Modelare spațială a levigării distribuite pentru a identifica zonele agricole cu risc ridicat de levigare.

Protecția apelor subterane reprezintă una dintre cele mai critice provocări ale agriculturii moderne, având în vedere dependența noastră vitală de această resursă limitată pentru consum și irigații. În acest context, cercetările actuale se concentrează pe dezvoltarea unor modele avansate de simulare, precum GeoPELMO DE, capabile să identifice cu precizie zonele agricole cu risc ridicat de levigare a produselor de protecție a plantelor.

Importanța acestor studii rezidă în capacitatea lor de a depăși limitările modelelor tradiționale, care se bazau pe scenarii simplificate și care adesea subestimau riscurile reale. Noile metodologii de cercetare integrează variabile complexe, cum ar fi:

• Dinamica solului și a apei: Sunt luate în considerare procese precum fluxul prin macropori (care poate scurta timpul de transport al substanțelor de la decenii la doar câteva zile), scurgerea de suprafață și drenajul.
• Proprietățile substanțelor: Analiza detaliată a modului în care substanțele active și metaboliții lor (produșii de degradare) interacționează cu carbonul organic din straturile profunde ale solului.
• Variabilitatea climatică: Utilizarea datelor de la sute de stații meteorologice pentru a simula impactul precipitațiilor și al temperaturii asupra dispersiei poluanților.

Astfel de cercetări sunt esențiale nu doar pentru autorizarea riguroasă a pesticidelor, ci și pentru implementarea unor strategii de gestionare a terenurilor care să garanteze că activitățile agricole de astăzi nu compromit calitatea apei pentru generațiile viitoare. Prin identificarea zonelor vulnerabile, autoritățile pot adopta decizii de reglementare bazate pe dovezi științifice solide, asigurând un echilibru între productivitatea agricolă și integritatea ecosistemelor acvatice.

Aceste cercetări sunt extrem de relevante pentru România, având în vedere profilul agricol al țării și dependența majoră de resursele de apă subterană. Deși studiul prezentat se concentrează pe Germania, principiile și necesitatea unor astfel de modelări se aplică direct contextului românesc.

• Protecția resurselor de apă potabilă: În România, o mare parte din populația rurală depinde direct de fântâni și surse de apă subterană de mică adâncime pentru consumul casnic. Levigarea pesticidelor în aceste acvifere reprezintă un risc direct de sănătate publică.
• Diversitatea pedoclimatică: România posedă o varietate mare de soluri (de la cernoziomuri fertile la soluri nisipoase sau argiloase) și regiuni cu regimuri de precipitații diferite. Modelele care integrează fluxul prin macropori (specific solurilor argiloase care crapă la secetă) și scurgerea de suprafață sunt esențiale pentru a identifica zonele vulnerabile, așa cum s-a demonstrat în calibrarea modelului GeoPELMO DE.
• Conformitatea cu normele UE: Ca stat membru, România trebuie să respecte Regulamentul (CE) nr. 1107/2009 privind introducerea pe piață a produselor de protecție a plantelor. Implementarea unor metode avansate de modelare spațială (SDLM) permite o evaluare a riscurilor mult mai precisă decât scenariile standard europene utilizate în prezent.

Deși România folosește în prezent modelele standard armonizate la nivelul UE, adoptarea unor instrumente precum cele descrise în document (care iau în calcul procese complexe precum drenajul artificial și carbonul organic din straturile profunde) ar permite autorităților române să protejeze mult mai eficient zonele agricole cu risc ridicat de contaminare.

Agenția Federală pentru Mediu este responsabilă de evaluarea riscurilor de mediu în contextul autorizării produselor de protecție a plantelor. Evaluarea actuală a expunerii apelor subterane la nivel național se bazează pe utilizarea unui singur scenariu.

Cu toate acestea, abordarea armonizată pe niveluri pentru evaluarea apelor subterane în UE își propune să îmbunătățească predicția levigării produselor de protecție a plantelor în apele subterane în viitor, pe baza metodei de modelare a levigării distribuite spațial (SDLM).

Modelele de simulare adecvate care pot îndeplini această cerință lipsesc în prezent sau nu au fost încă validate suficient. Scopul proiectului a fost de a investiga ce ajustări sunt necesare la nivel național pentru a asigura o predicție adecvată și fiabilă a potențialului de levigare al substanțelor active și metaboliților utilizând metoda SDLM pentru zona agricolă din Germania. În acest context, a fost investigată implementarea unor procese suplimentare ale bilanțului hidric în zona de sol nesaturat din PELMO.

Cu participarea unui grup de experți, s-a decis dezvoltarea unei noi versiuni a GeoPELMO DE care ia în considerare procesele de flux cromatografic (flux matricial), flux preferențial (flux macroporal), scurgere de suprafață și drenaj. Drept urmare, a fost necesară o revizuire extinsă și adaptarea datelor privind solul, clima și apele subterane disponibile la nivel național.

Au fost efectuate investigații suplimentare utilizând studii lizimetrice și date de monitorizare din Danemarca pentru o calibrare medie a fluxului macroporal în trei clase de sol. A fost analizată influența proceselor implementate suplimentar asupra bilanțului hidric din sol și asupra predicției concentrațiilor de apă percolată.

Scurgerea și drenajul au avut cea mai mare influență asupra bilanțului masic al apei. Fluxul macroporal și parametrizarea conținutului de carbon organic din subsoluri au avut cel mai mare impact asupra concentrațiilor de substanțe din levigat. O comparație percentilă a arătat că rezultatele concentrațiilor de levigat prezise la nivel național cu GeoPELMO DE sunt mai conservatoare decât abordarea națională utilizată în prezent, bazată pe scenariul Hamburg, pentru o proporție relativ mare de substanțe active și metaboliți investigați.

Această constatare este independentă de utilizarea abordării FOCUS de levigare bazate pe fluxul matriceal sau a unei abordări extinse care include scurgerea, fluxul macroporilor și drenajul. Cu toate acestea, clasamentul scenariului FOCUS Hamburg ca percentilă a concentrațiilor la nivel național este mai scăzut atunci când abordarea de modelare este completată de aceste trei procese.

Aceasta înseamnă că, în evaluarea expunerii la apele subterane de nivel inferior bazată pe scenariul Hamburg, utilizarea factorilor de incertitudine ar fi necesară dacă simulările de nivel superior cu modelul GeoPELMO DE ar fi utilizate în scopuri de reglementare în viitor. Astfel de decizii de reglementare au implicații complexe și ar trebui, în cele din urmă, să se bazeze pe rezultate cuprinzătoare și extinse ale modelării. Mai multe scenarii alternative au fost selectate din două versiuni de model ale GeoPELMO DE și testate pe 11 substanțe active reale și 34 de metaboliți.

Dintr-o perspectivă de modelare, se poate concluziona că, în cele din urmă, doar modelele spațiale precum GeoPELMO DE sunt capabile să prezică în mod egal o percentilă temporală și spațială precisă pentru toate substanțele active și metaboliții. Combinațiile individuale climat-sol pot servi ca o aproximare, deși în cazuri specifice trebuie întotdeauna să se aștepte să existe abateri de la rezultatele unei geo-versiuni a modelului. Prin urmare, rămâne dificil să se recomande utilizarea unor scenarii individuale pentru diferite proprietăți ale substanțelor, culturi sau modele de aplicare a PPP-urilor pe baza analizelor efectuate, mai ales că nu a fost posibil să se efectueze o comparație la nivel național cu datele de monitorizare din cadrul proiectului.