Alternatives de fertilització per a la rehabilitació de sòls degradats: aplicació de fang fresc, compostat i d'assecatge tèrmic

Abstract

S'estima que a Europa l'any 2005 es generaran 9,4 milions de tones de fangs de depuradora (EEA, 2001), fet que suposa un problema important de cara a la seva eliminació. <br/>A l'estat espanyol, al voltant del 46% de la producció de fangs de depuradora de residus urbans es recicla mitjançant aplicacions al sòl. Aquest tipus de pràctiques estan regulades segons la Directiva Europea 86/278/EEC que, únicament considera com a components de risc el contingut total de metalls pesants i nitrats. L'actual normativa està sent revisada (Working Document on Sludge, 3rd Draft, 2000, unpublished) i es preveu una major restricció i control dels residus orgànics, per a minimitzar el risc d'efectes negatius a la salut, el medi ambient i el deteriorament de la qualitat del sòl. Els problemes de salubritat associats a l'ús dels fangs frescs constitueixen un factor limitant per a la seva aplicació al sòl, i fan necessari investigar les possibilitats d'ús d'aquests residus un cop sotmesos a un procés d'higienització. A Catalunya, s'imposaran com a vies de post-tractament el compostatge i l'assecatge tèrmic. <br/>En aquesta tesi es pretén avaluar els efectes derivats de l'aplicació dels tres tipus de fang esmentats, emprats com a esmenes orgàniques, per a la rehabilitació de sòls forestals degradats. <br/>S'ha avaluat les avantatges i inconvenients de la fertilització orgànica amb fangs de depuradora en comparació a l'adobat mineral en una zona forestal. S'ha caracteritzat al laboratori la dinàmica i les transformacions que afecten la matèria orgànica de sòls tractats amb els tres tipus de fang i seguidament s'han estudiat els efectes d'aquests materials en condicions de camp, emprats com esmenes per a la rehabilitació de dos sòls forestals. Finalment, per tal de donar resposta a quina de les pràctiques de fertilització resulta la més adequada, i al mateix temps de quina manera podem ajudar en preses de decisions, relacionades amb aquesta problemàtica, es proposa la utilització d'eines d'anàlisi multicriteri. <br/>Dels resultats obtinguts es desprèn que els fangs poden actuar com a catalitzadors del restabliment de la biofuncionalitat de sòls degradats ja que incrementa l'activitat respiratòria i la biomassa microbiana del sòl. La millora de les propietats biològiques, físiques i nutritives del sòl estimula el creixement dels arbres i proporciona major recobriment del sòl, reduint d'aquesta manera el risc d'erosió superficial. La matèria orgànica dels fangs es mineralitza a un ritme força elevat, sent la del compostat la que presenta major estabilitat i uns efectes més perdurables. Els desavantatges més importants es relacionen amb problemes de pèrdues de nitrogen per lixiviació i certa inhibició observada en la germinació de les plantes en condicions controlades (especialment en el fang tèrmic). Una major disponibilitat de nutrients a l'inici provoca un increment del quocient metabòlic (qCO2). El descens dràstic del qCO2, major amb el fang tèrmic, es déu a la reducció de l'activitat microbiana causada probablement per l'esgotament del carboni orgànic làbil, però no podem descartar algun tipus d'estrès. A més, l'aplicació superficial de fangs, provoca una certa ruderalització i reducció de la riquesa florística de les àrees estudiades. <br/>Pel que fa a les diferències observades entre els diferents fangs, cal destacar que en el procés de post-tractament dels fangs es produeixen canvis en les propietats químiques que es revelen en modificacions de la matèria orgànica, l'eficiència microbiana i la mineralització del nitrogen.<br/>La utilització de les anàlisi multicriteri representen una valuosa aportació per a la presa de decisions en problemes que, com aquest, tenen un elevat grau d'incertesa i diferents objectius i en conflicte. <br/>Des del punt de vista aplicat, donats els indicis de toxicitat observats en l'aplicació de fang tèrmic i l'escàs coneixement actual que ens permeti fer una avaluació real dels efectes directes i indirectes que provoca aquest fang, es recomana no aplicar-lo de manera generalitzada mentre no es garanteixi la seva innoquïtat.

It is estimated that Europe will produce 9.4 million tons of sludge by 2005 (EEA 2001). The elimination of such sludge amounts poses important difficulties. <br/>In Spain, approximately 46% of the urban sewage sludge production is used in soil rehabilitation, as regulated by the UE Directive 86/278/EEC. Under this directive, only total heavy metal and nitrate contents are considered a risk. The present Directive is currently being revised (Working Document on Sludge, 3rd Draft, 2000, unpublished) and greater restrictions and control of organic wastes are expected, which will help to diminish the negative effects of sludge application on health, environment and soil quality. Environmental health problems associated with the use of digested sewage sludge hinder its application and make it necessary to investigate the possibility of using treated waste. Two types of sludge treatment, composting and thermal drying, are practiced in Catalonia. <br/>This PhD dissertation attempts to evaluate the effects of three types of sewage sludge (fresh, composted, thermal) used for forest soil rehabilitation. <br/>Advantages and disadvantages of sewage sludge amendment were compared to mineral fertilization in a project to transform a scrubland into a dehesa-system. Organic matter dynamics and transformation were characterized in the laboratory in soils treated with the different sludge types. Subsequently, the effects of sludge application were studied under field conditions. The study also proposes the use of multi-criteria analysis to identify the most suitable fertilization alternatives and to assist in the decision-making process of sludge recycling.<br/>The results show that sewage sludge use improves soil functionality, because it enhances respiration rates and microbial biomass. The improvement of soil physical, biological and fertilization properties stimulates tree growth and increases ground cover, thus reducing soil run-off. The organic matter of sewage sludge is quickly mineralized. In this study, composted sludge organic matter showed the greatest stability and longest-lasting effects. Experiments under controlled conditions showed that important disadvantages of sludge use were nitrate lixiviation and plant germination inhibition (especially with thermal sludge). Initial enhanced nutrient availability induced an increase of the metabolic quotient (qCO2). A subsequent fast reduction of qCO2, particularly in thermal sludge, was due to a decrease in microbial activity, probably caused by the depletion of labile organic carbon, although some type of stress could also be involved. Sewage sludge application above the soil surface caused the ruderalisation of the herbaceous community and the reduction of plant richness in the studied areas. <br/>In relation to the differences between different types of sewage sludge, it is possible to emphasize that in the composted and thermal processes changes in the chemical properties take place that are evidenced in the modification of the organic matter, microbial efficiency and nitrogen mineralization. <br/>Multi-criteria evaluation tools make a valuable contribution to decision-making processes concerning sewage sludge applications, because a high degree of uncertainty and conflictive objectives exist in these processes.<br/>Due to the observed signs of toxicity related to thermal sludge use and the scarce current knowledge to evaluate direct and indirect sewage sludge amendment effects, it is recommended to discontinue thermal sludge application in field conditions, until its innocuousness can be guaranteed.