Environmental benefits of ozonated water for sustainable grapevine disease control: A life cycle and carbon sequestration analysis

Abstract

The oxidative capacity of ozone makes it a highly effective biocide, widely used in the food and processing industry, as well as in drinking water plants. In a context of tighter restrictions on the use of synthetic plant protection products at the regulatory level, wineries are looking for alternative methods to control diseases, making the application of ozonated water an option to consider. To determine the environmental sustainability of this alternative vineyard disease control treatment, an environmental impact assessment was conducted using the Life Cycle Assessment (LCA) methodology. The assessment was carried out in a vineyard located in the D.O. Rías Baixas of Galicia, located in northwestern Spain. The analysis was conducted on the basis of two functional units: i) 1 kg of grapes and ii) 1 ha of land managed and using a cradle-to-gate boundary system. Ten impact categories were assessed using the ReCiPe method, except for the water scarcity indicator, which was quantified using AWARE. The environmental sustainability of the vineyard was further analyzed by measuring its carbon sequestration potential to obtain a more complete environmental profile. The RothC-26.3 model was chosen to estimate absolute carbon sequestration and annual sequestration rate from 2020 to 2040. Since the ozone-only scenarios lost all harvest, no environmental assessment was performed for such scenarios. For the remaining scenarios, the findings suggest that those using a combination of ozonated water and fungicides have the worst environmental performance due to notable reductions in grape yield and more frequent disease control interventions, particularly in certain scenarios. When evaluating environmental performance per hectare of land managed, the scenario using ozonated water with a limited number of disease control interventions exhibited the most favorable environmental profile, primarily due to reduced use of fungicides and disease control passes. In addition, the main contributors to the vineyard environmental profile identified were diesel fuel combustion during field operations, fertilizer use and production, and irrigation. In addition, the research indicates that the vineyard sequesters carbon annually, but this alone is insufficient to offset its greenhouse gas emissions. However, it is estimated that through the application of more appropriate soil management practices, the vineyard could achieve carbon neutrality and potentially increase soil carbon stocks over time.La capacidad oxidativa del ozono lo convierte en un biocida muy eficaz, ampliamente utilizado en la industria alimentaria y de transformación, así como en plantas potabilizadoras. En un contexto de mayores restricciones en el uso de productos fitosanitarios sintéticos a nivel normativo, las bodegas buscan métodos alternativos para el control de enfermedades, por lo que la aplicación de agua ozonizada es una opción a considerar. Para determinar la sostenibilidad medioambiental de este tratamiento alternativo de control de enfermedades del viñedo, se llevó a cabo una evaluación del impacto medioambiental utilizando la metodología del Análisis del Ciclo de Vida (ACV). La evaluación se llevó a cabo en un viñedo situado en la D.O. Rías Baixas de Galicia, localizada en el noroeste de España. El análisis se realizó sobre la base de dos unidades funcionales: i) 1 kg de uva y ii) 1 ha de tierra gestionada y utilizando un sistema de límites de la cuna a la puerta. Se evaluaron diez categorías de impacto utilizando el método ReCiPe, excepto el indicador de escasez de agua, que se cuantificó utilizando AWARE. La sostenibilidad medioambiental del viñedo se analizó además midiendo su potencial de secuestro de carbono para obtener un perfil medioambiental más completo. Se eligió el modelo RothC-26.3 para estimar el secuestro absoluto de carbono y la tasa anual de secuestro de 2020 a 2040. Dado que los escenarios de sólo ozono perdieron toda la cosecha, no se realizó ninguna evaluación medioambiental para dichos escenarios. Para el resto de escenarios, los resultados sugieren que los que utilizan una combinación de agua ozonizada y fungicidas presentan el peor comportamiento medioambiental debido a las notables reducciones en el rendimiento de la uva y a las intervenciones más frecuentes para el control de enfermedades, especialmente en determinados escenarios. Al evaluar el rendimiento medioambiental por hectárea de tierra gestionada, el escenario en el que se utilizó agua ozonizada con un número limitado de intervenciones de control de enfermedades mostró el perfil medioambiental más favorable, debido principalmente a la reducción del uso de fungicidas y de pases de control de enfermedades. Además, los principales contribuyentes al perfil medioambiental del viñedo identificados fueron la combustión de gasóleo durante las operaciones de campo, el uso y producción de fertilizantes y el riego. Además, la investigación indica que el viñedo captura carbono anualmente, pero esto por sí solo es insuficiente para compensar sus emisiones de gases de efecto invernadero. Sin embargo, se estima que mediante la aplicación de prácticas de gestión del suelo más adecuadas, el viñedo podría alcanzar la neutralidad de carbono y aumentar potencialmente las reservas de carbono del suelo con el tiempo.