wskazują, że jest to jedna z najlepszych terenowych metod oczyszczania wód ze związków azotu pochodzenia rolniczego (Long i in. 2011, Schipper i Vojvodic´-Vukovic 2000, Schmidti in. 2012). Rezultaty badań pozwalają stwierdzić, iż usuwanie związków azotu z wód jest na tyle efektywne, by wprowadzić tę biotechnologię do szerszej rekultywacji zlewni rolniczej (Wójcik 2013).

Autor: Jakub Wójcik (Fundacja Transformacja)

Bibliografia:

1. Anigacz W., Zakowicz E. 2003. Ochrona środowiska podręcznik dla studentów kierunków technicznych i przyrodniczych. Politechnika Opolska Wydział Budownictwa, 158-159.
2. Bednarek A., Stolarska M., Ubraniak M., Zalewski M. 2010. Application of permeable reactive barrier for reduction of nitrogen load in the agricultural areas – preliminary results. Ecohydrology & Hydrobiology, Vol. 10, 354-361.
3. Główny Urząd Statystyczny (GUS). 2011. Obszary wiejskie w Polsce. Warszawa – Olsztyn.
4. Kodeks Dobrej Praktyki Rolniczej. 2004. Ministerstwo Rolnictwa i Rozwoju Wsi, Ministerstwo Ochrony Środowiska, Warszawa.
5. Kundzewicz Z. W., Zalewski M., Kędziora A., Perzgalski E. 2010. Zagrożenia związane z woda. Nauka 4, 87-96.
6. Long, L. M., Schipper, L. A. & Bruesewitz, D. A. 2011. Long-term nitrate removal in a denitrification wall. Agriculture, Ecosystems & Environment, 140 (3-4), 514-520.
7. Obarska-Pempkowiak H. 2012. Oczyszczalnie hydrofitowe w świetle przepisów UE. VII Ogólnopolska Konferencja 2 Naukowa, 1-20.
8. Pastuszak M., Igras J. 2012. Temporal and spatial differences in mission of nitrogen and phosphorus from polish territory to the Baltic Sea. National Marine Fisheries Research Institute, Gdynia – Puławy.
9. Pietrzak S., Nawalny P. 2008. Wpływ długo i krótkotrwałego składowania obornika na gruncie na zanieczyszczenie gleby i wody związkami azotu. Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie, t. 8 z. 2b (24), 117-126.
10. Rauba M. 2009. Zawartość związków azotu i fosforu w wodach gruntowych zlewni użytkowanej rolniczo na przykładzie zlewni rzeki Śliny. Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych, nr 40, 505.
11. Schipper L. A., Vojvodic´-Vukovic M. 2000. Nitrate removal from groundwater and denitrification rates in a porous treatment wall amended with sawdust. Ecological Engineering 14, 269-278.
12. Schmidt C. A., Clark M. W. 2012. Efficacy of a denitrification wall to treat continuously high nitrate load. Ecological Engineering 42, 203-211.
13. Szklarek S. 2011. Zastosowanie geowłókninowych, biodegradowalnych złóż do usuwania zanieczyszczeń azotanowych i fosforanowych z ekosystemów wodnych. Uniwersytet Łódzki, Łódź.
14. Wójcik J. 2013. Ocena efektywności złóż denitryfikacyjnych zastosowanych do rekultywacji punktowych źródeł zanieczyszczeń azotanami w obszarach rolnych. Uniwersytet Łódzki, Łódź.
15. Zalewski M. 2000. Ecohydrology – the scientific background to use ecosystem properties as management tools toward sustainability of water resources. Ecological Engineering 16, 1-8.

Fot. Michał Sacharewicz / Flickr