En banbrytande studie av amerikansk kväveanvändning i jordbruket har identifierat 20 platser i landet där bönder, regering, och medborgarna bör rikta insatser för att minska kväve.

Kväve från gödsel och gödsel är avgörande för grödans tillväxt, men i höga nivåer kan orsaka en mängd problem, inklusive kustnära "döda zoner", sötvattenföroreningar, dålig luftkvalitet, förlust av biologisk mångfald, och utsläpp av växthusgaser.

De 20 kväve "möjligheternas hotspots" representerar hela 63% av den totala kvävebalansen i USA:s odlingar, men bara 24% av det amerikanska odlingsområdet. Totalt, de omfattar 759 län i mer än 30 stater, hittar studien i Miljöforskningsbrev .

Den högst rankade hotspot att rikta in sig på, baserat på totalt överskott av kväve, är ett 61-länsområde i Illinois, Indiana, Missouri och Wisconsin. Det följs av en 55-län region i Kansas och Nebraska på andra plats, och 38 län i Iowa, Minnesota och South Dakota i tredje. (En fullständig lista över de 20 regionerna finns nedan).

Flera av de 20 hotspotsna - med höga kvävebalanser per tunnland - överraskade forskarna, särskilt i väst-inklusive en hotspot med 32 län i Idaho, Montana, Wyoming och Utah - och söder (sex hotspots i Texas, Louisiana, Mississippi, Alabama, Georgien, och Florida). Även på listan finns kroniska kväveproblemområden, som Mississippi River Basin, Chesapeake Bay, och Kaliforniens Central Valley.

"Denna studie ger ett nytt perspektiv på var man ska fokusera ansträngningarna för att ta itu med USA:s kväveproblem, "säger huvudförfattaren Eric Roy från University of Vermont." USA har så många kväveproblemzoner, och att göra framsteg blir enklare på vissa platser än andra. Det är därför denna forskning är viktig. Det avslöjar var program som syftar till att öka effektiviteten i gårdens kväveanvändning mest sannolikt kommer att bli framgångsrika."

Första studie i sitt slag

Varför just dessa 20 hotspots? Först, studien visar att kvävetillförseln är så hög i många av dessa områden att bönder med största sannolikhet kan minska kväveanvändningen utan att skada skördarna. "Detta är en avgörande upptäckt eftersom bönder naturligtvis oroar sig för lägre skördar när de minskar kvävetillförseln, "säger UVM-medförfattare Meredith Niles." Och vi vill inte äventyra målen om livsmedelssäkerhet. "

För det andra – och kanske viktigast av allt – studien är den första som ger en robust, nationell analys av underliggande sociala, ekonomiska och agronomiska faktorer kopplade till kvävebalanser på odlingsmarker på länsnivå. Det gör det till en av de mest omfattande studierna av amerikansk kväveanvändning hittills.

Exempel på dessa underliggande faktorer inkluderar övertygelser om klimatförändringar, gröda blandning, nederbörd, markens produktivitet, gårdens driftskostnader, och mer.

Genom att undersöka dessa prediktorer, forskare kunde identifiera kväve hotspots där minskningar av överskott av kväve är mest möjliga. Överskott av kväveanvändning var högre än förväntat i dessa regioner baserat på blandningen av bakomliggande faktorer - vilket tyder på mindre hinder för framgångsrika kvävereduktionsinsatser.

"Detta tyder på att kvävereduktionsprogram - inklusive de som erbjuder jordbrukarnas ekonomiska incitament - har den högsta potentialen för framgång i dessa 20 regioner, "säger medförfattaren Courtney Hammond Wagner vid Stanford University, som nyligen avslutade en Ph.D. vid University of Vermont.