Als de meerderheid van de melkveebedrijven in Pennsylvania de best-managementpraktijken op het gebied van conservering volledig overneemt, de staat kan zijn totale maximale dagelijkse waterkwaliteitsdoelstelling voor de Chesapeake Bay bereiken, volgens onderzoekers.

Dat is de conclusie van een nieuwe beoordeling van de gesimuleerde effecten van het implementeren van een melkveehouderijsysteem op alle melkveebedrijven in het stroomgebied van Spring Creek. een kleine afwatering in Centre County. In de simulaties de conserverende melkveehouderijsystemen - die de afgelopen tien jaar zijn ontwikkeld en getest door onderzoekers van Penn State - produceren het grootste deel van de voer- en voedergewassen die door hun vee worden geconsumeerd, gebruik niet-till planten, een continue gediversifieerde plantbedekking hebben, en één systeem hebben om mestinjectie toe te passen.

Met behulp van een variant van de Soil and Water Assessment Tool, bekend als SWAT, die in eerder Penn State-onderzoek was aangepast en gekalibreerd voor de karsttopografie en hydrologie in het stroomgebied van Spring Creek, onderzoekers modelleerden nutriënten- en sedimentbeladingsprocessen van vier melkveehouderijscenario's die verschilden in landoppervlak, strategieën voor voerproductie en nutriënteninput. Ze vergeleken non-point vervuiling veroorzaakt door "typische" bestaande melkveebedrijven in Pennsylvania, waaronder een aantal no-till en limited cover crops, met melkveebedrijven onder natuurbeheer.

De op maat gemaakte SWAT simuleerde de vier melkveeteeltscenario's voor een periode van 12 jaar. Alle vier vergeleken melkveebedrijven hadden 65 melkkoeien en jongvee, hetzelfde melkrantsoen gevoerd, en werden verondersteld dezelfde hoeveelheid mest te produceren met dezelfde nutriëntensamenstelling. Maar het land dat nodig was om de gewassen te produceren, verschilde tussen de vier landbouwscenario's, en de natuurbehoudboerderijen hadden meer land om voer te verbouwen en mest toe te passen.

Vergeleken met de "typische" melkveehouderij in Pennsylvania die een aantal beste managementpraktijken toepast, produceert al het veevoer van de kudde, en koopt het grootste deel van het veevoergraan, de verbeterde scenario's voor conservering van melkveeteelt verbeterden de waterkwaliteit door een aanzienlijke vermindering van de vervuiling te bereiken. Gedurende de 12-jarige SWAT-simulatie, ze verminderden het aantal instroompieken van nutriënten en sediment en verlaagden de gemiddelde concentratie van sediment met 31 procent, organische stikstof met 41 tot 53 procent, nitraat met 23 procent, organische fosfor met 36-45 procent en oplosbare fosfor met 32 ​​tot 43 procent.

Beide conserveringsscenario's verlaagden ook de uitstoot van lachgas door denitrificatie te verminderen, maar het scenario met mestinjectie vertraagde 91 procent van de stikstofvervluchtiging die optrad in het strooimestscenario.

"We wilden evalueren wat er op een hele stroomgebiedschaal gebeurt als melkveehouders verschillende praktijken toepassen, " zei Heather Karsten, universitair hoofddocent gewasproductie-ecologie, Penn staat, wiens onderzoeksgroep in het College of Agricultural Sciences het onderzoek heeft uitgevoerd. "Dus, we hebben deze modelboerderijen gemaakt om de reeks melkveehouderijsystemen weer te geven die in een stroomgebied aanwezig kunnen zijn."

De conserveringsbedrijven waren gebaseerd op het gemiddelde areaal en de kuddegrootte van de melkveehouderij in Pennsylvania op het moment dat de onderzoekers het veldonderzoek in 2010 ontwierpen.

"Ze hebben twee keer zoveel land en verbouwen al hun voer en voedsel, die hen helpt winstgevend te zijn, omdat voerkosten ten minste 50 procent van de melkproductiekosten uitmaken, "zei ze. "En, misschien wel het belangrijkste, ze strooien niet zo vaak mest op hetzelfde land omdat ze meer land hebben om het op uit te strooien. In aanvulling, wanneer de natuurbeschermingsbedrijven in de herfst mest toedienen, ze passen het toe op eenjarige wintergewassen die ofwel bodembedekkers zijn, die een deel van de voedingsstoffen behouden, of kuilvoergewassen, die meer van de in de herfst aangebrachte mest gebruiken om voedergewassen te produceren."

Natuurlijk, het bereiken van een dergelijke grootschalige toepassing van conserverende melkveehouderijpraktijken zal niet eenvoudig zijn, gemakkelijk of goedkoop, Karsten gaf toe. Boeren zullen toegang moeten hebben tot betaalbaar land om meer voer voor hun kuddes te verbouwen en mest tegen lagere tarieven toe te passen. En, ze wees erop, technische bijstand en financiële prikkels zullen nodig zijn om grootschalige invoering van best-managementpraktijken zoals mestinjectie, jaarlijkse productie van kuilvoer in de winter en bodembedekking.

Slechts ongeveer een derde van het land in het stroomgebied van Spring Creek is agrarisch, volgens hoofdonderzoeker M.G. Mostofa Amin, nu een faculteitslid bij de afdeling Irrigatie en Waterbeheer aan de Bangladesh Agricultural University. Een postdoctoraal wetenschapper en onderzoeksmedewerker toen hij de Penn State-studie leidde, hij merkte op dat Spring Creek een van de meest bestudeerde stromen in het Oosten is.

Bij eerder onderzoek is Amin gebruikte gegevens van drie U.S. Geological Survey-stroomstroommeetstations in het stroomgebied om het SWAT-model aan te passen om de geologische en hydrologische processen te simuleren die bijdragen aan sediment- en nutriëntenbelasting in het stroomgebied van Spring Creek.

"Door SWAT te gebruiken om vier landbouwsystemen gedurende 12 jaar op de schaal van een stroomgebied te simuleren en te vergelijken, kon het team de impact beoordelen van grootschalige implementatie van de melkveehouderijscenario's, " Zei Amin. "We hebben geleerd dat de scenario's voor de instandhouding van de melkveehouderij de verliezen aan voedingsstoffen en sedimenten van landbouwgronden kunnen verminderen en kunnen helpen bij het bereiken van gerichte totale maximale dagelijkse ladingen in de Chesapeake Bay."