Opracowane na potrzeby zrównoważonego rolnictwa nowatorskie strategie gospodarowania, koncepcje oczyszczania i narzędzia wspomagające proces decyzyjny
Konieczność wykarmienia rosnącej populacji wymusza stosowanie metod rolnictwa intensywnego, włącznie z powszechnym użyciem nawozów i pestycydów. Do niepożądanych skutków takich działań należą między innymi: zwiększone emisje gazów cieplarnianych, takich jak tlenki azotu, dwutlenek węgla i metan, zanieczyszczenie wód rolniczymi środkami chemicznymi i składnikami odżywczymi, a także degradacja gleb w wyniku ubytku materii organicznej i zmniejszenia różnorodności biologicznej. Zespół finansowanego ze środków UE projektu INSPIRATION (Managing soil and groundwater impacts from agriculture for sustainable intensification) poczynił istotne postępy w badaniach w zakresie zapobiegania takim negatywnym skutkom. „Obecnie wiemy więcej o zależności, w skali całego zlewiska, stężeń gazów cieplarnianych w wodach gruntowych od oddziaływań między procesami hydrogeologicznymi, procesami hydrogeochemicznymi i procesami związanymi z użytkowaniem gruntów”, mówi Steven Thornton, koordynator projektu z Uniwersytetu w Sheffield, który jest gospodarzem projektu. Naukowcom pracującym w ramach projektu INSPIRATION udało się określić, w jakich dokładnie warunkach w warstwach wodonośnych składniki odżywcze mogą zostać przekształcone w tlenki azotu, metan i dwutlenek węgla, a następnie uwolnione do atmosfery. Wiedzę tę będzie można wykorzystać przy ilościowej ocenie regionalnych emisji gazów cieplarnianych i zarządzaniu nimi.
Koncepcje oczyszczania
Projekt stanowił część sieci szkoleń innowacyjnych w ramach działania „Maria Skłodowska-Curie”. W jego ramach 15 naukowców na wczesnym etapie kariery zajmujących się różnymi dziedzinami przeprowadziło badania laboratoryjne i terenowe, a także analizy oparte na modelowaniu. Ich celem było przygotowanie, testowanie, monitorowanie i ocena rozwiązań technologicznych, zarówno w skali pojedynczego gospodarstwa, jak i całej zlewni. Ścieki rolnicze zanieczyszczają wody powierzchniowe i gruntowe związkami azotu i fosforu, dlatego w ramach projektu INSPIRATION sformułowano koncepcje oczyszczania z użyciem różnych naturalnych materiałów (na przykład zeolitu, zrębek i kompostu) w celu zatrzymania spływu składników odżywczych. Różne mieszaniny składników odżywczych i wspomnianych wcześniej naturalnych materiałów przebadano laboratoryjnie z użyciem techniki statycznej i dynamicznej, by znaleźć kombinację najlepszą pod względem przepuszczalności, adsorpcji i czasu działania. Następnie zespół opracował rozwiązanie problemu ścieków z gospodarstw mleczarskich. Zbadano również możliwość użycia naturalnych materiałów w systemach drenażu gruntowego do wychwytywania fosforu, tak by można go było użyć ponownie do nawożenia – takie zrównoważone rozwiązanie umożliwiłoby ograniczenie negatywnego wpływu składników odżywczych na wody przy równoczesnym zmniejszeniu ilości stosowanych nawozów mineralnych. Dodatkowo opracowano biosensor do monitorowania rekultywacji gruntu zdegradowanego w wyniku zanieczyszczenia metalami ciężkimi. „Ten innowacyjny czujnik mierzy biodostępność metali w glebie. Parametr ten jest lepszym wskaźnikiem jej stanu niż całkowite stężenia związków chemicznych. W przypadku wykrycia stężeń metali toksycznych dla mikroorganizmów glebowych właściciele gruntów będą mogli podjąć działania zapobiegawcze”, zauważa Thornton. Gleby zawierające metale ciężkie wymieszano z biowęglem, który zaadsorbował szkodliwe związki, zmniejszając ich biodostępność dla mikroorganizmów i przywracając funkcje tym glebom. Testy potwierdziły przydatność biosensora w monitorowaniu rekultywacji gruntów.
Wspomaganie procesu decyzyjnego
Aby ułatwić dobór pozyskiwanych lokalnie materiałów wykorzystywanych do redukcji nadmiaru składników odżywczych w wodzie ściekowej z gospodarstw mleczarskich, opracowano FarMit, czyli ogólnodostępne narzędzie wspomagające podejmowanie decyzji. FarMit zawiera bazę danych, w której można znaleźć ocenę skuteczności i kosztów dla 75 materiałów. Zostało one z powodzeniem przetestowane w Belgii, Irlandii i Stanach Zjednoczonych w scenariuszach obejmujących różne praktyki rolnicze i składniki odżywcze. „Narzędzie to usprawnia ograniczanie ilości zanieczyszczeń u ich źródła poprzez ponowne wykorzystanie dostępnych lokalnie materiałów, co zmniejsza koszty transportu i samego procesu”, dodaje Thornton. Przygotowano także ramy modelowania i wspomagania decyzji, by umożliwić ilościową ocenę efektów stosowania różnych technik gospodarowania w oparciu o wskaźniki, takie jak wysokość plonów, zawartość węgla organicznego w glebie i ubytek azotu. Narzędzie pokazuje, jakie decyzje pozwolą na maksymalizację zrównoważonej produkcji i minimalizację negatywnego wpływu na środowisko. „Wskaźniki są zazwyczaj oceniane osobno, dlatego to rozwiązanie jest unikalne”, wyjaśnia badacz. „Nowy system ramowy obsługuje różne skale. Może służyć do oceny wydajności rolnictwa, jakości gleb i skuteczności ochrony środowiska w całej Europie i w przypadku różnych kombinacji upraw, gleb i klimatu”. Wyniki badań, narzędzia i techniki wypracowane w ramach projektu INSPIRATION wspierają najważniejsze przepisy i strategie UE, w szczególności ramową dyrektywę wodną i inne akty prawne w sprawie azotanów, wód gruntowych, zrównoważonego stosowania pestycydów, Europejskiego Zielonego Ładu i strategii tematycznej w dziedzinie ochrony gleby. Wytyczne te wymagają, by państwa członkowskie stosowały środki, które pozwolą chronić i odtwarzać zasoby naturalne oraz umożliwią ich długoterminowe i zrównoważone użytkowanie.
Słowa kluczowe
INSPIRATION, gleba, rolnictwo, węgiel, azot, zanieczyszczenia organiczne, gazy cieplarniane, wody gruntowe, ścieki, składnik odżywczy, nawóz, system ramowy wspomagania decyzji, gospodarstwo mleczarskie, biosensor
