Hírek

A kutatók a bevezetőjükben kiemelik, hogy a kezelt vagy kezeletlen szennyvíz fenntartható újrafelhasználása az öntözéses mezőgazdaságban sok országban elterjedt [1-5]. Globálisan a szennyvizet körülbelül 20 millió hektár mezőgazdasági terület öntözésére használják fel, többnyire kezeletlen szennyvíz formájában [6]. A mediterrán termőterületeken szinte minden ország fokozatosan átvette a szennyvíz öntözési célú újrafelhasználását [7]. Napjainkban a teljes öntözött felület körülbelül 10%-át világszerte szennyvízzel látják el [8]. A jövőbeli előrejelzések szerint [9, 10] ez az arány növekedni fog, az előrejelzett klímaváltozások, valamint a mezőgazdasági tevékenységek intenzifikálása miatt[11,12].

A korábbi kutatások feltárták az öntözésre újrahasznosított települési szennyvíz hatásait különféle kultúrákon [13, 14], beleértve például a paradicsomot [15], a citrusféléket [7], a csicseriborsót [16] és a pamutot [17]. A szennyvízkijuttatás hatása a termésnövekedésre és a terméshozamra [18,19], valamint a talajok fizikai-kémiai tulajdonságai [16,20] általában nem voltak negatívak. Azonban számos tanulmány kimutatta, hogy a települési szennyvíz újrafelhasználása növények öntözésére negatív hatásokhoz vezethet, mint például a talaj szikesedése, a legérzékenyebb növények károsodása, és mind a növények, mind a talajok lehetséges szennyeződése mérgező vegyületekkel és patogén mikroorganizmusokkal (például coliformok [15, 21]). Mivel az újrafelhasznált szennyvíz hatásai az öntözött fajoktól függenek [22, 23], ezért elengedhetetlen az egyes növények válaszreakciójának feltárása szántóföldi kísérletekkel, értékelve a terméshozamot és a növekedést, valamint a talajtulajdonságok változását. Egyes termények alacsony toleranciát mutatnak bizonyos vegyületek vagy elemek (például klór, nátrium, bór, nehézfémek) nem elhanyagolható koncentrációival szemben, még a teljesen tisztított települési szennyvíz esetén is [24]. Ezen vegyületek némelyikét harmadlagos kezelésekben (pl. flokkuláció és fertőtlenítés) adják hozzá, amelyeket általában az emberi egészséget érintő mikrobiális kockázatok csökkentésére használnak [25, 26], és szinte minden nemzeti szabályozás előírja [27, 28]. A szennyvíz fertőtlenítését gyakran klór vagy klórozott vegyületek, például nátrium-hipoklorit (NaClO) oldat hozzáadásával végzik. Ez a legszélesebb körben használt fertőtlenítési lehetőség, köszönhetően rendkívül baktericid tulajdonságainak, egyszerű kezelésének és alacsony költségének [29]. A klórt általában körülbelül 5-10 mg/l dózisban és 30 perces érintkezési idővel juttatják a végső szennyvízbe [30]. Azonban az öntözéshez használt települési szennyvizekhez történő klór hozzáadása mérgező lehet egyes növények számára [31-33]. A növényzet képes felvenni és tárolni a klórt, kloridokat és klórozott vegyületeket, ami a nátriummal együtt a növények növekedésének fő problémája [31]. A klór és a klórozott vegyületek a talajok bizonyos kémiai és biokémiai tulajdonságait is megváltoztathatják, különös tekintettel a mikrobiális közösségekre [7, 34, 35]. A klorid esetleges felhalmozódása növelheti a nehézfémek mobilitását és biohasznosulását a talajban, átjutva a növényi levelekre és a táplálékláncba [30, 36]. A [37] szerint 1 mg/l-nél kevesebb maradék klór nem lehet káros a növényekre, de az érzékeny növények nem tolerálják még a 0,05 mg/l-hez közeli koncentrációt sem [27]. Bár a klórozás környezetre gyakorolt hatásait széles körben vizsgálták (például [38, 39]), keveset tudunk a klórozott szennyvíz használatának néhány fontos növényre és talajra gyakorolt következményeiről [30]. A szennyvízfertőtlenítésnek a mediterrán mezőgazdaságra jellemző növényekre (pl. citrusfélék, zöldségfélék) gyakorolt hatásairól a tudományos irodalomban egyelőre alig találhatók tanulmányok. Sőt, a szerzők legjobb tudomása szerint a paradicsomról, a káposztáról és a bergamottról (egy tipikus dél-olaszországi Jón-tenger partján termő citrusféléről, amelynek gyümölcseszenciáját és levét széles körben használják az illatszer- és élelmiszeriparban) nem végeznek konkrét vizsgálatokat. Ez egy fontos kutatási hiányosság, amely további kutatást igényel a témában.

A kutatók tanulmánya értékeli a termés és a talaj reakcióját a káposzta-, paradicsom- és bergamottfa tisztított települési szennyvízzel történő öntözés hatására. Ennek érdekében megmérték a talaj legfontosabb tulajdonságait (pH, elektromos vezetőképesség, szerves szén, nitrogén és foszfor) és növényi paramétereket (fotoszintézis, sztóma vezetőképesség, párologtatás és vízhasználat hatékonysága) a három faj cserépben termő kis növényein nem klórozott és klórozott szennyvízzel, valamint tiszta vízzel történő két hónapos öntözés után. A szerzők a vizsgálatuk előtt feltételezték, hogy a fertőtlenítő kezelésnek köszönhetően a tisztított szennyvízzel történő öntözés potenciálisan csökkentheti a növények növekedését és a biomassza hozamot, valamint jelentősen módosíthatja a talaj főbb tulajdonságait. Az erre a kérdésre adott válasznak jelzéseket kell adnia a gazdálkodók és agronómusok számára e növények öntözésének legfenntarthatóbb szennyvíztípusáról.

A kutatók összefoglalóan a következőket állapították meg. A paradicsom, a káposzta és a bergamott növények tisztított települési szennyvízzel (klórozással vagy anélkül) történő öntözése a tiszta vízzel való kezeléshez képest azt mutatta, hogy mind a klórozott, mind a nem klórozott szennyvíz alkalmazása nem változtatta meg jelentősen a biomassza növekedését, morfológiai paramétereit és energiaátviteli hatékonyságát. Az öntözővíznek a növények élettani paramétereire gyakorolt hatása azonban fajonként és időben változó volt. A nem klórozott szennyvízzel végzett kezeléseknél a paradicsom és a bergamott növények szárátmérőjének szignifikáns csökkenése és minden élettani paraméter változékonysága (-25% és 53% között) volt mérhető közvetlenül a paradicsom öntözésének megkezdése után. A bergamottban 30 napos öntözés után a sztóma konduktancia és transzspirációs sebességének csökkenése, valamint a vízfelhasználás hatékonyságának növekedése is megfigyelhető volt. Ez az öntözővíz nem okozott jelentős változást a talaj tulajdonságaiban, kivéve a bergamott talajok jelentős pH-csökkenését az öntözés megkezdése után és az elektromos vezetőképesség csökkenését az öntözési időszak végén. A növények klórozott szennyvízzel történő öntözése növelte a friss biomassza tömegét és a paradicsom szárátmérőjét, de csökkentette a bergamott vízfelhasználási hatékonyságát közvetlenül az öntözés megkezdése után. Két hónap elteltével a káposzta esetében a sztóma vezetőképességének és a párologtatási sebességének csökkenése volt megfigyelhető, a káposzta és bergamott esetében pedig a vízfelhasználás hatékonyságának növekedése volt látható. A klórozott szennyvíz talajkijuttatása a vizsgált talajtulajdonságok közül csak a talajok elektromos vezetőképességét csökkentette.

Összességében a tanulmány kimutatta, hogy a tisztított települési szennyvíz fenntartható felhasználása (klórozással vagy anélkül) rövid távon nem gyakorolt káros hatást sem a paradicsom-, káposzta- és bergamottnövények növekedésére, sem a talaj egészségére. Ennek megfelelően az az előzetes feltételezés, hogy a fertőtlenítő kezelés csökkenti a növények növekedését és a biomassza hozamot, és jelentősen módosítja a talaj főbb tulajdonságait, legalábbis a jelen kísérleti kultúrák és talajok esetében elvetendő. Ezért ezek a vízkészletek biztonságosan újra felhasználhatók növénytermesztésre, elősegítve a vízfelhasználás hatékonyságát azokon a félszáraz területeken, amelyeket krónikus tiszta víz- és esővízhiány sújt. A növények és a talaj fő jellemzőit azonban megfelelően ellenőrizni kell a tisztított szennyvíz környezetbarát újrafelhasználása érdekében.

Hivatkozások:
1. Kesari, K.K.; Soni, R.; Jamal, Q.M.S.; Tripathi, P.; Lal, J.A.; Jha, N.K.; Siddiqui, M.H.; Kumar, P.; Tripathi, V.; Ruokolainen, J. Wastewater Treatment and Reuse: A Review of Its Applications and Health Implications. Water. Air. Soil Pollut. 2021, 232, 1–28.
2. Minhas, P.S.; Saha, J.K.; Dotaniya, M.L.; Sarkar, A.; Saha, M. Wastewater Irrigation in India: Current Status, Impacts and Response Options. Sci. Total Environ. 2022, 808, 152001.
3. Moretti, M.; Van Passel, S.; Camposeo, S.; Pedrero, F.; Dogot, T.; Lebailly, P.; Vivaldi, G.A. Modelling Environmental Impacts of Treated Municipal Wastewater Reuse for Tree Crops Irrigation in the Mediterranean Coastal Region. Sci. Total Environ. 2019, 660, 1513–1521.
4. Janeiro, C.N.; Arsénio, A.M.; Brito, R.; Van Lier, J.B. Use of (Partially) Treated Municipal Wastewater in Irrigated Agriculture; Potentials and Constraints for Sub-Saharan Africa. Phys. Chem. Earth Parts ABC 2020, 118, 102906.
5. Lyu, S.; Wu, L.; Wen, X.; Wang, J.; Chen, W. Effects of Reclaimed Wastewater Irrigation on Soil-Crop Systems in China: A Review. Sci. Total Environ. 2022, 813, 152531.
6. Jiménez, B.; Asano, T. Water Reuse: An International Survey of Current Practice, Issues and Needs; IWA Publishing: London, UK, 2008.
7. Pedrero, F.; Allende, A.; Gil, M.I.; Alarcón, J.J. Soil Chemical Properties, Leaf Mineral Status and Crop Production in a Lemon Tree Orchard Irrigated with Two Types of Wastewater. Agric. Water Manag. 2012, 109, 54–60.
8. Jiménez-González, M.A.; De la Rosa, J.M.; Jiménez-Morillo, N.T.; Almendros, G.; González-Pérez, J.A.; Knicker, H. Post-Fire Recovery of Soil Organic Matter in a Cambisol from Typical Mediterranean Forest in Southwestern Spain. Sci. Total Environ. 2016, 572, 1414–1421.
9. Collins, M.; Knutti, R.; Arblaster, J.; Dufresne, J.-L.; Fichefet, T.; Friedlingstein, P.; Gao, X.; Gutowski, W.J.; Johns, T.; Krinner, G. Long-Term Climate Change: Projections, Commitments and Irreversibility. In Climate Change 2013—The Physical Science Basis: Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change; Cambridge University Press: Cambridge, UK, 2013; pp. 1029–1136.
10. Suri, M.R.; Dery, J.L.; Pérodin, J.; Brassill, N.; He, X.; Ammons, S.; Gerdes, M.E.; Rock, C.; Goldstein, R.E.R. US Farmers’ Opinions on the Use of Nontraditional Water Sources for Agricultural Activities. Environ. Res. 2019, 172, 345–357.
11. Ungureanu, N.; Vlăduț, V.; Voicu, G. Water Scarcity and Wastewater Reuse in Crop Irrigation. Sustainability 2020, 12, 9055.
12. Biswas, A.; Mailapalli, D.R.; Raghuwanshi, N.S. Treated Municipal Wastewater to Fulfil Crop Water Footprints and Irrigation Demand–a Review. Water Supply 2021, 21, 1398–1409.
13. WANG, H.; Jingjing, W.; Xiaohua, Y.U. Wastewater Irrigation and Crop Yield: A Meta-Analysis. J. Integr. Agric. 2022, 21, 1215–1224.
14. Gatta, G.; Libutti, A.; Gagliardi, A.; Disciglio, G.; Tarantino, E.; Beneduce, L.; Giuliani, M.M. Wastewater Reuse in Agriculture: Effects on Soil-Plant System Properties. Interact. Fate Pharm. Soil-Crop Syst. Impact Reclaimed Wastewater 2021, vol.103, 79–102.
15. Cirelli, G.L.; Consoli, S.; Licciardello, F.; Aiello, R.; Giuffrida, F.; Leonardi, C. Treated Municipal Wastewater Reuse in Vegetable Production. Agric. Water Manag. 2012, 104, 163–170.
16. Tak, H.I.; Babalola, O.O.; Huyser, M.H.; Inam, A. Urban Wastewater Irrigation and Its Effect on Growth, Photosynthesis and Yield of Chickpea under Different Doses of Potassium. Soil Sci. Plant Nutr. 2013, 59, 156–167.
17. Uzen, N.; Cetin, O.; Unlu, M. Effects of Domestic Wastewater Treated by Anaerobic Stabilization on Soil Pollution, Plant Nutrition, and Cotton Crop Yield. Environ. Monit. Assess. 2016, 188, 1–11.
18. Poustie, A.; Yang, Y.; Verburg, P.; Pagilla, K.; Hanigan, D. Reclaimed Wastewater as a Viable Water Source for Agricultural Irrigation: A Review of Food Crop Growth Inhibition and Promotion in the Context of Environmental Change. Sci. Total Environ. 2020, 739, 139756.
19. Zema, D.A.; Bombino, G.; Andiloro, S.; Zimbone, S.M. Irrigation of Energy Crops with Urban Wastewater: Effects on Biomass Yields, Soils and Heating Values. Agric. Water Manag. 2012, 115, 55–65.
20. Hussain, M.I.; Muscolo, A.; Farooq, M.; Ahmad, W. Sustainable Use and Management of Non-Conventional Water Resources for Rehabilitation of Marginal Lands in Arid and Semiarid Environments. Agric. Water Manag. 2019, 221, 462–476. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2019.04.014.
21. Bedbabis, S.; Trigui, D.; Ahmed, C.B.; Clodoveo, M.L.; Camposeo, S.; Vivaldi, G.A.; Rouina, B.B. Long-Terms Effects of Irrigation with Treated Municipal Wastewater on Soil, Yield and Olive Oil Quality. Agric. Water Manag. 2015, 160, 14–21.
22. Singh, A. A Review of Wastewater Irrigation: Environmental Implications. Resour. Conserv. Recycl. 2021, 168, 105454.
23. Manasfi, R.; Brienza, M.; Ait-Mouheb, N.; Montemurro, N.; Perez, S.; Chiron, S. Impact of Long-Term Irrigation with Municipal Reclaimed Wastewater on the Uptake and Degradation of Organic Contaminants in Lettuce and Leek. Sci. Total Environ. 2021, 765, 142742.
24. Aiello, R.; Cirelli, G.L.; Consoli, S. Effects of Reclaimed Wastewater Irrigation on Soil and Tomato Fruits: A Case Study in Sicily (Italy). Agric. Water Manag. 2007, 93, 65–72. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2007.06.008.
25. Stanfield, G.; Lechevallier, M.; Snozzi, M. Treatment Efficiency. Assess. Microb. Saf. Drink. Water 2003, 159.
26. Ammeri, R.W.; Hidri, Y.; Souid, F.; Simeone, G.D.R.; Hajjaji, F.; Moussa, M.; Hassen, A.; Eturki, S. Improvement of Degraded Agricultural Soil in an Arid Zone Following Short-and Long-Term Treated Municipal Wastewater Application: A Case Study of Gabes Perimeter, Tunisia. Appl. Soil Ecol. 2023, 182, 104685.
27. U.S. Environmental Protection Agency. Guidelines for Water Reuse; US Environmental Protection Agency: Washington, DC, USA, 2004.
28. Mara, D.; Cairncross, S. Health Guidelines for the Use of Wastewater in Agriculture and Aquaculture. Geneva Switz. World Health Organ 1989, 778, 1–14.
29. Norton-Brandão, D.; Scherrenberg, S.M.; van Lier, J.B. Reclamation of Used Urban Waters for Irrigation Purposes—A Review of Treatment Technologies. J. Environ. Manag. 2013, 122, 85–98. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2013.03.012.
30. Lonigro, A.; Montemurro, N.; Laera, G. Effects of Residual Disinfectant on Soil and Lettuce Crop Irrigated with Chlorinated Water. Sci. Total Environ. 2017, 584–585, 595–602. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.01.083.
31. Gori, R.; Ferrini, F.; Nicese, F.P.; Lubello, C. Effect of Reclaimed Wastewater on the Growth and Nutrient Content of Three Landscape Shrubs. J. Environ. Hortic. 2000, 18, 108–114. https://doi.org/10.24266/0738-2898-18.2.108.
32. Karaivazoglou, N.A.; Papakosta, D.K.; Divanidis, S. Effect of Chloride in Irrigation Water and Form of Nitrogen Fertilizer on Virginia (Flue-Cured) Tobacco. Field Crops Res. 2005, 92, 61–74. https://doi.org/10.1016/j.fcr.2004.09.006.
33. Pedrero, F.; Alarcón, J.J. Effects of Treated Wastewater Irrigation on Lemon Trees. Desalination 2009, 246, 631–639. https://doi.org/10.1016/j.desal.2008.07.017.
34. Wang, J.; Wang, G.; Wanyan, H. Treated Wastewater Irrigation Effect on Soil, Crop and Environment: Wastewater Recycling in the Loess Area of China. J. Environ. Sci. 2007, 19, 1093–1099. https://doi.org/10.1016/S1001-0742(07)60178-8.
35. Shahalam, A.; Zahra, B.M.A.; Jaradat, A. Wastewater Irrigation Effect on Soil, Crop and Environment: A Pilot Scale Study at Irbid, Jordan. Water Air Soil Pollut. 1998, 106, 425–445.
36. Kalavrouziotis, I.K.; Kokkinos, P.; Oron, G.; Fatone, F.; Bolzonella, D.; Vatyliotou, M.; Fatta-Kassinos, D.; Koukoulakis, P.H.; Varnavas, S.P. Current Status in Wastewater Treatment, Reuse and Research in Some Mediterranean Countries. Desalinat. Water
Treat. 2015, 53, 2015–2030. https://doi.org/10.1080/19443994.2013.860632.
37. Pedrero, F.; Kalavrouziotis, I.; Alarcón, J.J.; Koukoulakis, P.; Asano, T. Use of Treated Municipal Wastewater in Irrigated Agriculture - Review of Some Practices in Spain and Greece. Agric. Water Manag. 2010, 97, 1233–1241.
38. Zammit, I.; Marano, R.B.; Vaiano, V.; Cytryn, E.; Rizzo, L. Changes in Antibiotic Resistance Gene Levels in Soil after Irrigation with Treated Wastewater: A Comparison between Heterogeneous Photocatalysis and Chlorination. Environ. Sci. Technol. 2020, 54, 7677–7686.
39. Geilfus, C.-M. Review on the Significance of Chlorine for Crop Yield and Quality. Plant Sci. 2018, 270, 114–122.
40. Kottek, M.; Grieser, J.; Beck, C.; Rudolf, B.; Rubel, F. World Map of the Köppen-Geiger Climate Classification Updated. Meteorol. Z. 2006, 15, 259–263.
41. APHA, AWWA, WEF Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater; American Public Health Association: Washington, DC, USA, 2012.
42. Mingorance, M.D.; Barahona, E.; Fernández-Gálvez, J. Guidelines for Improving Organic Carbon Recovery by the Wet Oxidation Method. Chemosphere 2007, 68, 409–413.
43. Olsen, S.R.; Watanabe, F.S. A Method to Determine a Phosphorus Adsorption Maximum of Soils as Measured by the Langmuir Isotherm. Soil Sci. Soc. Am. J. 1957, 21, 144–149.
44. Johnson, G.D.; Sims, J.L.; Grove, J.H. Distribution of Potassium and Chloride in Two Soils as Influenced by Rates and Time of KCl Application and Soil PH. Tob Sci 1989, 33, 35–39.
45. Mengel, K.; Kirkby, E.A. Principles of Plant Nutrition; International Potash Institute: Worblaufen-Bern, Switzerland, 1978.
46. Gatta, G.; Libutti, A.; Beneduce, L.; Gagliardi, A.; Disciglio, G.; Lonigro, A.; Tarantino, E. Reuse of Treated Municipal Wastewater for Globe Artichoke Irrigation: Assessment of Effects on Morpho-Quantitative Parameters and Microbial Safety of Yield. Sci. Hortic. 2016, 213, 55–65. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2016.10.011.
47. Cole, P.J. Chloride Toxicity in Citrus. Irrig. Sci. 1985, 6, 63–71.
48. Wu, L.; Chen, J.; Lin, H.; Van Mantgem, P.; Ali Harivandi, M.; Harding, J.A. Effects of Regenerant Wastewater Irrigation on Growth and Ion Uptake of Landscape Plants. J. Environ. Hortic. 1995, 13, 92–96.
49. Reboll, V.; Cerezo, M.; Roig, A.; Flors, V.; Lapeña, L.; García-Agustín, P. Influence of Wastewater vs Groundwater on Young Citrus Trees. J. Sci. Food Agric. 2000, 80, 1441–1446.
50. Walker, R.R.; Torokfalvy, E.; Downton, W.J.S. Photosynthetic Responses of the Citrus Varieties Rangpur Lime and Etrog Citron to Salt Treatment. Funct. Plant Biol. 1982, 9, 783–790.
51. Segal, E.; Dag, A.; Ben-Gal, A.; Zipori, I.; Erel, R.; Suryano, S.; Yermiyahu, U. Olive Orchard Irrigation with Reclaimed Wastewater: Agronomic and Environmental Considerations. Agric. Ecosyst. Environ. 2011, 140, 454–461.
https://doi.org/10.1016/j.agee.2011.01.009.
52. Marschner, H. Mineral Nutrition of Higher Plants, 2nd eds.; Academic Press: New York, NY, USA, 1995; pp. 15–22.
53. Christou, A.; Maratheftis, G.; Eliadou, E.; Michael, C.; Hapeshi, E.; Fatta-Kassinos, D. Impact Assessment of the Reuse of Two Discrete Treated Wastewaters for the Irrigation of Tomato Crop on the Soil Geochemical Properties, Fruit Safety and Crop Productivity. Agric. Ecosyst. Environ. 2014, 192, 105–114.

Forrás:
 – https://www.mdpi.com/2071-1050/15/15/11801