När det gäller att främja planering av näringshantering för odlingar i hela USA, Det är viktigt att utvärdera fosforindex för att säkerställa en korrekt bedömning av fosforförlust.

Tills nyligen, dock, de flesta av dessa fosforindexbedömningar har fokuserat på riskerna med fosforförluster vid ytavrinning medan de otillräckligt beaktat fosforförlusternas kritiska roll.

Detta är särskilt viktigt i områden som Atlantic Coastal Plain, där underjordiskt flöde är den dominerande vägen för fosfortransport från artificiellt dränerade jordbrukssystem - odlingsmark som använder konstgjord dränering för att sänka vattentabellerna.

Ett nytt papper publicerat i Journal of Environmental Quality av forskare från University of Delaware och andra bidragande institutioner utforskar metoder för att utvärdera fosforriskrutiner under ytan för fem fosforindex från Delaware, Maryland, Virginia och North Carolina med hjälp av tillgängliga vattenkvalitets- och jorddatauppsättningar.

Forskningen finansierades delvis av ett United States Department of Agriculture (USDA) Natural Resources Conservation Service Conservation Innovation Grant.

Amy Shober, docent vid Institutionen för växt- och markvetenskap och en kooperativ förlängningsspecialist, är huvudförfattaren på tidningen, som representerar några av det arbete som utförts av Kathryn Turner, som arbetade i Shobers laboratorium och tog examen från UD 2016.

Medförfattare inkluderar Scott Andres, hydrogeolog och seniorforskare vid Delaware Geological Survey, Anthony Buda, US Department of Agriculture, Thomas Sims, en pensionerad UD -fakultetsmedlem och tidigare ställföreträdande dekan vid College of Agriculture and Natural Resources, Nicole Fiorellino, Chesapeake College, och Joshua McGrath, University of Kentucky.

Shober sa att något odlingsland på Atlantkustslätten måste artificiellt dräneras för att sänka vattennivån för att undvika att ha vatten i växternas rotzon eller stående vatten på sina fält, vilket skulle störa jordbrukarnas förmåga att använda utrustning och plantera framgångsrika grödor.

Shober sa att dagens bönder har att göra med det som kallas "äldre fosfor, "fosfor som finns kvar från tidigare gödselapplikationer och som fortsätter att bidra till vattenkvalitetsfrågor.

Med hjälp av fosforindex, jordbrukare och markförvaltare kan identifiera områden i landskapet där fosforkällor överlappar varandra med hur vatten förflyttar fosfor genom marken.

Det har gjorts många studier för att utvärdera risken för fosfortransport, såsom erosion och ytavrinning, eftersom dessa förluster är lätta att se. Färre studier har gjorts om fosforens underjordiska bidrag till dräneringsvatten, som är svårare att spåra eftersom de förekommer under marken och det finns färre verktyg för att studera dessa förluster.

"Du kan samla avrinning i slutet av fältet och veta vad som kom över den markytan, "sa Shober." Det är svårare att identifiera var vatten som rör sig genom dikningsnätet har sitt ursprung. Vatten som tappar från fälten sker under jorden, och utsläppen från flera fält blandas när vatten rör sig genom dikningsnätet. För att inte tala om att nederbörd som avsätts direkt i diket - och till och med landflöde - också kan bidra till dikningsflöde. "

För att bättre studera underjordiska fosforkällor och transport, forskarna började titta på jorddata för att avgöra om de tidigare existerande fosforindexmodellerna exakt kunde förutsäga fosforkällor och transporter under ytan. De fann att de befintliga hydrologiska modellerna för att utvärdera fosfor under ytan var otillräckliga när det gällde att utvärdera platt, artificiellt dränerade områden som de som finns i Mid-Atlantic Coastal Plain.

För platta landskap, de hydrologiska modellerna fungerade inte eftersom de behöver lutning och är baserade på topografi. Eftersom Mid-Atlantic Coastal Plain inte har mycket ytavrinning utan istället har mycket avrinning under marken, modellerna beräknade för problem som modellen inte var avsedd för.

"Det finns inte många studier, särskilt i vår region där det är platt och det finns mycket dike dränering, så vi kan inte kalibrera och verifiera våra fosforindex för fosforförluster under ytan, "sa Shober." Vi började leta efter om vi kunde använda jorddata för att avgöra om vi skulle gå åt rätt håll. Om vi ​​verkligen såg en hög fosforrisk på platser där detta index identifierar höga förluster under ytan. "

Shober sa att forskarna kunde genomföra denna studie med tidigare insamlade jordar, som kan lagras under lång tid och fortfarande innehåller mätbar fosfor.

Med hjälp av ett bibliotek med jordkärnor som författarna hade samlat på olika djup från hela Delmarvahalvön och med hjälp av data som samlats in av Sims och Andres, forskarna beräknade risken för fosforförlust under ytan med hjälp av fem fosforindex. De tittade på fosforindexpoängen utan att ta hänsyn till någon gödselapplikation, bara om sig själva med bidrag från den gamla fosforn.

"För vårt index, vi eliminerade de saker som vi inte var intresserade av att titta på så vi fick slutligen en poäng som vi anser var bara för denna underjordiska risk, "sa Shober." Vi ville säga, 'OK, vad är den inneboende risken för fosforförluster under marken? '"

När de väl fick de siffrorna, de tittade på den vattenutvinningsbara fosforen på djupet av säsongens högvattenbord och korrelerade data för att se sambandet.

För att hitta den vattenutvinnbara fosforen, forskarna tog en liten mängd jord och lite avjoniserat vatten och skakade dem i en timme och mätte hur mycket fosfor som kom ut ur jorden.

"Om fosforindexet under ytan var lågt och den vattenutvinnbara fosforen i jorden på djupet av vattennivån låg, vi förväntar oss en låg risk för fosforförluster under ytan. Så, i sista hand, vi ville se poäng ökar antingen linjärt eller exponentiellt när utvinningsbart fosfor i markvatten ökade - ju högre riskpoäng, ju högre den vattenutvinningsbara fosforhalten ska vara, sa Shober.

Beräkningen med hjälp av vattenutvinnbara fosforkoncentrationer på djup som motsvarar säsongens höga vattennivå kan fungera som en realistisk proxy för förluster under ytan i dikningsdränering och som ett värdefullt mätvärde som ger tillfällig insikt i riktningen av fosforriskresultat under vattenytan när vattenkvalitetsdata är otillgänglig.

Allt detta kommer att bidra till att förbättra övervakning och modellering av fosforförluster under ytan och öka noggrannheten av fosforindexvärderingar, Shober sa, lägga till, "Vi hoppas att detta är något som människor kan göra för att gå vidare med vår förståelse av fosforförlust under ytan. I slutändan, vi slutade med att göra några små tweaks till både Maryland fosforhanteringsverktyg (PMT) och North Carolina fosforförlustbedömningsverktyg (PLAT) som gjorde att de fick bättre poäng mot vår jorduppsättning. "