Prevenció de l'eutrofització provocada per nitrogen agrícola en les aigües superficials en clima mediterrani

L'acumulació de nitrats en aigües superficials és una de les causes d'eutrofització, problema ambiental creixent objecte d'atenció preferent per la Directiva de Nitrats de la Unió Europea. A la província de Granada, la conca del Riu Cubillas està designada com a 'Zona vulnerable a la contaminació per nitrats d'origen agrari'. Aquesta àrea es caracteritza per clima mediterrani continentalizado, sòls pobres, topografia accidentada i cultiu de l'olivar. La combinació d'aquests factors accelera els processos erosius afavorint la formació de cárcavas, i provoca, en les aigües de vessament, l'arrossegament de nitrats procedents de l'aplicació excessiva de fertilitzants nitrogenats.

Es vol demostrar l'eficàcia d'una tecnologia per reduir la concentració de nitrats en el flux superficial d'aigua a través de sistemes de detenció de l'aigua de vessament amb barreres de vegetació (riparian buffers). Aquests sistemes s'han reconegut molt efectius per crear una zona d'amortiment entre les àrees agrícoles i els ecosistemes aquàtics, mitigant així els impactes derivats de l'activitat agrària.

Es preveu la introducció de sistemes de fibres vegetals, que trencant les línies de vessament de l'aigua, actuen de filtre, retenint un alt percentatge de nitrats de l'aigua, així com bona part dels sòlids arrossegats, minimitzant els processos erosius i la pèrdua de sòl fèrtil. Els filtres vegetals fixen llavors o plantes, que utilitzen aquestes estructures com a suport i substrat. Els filtres s'ancoren a la terra i acaben incorporant-se al sòl. El sistema elimina nitrats a través del creixement de vegetació nitrófila (tant de forma natural com mitjançant el cultiu), el desenvolupament de bacteris desnitrificantes associades a les arrels de les plantes i la detenció en els filtres vegetals de sediments on s'ha pogut fixar prèviament nitrats, procés que contribueix també a donar fre a l'erosió.

L'acumulació de nitrats en les aigües superficials és una de les causes d'eutrofització [1] constitueix un problema ambiental i sanitari creixent a tot el món. Els principals problemes de contaminació de les aigües inclouen la pèrdua de qualitat, sedimentació, degradació per a usos recreatius i la disminució de la salut dels ecosistemes aquàtics.

L'acumulació de nitrats és atribuïda principalment a les inadequades pràctiques agrícoles i ramaderes. Centrant-nos en l'àmbit agrícola, la font fonamental d'aquest tipus de contaminació és l'aplicació excessiva o inadequada de fertilitzants nitrogenats minerals o orgànics. Concentracions de nitrats a partir de 25 mg/l adverteixen d'un potencial problema de contaminació, mentre que valors superiors a 50 mg/l indiquen un aigua seriosament contaminada i no vàlida per a consum humà. La naturalesa difusa d'aquest tipus de contaminació fa que sigui un problema difícil de solucionar.

La qualitat de les aigües a Europa és objecte d'atenció preferent per part de les autoritats ambientals de la Unió Europea. La Directiva Marco d'Aigües i la Directiva de Nitrats canalitzen aquest interès a través d'estratègies de prevenció i control de la contaminació, dirigides a garantir el bon estat químic d'aquestes aigües.

Convé recordar que la Directiva 91/676/CEE del Consell relativa a la protecció de les aigües contra la contaminació produïda per nitrats utilitzats en l'agricultura, té com a objectius generals reduir la contaminació causada o provocada pels nitrats d'origen agrari i actuar preventivament contra noves contaminacions d'aquesta classe. Per a això obliga als Estats membre a declarar zones vulnerables a la contaminació per nitrats d'origen agrari, a elaborar codis de bones pràctiques agràries dirigides als agricultors, així com establir programes d'acció per a les zones declarades vulnerables i programes de control per avaluar l'eficàcia dels anteriors.

A Andalusia, el Decret 36/2008 designa les Zones vulnerables a la contaminació per nitrats d'origen agrari, definint-les com aquelles superfícies els vessaments de les quals o filtracions amb aportacions de nitrats d'origen orgànic poden afectar a les aigües continentals. D'altra banda, l'Ordre de 18 de novembre de 2008 aprova el programa d'actuació aplicable a les zones vulnerables a la contaminació per nitrats procedents de fonts agràries designades a Andalusia. A la província de Granada, la conca del Riu Cubillas aboca a la unitat de la Vega de Granada, la qual està designada com a “Zona vulnerable”.

Les àrees d'aquesta conca es caracteritzen pel clima mediterrani continentalizado, sòls pobres, topografia accidentada i amb presència d'olivar com a cultiu predominant. La combinació d'aquests factors (pluges torrencials, sòl poc consolidat, pendents considerables, activitat agrària i baixa coberta vegetal) accelera els processos erosius en el sòl afavorint la formació de solcs i cárcavas, i provoca l'arrossegament de nitrats en les aigües de vessament procedents de l'aplicació excessiva de fertilitzants nitrogenats.

Per verificar l'existència d'un potencial problema de contaminació per nitrats en les aigües superficials, a través del laboratori de Medi ambient de la Diputació de Granada, s'han realitzat amb data 11 d'agost de 2.010 anàlisi en 4 punts del Riu Cubillas en els quals s'han trobat concentracions de nitrats de 6, 14, 27 i 16 mg/l, concentracions de N total de 63, 85, 45 i 39 mg/l, valors de 10 mg/l de DBO5 en els quatre punts i valors de DQO de 78, 236, 146 i 19 mg/l respectivament.

En ocasions, els estudis referents a la contaminació per nitrats de les masses d'aigua, se centren en les aigües subterrànies. La contaminació de les aigües subterrànies per nitrats representa un reflex del problema de contaminació de les aigües superficials, ja que una gran part d'aquestes s'infiltren en el sòl aconseguint els aqüífers subterranis, arrossegant contaminants com els nitrats. Per això, és important destacar les dades mostrades per determinats informes i estudis de concentració de nitrats en les masses d'aigua subterrània [2].

La contaminació de l'aigua per nitrats planteja problemes a tots els països de la Comunitat Europea. L'Informe de l'any 2010 de la Comissió al Consell al Parlament Europeu sobre aplicació d'aquesta Directiva, recull que en el període comprès entre 2004 i 2007, el 15% de les estacions de control de la UE-27 van registrar concentracions mitjanes de nitrats superiors als 50 mg/l en les aigües subterrànies.

Reconeix aquest informe en el punt 5 que la majoria dels programes d'acció inclouen les mesures exigides; no obstant això, alguns han de perfeccionar-se per protegir suficientment la qualitat de l'aigua contra la contaminació per nitrogen”. D'altra banda, encara que afirma “que la majoria dels agricultors controlats van complir en molt alt grau les mesures dels programes d'acció”, indica, entre les dificultats per a la seva aplicació, “la poca sensibilització dels agricultors, sobretot en el cas d'explotacions petites; dificultats per comprendre les mesures dels programes d'acció per falta de coneixements de molts agricultors”.

En el mapa de contingut en nitrat de les aigües subterrànies a Espanya (ITGE, 1998) es va descriure una exposició global de la situació. Per als punts muestreados en el conjunt d'Espanya, els resultats mostren que un 21% del total superen el nivell dels 50 mg/l, sent les conques hidrogràfiques del Guadalquivir i del Xúquer on se situen el major nombre d'unitats contaminades. En 2007, Fernández, de l'ITGE, actualitza aquestes dades i assenyala que aquest percentatge havia passat del 21 al 24,7 % [3]. Per a les conques del Guadalquivir i Guadalete-Barbate, es recull que gairebé un 19% dels punts muestreados excedien el llindar de potabilitat (8,8% >50 mg/l i 8,8% >100 mg/l).

El propòsit del projecte Life+ Eutromed és demostrar, a través d'una experiència pilot, l'eficàcia d'una tecnologia per reduir la concentració de nitrats en el flux superficial d'aigua en terres agrícoles amb clima mediterrani. Es tracta d'aplicar mesures estructurals que actuïn principalment a nivell correctiu, retenint bona part dels nitrats arrossegats per les aigües de vessament procedents de les activitats agrícoles, evitant així que aconsegueixin les aigües superficials.

A més, necessàriament, el projecte es complementa amb l'establiment d'acords voluntaris amb els propietaris de les explotacions agràries per a l'adopció d'un conjunt de mesures que actuïn a nivell preventiu. Amb aquesta combinació de mesures correctivas i preventives en relació amb la contaminació per nitrats, el projecte aconsegueix una convergència entre els objectius de la política europea i els interessos econòmics dels agricultors a nivell individual, en la línia dels principis bàsics de la Custòdia del Territori [4].

La tecnologia a utilitzar es basa en la introducció de sistemes prefabricats a força de fibres vegetals (espart i palla), que trencant les línies de vessament de l'aigua en el vessant, actuen de filtre, retenint en un alt percentatge els nitrats de l'aigua que els travessa, així com bona part dels sòlids arrossegats, minimitzant així els processos erosius i la pèrdua de sòl fèrtil. Constitueixen, a més, el suport i el reforç necessari de la vegetació per a àmbits semiáridos com els quals ens trobem.

Els filtres vegetals fixen entre els seus intersticios les partícules de sòl i les llavors o plantes, les quals utilitzen aquestes estructures com a suport i substrat alhora. Els filtres s'entrecosen i s'ancoren a la terra, formant tot això una sistema estable i ecològic, que finalment acaba incorporant-se al sòl. El sistema és capaç d'eliminar nitrats de les aigües de vessament per tres mecanismes. El creixement de vegetació nitrófila sobre aquests sistemes (tant de forma natural com mitjançant el cultiu), augmenta consegüentment la capacitat d'assimilació de nitrats.

Així mateix, el desenvolupament de bacteris desnitrificantes associades a les arrels de les plantes, afavoreix el procés de desnitrificació (reducció dels nitrats a nitrogen gas). Una tercera via d'eliminació de nitrogen, relacionada amb el fre de l'erosió, és a través dels sediments que queden retinguts en els filtres vegetals, on s'han pogut fixar prèviament aquests compostos.

Segons Yuan et al. (2009), en els últims anys ha anat creixent el reconeixement de la importància dels sistemes de detenció d'aigua de vessament amb barreres de vegetació (en anglès buffers) com a zona d'amortiment entre les àrees agrícoles i les masses d'aigua. Els riparian buffers juguen un important paper en la mitigació dels impactes derivats de l'activitat agrària sobre la qualitat dels ecosistemes aquàtics.

Encara que la capacitat per retenir contaminants i sediments és específica del terreny i de la vegetació, hi ha molts altres factors que influeixen en la seva eficiència. L'ample del sistema de retenció és important en la filtració del vessament agrícola i els sistemes més amples tendeixen a atrapar més sediments; l'eficiència en la retenció també es veu afectada pel pendent. No obstant això, globalment l'eficiència en la retenció de sediments no varia en funció del tipus de vegetació; així, buffers herbacis i buffers forestals tenen pràcticament la mateixa eficiència de retenció [5].

En relació amb l'eficiència en l'eliminació de nutrients, l'experiència de ‘Franges Amortiguadoras amb Barreres de Vegetació’ en fluxos superficials, és a dir, el mateix model que proposem en el projecte, ens mostra que una amplària de 0,7 m de tractament és altament eficaç, eliminant el 50% dels nutrients de l'aigua de vessament mesurats en la vora de l'àrea. De mitjana, el 70% de N orgànic, 54% de NO3-N, 50% de NH4–N, 65% de P particulado, i 60% de PO4–P van ser eliminats per un buffer de 0,7 m. Amb 8 m, el sistema elimina 92% de N orgànic, 94% de P particulado, 73% de NO3–N, 91% de NH4–N, i 89% de PO4–P [6].

En funció de les característiques del terreny on es van a implantar, els filtres vegetals poden tenir diverses formes (mantes, matalassos i fajinas) de dimensions vàries. Per accelerar el desenvolupament de vegetació en aquests sistemes i millorar per tant la seva capacitat de retenció, es pot dur a terme el cultiu de plantes autòctones que compleixin les següents característiques:

• Plantes nitrófilas, amb bona capacitat per fixar les restes de fertilitzants.
• Plantes amb bona capacitat per desenvolupar-se en les condicions requerides: desenvolupament ràpid i bona capacitat de propagació, però no tant com per convertir-se en una possible plaga per l'olivar. (Com seria el cas de gramíneas tipus Piptatherum).
• Plantes amb abundants arrels secundàries que puguin actuar com a filtre i fixar sòlids però que no tinguin una potència d'arrel tal que es puguin convertir en competència per als cultius.
• Disponibilitat en viver.

Es tracta d'un mètode que combina tècniques amb resultats de desnitrificació demostrats per les recerques amb l'adopció de bones pràctiques agrícoles per combatre l'erosió de terres agrícoles (pràctiques correctivas) i per optimitzar l'ús de fertilitzants nitrogenats (pràctiques preventives). L'estandardització i optimització de models de filtres vegetals per eliminar nitrats en zones amb clima mediterrani, en les quals els cultius s'estenen en vessants de grans pendents, sense coberta vegetal i amb sòls pobres on es donen importants fluxos de vessament superficial, és una innovació. A nivell pràctic, els mètodes proposats per implantar el sistema i les guies pràctiques dirigides als grups objectiu, poden ser considerats, així mateix, com a innovadors.

En definitiva, mitjançant el desenvolupament del present projecte, es pretenen aconseguir les següents metes:

1. Disseny, aplicació i difusió de la implantació d'una metodologia per a la disminució de la contaminació per nutrients, nitrats i fosfats principalment, en la llera dels rius mediterranis d'Andalusia Oriental.

2. A l'àrea objecto d'estudi, els sòls agrícoles presenten una relació Ntotal/Matèria orgànica de 0,1. El cultiu predominant és l'olivar, la precipitació mitjana anual és de 600 l/m2, i els pendents màxims del terreny estan de l'ordre del 25%. Amb aquestes premisses, podem estimar una pèrdua natural de nitrogen per vessament en el sòl de 5-10 kg Ntotal/Hectàrea/any [7]. Mitjançant la metodologia dissenyada, atribuïble a la tecnologia buffer aplicada, es tenen els següents resultats d'efectivitat esperada: 70% de Nitrat i 50% de Ntotal (nitrogen total), 50% en DBO5 (Demanda Bioquímica d'oxigen); 70% en SS (sòlids en suspensió), 50% en DQO (Demanda química d'oxigen) i 30% en Ptotal (fòsfor total), paràmetres que una vegada executat el projecte proveiran informació valuosa sobre la protecció aconseguida a les àrees vulnerables.

3. Valorització de productes o subproductes vegetals obtinguts de l'activitat agrícola, forestal, silvicultura, etc., per a la realització de filtres vegetals per a la retenció de l'excés de nutrients presents en alguns cursos d'aigües naturals.

4. Contribuir a la millora de la qualitat de les aigües superficials mitjançant l'aplicació de sistemes de tractament naturals, no invasius i de fàcil maneig.

5. Complir amb l'establert en la Directiva Marco de l'aigua (DMA), que estableix com a objectiu protegir les masses d'aigües superficials per aconseguir un bon potencial ecològic i un bon estat de les mateixes.

6. Un mètode transparent per a l'anàlisi del cost-beneficio de l'aplicació de la tecnologia buffer proposta (expressats els beneficis aconseguits com a reducció de nitrogen en l'aigua en €/kg, així com en termes d'increment de producció de biomassa, que s'estima en 25 tones/any per cada 5 hectàrees tractades).

Bibliografia

[1] Carpenter, S. et al. (1998) Nonpoint pollution of surface waters with phosphorus and nitrogen. Issues in Ecology 3, Ecological Society of America.

[2] Gómez, M.A., Hontoria, I. and González-López, J. (2002) Effect of dissolved oxygen concentration on nitrate removal from groundwater using a denitrifying submergered filter. Journal of Hazardous Materials, 90, 267-270).

[3] Fernández, Loreto (2007). Els nitrats i les aigües subterrànies a Espanya. Ensenyament de les Ciències de la Terra (15.3) 257-265.

[4] Bàssora Roca, X.; Sabaté I Rotés, X. et al. (2006). Custòdia del territori en la pràctica. Manual d'introducció a una nova estratègia participativa de conservació de la naturalesa i el paisatge. Fundació Territori i Paisatge - Obra Social Caixa Catalunya, Xarxa de Custòdia del Territori.

[5] Yuan et al. (2009) A Review of effectiveness of vegetative buffers on sediment trapping in agricultural areas. Ecohydrol. 2, 321–336.

[6] Blanco-Canqui H, Gantzer, CJ and Anderson SH (2006) Performance of Grass Barriers and Filter Strips under Interrill and Concentrated Flow. J. Environ. Qual. 35:1969–1974.

[7] Ferrer A., Mochón I., D'Oña J. and Osorio F. (2011). Evolution of the Soil and Vegetation Cover on Road Embankments after the Application of Sewage Sludge. Water, Air and Soil Pollution 214: 231-240.

El present article, elaborat per Francisco Osorio Robles, doctor enginyer de Camins, Canales i Ports de la Universitat de Granada, forma part del conjunt de documents presentats en Conama