Kväveöverskott från jordbruket har en tydlig effekt på grundvattnets kvävestatus, enligt 70 års danska mätdata.

En 70-årig tidsserie av övervakningsdata förmedlar ett tydligt budskap:När bönder tillför mer kväve på sina åkrar än vad deras grödor kan absorbera, mängden kväve i grundvattnet ökar. När mindre kväve läcker från marken, på grund av antingen förbättrad hantering eller minskad kvävetillförsel, mängden som finns i grundvattnet minskar.

Detta är fynden av fem forskare från dNmark-alliansen från Aarhus Universitet och Danmarks och Grönlands geologiska undersökning (GEUS) baserat på 70 års data från danskt jordbruk och dansk grundvattenövervakning. Fynden beskrivs i en färsk artikel i Vetenskapliga rapporter , en tidskrift från förlaget av Natur . Det är unikt att sådana resultat har visats på en så lång tidsskala.

Teamet av forskare från Danmarks och Grönlands geologiska undersökning, GEUS, och Institutionen för agroekologi och Institutionen för miljövetenskap vid Aarhus Universitet fann också att socioekonomisk utveckling stimulerar antagandet av åtgärder för att skydda miljön och att ekonomisk tillväxt kan bromsa miljöförstöringen.

- Faktiskt, vi kan se från uppgifterna att det är möjligt att ha ekonomisk tillväxt utan negativ påverkan på miljön, säger en av artikelförfattarna professor Tommy Dalgaard från institutionen för agroekologi.

Mätningar från den verkliga världen

Många förvaltningsåtgärder finns tillgängliga för att minska påverkan av kväve från jordbruket på vattenmiljön. Dessa åtgärder bygger på fyra grundläggande principer:rätt tid, rätt källa, rätt timing och rätt placering. Dessutom, användningen av kvävefotspår kan uppmuntra konsumenter att utöva ett kvävehållbart beteende, som att minimera matsvinnet, äta mindre kött, och återvinning.

Verktygen är på plats - så hur har de fungerat i den verkliga världen? Forskarna använde isotopbaserade mätningar i danskt grundvatten från en period på mer än 70 år (1940-2014) för att analysera kvävehållbarheten av intensiv jordbruks-kvävehantering i relation till grundvattenskydd och ekonomisk tillväxt. Denna typ av analys har tidigare tillämpats på andra miljökvalitetsindikatorer men är första gången som den har tillämpats för tolkning av långsiktiga grundvattennitratmätningar.

Effekten av kvävereglering och jordbrukets kväveförluster på grundvattenkvaliteten utvärderades genom att analysera långsiktiga tidsserier av kväveöverskott från danskt jordbruk och nitratmätningar i oxiskt grundvatten vid enskilda övervakningspunkter. Termen oxisk betyder att syre finns, vilket ofta är fallet i det övre grundvattnet som innehåller geologiska skikt. Forskarna fokuserade på oxiskt grundvatten på grund av nitrats stabilitet i närvaro av syre.

De mätte också åldern på grundvattnet vid övervakningspunkterna. Detta gjorde det möjligt för forskarna att relatera koncentrationerna av nitrat till tidpunkten för uppladdning istället för tidpunkten för provtagning, vilket i sin tur gjorde det möjligt för teamet att jämföra nitrat i grundvattnet med kväveöverskottet från jordbruket.

Miljöåtgärder fungerar

På de flesta platserna fanns betydande nedåtgående trender som visade att kväveregleringen hade gjort en betydande skillnad på dessa platser. Dock, det fanns också platser utan några betydande förändringar eller ens uppåtgående trender.

- Detta tyder på att en ytterligare inriktning av nuvarande kvävehantering och reglering behövs för att minska nitratkoncentrationerna i en tydlig nedåtgående riktning på dessa platser för att uppfylla gällande danska standarder, säger Tommy Dalgaard.

I Danmark, kväveöverskott beräknas på årsbasis som skillnaden mellan jordbrukets kvävetillförsel och produktion på nationell nivå. Kväveöverskottet är den mängd kväve som inte används och därmed riskerar att gå förlorad till miljön.

Det finns ett tydligt samband mellan den årliga utvecklingen av kväveöverskott och den nationella koncentrationen av nitrat i oxiskt grundvatten. Under åren 1946 till mitten av 1980-talet ökade kväveöverskottet kontinuerligt. Ökad miljömedvetenhet och nationella miljöplaner har sedan dess dämpat denna trend – samtidigt som den ekonomiska tillväxten fortsätter. Liksom kväveöverskottet, nitrathalterna i oxiskt grundvatten nådde sin topp kring vändpunkten på 1980-talet.

Att fortsätta det goda arbetet är nödvändigt

Analysen visar att nästan 30 år av kvävereglering i danskt jordbruk har resulterat i en tydlig minskning av nitratkoncentrationen i oxiskt grundvatten. Denna trend har främst drivits av samhällets krav på grundvatten- och ytvattenskydd.

Jordbrukssektorn har kunnat anpassa sig till samhällets krav och förnya jordbrukets produktionsmetoder. Dock, bevisen tyder också på att en uppmjukning av jordbrukets kvävetillämpningar, och därmed kväveöverskottet, skulle resultera i en ökning av nitratkoncentrationerna i oxiskt grundvatten.

- Vår studie belyser vikten av ett konsekvent nationellt övervakningsprogram för grundvatten och behovet av utveckling av framtida effektiva kvävereducerande åtgärder inom intensivt jordbruk över hela världen för att skydda grundvattenresurserna, säger Tommy Dalgaard.

Läs artikeln "Groundwater nitrate response to sustainable nitrogen management" i Vetenskapliga rapporter .