Stikstof kan een dilemma vormen voor boeren en grondbeheerders.

Aan de ene kant, het is een essentiële voedingsstof voor gewassen.

Echter, overtollige stikstof in meststoffen kan het grondwater binnendringen en aquatische systemen vervuilen. Deze stikstof, meestal in de vorm van nitraat, algenbloei kan veroorzaken. Microben die deze algen afbreken, kunnen uiteindelijk zuurstof uit waterlichamen verwijderen, veroorzaken van dode zones en vissterfte.

In een nieuwe studie, onderzoekers hebben hotspots voor nitraatverwijdering geïdentificeerd in landschappen rond landbouwstromen.

"Inzicht in waar de nitraatverwijdering het hoogst is, kan het management van landbouwstromen informeren, " zegt Molly Welsh, hoofdauteur van de studie. "Deze informatie kan ons helpen de waterkwaliteit effectiever te verbeteren."

Welsh is een afgestudeerde student aan de State University of New York College of Environmental Science and Forestry. Ze bestudeerde vier stromen in het noordwesten van Noord-Carolina. De stromen vertoonden een reeks degradatie- en herstelactiviteiten. Een van de stromen was hersteld. Twee andere lagen naast landbouwgrond. De vierde locatie had agrarische activiteit in een stroomopwaarts gebied.

De onderzoekers analyseerden water- en sedimentmonsters uit de stromen. Ook analyseerden ze bodemmonsters uit bufferzones naast de beken. Bufferzones zijn stroken land tussen een landbouwveld en de beek. Ze bevatten vaak inheemse planten. Eerder onderzoek toonde aan dat ze bijzonder effectief zijn in het absorberen en verwijderen van nitraat.

Het onderzoek van Welsh bevestigde eerdere bevindingen:de nitraatverwijdering in bufferzones was significant hoger dan in stroomsedimenten. "Als nitraatverwijdering het doel is van stroomherstel, het is van vitaal belang dat we bestaande bufferzones behouden en stromen opnieuw aansluiten op bufferzones, ' zegt Wels.

Binnen deze bufferzones nitraatverwijderingshotspots kwamen voor in laaggelegen gebieden. Deze hotspots hadden bodems met een fijne textuur, overvloedige organische stof in de bodem, en veel vocht. Hetzelfde gold voor streams. Nitraatverwijdering was het hoogst in zwembaden waar het water lange tijd werd opgevangen. Deze poelen hadden meestal fijne sedimenten en een hoog gehalte aan organisch materiaal. Echter, poelen gecreëerd tijdens stroomherstel door het installeren van kanaaloverspannende rotsen vertoonden geen hoge niveaus van nitraatverwijdering. Het creëren van poelen met houtachtig puin van bomen kan effectiever zijn dan rotsstructuren voor in-stream stikstofverwijdering.

De onderzoekers testten ook eenvoudige statistische modellen om te begrijpen welke factoren nitraatverwijdering bevorderen. Helling en hoogte van de oever, vegetatie en bodemtype, en de tijd van het jaar verklaarden 40% van de nitraatverwijdering in de bufferzone. Net als bij de hotspots die in het veldexperiment zijn geïdentificeerd, fijne sedimenttexturen, organisch materiaal, en opgelost koolstofgehalte waren de sleutel tot het verwijderen van nitraten in stromen.

"Onze resultaten laten zien dat het mogelijk is om eenvoudige modellen te ontwikkelen om het stikstofbeheer te sturen, ", zegt Welsh. "Echter, er is meer werk nodig op het gebied van het verzamelen en evalueren van gegevens. Dan kunnen we de beste parameters vinden om in deze modellen op te nemen."

Welsh blijft bestuderen hoe stroomherstel de beweging van water en nitraatverwijdering beïnvloedt. Ze onderzoekt ook hoe maatregelen om de nitraatverwijdering te verhogen, andere aspecten van landschapsbeheer beïnvloeden.