Nu de waterkwaliteit in de Chesapeake Bay lijdt onder overtollige voedingsstoffen en vispopulaties in rivieren zoals de Susquehanna die genderscheeftrekken en andere reproductieve afwijkingen ervaren, begrijpen hoe de afvoer van zowel nutriënten als hormoonontregelende stoffen van landbouwvelden na bemesting tot een minimum kan worden beperkt, is een cruciale doelstelling voor de landbouw.

Een nieuwe studie door onderzoekers van Penn State's College of Agricultural Sciences toont aan dat het toepassen van mest op akkers door middel van ondiepe schijfinjectie in de bodem in plaats van traditionele oppervlakte-uitzendingen de oestrogenen in oppervlakte-afvoer aanzienlijk vermindert. Deze bevinding suggereert dat mesttoedieningsmethoden kunnen worden gebruikt om het mobilisatiepotentieel van oestrogenen te beheersen en wijst op mogelijkheden om de waterkwaliteit stroomafwaarts te beschermen.

Het onderzoek, deze maand gepubliceerd in Landbouw, Ecosystemen en milieu , onderzocht ook hoe methoden voor het toedienen van mest de afvoer van totaal opgelost fosfor en opgeloste organische koolstof beïnvloedden. Onderzoekers ontdekten dat transportsnelheden van die voedingsstoffen, in mindere mate, waren ook lager na mestinjectie dan na oppervlakte-uitstrooiing.

Eerdere bevindingen uit het onderzoek, die werd uitgevoerd van oktober 2014 tot de zomer van 2015 werden gepubliceerd in de Tijdschrift voor Milieukwaliteit in november 2016. In het onderzoek werden 10 oppervlakte-afvoergebeurtenissen bemonsterd van 12 onderzoekspercelen - zes met elke toepassingsmethode - na de herfsttoepassing van mest.

De toepassing van dierlijke mest op landbouwgronden levert essentiële voedingsstoffen voor gewassen en voegt organisch materiaal toe aan de bodem. Echter, mest introduceert ook opkomende verontreinigingen in het milieu, inclusief de natuurlijke oestrogenen 17 alfa-estradiol, 17 beta-oestradiol, oestron en oestriol, volgens Heather Gall, assistent-professor landbouw- en biologische technologie.

vDe onderzoekers gebruikten mest van melkvee, maar oestrogenen zijn een component in de afvalstroom van niet alleen zuivel, maar alle vee en mensen. Hoewel deze studie zich richtte op alomtegenwoordige natuurlijke oestrogenen, synthetische oestrogenen kunnen ook de waterkwaliteit beïnvloeden, zoals ethinylestradiol, het actieve ingrediënt in anticonceptiepillen of synthetische androgenen zoals trenbolon, vaak gegeven als oorimplantaten aan vleesvee.

Veel factoren zijn van invloed op het lot en het transport van deze mestgebonden hormonen, verklaarde hoofdonderzoeker Odette Mina, een recent doctoraat in landbouw- en biologische technologie, inclusief het soort mest dat wordt toegepast, de snelheid en timing van de aanvraag, de methode en geschiedenis van de toepassing, evenals natuurlijke drijfveren zoals hydrologische processen en biogeochemische cycli.

"De methode van het toedienen van dierlijke mest kan de beschikbaarheid van nutriënten en oestrogenen in het afvoerwater beïnvloeden, " zei Mina. "Verschillende onderzoeken hebben de potentiële voordelen aangetoond van injectie met ondiepe schijven voor het verminderen van fosfor- en nitraattransport in oppervlakteafvoer in vergelijking met oppervlakte-uitzendingen. Ons onderzoek toonde een significant verminderd oestrogeentransport aan in de afvoer van ondiepe schijfinjectieplots ten opzichte van oppervlakte-uitzendingen."

Mina kwam op een onorthodoxe manier tot het onderzoek. Ze behaalde meer dan twee decennia geleden haar bachelordiploma in de chemie, een master in bedrijfskunde, en werkte al meer dan 20 jaar in de adviestechniek voordat ze in 2010 besloot een graduaat in engineering te volgen. Ze behaalde een master in milieutechniek aan Penn State Harrisburg en trad in 2013 in dienst bij Gall's lab.

Dit onderzoek vond plaats op de percelen van Kepler Farm in het Russell E. Larson Agricultural Research Center in Rock Springs, in de buurt van de University Park-campus van Penn State. Het terrein bestaat uit 12 hydrologisch geïsoleerde percelen die de oppervlakteafvoer van elk perceel via PVC-buizen naar de hutten in de buurt van de percelen leiden. De hutten zijn uitgerust met kantelbare emmers die de stroomsnelheid van de oppervlakteafvoer meten en onderzoekers in staat stellen om stroomgewogen monsters te verzamelen om de voedingsstoffen en verontreinigingen in de afvoer te analyseren.

Onderzoekers zagen een opvallend verschil tussen oestrogeenladingen en concentraties in afvoer na neerslaggebeurtenissen, merkte Mina op. Toen mest in de grond werd geïnjecteerd, oestrogenen hadden veel minder kans om het veld te verlaten. "We hadden een regenval die twee dagen nadat de mest was aangebracht plaatsvond - het was geen grote regenval, een typische storm die je elk jaar zou verwachten - en het veroorzaakte een hele grote beweging van oestrogenen, koolstof en fosfor uit de oppervlakte-uitzendingen percelen, " ze zei.

"Maar diezelfde gebeurtenis was niet genoeg om zelfs maar te leiden tot afvoer van de percelen die een ondiepe schijf-injectie van mest hadden ondergaan. Die eerste spoeling spoelde echt hoge concentraties fosfor en oestrogenen weg in vergelijking met de hele rest van het onderzoek, maar er was niets van de ondiepe schijf injectie plots."

Op kleine melkveebedrijven die typisch zijn voor het midden van de Atlantische Oceaan, mest wordt het meest toegepast in het voor- en najaar, maar mesttoediening kan het hele jaar door plaatsvinden, hoewel sommige staten de toepassing van wintermest beperken of verbieden. Mest wordt over het algemeen toegepast op maïsgewassen, hoewel andere gewassen ook mest krijgen, inclusief peulvruchten.

Adoptie van mestinjectie met ondiepe schijven onder boeren verloopt traag, Gall wees erop, en dat komt vooral door de hoge kosten van nieuwe injectieapparatuur. Maar de methode is compatibel met landbouw zonder grondbewerking en heeft als bijkomend voordeel dat ze minder geur veroorzaakt.

Voordat ze alle boeren kan aanraden om over te stappen op het injecteren van mest, Gall is van plan meer onderzoek te doen. In een vervolgonderzoek dat nu wordt gepland, ze wil er zeker van zijn dat het weghouden van oestrogenen uit de oppervlakteafvoer niet leidt tot uitspoeling van de verontreinigingen in het grondwater.

"Er kunnen mogelijk compromissen zijn met de grondwaterkwaliteit, dus door de ondiepe schijfinjectie te doen, zou u meer verlies van voedingsstoffen en oestrogeen in het grondwater kunnen bevorderen, misschien lokale zorgen veroorzaken voor mensen die hun water uit bronnen halen, ' zei Gall.

"Echter, althans vanuit het perspectief van oppervlakteafvoer, de resultaten suggereren dat injectie met een ondiepe schijf een haalbare optie zou kunnen zijn om zowel het transport van voedingsstoffen als oestrogeen naar oppervlaktewaterlichamen te verminderen, zoals de Susquehanna-rivier en de Chesapeake Bay."