Biotechnologie ekohydrologiczne dla ograniczania zanieczyszczeń obszarowych

Transkrypt

1 Biotechnologie ekohydrologiczne dla ograniczania zanieczyszczeń obszarowych Katarzyna Izydorczyk, Wojciech Frątczak, Maciej Zalewski Europejskie Regionalne Centrum Ekohydrologii PAN PGW Wody Polskie Regionalny Zarząd Gospodarki Wodnej w Warszawie Partner merytoryczny

2 Zakwity Morza Bałtyckiego jako konsekwencja zanieczyszczeń biogenicznych pochodzących ze zlewni

3 Total TN load from Poland [tonnes] Total TP load from Poland [tonnes]

4 Riverine TN load in 2012 from Poland to Baltic Sea 5% Riverine TP load in 2012 from Poland Baltic Sea 4% 16% 31% 19% 42% 45% 3% 34% 1% Point-sources Atmospheric Agriculture Natural background Transboundary Point-sources Atmospheric Agriculture Natural background Transboundary (HELCOM No 153)

5 Zakwity sinic na Zbiorniku Wodnym Sulejów (fot. M. Szelest, W. Frątczak ) (fot. M. Szelest, W. Frątczak )

6 Zlewnia Pilicy powyżej Zbiornika Wodnego Sulejów Global Reference Site for UNESCO IHP Ecohydrology

7 Przestrzenne zróżnicowanie wielkości emisji azotanów i fosforu ogólnego ze źródeł obszarowych w zlewni Pilicy (szacowanie za pomocą modelu SWAT) (Piniewski i in., Water 2015)

8 10% gruntów ornych w zlewni Pilicy odpowiada za emisję 51% całkowitego ładunku fosforu ogólnego 9% gruntów ornych w zlewni Pilicy odpowiada za emisję 36% całkowitego ładunku azotanów (Frątczak i in., 2015)

9 Redukcja strat fosforu ze spływu powierzchniowego PA1: Górna zlewnia Pilicy Zidentyfikowane zagrożenia Emisja fosforu w postaci spływu powierzchniowego wynikającego z ukształtowania powierzchni w obszarach gleb lessowych. Intensyfikacja erozji wodnej poprzez uprawy redlinowe warzyw

10 Redukcja wymywania azotu pochodzącego z upraw i hodowli PA2: Zlewnia Luciąża Zidentyfikowane zagrożenia Wysoka emisja azotu zarówno z wysokiego zużycia nawozów mineralnych jak i wysokiej produkcji nawozów naturalnych (gnojowica) pochodzących z hodowli trzody chlewnej Zakwaszenie gleb: udział procentowy gleb bardzo kwaśnych w poszczególnych gminach wahał się od 22-31%, a gleb kwaśnych 35% to 48% (Jackowska 2014).

11 Program działań dla ograniczenia zanieczyszczeń obszarowych w zlewni Pilicy - opracowany we współpracy z interesariuszami

12 Program działań dla ograniczenia zanieczyszczeń obszarowych w zlewni Pilicy Dobre praktyki rolne: Nawożenie oparte o analizę gleby i plany nawozowe Kontrola odczynu gleby poprzez wapnowanie Stosowanie poplonów Właściwe przechowywanie nawozów naturalnych Strefy buforowe Gospodarka komunalna: Realizacja Krajowego Programu Oczyszczania Ścieków Komunalnych Kompaktowe oczyszczalnie ścieków dla sołectw Przydomowe oczyszczalnie ścieków Biotechnologie ekohydrologiczne: Wysokoefektywne strefy buforowe Ściany denitryfikacyjne Sekwencyjne systemy biofiltracyjno-sedymentacyjne

13 Nadbrzeżne strefy buforowe jako narzędzie do redukcji zanieczyszczeń obszarowych Redukują dopływ związków biogennych (azotu i fosforu) poprzez ich wychwytywanie zarówno z płytkich wód gruntowych jak i ze spływu powierzchniowego; Poprzez system korzeniowy spajają glebę, przeciwdziałają erozji (Parn i in. 2012) Korzystnie wpływają na mikroklimat poprzez regulację temperatury wody i dostępności światła w korycie rzeki; Tworzą nowe siedliska oraz korytarze ekologiczne

14 Wysokoefektywne strefy buforowe (roślinne pasy wzmocnione ścianą denitryfikacyjną lub barierą na bazie wapienia) jako narzędzie dla ograniczenia zanieczyszczeń obszarowych (Fratczak i in., 2015) (Izydorczyk i in. 2013)

15 Wysokoefektywna strefa buforowa (roślinne pasy wzmocnione ścianą denitryfikacyjną) narzędziem do redukcji zanieczyszczeń azotanowych PRZED: PO: Ściana denitryfikacyjna została skonstruowana poprzez wykopanie rowu w ziemi o szerokości ok. 1 m i zmiennej, w zależności od warunków geologicznych, głębokości 1,5-1,7 m, na długości ok. 100 m prostopadle do kierunku przepływu wód gruntowych. Ziemię z rowu przed powtórnym zasypaniem wymieszano z trocinami sosnowymi w proporcji 70:30.

16 Ocena efektywność ściany denitryfikacyjnej jako elementu wysokoefektywnej strefy buforowej w redukcji zanieczyszczeń azotanowych I. II. III. IV. V. Wody zanieczyszczone wg Dyrektywy Azotanowej VI. Analizując różnicę pomiędzy stężeniami wejściowymi, a stężeniami odnotowanymi w ścianie, stwierdzono w badanym okresie średnią redukcję azotanów na poziomie 67%.

17 Wysokoefektywna strefa buforowa (roślinne pasy wzmocnione barierą na bazie wapienia) narzędziem do redukcji zanieczyszczeń fosforanowych bariery Bariera biogeochemiczna została wykonana w ujściu okresowego cieku poprzez wykonanie rowu w dnie doliny o szerokości 1,5 m oraz wypełnieniu go kamieniem wapiennym w otulinie z geowłókniny. Jednocześnie bariera podpiętrza wodę w strefie biofiltracji, przez co proces zachodzi intensywniej oraz przyczynia się do wydłużenia czasu przepływu wód przez strefę. 2. Ponadto wzmocniono linię brzegową na długości 55 m narzutem kamienia wapienno-dolomitowego na geowłókninie stabilizowanego kiszką faszyną, który będzie z jednej strony adsorbował związki fosforu pochodzace w wód wysiękowych, a z drugiej strony chronił przed rozmyciem skarpy.

18 Ocena efektywności wysokoefektywnej strefy buforowej (roślinne pasy wzmocnione barierą na bazie wapienia) w redukcji zanieczyszczeń fosforanowych bariera Średnia redukcja fosforanów w pierwszym roku funkcjonowania bariery w wyniku przejścia przez barierę wyniosła 58% (Izydorczyk i in. 2013). W kolejnych latach funkcjonowania średnia redukcja fosforanów malała. Średnia redukcja w okresie czterech lat funkcjonowania bariery wyniosła 12%. Świadczy to o nasyceniu substratu wapniowego, co wynika z wysokiego zanieczyszczenia wód.

19 Sekwencyjny System Sedymentacyjno-Biofiltracyjny na Dopływie z Goleszy Dużych dla podczyszczenia wód i ochrony Zbiornika Sulejowskiego

20 Cieki zagrożone eutrofizacją (symulacja za pomocą modelu SWAT)

21 Biotechnologie ekohydrologiczne wpisują się w najnowszy światowy nurt badań nad opracowaniem niskokosztowych i niskoenergetycznych rozwiązań opartych na procesach zachodzących w przyrodzie (ang. nature-based solutions), które są priorytetem polityki ONZ oraz strategii Komisji Europejskiej

22 RECONECT: Regenarating ecosystems with nature-based solutions for hydro-meteorological risk reduction Regeneracja ekosystemów przy wykorzystaniu rozwiązań opartych o przyrodę dla ograniczenia zagrożeń hydrometeorologicznych Czas trwania: partnerów, budżet: 15,5 mln euro

23 Cel: Wykorzystanie nature-based solutions w ograniczeniu fali powodziowej w zlewni Luciąży: opracowanie wytycznych do planowania przestrzennego i planów gospodarowania wodami

24 Waterdrive Water driven rural development in the Baltic Sea Region Wniosek zaakceptowany letni projekt, 18 Partnerów z 6 krajów nadbałtyckich

25 Waterdrive w Polsce Zrównoważony krajobraz jako platforma dla efektywnego zarzadzania zasobami wodnymi oraz konkurencyjnego rolnictwa Partnerzy z Polski: ERCE PAN Centrum Doradztwa Rolniczego w Brwinowie PhenoHorizon OLP sp z.o.o z Łodzi.

26 Dziękuję za uwagę!