Dynamikken af ​​nitrogenbaseret gødning i rodzonen

Næringsstofforurening af grundvand som følge af nitrogenbaseret gødning er et problem mange steder i Europa. Beregninger fra et team af forskere under ledelse af UFZ har vist, at over en periode på mindst fire måneder om året, nitrat kan udvaskes i grundvandet og overfladevandet på omkring tre fjerdedele af Europas landbrugsjord. Andelen af ​​områder med risiko for nitratudvaskning er således næsten dobbelt så stor som tidligere antaget.

I landbruget, kvælstofbaseret gødning anvendes ofte ikke på en måde, der er passende for placeringen og anvendelsen. Hvis niveauet er for højt, planterne optager ikke helt kvælstoffet. Som resultat, overskydende nitrogen udledes til grundvandet og overfladevandet som nitrat - et problem, der opstår i flere EU -lande. For eksempel, i 2018, EU -domstolen (EF -Domstolen) fordømte EU -lande, herunder Tyskland for at have overtrådt EU's nitratdirektiv. Sidste år, EU -Kommissionen mindede Tyskland om at gennemføre EF -domstolens afgørelse.

Hvor meget af kvælstoffet, der påføres ved befrugtning, kan komme ind i grundvandet og overfladevandet som nitrat eller denitrifieres (dvs. omdannes til molekylært nitrogen og nitrogenoxider og frigives til luften) afhænger af, blandt andet, på komplekse processer i jorden. Et team af UFZ -forskere og amerikanske partnere ledet af hydrolog Dr. Rohini Kumar har nu analyseret mere detaljeret, hvilke processer der bestemmer skæbnen for overskydende nitrogen. Fokus er på hydrologiske og biogeokemiske processer i rodzonen (dvs. området, der strækker sig fra jordoverfladen og ned til en meters dybde). "Rodzonen er den mest dynamiske og aktive del af undergrunden, hvor jordens fugtighed, fordampning og tørre/våde faser træder markant i kraft, "siger Kumar. Det fungerer både som et hydroklimatisk og biogeokemisk filter mellem overfladen og de dybere underjordiske lag.

Landbrugsarealets sårbarhed over for nitratudvaskning er hidtil blevet beskrevet ved hjælp af statiske oplysninger om arealanvendelse, jord, og landskabets topografi, kombineret med gennemsnitlig nedbør og grundvandsniveauer - uden at tage hensyn til deres tidsmæssige variation. "Imidlertid, nedbør og temperaturer ændres dagligt. Dette påvirker fordampning og jordvand og i sidste ende tilbageholdelsestiden og vandtransport til dybere lag. Middelværdier, som brugt til at beskrive den statiske tilstand, er derfor mindre passende fra dagens perspektiv, "forklarer Kumar. Forskerne bruger derfor en dynamisk tilgang til at beregne, hvor længe det opløste nitrat kan forblive i rodzonen, før det udvaskes til dybere niveauer. De kombinerer mHM (mesoskala hydrologisk model) udviklet ved UFZ med beregninger af det daglige ændring af vandretention og nitrat i rodzonen samt denitrifikation Ved hjælp af mHM, forskere kan simulere rumlig-tidsmæssig fordeling af hydrologisk dynamik samt transportdynamik, der forekom i rodzonen i hele Europa til i dag i de sidste 65 år.

Med den nye tilgang, UFZ -forskerne konkluderer, at i mindst fire måneder om året, næsten 75% af Europas landbrugsjord er sårbare over for nitratudvaskning i grundvand og overfladevand. Hvis den statiske fremgangsmåde anvendes, denne andel er kun 42%. "Fordi vandtransportens rumlige-tidsmæssige dynamik ikke er blevet taget i betragtning i sårbarhedsvurderingen af ​​afgrænsning af nitrat-sårbare zoner, det geografiske omfang af nitrat sårbare områder er groft undervurderet, "slutter medforfatter og UFZ-hydrogeolog Dr. Andreas Musolff. Dette vedrører, blandt andre, områder i øst og nordøst for Tyskland, den iberiske halvø, og nogle østeuropæiske lande.

Ifølge UFZ -forskerne, de nye fund kunne bedre hjælpe til risikostyring af kvælstof i landbruget. "Landmænd kunne bruge de mere præcise oplysninger til mere præcist at justere deres gødningsregimer, derved sikre, at så lidt nitrat som muligt er til stede i jorden i de særligt kritiske måneder, "siger Musolff. Dette ville forhindre yderligere nitrat i at trænge ind i grundvandet og overfladevand." Denne undersøgelse med fokus på jordzonen er et udgangspunkt for en omfattende risikovurdering af nitratbelastninger i grundvandet og overfladevandet. Det vil blive efterfulgt af yderligere forskning om transport og denitrifikation i undergrunden, grundvand og overfladevand "siger Kumar.