Αρδευση με επεξεργασμένα αστικά λύματα: πειραματικές μετρήσεις, προσομοιώσεις και επιπτώσεις στο έδαφος, τα φυτά και το περιβάλλον
Creators: name: Rahil, Mahmoud H.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2006
Subjects: Επεξεργασμένα αστικά λύματα, Αρδευση
Στάγδην άρδευση
Καλλιέργεια ηλίανθου/αραβοσίτου
Treated wastewater, Irrigation
Drip irrigation
Sunflower crop, Corn crop

description: Ο σκοπός της παρούσας διατριβής είναι η μελέτη των επιδράσεων της άρδευσης με επεξεργασμένα υγρά αστικά απόβλητα στην ανάπτυξη των φυτών, στο έδαφος καθώς και στη ρύπανση των υπόγειων υδάτων από την έκπλυση των νιτρικών. Επιπλέον, στην έρευνα αυτή μελετάται η αξιοπιστία του μονοδιάστατου μοντέλου WANISIM (Water and Nitrogen Simulation Model) να προσομοιώσει επιτυχώς τη δυναμική του εδαφικού νερού και του αζώτου υπό συνθήκες στάγδην άρδευσης καθώς και την επίδραση της αλατότητας των επεξεργασμένων λυμάτων στην πρόσληψη του νερού από τις ρίζες. Το πείραμα πραγματοποιήθηκε στον πειραματικό αγρό του Ινστιτούτου Εγγείων Βελτιώσεων Θεσσαλονίκης, στη Βόρεια Ελλάδα. Έγιναν οι απαραίτητες μετρήσεις για να εκτιμηθεί η δυναμική του νερού και του αζώτου κατά την βλαστική περίοδο δύο διαφορετικών καλλιεργειών, του ηλίανθου και του αραβοσίτου. Οι πειραματικές μετρήσεις αφορούν την περιεχόμενη εδαφική υγρασία, τους ανόργανες μορφές του αζώτου (NH4-N και NO3-N), το οργανικό άζωτο, την οργανική ουσία, την ηλεκτρική αγωγιμότητα και το pH σε τέσσερα βάθη του εδαφικού προφίλ με συχνότητα μία φορά κάθε 15 ημέρες κατά την βλαστική περίοδο των καλλιεργειών και μία φορά κάθε μήνα κατά τη μη καλλιεργητική περίοδο. Καταγράφηκαν επίσης οι χαρακτηριστικές μεταβλητές της ανάπτυξης των φυτών: το LAI, το ύψος φυτών, το βάθος και η κατανομή ριζικού συστήματος, η ξερή φυτική μάζα, το περιεχόμενο άζωτο στην φυτομάζα των φυτών με συχνότητα μία φορά κάθε 15 ημέρες. Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης δείχνουν ότι το μοντέλο WANISIM δύναται να περιγράψει τις χρονικές διακυμάνσεις της περιεχόμενης εδαφικής υγρασίας και του ανόργανου αζώτου, σε διαφορετικούς εδαφικούς ορίζοντες, υπό στάγδην άρδευση. Ωστόσο, παρατηρήθηκε υπερεκτίμηση σε μερικούς μήνες, σε σχέση με τις μετρημένες τιμές. Επιπλέον, τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης καταδεικνύουν ότι η μέτρηση της εδαφικής υγρασίας στα σημεία μεταξύ των γραμμών των φυτών και των σταλακτήρων, δεν είναι η πλέον κατάλληλη για τη περιγραφή της δυναμικής του νερού και του ανόργανου αζώτου σε ένα σύστημα της μορφής αυτής. Οι διαφορές που παρατηρήθηκαν μεταξύ των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης και των μετρημένων τιμών, τόσο για το εδαφικό νερό, όσο και για τις ανόργανες μορφές του αζώτου, οφείλονται στην επιλογή του μονοδιάστατου μοντέλου αντί ενός τρισδιάστατου όπως ισχύει στην φυσική κατάσταση και στο γεγονός επίσης ότι σε όλη την έκταση του πεδίου ερευνών υπάρχει μια φυσική ανομοιομορφία και ανισοτροπία που θα έπρεπε να περιγραφεί με γεωστατιστική ανάλυση. Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης δείχνουν ότι τα αστικά λύματα, μετά από επεξεργασία με ενεργό ιλύ και διαδικασίες νιτροποίησης απονιτροποίησης, είναι δυνατό να αποτελέσουν πολύτιμη πηγή αρδευτικού νερού, χωρίς να επέλθει ρύπανση του υπόγειου υδροφορέα. Ωστόσο θα πρέπει να δοθεί έμφαση στην αποτροπή αλάτωσης του εδάφους μέσω των λυμάτων, μακροπρόθεσμα. Τα αστικά λύματα μπορούν να ικανοποιήσουν μονάχα ένα μικρό μέρος των απαιτήσεων των φυτών σε άζωτο και δεν συνίσταται να χρησιμοποιούνται ως κύρια πηγή λίπανσης της καλλιέργειας με άζωτο
description: This study was conducted to investigate the impacts of irrigation with treated wastewater through trickle irrigation on the plant growth performance, soil, and groundwater pollution. Regarding this, a one-dimensional simulation model named WANISIM (Water and Nitrogen Simulation Model) was used to simulate soil water flow and nitrogen dynamics in a cultivated field during the growing season of sunflower followed by corn crop and during subsequently non-cultivated period, for an experimental period of two years. In addition, this study also aimed to investigate the reliability of this model and whether if it successfully captures the water and nitrogen dynamics under trickle irrigation. Furthermore, to investigate the impacts of salinity of irrigation treated wastewater on roots water uptake. The field experiment was carried out on the farm of Land Reclamation Institute of Thessalonikι in Northern Greece. The experimental measurements concern soil moisture content, mineral nitrogen (NH4-N and NO3-N), organic nitrogen, organic matter, electrical conductivity and soil pH. Soil samples were colleted every 15 days during the growing seasons and each month during the following non-cultivated periods. Samples were collected from four soil layers in between plant rows and irrigation lines. Moreover, for evaluating the performance of plant growth, Leaf area index (LAI), root depth-distribution, plant dry matter, plant height and nitrogen content of plant tissues, were measured at two weekly basics. Comparison between simulated and measured water contents and nitrogen concentrations indicates that the model proposed can describe the reaction of continuum soil-plant-atmosphere, further to mineral nitrogen applied by wastewater and fertilizers in the field. However over-estimation of measured soil water contents was observed in some months, particularly during the sunflower season. This study indicates that monitoring of soil moisture content in one place, in between plant rows and irrigation lines, is not representative for describing soil water and nitrogen dynamics bellow trickle emitters. The discrepancy between simulated and measured soil water content, as well as inorganic nitrogen concentrations mainly related to the use of one-dimensional simulation model instead of three-dimensional model, which is more accurate in describing soil water and nitrogen dynamics bellow trickle irrigation system. Furthermore, there is a large heterogeneity of the soil structure in the whole experimental field which should be solved by the geostatistical analysis. Concerning the reuse of treated wastewater for irrigation, results of simulation model show that, municipal wastewater reclaimed by activated sludge and nitrification/ denitrification can be used as valuable source of irrigation water without contamination of groundwater, however more attention to high salinity of this type of water quality must be concerned. This quality of wastewater can also replace only a small part of plant N requirements but it can not be used as major source of plant nitrogen fertilizer donor