I årtionden, fosfor har ackumulerats i jordar i Wisconsin. Även om bönder har vidtagit åtgärder för att minska mängden jordbruksnäringsämne som appliceras på och rinner av sina åkrar, en ny studie från University of Wisconsin-Madison avslöjar att en "arv" av riklig jordfosfor i Yahara vattendelare i södra Wisconsin har en stor, direkt och långvarig påverkan på vattenkvaliteten.

Publicerad 13 mars i tidskriften Ekosystem , studien kan vara den första som ger kvantifierbara bevis för att eliminering av överflöd av fosfor kommer att vara avgörande för att förbättra kvaliteten på Wisconsin sjöar och floder.

Till exempel, resultaten indikerar att en minskning av fosfor med 50 procent i Yahara vattendelars odlingsland skulle förbättra vattenkvaliteten genom att minska fosforhalten på sommaren i Mendotasjön, regionens flaggskeppssjö, med 25 procent.

"Om vi ​​fortsätter att applicera fosfor i högre takt än vi tar bort det, sedan ackumuleras fosfor över tiden och det är vad som har hänt under många decennier i Yahara vattendelare, säger Melissa Motew, studiens huvudförfattare och en doktorsexamen kandidat vid UW-Madison Nelson Institute for Environmental Studies.

Fosfor tränger in i marken främst genom gödsel och gödsel, och vilka grödor och andra växter som inte använder för att växa läcker sedan ut i vattenvägar med regn och snösmältning. Forskare har länge trott att överskott av jordfosfor är en skyldig bakom det grumliga vattnet och illaluktande algblomningar i några av Wisconsins sjöar och floder.

Konventionella insatser, som jordbruks- och täckodling, har försökt ta itu med avrinningen av näringsämnen genom att bromsa dess rörelse från jord till vattenvägar. Dock, studien visar att helt enkelt förhindra avrinning och erosion inte tar itu med kärnproblemet med riklig jordfosfor, och denna överflöd skulle kunna åsidosätta bevarandeinsatser.

"Lösningarna bör fokuseras på att stoppa fosfor från att gå ut i landskapet eller bryta den överflödiga mängd som redan har byggts upp, "säger medförfattaren Christopher Kucharik, professor i agronomi och miljöstudier vid UW-Madison.

Med nyligen avancerade datormodeller, studien visar att vattendelen har cirka fyra gånger mer fosfor i jorden än vad som rekommenderas av UW-Extension, som skriver statens näringshanteringsrekommendationer baserat på vilka grödor som behövs och ett landskaps potential för näringsavrinning.

Dessutom, studien visar att om markens fosforhalter fortsätter att öka när klimatet också förändras och blir blötare, det kommer att bli mer avrinning och ytterligare nedgång i vattenkvaliteten. Att minska överskottet kan minska denna risk, Säger Motew.

För närvarande, den enda metoden som är känd för att få ner jordfosfor är att skörda grödor, men Kucharik förklarar att växter tar upp en liten del av överskottet varje år.

"Det är osannolikt att något beskärningssystem snabbt kommer att dra ner överskottet, " han säger.

Det kommer att kräva att arbeta med bönder för att träna bättre näringsredovisning och motverka tendensen hos vissa att använda mer gödsel, som en försäkringsåtgärd, än som behövs.

"Jordbrukare har många olika beslut att ta och prioriteringar som de måste jonglera. Om vi ​​vill ta itu med det gamla fosforproblemet, närings- och gödselhantering kommer att behöva bli högre prioritet, säger Motew, som tillägger att trycket från jordbruk och efterfrågan på produkter som kött och mjölk ligger till grund för problemet.

Men matproduktionen behöver inte äventyras av potentiella lösningar, Säger Kucharik. Det finns tillräckligt med överskott av fosfor i våra jordar "för att stödja växtnäringsbehov under lång tid."

Innovation i avfallshantering skulle också hjälpa. I hela Wisconsin, bönder har mer gödsel än de vet vad de ska göra med, och det primära sättet att bli av med det är att sprida det på deras mark, där dess fosfor bara ökar överskottet.

"Stöd för gödselkärare, avlägsnande av fosfor från sjö- och vattensediment, och andra åtgärder för att återvinna den fosfor som redan finns på plats skulle vara fördelaktigt för att minska koncentrationerna i våra jordar på lång sikt, säger Kucharik.

Nyckeln till att hitta lösningar är också användningen av toppmoderna datormodeller, som de som utvecklats av forskargruppen för studien, som gjorde det möjligt för dem att identifiera direkta samband mellan jordfosfor och vattenkvalitet - en prestation som praktiskt taget är omöjlig med enbart vetenskapliga observationer.

"Även om vi länge vetat att för mycket fosfor är dåligt, modellerna tillåter oss att kvantifiera precis vad 'dåligt' betyder, "säger Motew. Medan studiemetoden inte ger en plan för att uppnå rena sjöar, att sätta siffror bakom en förnuftig förståelse av ett komplext system är ett steg i rätt riktning, hon säger.