Løsning af nitrogenpuslespillet:Måling af grundvandsforurening fra landbrug

I årevis har det været relativt nemt at måle forurening fra, sige, en fabrik. På en fabrik, der er måske kun et affaldsrør at måle. Let nok.

Men hvad med en gård? Vi tænker måske ikke typisk på gårde som kilder til forurening. Men de kan have store konsekvenser for jorden over tid. I modsætning til på en fabrik, affaldet filtrerer langsomt gennem jorden på tværs af hele jordstykket.

Dette affald - overskydende næringsstoffer fra gødning - kan i sidste ende nå grundvandet. Hvis der kommer for meget kvælstof i grundvandet, det kan være farligt at drikke. I form af nitrat, dette nitrogen er især dårligt for spædbørn. Grundvandet kan efterhånden brødføde søer eller vandløb. der, nitratet kan forårsage algeopblomstring og døde zoner uden ilt.

"Vi ser disse døde zoner årligt over et stort område nær mundingen af ​​Mississippi, i den Mexicanske Golf, siger Thomas Harter.

Harter, medlem af Soil Science Society of America, forsøger at løse en af ​​de mest komplekse gåder i landbruget:hvordan man sporer nitrat, når det bevæger sig gennem landbrugsmarker.

Hans forskning blev for nylig offentliggjort i Vadose Zone Journal , en publikation af Soil Science Society of America.

Forskere har i årevis forsøgt at forudsige, hvordan nitrat vil strømme fra overfladen til grundvandet. Disse oplysninger kan hjælpe landmændene med at balancere at gøde deres afgrøder med at beskytte det vand, de og andre er afhængige af. Men der er mange udfordringer. Jordtyperne, afgrøder og gødning kan alle påvirke denne langsomme proces.

Så Harter og hans team designede en af ​​de mest detaljerede undersøgelser endnu. På tværs af en enkelt 140 hektar stor californisk mandelplantage, de indsamlede 20 dybe jordprøver og installerede brønde til at måle grundvandet. Få undersøgelser har været så detaljerede på tværs af så lille et jordstykke.

De fandt ud af, at en kompleks dyne af forskellig jord ligger under mandelplantagen. Disse forskellige jordtyper gjorde det meget svært at forudsige, hvordan kvælstof fra en del af gården ville påvirke et andet område. Nitrogenniveauerne varierede meget på tværs af gården, selvom det blev drevet konsekvent af en enkelt avler.

"Vi forventede ikke den signifikante variation i nitratkoncentrationer mellem overvågningsbrønde, i betragtning af den relativt ensartede styring på tværs af webstedet, siger Harter.

Ældre undersøgelser målte ofte grundvand på tværs af hele regioner. Disse forskere antog normalt, at forskellige afgrøder og dyrkningsmetoder kontrollerede grundvandsnitrat. Men Harters team har nu set, at selv en enkelt gård kan rumme store forskelle. Nærliggende pletter af jord og vand kan se meget anderledes ud.

Nogle faktorer kunne forudsige mængden af ​​nitrat i grundvandet. Den samlede mængde kvælstof og vand, der kom ind i marken, påvirkede nitratet i grundvandet.

Forskere så, at kvælstoffet i de sandede jorde forudsagde, hvor meget der endte i brønde. Det er på grund af, hvordan vand bevæger sig gennem forskellige typer jord. Sandjord lader nitrogen og vand bevæge sig frit sammenlignet med klæbrig lerjord.

Men på grund af hvor meget nitrogen varierede på tværs af markerne, der er behov for nye metoder til at overvåge og evaluere denne kilde til potentiel forurening.

"Vi skal udvikle effektive alternative værktøjer, der kan valideres på marksteder som vores, men derefter bruges på tusindvis af individuelle marker og gårde til at vurdere deres bidrag til grundvandet, " siger Harter.

Fremadrettet, forskerne håber også at se, hvordan ny kunstvanding og nitrogenhåndtering kan forbedre grundvandskvaliteten på denne gård. Dette arbejde vil hjælpe med at designe og teste løsninger til at forbedre grundvandskvaliteten.

"Dette arbejde giver grundlaget for bedre design og fortolkning af feltstudier, der er grundlaget for at forbedre landbrugspraksis og i sidste ende grundvandskvaliteten, " siger Harter. "På lang sigt, dette vil føre til bedre løsninger til at beskytte brøndvandskvaliteten såvel som vandløbskvaliteten i landbrugsregioner."