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
Zakwity Morza Bałtyckiego jako konsekwencja zanieczyszczeń biogenicznych pochodzących ze zlewni www.fakt.pl https://tvnmeteo.tvn24.pl
Total TN load from Poland [tonnes] 300 000 250 000 200 000 150 000 100 000 50 000 0 1995 2000 2006 2014 20 000 15 000 10 000 5 000 Total TP load from Poland [tonnes] 0 1995 2000 2006 2014
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 2018. No 153)
Zakwity sinic na Zbiorniku Wodnym Sulejów (fot. M. Szelest, W. Frątczak ) (fot. M. Szelest, W. Frątczak )
Zlewnia Pilicy powyżej Zbiornika Wodnego Sulejów Global Reference Site for UNESCO IHP Ecohydrology
Przestrzenne zróżnicowanie wielkości emisji azotanów i fosforu ogólnego ze źródeł obszarowych w zlewni Pilicy (szacowanie za pomocą modelu SWAT) (Piniewski i in., Water 2015)
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)
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
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).
Program działań dla ograniczenia zanieczyszczeń obszarowych w zlewni Pilicy - opracowany we współpracy z interesariuszami
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
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
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)
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.
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%.
Wysokoefektywna strefa buforowa (roślinne pasy wzmocnione barierą na bazie wapienia) narzędziem do redukcji zanieczyszczeń fosforanowych 1. 2. 2. bariery 1. 1. 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.
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.
Sekwencyjny System Sedymentacyjno-Biofiltracyjny na Dopływie z Goleszy Dużych dla podczyszczenia wód i ochrony Zbiornika Sulejowskiego
Cieki zagrożone eutrofizacją (symulacja za pomocą modelu SWAT)
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
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: 2018 2023 36 partnerów, budżet: 15,5 mln euro
Cel: Wykorzystanie nature-based solutions w ograniczeniu fali powodziowej w zlewni Luciąży: opracowanie wytycznych do planowania przestrzennego i planów gospodarowania wodami
Waterdrive Water driven rural development in the Baltic Sea Region Wniosek zaakceptowany 20.09.2018 2.5-letni projekt, 18 Partnerów z 6 krajów nadbałtyckich
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.
Dziękuję za uwagę! k.izydorczyk@erce.unesco.lodz.pl www.ekorob.pl