Kraftigere regn og gødning betyder flere algeopblomstringer

Den 6. juni 2018, Center for Limnologi rapporterede, at en giftig algeopblomstring var begyndt at sprede sig over Mendota-søen. Det førte hurtigt til lukning af strande omkring Madisons største sø.

Det faldt også sammen med lanceringen af ​​en ny, fireårig indsats fra Dane Amt, kaldet Suck the Muck, designet til bogstaveligt talt at suge et århundredes fosfor fra 33 miles af vandløb, der fodrer amtets søer.

Fosfor, et næringsstof, der findes i den gødning, der tilføres landbrugsmarker, gør sin vej til Wisconsin farvande (og vandveje andre steder) i afstrømning efter regnstorme. Når vejret er varmt, det kan føre til det ildelugtende vand og giftige algeopblomstringer, der plager søer som Mendota, som ligger i et landbrugslandskab.

Denne afstrømning kan blive værre, ifølge en nylig undersøgelse fra forskere med Water Sustainability and Climate Project ved University of Wisconsin-Madison. Med et skiftende klima, hyppigheden af ​​højintensive regnbegivenheder er stigende. Disse storme bringer kraftig regn over en kort periode og forværrer fosforafstrømningen fra gødningsdækkede landbrugsmarker, mere end forskerne forventede.

"Begge ting er dårlige for vandkvaliteten - for meget gødning er dårligt, og for mange intense storme er dårlige, også, " siger hovedforfatter af undersøgelsen i Miljøforskningsbreve , Melissa Motew. "Dette er en historie om, hvordan et problem virkelig sammensætter et andet problem."

Ja, algeopblomstringen af ​​Lake Mendota kom i hælene på den næstvådeste maj i Madisons registrerede historie, og dens ottende varmeste. National Weather Service rapporterede, at maj 2018 var den vådeste nogensinde for det sammenhængende USA.

Men Motew startede ikke med at spørge, hvordan kraftige storme og gødning interagerer synergistisk for at påvirke vandkvaliteten. Det var, mens hun studerede legacy fosfor i jord – ophobningen af ​​næringsstoffet over tid – at hun og forskerholdet bemærkede noget interessant i dataene.

"Vi vidste, at kraftig regn transporterer en masse fosfor væk fra en mark, og i 2014, (medforfatter Stephen Carpenter, emeritus professor og direktør for CFL) fandt, at et relativt lille antal regnbegivenheder hvert år leverede størstedelen af ​​fosfor til søerne, " forklarer hun. "Vi lagde tilfældigvis mærke til, at det virkede som om, når vi havde perioder med kraftig nedbør, at vi så dårligere vandkvalitet, end vi havde forventet. Det fik os til at oprette denne undersøgelse."

Klimaændringer bringer mere intens nedbør i hele USA, især i Midtvesten og Nordøst. 2014-undersøgelsen fra Carpenter og kolleger viste, at 74 procent af fosforbelastningen i Lake Mendota nu leveres over kun 29 dage om året, og en undersøgelse fra 2016 fra forskere ved Marylhurst University i Oregon og UW-Madison viste, at årlig nedbør i Yahara vandskel, som omfatter Lake Mendota, steget med 2,1 mm hvert år mellem 1930 og 2010.

Dette svarer til en stigning på omkring syv tommer ekstra regn i dag, Motew forklarer. Den samme undersøgelse viste også, at mens hyppigheden af ​​store stormbegivenheder i regionen i gennemsnit var 9,5 hændelser pr. årti mellem 1930 og 1990, mellem 1991 og 2010, antallet af store stormbegivenheder er næsten fordoblet, nåede 18 begivenheder pr. årti.

Ved hjælp af simuleringsmodeller, Motew og undersøgelsesholdet spurgte, hvordan mere ekstreme regnhændelser kunne interagere med gylle- og gødningsfosforforsyningen på afgrødearealer for at påvirke afstrømningen på niveauet af en individuel sø og de vandløb, der fodrer den. Det er, hvad sker der, når en given mængde regn falder på en mark i løbet af to timer i stedet for 24 timer?

"Modellen lader os skalere op og lave interessante observationer fra skalaen af ​​et felt til hele vandskellet, " siger hun. "Modeller lader os komme hjem og studere processen for, hvordan fosfor bevæger sig i detaljer."

Ved at bruge to 60-årige klimascenarier, en, der antog daglig nedbør, maksimum og minimum temperaturer, vindhastigheder, relativ luftfugtighed og solstråling svarende til de nuværende gennemsnitlige årlige værdier i Madison, og en anden, der antager mere ekstreme regnbegivenheder, Motew's model undersøgte, hvad der sker med fosforkoncentrationer i Lake Mendota og dens bifloder under lav- og højintensive nedbørsforhold.

Den tog højde for landmændenes virkelige praksis i vandskellet – herunder deres typiske gødnings- og gødningsapplikationer og jordbearbejdningspraksis, mængden af ​​fosfor, der allerede er lagret i jordens overfladelag, og sammensætningen af ​​landet omkring Lake Mendota. Mere end halvdelen af ​​jorden omkring det er landbrug.

Motew fandt, at opløst fosfor - den slags, der findes i gødning, sammenlignet med andre gødninger og gødninger, der findes i jorden – kombineret synergistisk med kraftige regnhændelser for at øge mængden af ​​fosfor, der løber ud i Lake Mendota og dens vandløb.

"Dette sætter os i endnu større risiko for at forringe vandkvaliteten, " siger Christopher Kucharik, studiemedforfatter og Motews tidligere kandidatvejleder. "Dette resultat har også vidtrækkende implikationer, fordi det synergistiske forhold sandsynligvis vil være til stede i mange landbrugsvandskel rundt om i verden, hvor husdyr og overfladevand eksisterer sammen."

Fosfor er et kritisk næringsstof for levende organismer som afgrøder. Men hvad det gør på land, det gør det også i vand:fremmer vækst af organismer som planter og alger. Når de dør, disse organismer falder til bunden af ​​en berørt vandvej, nedbrydning og forbrug af ilt. Dette dræber dyrelivet og fremmer væksten af ​​cyanobakterier, organismen bag giftige algeopblomstringer. I nogle dele af landet, det kan føre til døde zoner, som i den Mexicanske Golf.

Landmænd i Danmarks Amt og andre steder spreder allerede mindre gødning og gør det mere præcist. Motew siger, og hun håber, at disse strategier vil bidrage til at reducere fosforafstrømningen fra deres afgrødeområder.

Mølle, som nu er forskningsstipendiat ved Nature Conservancy, mener også, at landmændene bør være en del af den fortsatte indsats for at forbedre vandkvaliteten. "Vi er nødt til at samarbejde mere med landmænd, så vi ikke kun kan forbedre vores egen forskning ved at bruge bedre data, men så vi kan arbejde sammen og bygge videre på deres ideer, også." siger hun. "De kender problemerne helt tæt på og kan give indsigt, som vi ikke har overvejet. Vi som videnskabsmænd kan hjælpe med at udforske, hvor denne indsigt kan føre."

Motew tilføjer:"Landmænd er nøglen til at løse problemet, selvom de ofte får skylden. Vi er alle nødt til at tage ansvar for vores fødevaresystem og finde måder at støtte landmændene i bedre gødningshåndtering."