Stikstof uit de landbouwproductie is een belangrijke oorzaak van vervuiling in het stroomgebied van de Mississippi en draagt ​​bij tot grote dode zones in de Golf van Mexico.

Illinois en andere staten in het Midwesten hebben doelen gesteld om de stikstofbelasting te verminderen door middel van strategieën die verschillende landbeheerpraktijken omvatten. Een nieuwe studie van onderzoekers van de Universiteit van Illinois, gepubliceerd in Tijdschrift voor milieubeheer , maakt gebruik van computermodellering om in te schatten hoe die praktijken kunnen worden beïnvloed door mogelijke klimaatveranderingen, zoals meer regen.

"Het doel was om te testen of die landbeheerpraktijken nuttig zijn bij het verminderen van de stikstofbelasting in het water onder verschillende klimaatscenario's, " zegt Congyu Hou, promovendus bij de afdeling Landbouw- en Biologische Technologie en hoofdauteur van het onderzoek.

Met behulp van veldgegevens over bodemeigenschappen, landgebruik, landbeheerpraktijken, en weerpatronen van de Willow Creek Watershed in Oklahoma, de onderzoekers schatten oppervlakte-afvoer en stikstofbelasting op veldschaalniveau. Hun model omvatte 12 landbeheerpraktijken en 32 klimaatprognoses voor de jaren 2020 tot 2070, wat in totaal 384 scenario's oplevert.

"Hoewel modellering vaak wordt gebruikt om de stikstofbelasting te schatten, de meeste projecties gebruiken gemiddelde klimaatgegevens. Deze studie bouwt voort op die praktijk door alle mogelijke klimaatvoorspellingen op te nemen, " zegt Maria Chu, assistent-professor landbouw- en biologische techniek aan het Landbouwcollege, Consumenten- en Milieuwetenschappen. Chu is Hou's adviseur en co-auteur van de studie.

Hou zegt dat de studie dient als een testcase voor het type modelsimulatie dat de onderzoekers gebruikten. "We gebruiken een veldrandmodel dat de waterscheiding in kleinere cellen verdeelt, voor een totaal van 5, 911 cellen. Het model berekent de rand van het veld, focussen op hoeveel stikstof er van het veld wordt getransporteerd."

Het onderzoek testte ook een nieuwe index voor het meten van het vermogen van de bodem om stikstof vast te houden. Ze ontdekten dat zelfs zonder vermindering van de toepassing, stikstofbelasting kan eenvoudig worden verminderd door landgebruik te herverdelen, legt Hou uit.

Bijvoorbeeld, hun bevindingen gaven aan dat gewasrotatiepraktijken het stikstofverlies helpen verminderen. Ze ontdekten ook dat het verdelen van de bemesting tussen lente en herfst over het algemeen gunstiger is, en dat de hoeveelheid kunstmest de meest kritische factor is bij het bepalen van zowel de hoeveelheid als de kans op een hoge stikstofbelasting.

Hou waarschuwt dat de bevindingen van het onderzoek voorlopig zijn. "Met modellenwerk, je bent nog ver verwijderd van praktische toepassing, "zegt hij. "Het model is de eerste stap, dan komt er een kleinschalige veldtest, vervolgens kleinschalige testen op verschillende locaties. Als die werken, je kunt uiteindelijk uitbreiden naar een grotere regio."

Naast het uitbreiden van de schaal van modellering, Chu's onderzoeksgroep kijkt naar andere aspecten van stikstofvervuiling. Bijvoorbeeld, terwijl deze studie zich richt op oppervlakteafvoer, een andere studie kijkt naar de stikstofbelasting in het grondwater.

"We kijken ook naar de verschillende componenten van stikstof, dat wil zeggen, nitraat, nitriet en ammoniak - om te bepalen welke het meest kritisch is om aan te pakken, ' zegt Chu.