Zintegrowana ocena wód podziemnych Trójca analizy wody: ekologia, toksykologia, chemia

Woda to życie. Podobnie jak życie, systemy wód podziemnych są złożone. Aby to uwzględnić, w ramach projektu badawczego przyjęto trójstronne podejście, łączące wyniki badań ekologicznych, ekotoksykologicznych i chemicznych z oceną społeczno-ekologiczną.

Czysta woda pitna jest prawem człowieka. Aby zapewnić jej dostępność również w przyszłości, kluczowe znaczenie ma zrównoważone wykorzystanie wód podziemnych, zapobieganie zanieczyszczeniom oraz opracowanie długoterminowej strategii, która pozwoli uniknąć marnotrawstwa ograniczonych zasobów. Niemniej jednak: raporty dotyczące drugiego planu gospodarowania w ramach ramowej dyrektywy wodnej (WRRL) wskazują, że 74 procent jednolitych części wód podziemnych charakteryzuje się dobrym stanem chemicznym. Z drugiej strony oznacza to jednak, że ponad jedna czwarta wód nie spełnia tego wymogu. Główną przyczyną tego stanu rzeczy jest nadal zanieczyszczenie azotanami. Ponadto w wodach podziemnych na całym obszarze występują śladowe ilości substancji pochodzenia antropogenicznego, takich jak antybiotyki, leki i substancje perfluorowane (PFAS).

Źródłami zanieczyszczeń, które prowadzą do obciążenia ekosystemów wód gruntowych, są w szczególności infiltracja powierzchniowa, w tym lokalne zanieczyszczenia wynikające z terenów skażonych, wypadków i zrzutów ścieków, a także źródła rozproszone, takie jak ruch drogowy, rolnictwo i przemysł. Ponadto zmiany klimatyczne stanowią zagrożenie dla jakości wód podziemnych: z jednej strony okresy suszy obniżają poziom wód podziemnych, co może prowadzić do przedostawania się zanieczyszczeń poprzez wody powierzchniowe. Z drugiej strony ekstremalne opady mogą powodować dodatkowe przedostawanie się zanieczyszczeń do podziemia. Ze względu na specyficzne właściwości wód podziemnych oraz brak procesów rozkładu biologicznego i fotolitycznego, antropogeniczne substancje śladowe są w wodach podziemnych bardziej trwałe.

Jakie są słabe strony obecnej oceny wód podziemnych?

W obecnej praktyce wody podziemne traktuje się przede wszystkim jako źródło wody pitnej, a nie jako ekosystem. Takie podejście regulacyjne przedkłada wykorzystanie przez człowieka nad integralność ekologiczną i przyczynia się do tego, że ekosystemy wód podziemnych nie są w wystarczającym stopniu uwzględniane w działaniach politycznych. Na przykład ramowa dyrektywa w sprawie wody (WRRL) wymaga od jednolitych części wód podziemnych jedynie „dobrego stanu chemicznego”. Stoi to w sprzeczności z wymogiem osiągnięcia lub utrzymania „dobrego stanu ekologicznego” wód powierzchniowych. Europejska dyrektywa w sprawie wód podziemnych podkreśla jednak konieczność prowadzenia dalszych badań w celu wsparcia przyszłych działań na rzecz ochrony wód podziemnych. Nie uwzględnia ona jednak ważnych funkcji ekologicznych ekosystemu wód podziemnych.

Organizmy żyjące w wodach gruntowych przyczyniają się do biologicznego rozkładu zanieczyszczeń organicznych, obiegu składników odżywczych, mieszania się wód (bioturbacji) oraz rozkładu czynników chorobotwórczych. Ponadto ekosystemy wód podziemnych pełnią rolę miarodajnych bioindykatorów zanieczyszczeń antropogenicznych i stanowią zasób genetyczny o potencjale biotechnologicznym. Dlatego też konieczne jest włączenie monitoringu ekologicznego do ram prawnych, zwłaszcza że ocena stanu chemicznego ogranicza się do kilku grup zanieczyszczeń (metale ciężkie i pestycydy) i nie odzwierciedla dokładnie rzeczywistego składu zanieczyszczeń w wodach podziemnych. W związku z tym istnieje pilna potrzeba zidentyfikowania substancji wskaźnikowych, które mogłyby stanowić zagrożenie dla fauny wód gruntowych.

Jakie strategie oceny wód podziemnych zostały opracowane?

W ramach projektu unijnego „Solutions Horizon” oraz sieci Norman opracowano strategię identyfikacji nowo pojawiających się substancji śladowych oraz ich wpływu na wody powierzchniowe. W tym celu eksperci połączyli metody oparte na skutkach (EBM) z analizą chemiczną w celu ustalenia priorytetów dotyczących substancji wskaźnikowych na potrzeby regulacji prawnych. Ponadto metody EBM umożliwiają całościową ocenę mieszaniny zanieczyszczeń, a tym samym określenie rzeczywistego potencjału zagrożenia dla organizmów wodnych. Jednak dane dotyczące ostrych i przewlekłych skutków ekologicznych oraz ekotoksykologicznych substancji śladowych pochodzenia antropogenicznego na organizmy żyjące w wodach podziemnych są rzadko opisywane w literaturze. Wynika to z trudności związanych z hodowlą organizmów żyjących w wodach podziemnych oraz ich ograniczonej dostępności. W celu oceny stanu ekologicznego wód podziemnych opracowano różne podejścia, w tym „Weighted Groundwater Health Index”, który uwzględnia nie tylko kryteria abiotyczne, ale także biotyczne, np. stan biocenozy wód podziemnych. Literatura dotycząca potencjalnego zagrożenia dla tego ekosystemu ze strony antropogenicznych mikrozanieczyszczeń jest jednak obecnie bardzo ograniczona.

Ekosystemy wód gruntowych są obecnie traktowane po macoszemu

Te ograniczenia naukowe i metodologiczne wskazują na szerszy problem: ekologiczny wymiar ciał wód podziemnych jest nadal niedostatecznie zbadany i niedoceniany. W rezultacie obecny stan wiedzy na temat wód podziemnych jest często fragmentaryczny i skupia się głównie na stanie chemicznym, podczas gdy integralność ekologiczna i wrażliwość systemu są pomijane. Luka ta nabiera szczególnego znaczenia w kontekście rosnących presji antropogenicznych związanych z wykorzystaniem wód podziemnych oraz zmianami klimatu. W szczególności nierozwiązane problemy, takie jak zwiększone pobory wód podziemnych do nawadniania lub celów przemysłowych (np. produkcja zielonego wodoru), zmniejszone lub zakłócone zasilanie wód podziemnych oraz zwiększony dopływ składników odżywczych, zanieczyszczeń i ciepła, uwidaczniają skumulowane obciążenie systemów wód podziemnych i podkreślają konieczność traktowania ekosystemów wód podziemnych jako szczególnie wrażliwych. Obciążenia te mają nie tylko charakter ekologiczny lub chemiczny, ale wynikają również z czynników społecznych. W przypadku wód powierzchniowych wykazano, że perspektywy różnych grup interesów dotyczące dopuszczalnego zakresu ingerencji człowieka w ekosystem, ochrony krajobrazu oraz zachowania siedlisk flory i fauny znacznie się różnią. Sprzeczne wzorce argumentacji mogą mieć bezpośredni wpływ na procesy polityczne.

Sprzeczne wymagania społeczne oraz jedynie ograniczone uwzględnienie aspektów ekologicznych w ocenie wód podziemnych ujawniają zasadniczą nierównowagę. Chociaż wody podziemne odgrywają kluczową rolę zarówno jako siedlisko, jak i zasób, nauka i polityka nadal przedkładają stan chemiczny i wartość użytkową nad funkcje ekologiczne. Biorąc pod uwagę znaczenie czystych wód podziemnych zarówno dla środowiska, jak i dla dobrobytu ludzi, należy zająć się tą nierównowagą między nauką a praktyką, aby odpowiednio chronić ekosystemy wód podziemnych i zapewnić ciągłe zaopatrzenie w bezpieczną wodę pitną.

Jak powinna wyglądać koncepcja oceny wód podziemnych?

Aby osiągnąć bardziej zrównoważone i zrównoważone gospodarowanie wodami podziemnymi, konieczne jest przyjęcie kompleksowego i zintegrowanego podejścia do monitorowania – takiego, które łączy analizy chemiczne i oparte na skutkach z równoległą oceną biocenozy wód podziemnych (patrz rys. 1). Jednocześnie rosnące napięcie między koniecznością ekologicznej ochrony wód podziemnych a rosnącymi wymaganiami dotyczącymi ich wykorzystania wymaga uwzględnienia celów społecznych w ocenie wód podziemnych, a także systematycznej analizy konfiguracji konfliktów i interesów zainteresowanych stron. Obejmuje to normatywne cele dotyczące „dobrej jakości wód podziemnych”, oczekiwania poszczególnych podmiotów oraz wykonalność mechanizmów zarządzania służących wdrożeniu rozszerzonych środków ochronnych.

W świetle tych wymagań konieczne są nowe, interdyscyplinarne podejścia, łączące perspektywy ekotoksykologiczne, ekologiczne, chemiczne i społeczne. Obiecującym kierunkiem jest opracowanie integracyjnych modeli oceny, które umożliwiają całościową analizę jakości wód podziemnych w różnych skalach przestrzennych i funkcjonalnych. Przykładem takiego podejścia jest strategia oceny wód podziemnych oparta na triadach (patrz rys. 2). Wykorzystuje ona metody, które od dziesięcioleci sprawdzają się już w przypadku wód powierzchniowych oraz w ocenie osadów. Strategia ta łączy w sobie znormalizowane metody oparte na efektach, analizę substancji śladowych oraz badanie różnorodności fauny. Jej siła polega na uznaniu, że żadna z tych metod nie jest w stanie samodzielnie zapewnić wystarczająco kompleksowej oceny stanu ekologicznego; dopiero ich integracja prowadzi do rzetelnego i zróżnicowanego zrozumienia kondycji ekosystemu.

Podejście trójelementowe do oceny wód podziemnych

W ramach projektu gwTriade (02WGW1668A, 2023–2026), finansowanego przez Federalne Ministerstwo Gospodarki, Transportu i Telekomunikacji (BMFTR), opracowano takie nowe, trójstronne podejście do zintegrowanej oceny wód podziemnych. Łączy ono trzy uzupełniające się „linie dowodowe”:

1. analiza chemiczna służąca do oceny narażenia, która ponadto wypełnia „lukę analityczną” w odniesieniu do substancji PMT/vPvM o wysokiej polarności przy pomocy technik takich jak IC-HRMS
2. metody oparte na efektach, obejmujące badania in vitro i in vivo, mające na celu określenie toksyczności złożonych mieszanin
3. ocena różnorodności fauny poprzez podejście integracyjne, łączące klasyczną identyfikację morfologiczną z metabarkodowaniem DNA środowiskowego w celu scharakteryzowania fauny wód podziemnych

Analiza społeczno-ekologiczna uzupełnia tę triadę poprzez badanie perspektyw zainteresowanych stron, normatywnych wyobrażeń dotyczących „dobrego stanu wód podziemnych”, a także konstelacji konfliktów mających znaczenie dla wdrażania i zarządzania.

W ramach projektu konsorcjalnego sformułowano nadrzędne cele przedstawione na rysunku 3. W perspektywie długoterminowej osiągnięcie tych celów ma zapewnić niezbędne podstawy naukowe dla działań mających na celu ochronę i zachowanie ekosystemu wód podziemnych oraz związanych z nim usług ekosystemowych.