Als het gaat om het bevorderen van de planning van nutriëntenbeheer voor akkerlanden in de Verenigde Staten, het is belangrijk om fosforindices te evalueren om een ​​nauwkeurige risicobeoordeling van fosforverlies te garanderen.

Tot voor kort, echter, de meeste van deze beoordelingen van de fosforindex waren gericht op de risico's van fosforverliezen in oppervlakteafvoer, terwijl er onvoldoende rekening werd gehouden met de cruciale rol van ondergrondse fosforverliezen.

Dit is vooral belangrijk in gebieden zoals de Atlantische kustvlakte, waar ondergrondse stroming de belangrijkste route is voor fosfortransport van kunstmatig gedraineerde agro-ecosystemen - akkerland dat kunstmatige drainage gebruikt om de grondwaterspiegel te verlagen.

Een nieuw artikel gepubliceerd in de Tijdschrift voor Milieukwaliteit door onderzoekers van de Universiteit van Delaware en andere bijdragende instellingen onderzoekt methoden om de ondergrondse fosforrisicoroutines van vijf fosforindices uit Delaware te evalueren, Maryland, Virginia en North Carolina met behulp van beschikbare datasets voor waterkwaliteit en bodem.

Het onderzoek werd gedeeltelijk gefinancierd door een Amerikaanse Department of Agriculture (USDA) Natural Resources Conservation Service Conservation Innovation Grant.

Amy Shober, universitair hoofddocent bij de afdeling Plant- en Bodemwetenschappen en specialist Coöperatieve Voorlichting, is de hoofdauteur van het papier, die een deel van het werk van Kathryn Turner vertegenwoordigt, die in Shober's lab werkte en in 2016 afstudeerde aan UD.

Co-auteurs zijn onder meer Scott Andres, hydrogeoloog en senior wetenschapper bij de Delaware Geological Survey, Anthony Boeda, Amerikaanse ministerie van landbouw, Thomas Sims, een gepensioneerd UD-faculteitslid en voormalig plaatsvervangend decaan van het College van Landbouw en Natuurlijke Hulpbronnen, Nicole Fiorellino, Chesapeake College, en Joshua McGrath, Universiteit van Kentucky.

Shober zei dat sommige akkerland op de Atlantische kustvlakte kunstmatig moet worden ontwaterd om de grondwaterspiegel te verlagen om te voorkomen dat er water in de wortelzone van planten of stilstaand water in hun velden komt te staan. die het vermogen van boeren om apparatuur te gebruiken en succesvolle gewassen te planten, zou verstoren.

Shober zei dat de boeren van vandaag te maken hebben met wat bekend staat als "legacy fosfor, " Fosfor dat overblijft van eerdere mesttoepassingen en dat blijft bijdragen aan waterkwaliteitsproblemen.

Met behulp van fosforindices, boeren en landbeheerders kunnen gebieden in het landschap identificeren waar fosforbronnen elkaar overlappen met de manieren waarop water fosfor door de bodem verplaatst.

Er zijn veel onderzoeken gedaan naar het risico van fosfortransport, zoals erosie en oppervlakteafvoer, omdat deze verliezen gemakkelijk te zien zijn. Er zijn minder studies gedaan naar de bijdrage van ondergronds fosfor aan drainagewater, die moeilijker te traceren zijn omdat ze ondergronds plaatsvinden en er minder instrumenten zijn om deze verliezen te bestuderen.

"Je kunt afvoer aan het einde van het veld verzamelen en weten wat er over dat landoppervlak is gekomen, " zei Shober. "Het is moeilijker om te bepalen waar het water dat door het slootnetwerk stroomt vandaan komt. Water dat uit de velden stroomt, gebeurt ondergronds, en de lozingen van meerdere velden vermengen zich terwijl het water door het slootnetwerk stroomt. Om nog maar te zwijgen van het feit dat regenval die rechtstreeks in de sloot wordt afgezet - en zelfs over landstroom - ook kan bijdragen aan de slootstroom."

Om de ondergrondse fosforbronnen en transport beter te bestuderen, de onderzoekers begonnen bodemgegevens te bekijken om te bepalen of de eerder bestaande fosforindexmodellen in staat waren om ondergrondse fosforbronnen en -transport nauwkeurig te voorspellen. Ze ontdekten dat de reeds bestaande hydrologische modellen om ondergronds fosfor te evalueren ontoereikend waren als het ging om het evalueren van vlakke, kunstmatig gedraineerde gebieden zoals die in de Mid-Atlantische kustvlakte.

Voor vlakke landschappen, de hydrologische modellen werkten niet omdat ze hellingen nodig hebben en gebaseerd zijn op topografie. Omdat de Mid-Atlantische kustvlakte niet veel oppervlakteafvoer heeft, maar veel ondergrondse afvoer, de modellen rekenden voor problemen waarvoor het model niet was ontworpen.

"Er zijn niet veel studies, vooral in onze regio waar het vlak is en er veel slootafvoer is, dus we kunnen onze fosforindices niet kalibreren en verifiëren voor ondergrondse fosforverliezen, " zei Shober. "We begonnen te kijken of we bodemgegevens konden gebruiken om te bepalen of we in de goede richting gingen. Als we echt een hoog fosforrisico zouden zien op plaatsen waar deze index hoge ondergrondse verliezen identificeert."

Shober zei dat de onderzoekers deze studie konden uitvoeren met behulp van eerder verzamelde grond, die voor lange tijd kunnen worden bewaard en toch meetbaar fosfor bevatten.

Met behulp van een bibliotheek met bodemkernen die de auteurs op verschillende diepten van het hele Delmarva-schiereiland hadden verzameld en met behulp van gegevens verzameld door Sims en Andres, de onderzoekers berekenden het risico op ondergronds fosforverlies aan de hand van vijf fosforindexen. Ze keken naar de fosforindexscores zonder rekening te houden met enige mesttoepassing, alleen bezig met de bijdragen van de erfenis fosfor.

"Voor onze index we hebben de dingen geëlimineerd waar we niet in geïnteresseerd waren, dus we kregen uiteindelijk een score die volgens ons alleen voor dit ondergrondse risico was, " zei Shober. "We wilden zeggen, 'OKE, wat is het inherente risico van ondergrondse verliezen van fosfor dat in de bodem zat?'"

Toen ze die cijfers eenmaal hadden, ze keken naar het met water extraheerbare fosfor op de diepte van de seizoensgebonden hoogwatertafel en correleerden de gegevens om de relatie te zien.

Om de met water extraheerbare fosfor te vinden, de onderzoekers namen een kleine hoeveelheid grond en een klein beetje gedeïoniseerd water, schudden ze een uur lang en maten hoeveel fosfor er uit de grond kwam.

"Als de bodemscore van de fosforindex laag was en de waterwinbare fosfor in de bodem op de diepte van de grondwaterspiegel laag, we verwachten een laag risico op ondergrondse fosforverliezen. Dus, uiteindelijk, we wilden de scores lineair of exponentieel zien toenemen naarmate het in het water extraheerbare fosfor toenam - hoe hoger de risicoscore, hoe hoger het met water extraheerbare fosfor moet zijn, ' zei Shober.

De berekening met waterwinbare fosforconcentraties op diepten die overeenkomen met de seizoensgebonden hoge grondwaterstand zou kunnen dienen als een realistische proxy voor ondergrondse verliezen in slootafvoer en als een waardevolle maatstaf die tussentijds inzicht biedt in de directionaliteit van ondergrondse fosforrisicoscores wanneer waterkwaliteitsgegevens worden ontoegankelijk.

Dit zal allemaal helpen om de monitoring en modellering van ondergrondse fosforverliezen te verbeteren en de nauwkeurigheid van fosforindexbeoordelingen te verbeteren, Shober zei, toevoegen, "We hopen dat dit iets is dat mensen kunnen doen om vooruit te komen met ons begrip van het ondergrondse fosforverlies. we hebben uiteindelijk een aantal kleine aanpassingen gemaakt aan zowel de Maryland-tool voor fosforbeheer (PMT) en de North Carolina fosforverliesbeoordelingstool (PLAT), waardoor ze beter scoorden tegen onze bodemgegevensset."