Zware regenbuien die slechts een paar dagen per jaar plaatsvinden, kunnen tot een derde van de jaarlijkse stikstofafvoer van landbouwgrond in het stroomgebied van de Mississippi voor hun rekening nemen, volgens een nieuwe studie van wetenschappers van de Iowa State University.

Het onderzoek, vrijdag gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Communicatie Aarde &Milieu , gebruikt innovatieve computermodelleringstechnieken om de stikstofafvoer van landecosystemen naar rivieren en beken te kwantificeren. Stikstofmeststoffen die op landbouwgrond in het Midwesten worden toegepast, kunnen langs de Mississippi-rivier terechtkomen, waar het bijdraagt ​​​​aan een hypoxische zone in de Golf van Mexico die het zeeleven dat daar leeft schaadt. De bevindingen van het onderzoek kunnen informatie verschaffen over de bedrijfsvoering van landbouwbedrijven, inclusief de timing en toepassing van stikstofmeststoffen, om die effecten te verminderen, zei Chaoqun Lu, assistent-professor ecologie, evolutie en organismale biologie aan de Iowa State University en hoofdauteur van de studie.

Lu heeft jarenlang gewerkt aan het gebruik van computermodellen om verschillende ecologische processen te simuleren. Haar eerdere werk, bijvoorbeeld, gekeken naar hoe landbouwgrond koolstof opslaat, een proces dat bekend staat als koolstofvastlegging. Voor dit papier Lu en haar collega's gebruikten een modelleringsbenadering en openbaar beschikbare waterkwaliteitsgegevens die teruggaan tot 1980 om te analyseren hoe neerslag de stikstofbelasting in de waterwegen van het Midwesten beïnvloedt.

Lu zei dat eerdere studies hebben aangetoond dat jaren met hoge regenvaltotalen ook een hogere stikstofbelasting van land naar waterlichamen zien. Maar de nieuwe studie keek nauwkeurig naar extreme regenval in het stroomgebied van de Mississippi, gedefinieerd als elke regenval die het 90e percentiel van historische dagelijkse neerslagrecords voor een locatie in een bepaalde maand overschrijdt. Wastafel breed, extreme neerslaggebeurtenissen vonden gemiddeld slechts 8,6 dagen per jaar plaats, maar ze droegen bij tot ongeveer een derde van de jaarlijkse totale stikstofopbrengst, volgens de gegevens.

"Wat ons aantrok om naar deze vragen te kijken, is dat hevige regenval zeer plaatselijk kan zijn, " zei Lu. "Je ziet hier en daar regen, en ze komen voor in verschillende perioden van het jaar. We wilden kijken of we langetermijnmonitoringsgegevens en modelleringstools konden combineren die rekening houden met die verschillen en beter kunnen zien hoe ze de stikstofbelasting beïnvloeden."

Jien Zhang, een postdoctoraal onderzoeksmedewerker in ecologie, evolutie en organismale biologie en co-auteur van de studie, zei dat het optreden van extreme regenbuien de laatste jaren een stijgende trend vertoont, wat de bevindingen van het onderzoek nog relevanter maakt. Zhang zei dat uit gegevens van de afgelopen decennia bleek dat hevige regenval vaker voorkwam in het lager gelegen stroomgebied van de Mississippi, maar recentere gegevens onthullen extreme neerslaggebeurtenissen die zich noordwaarts uitbreiden naar staten in het bovenste stroomgebied van de Mississippi, waar stikstofmeststoffen intensiever worden gebruikt.

Zhang zei dat een beter begrip van deze trends de bedrijfsvoering van boerderijen zou kunnen informeren om de kans op stikstofbelasting in waterwegen te verminderen. Bijvoorbeeld, boeren zouden kunnen proberen meststoffen toe te passen als er minder kans is op hevige neerslaggebeurtenissen in de voorspelling, of verspreid de toepassing van meststoffen na het planten in meerdere afzonderlijke toepassingen in plaats van een enkele toepassing of toepassing voordat de gewassen zich ontwikkelen. De modelgegevens laten zien dat deze strategieën de stikstofbelasting in waterwegen kunnen verminderen zonder de gewasproductiviteit te beïnvloeden.