Περιβαλλοντικές επιπτώσεις μεγάλης δυναμικότητας κτηνοτροφικών εκμεταλλεύσεων στο γειτνιάζον μεσογειακό οικοσύστημα

Abstract

One of the main environmental impacts of Concentrated Animal Feeding Operations (CAFOs) is surface soil degradation due to the atmospheric deposition of NH3-N, which is emitted from the various stages of the process. Additionally, the discharge of treated animal wastewater on surface soil (within CAFO borders) leads to groundwater degradation, especially when water permeability of these soils is very high.The Mediterranean soils are usually neutral or slightly alkaline, with eroded bedrock. In these soil types, the ammonium nitrogen evaporates easily and therefore the accumulation of soil N is suspended. However, when the amount of the deposited NH3-N is excessive, this effect may stop. The impacts of atmospheric deposition of NH3-N, emitted from CAFOs, on vicinal soils and the degradation of groundwater due to the application of treated animal wastewater on surface soil (especially when there is a geological fault within CAFO borders), have not been investigated sufficiently under field conditions in Mediterranean ecosystems. This is the objective of the current thesis.Two Intensive Hog Farming Operations (IHFOs) were selected. Soil samples of the upper mineral soil (0-30 cm) were taken in various distances and directions from the IHFOs boundaries. Groundwater samples were taken from 7 drillings close to the boundaries of the first IHFO.The most interesting conclusions are:- High emission of NH3-N from CAFOs leads to high soil concentration of exchangeable and water soluble N at increasing proximity to the industry boundaries, through the process of dry or /and wet deposition of ΝΗ3-Ν.- Soil concentrations of exchangeable NO3--N and NH4+-N tend to increase more severely close to the farm boundaries that receive the prevailing winds.- The difference in CAFO capacity, when soil and climatic conditions are similar, leads to different soil concentrations of exchangeable N at same distances from the boundaries of each CAFO.- The decreased concentrations of exchangeable Ca2+, Mg2+ and K+ and the increased concentrations of exchangeable Al3+, Fe3+ and Mn2+ at close proximity to the farm boundaries (according to prevailing wind directions) is the key finding of this study. This is the first experimental evidence that excessive atmospheric deposition of NH3-N can affect the exchangeable Ca2+, Mg2+, K+, Al3+, Fe3+ and Mn2+ concentration of limestone alkaline surface soils in Greece.- When treated animal wastewater is discharged on small plots with geological fault, there is a significant increase of groundwater ΝΗ4+-Ν, ΝΟ3--Ν, SO42-, K+, Na+, Cl-, PO43--P, Ca2+ and Mg2+ concentrations in drillings which are affected by the subsurface flow of contaminated surface waters.

Μία από τις κυριότερες περιβαλλοντικές επιπτώσεις των πτηνο-κτηνοτροφικών μονάδων μεγάλης δυναμικότητας (Concentrated Animal Feeding Operations, CAFOs), είναι η υποβάθμιση του γειτνιάζοντος επιφανειακού εδάφους, εξαιτίας της ατμοσφαιρικής εναπόθεσης αμμωνιακού αζώτου (ΝΗ3-Ν), το οποίο εκπέμπεται από τα διάφορα στάδια της ζωικής παραγωγής. Επίσης η πάγια τακτική της εδαφικής εφαρμογής των επεξεργασμένων ζωολυμάτων (εντός του οικοπέδου των CAFOs) προκαλεί υποβάθμιση των υπογείων υδάτων, ιδιαίτερα όταν τα εδάφη έχουν μεγάλη υδατοδιαπερατότητα.Τα εδάφη στο Μεσογειακό χώρο και ιδιαίτερα στην Ελλάδα, είναι ως επί το πλείστον ουδέτερα ή ελαφρώς αλκαλικά, με εντόνως διαρρηγμένα βραχώδη υποστρώματα. Στα εδάφη με pH άνω του 7, το αμμωνιακό άζωτο διαφεύγει ευκολότερα στην ατμόσφαιρα και με αυτόν τον τρόπο αποτρέπεται η εδαφική συσσώρευση αζώτου. Όμως είναι πολύ πιθανόν η εικόνα αυτή να ανατρέπεται όταν η ποσότητα του εναποτιθέμενου ΝΗ3-Ν είναι υψηλή. Οι επιπτώσεις της ατμοσφαιρικής εναπόθεσης ΝΗ3-Ν, εκπεμπόμενου από CAFOs, στα γειτνιάζοντα εδάφη και η υποβάθμιση των υπογείων υδάτων από την εδαφική εφαρμογή ζωολυμάτων (ιδιαίτερα όταν υπάρχει γεωλογικό ρήγμα στο πεδίο εφαρμογής), δεν έχει ερευνηθεί επαρκώς υπό συνθήκες πεδίου στα Μεσογειακά οικοσυστήματα και αυτός είναι ο στόχος της παρούσας διατριβής.Επιλέχθηκαν δύο χοιροτροφικές μονάδες μεγάλης δυναμικότητας. Δείγματα επιφανειακού εδάφους (0-30 cm βάθος) ελήφθησαν σε διάφορες αποστάσεις και κατευθύνσεις από τα όρια των δύο χοιροτροφικών μονάδων. Δείγματα υπόγειου ύδατος ελήφθησαν πλησίον της πρώτης μονάδας, από το παρακείμενο δίκτυο 7 γεωτρήσεων.Τα πιο ενδιαφέροντα συμπεράσματα είναι τα εξής:- Οι υψηλές εκπομπές ΝΗ3-Ν από τα CAFOs, οδηγούν σε υψηλές εδαφικές συγκεντρώσεις ανταλλάξιμου και υδατοδιαλυτού Ν πλησίον των ορίων της μονάδας (ανεξάρτητα του προσανατολισμού), μέσω της διαδικασίας της ξηρής ή/και υγρής εναπόθεσης του ΝΗ3-Ν.- Οι μέσες εδαφικές συγκεντρώσεις του ανταλλάξιμου ΝΗ4+-Ν και ΝΟ3--Ν, τείνουν να αυξάνουν πιο έντονα προσεγγίζοντας τα όρια του CAFO κατά την κύρια κατεύθυνση των ανέμων.- Η διαφορά δυναμικότητας των CAFOs, όταν οι εδαφικές και κλιματολογικές συνθήκες είναι παραπλήσιες, ευθύνεται για τις διαφορές στις εδαφικές συγκεντρώσεις του ανταλλάξιμου Ν, που παρατηρείται στις ίδιες αποστάσεις από τα όρια της εκάστοτε μονάδας.- Οι μειωμένες εδαφικές συγκεντρώσεις του ανταλλάξιμου Ca2+, Mg2+ και Κ+, καθώς και οι αυξημένες εδαφικές συγκεντρώσεις του ανταλλάξιμου Al3+, Fe3+ και Mn2+ προσεγγίζοντας τα όρια του CAFO, κατά την κύρια κατεύθυνση των ανέμων, είναι το σημαντικότερο συμπέρασμα της διατριβής. Αποτελεί την πρώτη πειραματική απόδειξη ότι η υπερβολικά υψηλή εναπόθεση ΝΗ3-Ν μπορεί να επηρεάσει σημαντικά την εδαφική συγκέντρωση των βασικών και μη βασικών κατιόντων σε ασβεστολιθικό αλκαλικό επιφανειακό έδαφος της Ελλάδας.- Όταν η επιφάνεια εφαρμογής των επεξεργασμένων ζωολυμάτων είναι πολύ μικρή και περικλείει γεωλογικό ρήγμα, παρατηρείται σημαντική αύξηση των συγκεντρώσεων των ΝΗ4+-Ν, ΝΟ3--Ν, SO42-, K+, Na+, Cl-, PO43--P, Ca2+ και Mg2+ στα ύδατα των γεωτρήσεων προς τις οποίες ευνοείται η υπόγεια ροή των ρυπασμένων επιφανειακών υδάτων.