Solurile din Vestul Mijlociu sunt printre cele mai productive din lume, datorită parțial sistemelor extinse de drenaj cu țiglă care elimină excesul de apă din câmpurile de cultură. Dar apa nu este singurul lucru care curge prin scurgerile din faianță. Azotul se deplasează împreună cu apa din sol în șanțuri de drenaj, pâraie și, în cele din urmă, în bazinul râului Mississippi, unde nutrienții contribuie la înflorirea masivă de alge și la condițiile hipoxice care afectează viața acvatică din Golful Mexic.
Un studiu recent de la Universitatea din Illinois Urbana-Champaign oferă o nouă privire asupra surselor și proceselor care afectează încărcătura de azot din apa de drenaj din țiglă. Studiul dezvăluie o „moștenire” de azot neașteptat de mare și stabilă, adăugând nuanțe la credința comună că azotul pulsează rapid prin sistemele de drenaj din țiglă ca o reflectare tranzitorie a aportului de îngrășăminte și a activității microbiene.
„Efectul moștenire se referă la decalajul de timp dintre momentul în care azotul este disponibil în mediul solului și pierderea acestuia în căile navigabile. De exemplu, dacă aveți un aport de azot prin îngrășământ în acest an, acesta nu se va reflecta imediat în descărcarea în aval. Acest întârziere a fost găsit în multe sisteme, dar cercetătorii anteriori nu știau ce a cauzat-o sau cât de mare a fost amploarea sa”, a declarat autorul principal al studiului, Zhongjie Yu, profesor asistent la Departamentul de Resurse Naturale și Științe ale Mediului, parte a Colegiului. de științe agricole, de consum și de mediu din Illinois.
Pentru a înțelege originea azotului din apa de drenaj, echipa de cercetare a trebuit mai întâi să diferențieze nitrații derivați din diverse surse. Ei au colectat probe de drenaj de țiglă dintr-un câmp de porumb-soia săptămânal timp de trei ani și au măsurat nitrații. Ei au colectat, de asemenea, sol, reziduuri de cultură și probe de îngrășăminte pentru a analiza concentrațiile de azot, precum și izotopii stabili naturali ai azotului și oxigenului, cele două elemente care alcătuiesc moleculele de nitrat. Folosind echipamente sensibile de laborator, cercetătorii anteriori au asociat ușoare variații ale izotopilor mai grei de azot (15N) și oxigen (18O) cu diferite surse de azot și procesele de cicluri microbiene ale azotului de nitrificare și denitrificare.
„Ne putem gândi la izotopii de azot și oxigen ca la o amprentă digitală pentru a identifica sursele de nitrați și modul în care sunt reciclați prin procesele microbiene”, a spus Yu. „Surse diferite au rapoarte izotopice diferite, la fel cum oamenii au amprente diferite.”
Yu a adăugat că nitrații derivati din îngrășămintele anorganice au un raport izotop mai mic, cu mai puțini azoti grei și oxigen, decât sursele de azot organic din sol.
Imagine de Bjorn Beheydt, Shutterstock
Echipa de cercetare a adus, de asemenea, mostre de sol în laborator și le-a incubat pentru a afla cum ciclul azotului microbian afectează izotopii nitraților. Cu atât datele de teren, cât și cele de laborator, cercetătorii au putut urmări sursele de nitrați de-a lungul timpului și între sistemele de cultură.
„Rezultatele noastre arată că proporțiile inițiale de izotopi ale nitratului au fost similare cu cele ale îngrășământului cu amoniac și ale azotului din biomasă de soia și nu au variat în timp când nu a existat nicio intrare de îngrășământ nou în sistem”, a spus Yu. „Acest lucru sugerează o moștenire mare de nitrați în sol și un decalaj de timp între momentul în care azotul este adăugat în sistem și când este exportat ca nitrat în drenajul plăcilor”.
El a adăugat că, atunci când îngrășământul nou a fost adăugat sub formă de amoniac anhidru la porumb, o schimbare mare a semnalului izotopic, reflectând noul azot, a fost înregistrată în apa de drenaj, mai ales când ploile au urmat aplicarea. Cu toate acestea, acest nou semnal de azot a fost adesea de scurtă durată, semnalul moștenit reapărând în următoarele zile până la săptămâni.
Modelul se aliniază cu rezultatele coautorului studiului și grupului profesorului NRES Richard Mulvaney. Într-o serie de studii, acel grup a folosit tehnici de izotopi marcați pentru a urmări absorbția de azot în plantele de porumb, constatând că mai puțin de jumătate din azotul de îngrășământ este folosit de plante; în schimb, porumbul a preluat cea mai mare parte a azotului din sol. Azotul de îngrășământ rămas, conform noilor rezultate, este probabil pierdut în drenajul plăcilor sau transformat într-o fracțiune reactivă stocată în sol, ceea ce duce la eliberarea de azot pe termen lung.
Yu a spus că dovezile unui efect moștenire pot informa managementul și influența modul în care factorii de decizie evaluează succesul practicilor de reducere a pierderilor de azot.
"Adesea, ne așteptăm să vedem efecte imediate ale modificărilor de management ale încărcăturii de azot. Cu toate acestea, chiar dacă am înceta să aplicăm îngrășăminte cu azot pentru un anumit an, s-ar putea să vedem totuși pierderi semnificative din acel sistem pentru câțiva ani", a spus el. „Nu este ca dacă reducem aportul de azot, se poate rezolva totul imediat”.
Primul autor al studiului, studentul doctorand Yinchao Hu, a adăugat că pierderea de nitrați derivată din îngrășământul de porumb a fost cea mai puternică în timpul evenimentelor de scurgere cu drenaj mare, sugerând că o mică previziune a managementului ar putea fi benefică atunci când sunt prognozate ploi.
„Dacă putem controla aplicarea în perioadele de deversare mare, asta ne poate ajuta să reducem poluarea cu azot”, a spus ea. „Sau dacă există suficiente prognoze pentru evenimentele de ploaie, fermierii pot lua măsuri de adaptare și pot închide temporar drenajul din țiglă”.
