Po co nam drzewa między polami? Pomagają oczyszczać wodę

Dyrektor Europejskiego Regionalnego Centrum Ekohydrologii Polskiej Akademii Nauk (ERCE PAN) prof. Maciej Zalewski wskazuje na wciąż nierozwiązany problem oczyszczania wód pochodzących z rolnictwa.

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 – mówi naukowiec.

Rolnik sam sobie winny

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 parowania oraz utratę materii organicznej z gleby. To 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 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. – tłumaczy 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.

Niezastąpione wierzby

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+ – podkreśla prof. Zalewski.

Niewydolne małe oczyszczalnie

– 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 (…) – mówi 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.

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.

Dobre praktyki rolnicze

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 – mówi prof. Maciej Zalewski. – 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.