23 10 24 Mano ukio prenumerata 2024 23 04 15 Gauti naujienas mobili žurnalas
Mano Ūkis 2020/03
Žemių sausinimas: mokslininkų žvilgsnis į inovacijas
  • Rasa JAGAITĖ
  • Mano ūkis

Kaimo vandentvarkos srityje sukurta nemažai aplinkosauginių inovacijų, kurios padėtų išlaikyti gerą vandens telkinių būklę intensyvaus žemės ūkio sąlygomis. Apie tai pasakoja Vytauto Didžiojo universiteto Žemės ūkio akademijos (VDU ŽŪA) Vandens išteklių inžinerijos instituto direktorius prof. habil. dr. Arvydas Povilaitis.

Neretai išgirstame, kad žemės ūkio veikla teršia vandenis nitratais ir kitomis jų būklę bloginančiomis medžiagomis. Iš tiesų dalis šių medžiagų iš dirbamų laukų dirvožemio su kritulių vandeniu išplaunamos ir greitai patenka į paviršinius vandenis per drenažo sistemas. Mokslininkai ieško būdų, kaip tokią taršą sumažinti.

Bioreaktoriai drenažo sistemose

Viena inovacijų – denitrifikacijos bioreaktoriai drenažo sistemose. Tai inžinerinis įrenginys, skirtas suaktyvinti mikroorganizmų veiklą ir biocheminius procesus, kurių metu deguonies stygiaus sąlygomis vienos medžiagos tikslingai transformuojamos į kitas. Bioreaktoriaus pagrindas – tranšėja su organinių medžiagų įkrova, įrengta drenažo žiotyse. Bioreaktoriaus paskirtis – sulaikyti nitratus ir kitus azoto junginius pačioje drenažo sistemoje ir neleisti jiems patekti į paviršinius vandenis. Ši technologija gali padėti sulaikyti ir drenažu keliaujančius fosfatus bei pesticidus.

Pirmieji denitrifikacijos proceso idėją pritaikyti drenažo sistemose (anaerobinėmis sąlygomis vandenyje esančius nitratus suskaidyti į dujines azoto formas) iškėlė kanadiečiai. Tačiau nuo idėjos iki jos įgyvendinimo – ilgas kelias. Šiandien šia tema daugiausia tyrimų atlieka amerikiečiai. Bioreaktorių efektyvumą ir praktinio pritaikymo galimybes Lietuvoje jau kelerius metus intensyviai tyrinėja ir prof. A. Povilaičio suburta jaunų mokslininkų komanda.

„Pagal šią technologiją prie drenažo žiočių iškasama tranšėja ir jos galuose pastatomi du patvanką palaikantys šuliniai su vandens lygio reguliavimo įrenginiais. Tranšėja pripildoma augalinės kilmės užpildais. Tam gali būti naudojami šiaudai, sausi medžių lapai ar kukurūzų stiebai. Tačiau šie užpildai greitai suyra, jų hidraulinės savybės prastos, todėl geriausiai tinka medžių skiedros (jos mažiau skaidžios ir gerai praleidžia vandenį). Drenažo vanduo nukreipiamas tekėti per organinės medžiagos užpildytą tranšėją. Pakėlus vandens lygį, tranšėjoje susidaro deguonies stygius ir suaktyvėja tai aplinkai būdingų bakterijų (heterotrofiniai organizmai) veikla. Maistui jos vartoja organiką, o kvėpavimui reikalingą deguonį ima iš nitratų (NO3). Taip bakterijos „valo“ vandenį, o į atmosferą išsiskiria labai maži dujinio azoto kiekiai“, – apie bioreaktorių veikimo principą pasakoja A. Povilaitis. Patvanka bioreaktoriuose sukuriama naudojant panašius įrenginius kaip ir reguliuojamo drenažo atveju (apie tai „Mano ūkis“ rašė 2020 m. sausio mėn. – red. past.). Bioreaktoriai gali atlikti ir reguliuojamo drenažo funkciją.

VDU ŽŪA Vandens išteklių inžinerijos instituto mokslininkų atlikti tyrimai rodo, kad bioreaktoriai gali pašalinti iki 90 proc. nitratų (vidutiniškai 40–60 proc.). Medžių skiedrų rūšis ir sudėtis tam įtakos neturi. Deja, priklausomai nuo įtekančio vandens temperatūros, bioreaktorių efektyvumas kinta. Jis sumažėja žemų temperatūrų (mažiau kaip 10 oC) sąlygomis, kai mikroorganizmų veikla sulėtėja. Instituto mokslininkai atlieka tyrimus, kaip šį procesą suaktyvinti. Tam tikslui į medžių skiedrų mišinius rekomenduoja įterpti nedidelį kiekį kitų medžiagų (aktyvintą anglį, bioanglį, linų sėmenų išspaudų ar kt.).

Kaip teigia mokslininkas, bioreaktorių tranšėjoms papildyti itin gerai tinka nedideli (iki 10 proc.) aktyvintos anglies arba bioanglies kiekiai. Abi šios medžiagos turi ypač didelį sąlyginį paviršiaus plotą (iki 950 m2/g), yra labai porėtos, todėl geba pritraukti ir sulaikyti daug organinių junginių ir suaktyvinti mikroorganizmų veiklą. Be to, jų priedai pailgina bioreaktorių veikimo trukmę (nes 4–5 kartus mažiau išnešama suskaidytų organinių užpildų junginių).

Ypatingomis savybėmis pasižymi bioanglis (t. y. pirolizės būdu aukštoje temperatūroje deguonies stygiaus sąlygomis iš organinių liekanų išgaunama medžiaga). Įterpta (1–5 proc.) į dirvožemio ariamąjį sluoksnį gali išlaikyti 18–30 proc. daugiau drėgmės sausais laikotarpiais, kai augalams jos trūksta. Ši medžiaga suriša dirvožemyje esančius sunkiuosius metalus ir sumažina CO2 emisijas. Ji yra geras pH, taip pat kalcio, magnio, natrio ir tirpių azoto, fosforo ir geležies junginių dirvožemyje reguliatorius.

Vandens išteklių inžinerijos instituto laboratorijoje atliekami bioanglies savybių tyrimai. Kaip pastebi A. Povilaitis, dabar, kai laukai menkai tręšiami organinėmis trąšomis, dirvose organinės anglies labai trūksta. Taigi, įterpdami bioanglį, mes tarsi grąžintume ekosistemai tai, ką ji prarado ir ko jai labai trūksta. Skirtingai negu organinės liekanos, bioanglis dirvožemyje yra biologiškai atspari (nesimineralizuoja ir ilgai nesuyra), todėl neišskiria šiltnamio efektą sukeliančių dujų. Mokslininkų manymu, ji gali būti vienas iš būdų, kaip tinkamai panaudoti žemės ir miškų ūkyje bei perdirbamojoje pramonėje susidarančias organines atliekas.

Didžiausias pasaulyje eksperimentinis bioreaktorius įrengtas JAV Minesotos valstijoje. Į jį vanduo atiteka iš drenažu sausinamo 285 ha ploto. Šis bioreaktorius yra 125 m ilgio, 25 m pločio ir 1,5 m gylio. Vidutiniškai per metus jis išvalo 70 proc. vandenyje esančio perteklinio azoto.

Kokios galimybės bioreaktorius įrengti Lietuvos ūkių laukuose? „Manau, kad tai tik požiūrio ir pinigų klausimas. Mes esame parengę preliminarią metodiką, kaip juos suprojektuoti, pagal kokias drenažo nuotėkio charakteristikas jų dydį apskaičiuoti ir kiek tai gali kainuoti. Bioreaktoriai optimaliai gali valyti vandenį, atitekantį iš 5–20 ha ploto. Bioreaktorius, užpildytas 1–3 cm dydžio medžių skiedrų, gali veikti iki 20 metų. Vėliau tranšėjos užpildus būtina papildyti. Lėšų poreikis įrengimui gali siekti 400–600 eurų/ha. Tai nėra pigu. Tačiau melioracijoje viskas daug kainuoja“, – teigia A. Povilaitis.

Mokslininko nuomone, poreikį gamybiniuose plotuose įrengti tokius bioreaktorius turėtų skatinti besikeičiantis požiūris į aplinką ir geros vandens telkinių būklės siekiamybė. „ES aplinkosaugos politika darosi vis griežtesnė. Jei ateityje ES skirs didesnę paramą melioracijos statinių rekonstrukcijai, neabejotinai ir pareikalaus, kad ji būtų naudojama tik projektams, turintiems ir aplinkosauginį tikslą. Mums reikia turėti moksliškai pagrįstų ir patikimų priemonių, kurios atliktų ne tik vandens režimo reguliavimo, bet ir aplinkos tausojimo funkcijas“, – sako A. Povilaitis.

Vandens telkinių pakrančių drenos

Dar viena vandens režimo reguliavimo ir kartu aplinkosauginė priemonė yra vandens telkinių pakrančių drenos. Jų veikimo principas, kaip ir anksčiau minėto reguliuojamo drenažo, grįstas patvankinėmis technologijomis.

„Pakrančių drenoms funkcionuoti būtina drenažo žiočių patvanka, kai nuotėkis iš sausinamo ploto tiesiogiai nepatenka į vandens imtuvą (upelį ar griovį), bet nukreipiamas į lygiagrečiai grioviui ar natūralaus vandens imtuvo pakrantėje įrengtas perforuotų vamzdžių linijas, iš kurių vanduo filtruojasi per gruntą ir taip apvalomas. Į griovį ar upę patenka jau išvalytas vanduo“, – pakrančių drenų veikimo principą pristato A. Povilaitis. Mokslininkas priduria, kad pirmieji tyrimai parodė, jog, taikant šią technologiją, iš drenažo vandens gali būti pašalinta net 100 proc. biogenų! Siekiama ištirti šią technologiją daug išsamiau. Tačiau kol kas to padaryti dar nepavyko, nes eksperimentinės sistemos įrengimui, stebėsenai ir analizei trūksta lėšų.

Paviršinio vandens tvarkymas

Vasarą dažnėja trumpalaikių, tačiau gausių liūčių. Po jų, ar po ilgai užsitęsusių lietingų dienų ir sniego tirpsmo atvejais žemesnėse laukų vietose (lomose) kaupiasi paviršinis vanduo. Kaip jį tvarkyti?

„Yra jau seniai taikomų ir visai naujų priemonių. Nuleidžiant vandenį į drenažo sistemas, gali būti naudojami perforuoti vertikalūs vamzdžiai, šuliniai nuleistuvai ar drenažo filtrai. Pagrindinė jų funkcija – greitai ir su kuo mažiau nešmenų pašalinti paviršinį vandenį. Lietuvoje daug metų statomi šuliniai nuleistuvai, tačiau ir jie turi trūkumų. Lomas sausinti nelengva, todėl ieškoma efektyviausių priemonių. Norėčiau paminėti vieną naujieną – tai dagčio-šluotelių tipo vandens nuleistuvai. Jie pigūs, gerai praleidžia vandenį, sulaiko nešmenis ir lengvai prižiūrimi. Juos sudaro 45–70 cm aukščio specifinio skerspjūvio lanksčios plastikinės šluotelės, sudėtos į perforuotą stovą. Toks junginys dirba kaip filtras. Tyrimai rodo, kad šis nuleistuvas sulaiko 67 proc. visų nešmenų ir gerai apsaugo drenas nuo užsikimšimo. Jį lengva išardyti, išvalyti ir toliau naudoti. Be to, jis – gera priemonė apsaugoti vandenis nuo su nešmenimis patenkančio fosforo“, – pasakoja mokslininkas.

Kaip paspartinti melioracijos statinių rekonstrukciją

Daug iniciatyvų rodo patys ūkininkai. Nepaisant to, kad pagal Melioracijos įstatymą grioviai, nuvedantys vandenį nuo daugiau kaip vieno žemės savininko, ir drenažo rinktuvai, jeigu jų skersmuo yra 12,5 cm ir didesnis ir jeigu jie pastatyti už valstybės lėšas, nuosavybės teise priklauso valstybei, ūkininkai patys imasi melioracijos statinius remontuoti ir rekonstruoti. Jie skiria savo lėšas ir mato prasmę.

„Tačiau reikėtų nepamiršti, kad drenažo sistemos, grioviai ir kiti melioracijos statiniai „aptarnauja“ kur kas didesnius plotus negu konkretaus ūkio dalis. Gali būti keli vieno žemės masyvo savininkai. Jeigu vienas ūkininkas imsis tvarkyti, o kiti nieko nedarys, tai iš tokių darbų naudos bus mažai. Tvarkant didesnes drenažo sistemas, einančias per kelių ūkių žemę, patartina kooperuotis ir daryti bendrus, didesnės apimties projektus. Rekonstrukcijos projektuose reikėtų vengti išskaidyto fragmentiškumo ir laikytis baseinų vandentvarkos principų. Tada bus efektas, o darbų rezultatai nenuvils“, – pataria A. Povilaitis.

Be abejo, reikia galvoti apie naujovių pritaikymą, pavyzdžiui, ar ne geriau deformacijų paveiktą seną griovį rekonstruoti į naują dviejų pakopų (apie tai rašėme „Mano ūkio“ 2020 m. sausio numeryje – red. past.). Aišku, diegti naujoves yra brangiau, tačiau ateityje tai atsipirks, nes sumažės eksploataciniai kaštai ir poveikis aplinkai. Mokslininko nuomone, tikėtina, kad, rekonstruojant drenažo sistemas, labiau bus orientuojamasi į gilesnį ir retesnį, taip pat reguliuojamą drenažą. Besikeičiant klimatui ir vasaros laikotarpiais dažnėjant sausroms, dideliu iššūkiu tampa laukų drėkinimas. Drėkinimo ir sausinimo sistemas reikia diegti kompleksiškai.

***

„Pagrindinė dabarties problema vis dar išlieka itin didelis drenažo sistemų ir magistralinių griovių nusidėvėjimas. Todėl svarbiausias uždavinys – suaktyvinti melioracijos statinių rekonstrukciją. Tam reikia lėšų. Žinoma, visus poreikius po kelis dešimtmečius užsitęsusio jų stygiaus patenkinti nerealu, tačiau situacija keičiasi. Valstybės dotacija ir investicijos melioracijos statinių priežiūrai ir remontui 2020 m. sudarys 22 mln. eurų. Melioracijos ir hidrotechninių statinių rekonstrukcijos darbams numatytos ir Europos Sąjungos kaimo vandentvarkai skirtos lėšos. Deja, šiandien susiduriame ir su kita problema. Trūksta kvalifikuotų darbuotojų, kurie tuos darbus vykdys! Vandens ūkio specialistų paklausa labai didelė. Vien tik rajonų savivaldybėse stinga 100 tokių darbuotojų! O kur dar tiesioginiai darbų organizatoriai, inžinieriai, projektuotojai ir darbų vykdytojai...“ – sako VDU ŽŪA Vandens išteklių inžinerijos instituto direktorius prof. habil. dr. A. Povilaitis.

Mokslininko nuomone, diskusijos ir siūlymai kurti vadinamąjį Melioracijos fondą yra teisingas kelias. Panašūs dariniai sėkmingai funkcionuoja daugelyje šalių. Tačiau jo formavime iškyla dar nemažai klausimų apie lėšų šaltinius ir jų teritorinį paskirstymą, fondo administravimą ir žemės savininkų indėlį. Spręsti minėtas problemas būtina, nes, nieko nedarant, padėtis mūsų laukuose tik blogės.