Ciclo del nitrógeno en el sector agrícola y ganadero de Catalunya

Transcripción

1 Universitat de Girona Institut de Medi Ambient Laboratori d Enginyeria Química i Ambiental (LEQUIA) Ciclo del nitrógeno en el sector agrícola y ganadero de Catalunya Jordi Bartrolí y Miquel Rigola

2 Ciclo del nitrógeno en el sector agrícola y ganadero de Catalunya Universitat de Girona Laboratori d Enginyeria Química i Ambiental (LEQUIA) INTRODUCCIÓN METODOLOGÍA EMPLEADA CUANTIFICACIÓN DEL SISTEMA INTERPRETACIÓN SUBSISTEMA SUELOS AGRÍCOLAS-GANADERÍA CONCLUSIONES

3 Características del nitrógeno INTRODUCCIÓN Todos los seres vivos necesitan el nitrógeno para su desarrollo El nitrógeno es un componente esencial de importantes moléculas orgánicas como las proteínas o el material genético

4 Diagrama del ciclo natural del nitrógeno INTRODUCCIÓN N 2 N 2 O Desnitrificació Desnitrificació Desnitrificació NO x Fixació per llamps Emissions (NO x ) NH x Deposició (NO x ) Biofixació Absorció Deposició (NO x ) Desnitrificació Absorció Volatilització d amoníac Matèria orgànica Deposició (NH x ) Emissions (NH x ) Càrrega dels rius Deposició (NH x ) Biofixació NO - 3 Percolació Cicle intern NO - 2 NH 3 NH 4 Cicle intern Sedimentació

5 Diagrama del ciclo actual del nitrógeno INTRODUCCIÓN N 2 N 2 O Desnitrificació Desnitrificació Desnitrificació NO x Fixació per llamps Fixació Industrial Absorció Deposició (NO x ) Desnitrificació Emissions (NO x ) Absorció Volatilització d amoníac Fems Matèria orgànica Deposició (NH x ) NH x Emissions (NH x ) Càrrega dels rius Deposició (NH x ) Deposició (NO x ) Biofixació NO - 3 Percolació Cicle intern NO - 2 NH 3 NH 4 Cicle intern Sedimentació

6 Problemáticas ambientales del nitrógeno INTRODUCCIÓ Escala global Efecto invernadero Disminución capa ozono estratosférico Escala regional Efecto invernadero Saturación ecosistemas terrestres Eutrofización sistemas acuáticos Cambios biodiversidad ecosistema Acidificación ecosistemas Disminución capa ozono Escala local Formación ozono troposférico y smog fotoquímico Problemas olores asociados producción animal con impacto sobre la salud humana Metahemoglobinemia y formación de nitrosaminas Problemas respiratorios

7 Problemáticas del nitrógeno en Catalunya INTRODUCCIÓN Participamos problemas globales: Emisiones N 2 O Volatilización NH 3 Emisiones NO x Tenemos problemas concretos: Aguas subterráneas Pla de suport a la gestió dejeccions ramaderes (2003) Gestió de les dejeccions ramaderes (Decret 220/2001) Codi bones pràctiques agràries nitrogen (2000) Programa mesures agronòmiques zones vulnerables (Decret 205/2000) Declaració zones vulnerables (Decret 283/1998)

8 Necesidad metodología global de análisis INTRODUCCIÓN Estrategias individuales y específicas resolver problemáticas por separado. Necesidad desarrollar políticas que tengan en consideración la capacidad de transformación y las interacciones de los compuestos nitrogenados. Estudios globales y integradores del ciclo del nitrógeno de cada región geográfica. Análisis de los Flujos de una Sustancia (SFA)

10 Análisis del los Flujos de una Sustancia (SFA) METODOLOGÍA EMPLEADA Análisis de los Flujos de una Sustancia (SFA): Características SFA Describe Balance de la materia dinámica de una substáncia entre la atmosfera, la litosfera, la biosfera y la tecnosfera del sistema de estudio. Delimitación sistema de estudio Cuantificación compartimentos y flujos Delimitación sistema de estudio Font 1 Entradas + Generación = Salidas + Acumulación Compartiment 2 Compartiment 3 Font 2 Compartiment 1 Interpretación de los resultados Límits del sistema Sortida Herramienta suporte toma decisiones Definición Establecer límites diagrama sistema de flujos y división de la sustancia sistema en compartimentos

11 Definición del sistema de estudio METODOLOGÍA EMPLEADA Sustancia a estudiar Nitrógeno en las diversas formas físico-químicas en las que se presenta en el medio ambiente. Escala geográfica de estudio Límites administrativos de la Comunidad Autónoma de Catalunya. Escala temporal Año natural. Datos 1996, 1997 i 1998.

12 Definición compartimentos 12 Compartimentos representativos METODOLOGÍA EMPLEADA Troposfera Procesos de combustión Aguas subterráneas Gestión de residuos Ganadería Suelos agrícolas Aguas superficiales Subministro de agua Sector público y consumidores Gestión de aguas residuales Otros suelos Industria Límites del sistema

13 Definición flujos 74 Flujos METODOLOGÍA EMPLEADA Troposfera Procesos de combustión Aguas subterráneas Gestión de residuos Ganadería Suelos agrícolas Aguas superficiales Subministro de agua Sector público y consumidores Gestión de aguas residuales Otros suelos Industria Límites del sistema

14 Definición compartimiento Troposfera Troposfera 97 flujos de entrada salida METODOLOGÍA EMPLEADA Gestión de residuos Suelos agrícolas Procesos de combustión Otros suelos Troposfera Ganadería Aguas superficiales Gestión de aguas residuales Exportaciones

15 Definición compartimiento Troposfera Troposfera METODOLOGÍA EMPLEADA Desnitrificación Volatilización NH 3 Emisiones NO x Gestión de residuos Suelos agrícolas Procesos de combustión Otros suelos Troposfera Ganadería Aguas superficiales Gestión de aguas residuales Exportaciones

16 Definición compartimento Troposfera Troposfera METODOLOGÍA EMPLEADA Deposición Fijación Gestión de residuos Suelos agrícolas Procesos de combustión Otros suelos Troposfera Ganadería Aguas superficiales Gestión de aguas residuales Exportaciones

18 Características cuantificación CUANTIFICACIÓ DEL SISTEMA Fuentes de datos empleadas Muy variadas y heterogéneas Dificultades en la obtención de los datos Complejidad de la temática de estudio Características administrativas de Catalunya Naturaleza y funcionamiento de las administraciones Incertidumbre en la cuantificación Se han empleado medidas para reducir la incertidumbre Se ha tenido en cuenta la incertidumbre empleando rangos de valores

19 Cuantificación compartimiento CUANTIFICACIÓ DEL SISTEMA Troposfera tn/año Gestión de residuos tn/año tn/año Suelos agrícolas tn/año tn/año tn/año tn/año Procesos de combustión tn/año tn/año tn/año Otros suelos Troposfera tn/año tn/año Ganadería Aguas superficiales tn/año 389 tn/año tn/año Gestión de aguas residuales AExp1: tn/año Exportaciones

20 Cuantificación flujos CUANTIFICACIÓ DEL SISTEMA Nitrógeno deposicionado en suelos agrícolas Describe la deposición de nitrógeno activo en los suelos agrícolas de Catalunya Metodología cuantificación Deposición mediana de compuestos nitrogenados activos en Catalunya: 15,09 Kg N/ha año Deposición NO x España (mg N/m 2 ) Superficie de Catalunya dedicada al cultivo: ha (DARP) Deposición NH x España (mg N/m 2 ) Resultado cuantificación Toneladas N/año Fuente: EMEP Fuente: EMEP

21 CUANTIFICACIÓ DEL SISTEMA Modelo de los Flujos del Nitrógeno para Catalunya Exportaciones N activo 48.0 Troposfera Comb. fósiles 14.0 Emisión NOX 38.9 Fijación N Procesos de combustión Volatilización NH Piensos Ganadería Deposición + Biofijación 32.8 Volatilización NH3 + Desnitrificación 50.0 Aguas aguas subterráneas subterrànies Acumulación: 88.7 Percolación 95.0 Gestión de residuos residus Acumulación: 50.9 Forrajes 28.7 Purines+ Estiércol Suelos agrícolas M. Mediterráneo 54.0 Río Ebro 33.3 M. Mediterráneo 26.7 Importaciones Bienes y Productos Aguas superficiales Ag. residuales 20.3 Gestión de aguas residuales Ag. residuales ind Ag. residuales S. público y consum Residuos ind Subministro De agua Reciclaje 12.2 Fertilizantes 66.4 Residuos 48.0 Deposición 34.0 Sector público y consumidores Acumulación: 9.5 Otros Altres suelos sòls Acumulación: 30.2 Cultivos 38.4 Bienes 87.9 Produc. animales 47.7 Exportaciones Bienes y Productos Industria Límites del sistema

23 Definición del subsistema INTERPRETACIÓN DEL SUBSISTEMA SUELOS AGRÍCOLAS-GANADERÍA Suelos Agrícolas Todos los suelos agrícolas de Catalunya (DARP), representan 30% del total Incluyen la biomasa Sólo los 30 primeros centímetros Ganadería Actividades e instalaciones dedicadas producción productos de origen animal No incluyen actividades dedicadas al procesamiento y tratamiento

24 INTERPRETACIÓN DEL SUBSISTEMA SUELOS AGRÍCOLAS-GANADERÍA Diagrama del subsistema Suelos Agrícolas-Ganadería NH 3 almacenamiento estiércol y purines Ganadería Piensos Exportaciones: Carnes Preparados para animales Troposfera Desnitrificación Forrajes Estiércol y purines Prod. origen animal EXPORTACIONES COMERCIALES Emisiones NH Industria Deposición atmosf Fijación biológica Gestión de residuos Suelos agrícolas Compost y otros prod. orgánicos Percolación Aguas subterráneas Productos agrícolas Agua de riego Fertilizantes Suministro agua IMPORTACIONES COMERCIALES Importaciones: Trigo Maíz Soja Preparados para animales Fertilizantes (ESP) Legumbres (ESP)

25 INTERPRETACIÓN DEL SUBSISTEMA SUELOS AGRÍCOLAS-GANADERÍA Balance entre importaciones y exportaciones comerciales Balance importaciones/exportaciones comerciales: aprox. 270 Gg (10 9 g)/año Exportaciones: Carnes Preparados para animales Excedente comercial origen impactos ambientales Industria EXPORTACIONES COMERCIALES Distribución excedente comercial Balance comercial Gg N/año Destino excedente Gg N/año Importaciones 426 Aguas subterráneas 89 Exportaciones 157 Troposfera 48 Excedente neto 269 Mar Mediterráneo 48 Otros suelos (bosques) 30 Vertederos 51 IMPORTACIONES COMERCIALES Importaciones: Trigo Maíz Soja Preparados para animales Fertilizantes (ESP) Legumbres (ESP)

26 INTERPRETACIÓN DEL SUBSISTEMA SUELOS AGRÍCOLAS-GANADERÍA Dinámica entre compartimentos NH 3 almacenamiento estiércol y purines Ganadería Piensos Troposfera Desnitrificación Forrajes Estiércol y purines Prod. origen animal Emisiones NH Industria Deposición atmosf Fijación biológica Suelos agrícolas Productos agrícolas Fertilizantes Compost y otros prod. orgánicos Percolación Agua de riego Gestión de residuos Aguas subterráneas Suministro agua

27 INTERPRETACIÓN DEL SUBSISTEMA SUELOS AGRÍCOLAS-GANADERÍA Dinámica entre compartimentos NH 3 almacenamiento estiércol y purines Ganadería Piensos Troposfera Desnitrificación Forrajes Prod. origen animal Estiércol y purines Emisiones NH Industria Deposición atmosf Fijación biológica Suelos agrícolas Productos agrícolas Fertilizantes Compost y otros prod. orgánicos Percolación Agua de riego Gestión de residuos Aguas subterráneas Suministro agua

29 CONCLUSIONES Método Análisis de los Flujos de una Sustancia (SFA) se ha mostrado como una herramienta útil Requiere de gran cantidad de datos Elevado esfuerzo para la aplicación SFA a un sistema de estas características Catalunya es un receptor neto de nitrógeno Excedente comercial está en el origen de los impactos ambientales No existe evaluación estratégica que dirija la gestión del microsistema del N en Catalunya

30 CONCLUSIONES Actualmente hay evidencia de contaminación por nitratos de las aguas subterráneas Problema que perdurará en el tiempo a la vista de la acumulación de N existente Convendría tener en cuenta: Futuro impacto del N acumulado en los vertederos Alcance del impacto de las exportaciones de N, mayoritariamente al Mar Mediterráneo.