Gräsmattor i Salt Lake Valley upp till 100 år gamla är ännu inte mättade i näringsämnet kväve, som tillsätts med gödningsmedel, enligt en ny studie från University of Utah forskare. Resultatet är förvånande, eftersom tidigare studier i östra USA föreslog att befruktad mark skulle bli mättad med kväve inom några decennier.
Något annat händer i Salt Lakes jordar, enligt postdoktor Rose Smith, huvudförfattare till den nya studien. Flera naturliga processer kan bero på det ovanliga mönstret för kväveackumulering, även om Smith ännu inte är säker på vilka som är ansvariga i det här fallet. Verket publiceras i Oecologia och finansierades av National Science Foundation. Tidningen är en del av ett specialnummer som hedrar karriären för U. biologiprofessorn och medförfattaren James Ehleringer.
Kvävekällor och sänkor
Kväve är en av de viktigaste näringsämnena för växter, och kvävecykeln är hur kväve i atmosfären (som är rikligt och, tyvärr, biologiskt värdelös) omvandlas till former som växter kan använda. Bakterier omvandlar gasformigt kväve till nitrater, som kan tas upp av växter. Cykeln fortsätter när nedbrytande bakterier antingen återför kvävet till jorden eller släpper ut det i atmosfären där det kan fungera som en förorening. I vissa fall, kväve kan gå förlorad från jorden när det läcks ut via grundvatten till sjöar eller vattendrag - fungerar också som en förorening.
"Vi har förändrat kvävecykeln kraftigt, "Säger Smith. Nu gör industriella processer arbetet med att fixera kväve, pumpar en enorm tillströmning av näringsämnet till gräsmattor och åkrar. "Vilka är de oavsiktliga konsekvenserna av allt detta extra kväve?" hon säger. Som en del av hennes större forskningsprogram om effekterna av kväve i Utahs Jordan River, Smith och hennes kollegor tittade först på en möjlig kvävekälla:Salt Lakes gräsmattor.
Ingen platå
Under 2007, doktorand Jebediah Williamson och U biologiprofessor James Ehleringer tog jordprov från 40 gräsmattor i Salt Lake -dalen intill hem som byggdes mellan 1900 och 2000 för att studera markens kol. Smith använde sedan dessa prover för att bättre förstå kväveackumulering över tid. Tanken var att titta på en sekvens av hur mycket kväve som fanns i gräsmattor i olika åldrar och sedan räkna ut kväveackumuleringstakten över tid, med det övergripande antagandet att gräsmattorna alla har behandlats och befruktats relativt lika. "Så det finns väl ett antagande där?" Smith säger. "En annan varning för den här studien är att vi inte vet hur mycket människor befruktar." Studien frågade inte husägare om hur mycket gödsel de använde, men jämförde istället en rad möjliga befruktningsbeteenden med kväveackumuleringstakten de såg.
De förväntade sig att se kvävehalter stiga med tiden och sedan platå, indikerar att jorden var mättad. Det är vad andra studier hade funnit - att kvävehalterna stiger under de första 30 åren eller så, och sedan plana ut. Och när jorden blir mättad, andra hittade, överskottet av kväve kan läckas ut, som vatten som rinner ut ur ett överfullt badkar.
Men istället, Smith och hennes kollegor fann ett grovt rakt samband mellan kvävehalt och tid, vilket indikerar att även efter 100 år, Salt Lake -jordar ackumulerar fortfarande kväve. Anledningen är inte klar. Och bara lagring i jorden ensam kan inte redogöra för kvävet som sannolikt har lagts till jorden över tiden. Under alla utom de mest konservativa befruktningsscenarierna, betydande mängder kväve är bara borta.
"Det kan bli riktigt stora förluster samtidigt som ackumulering, "Smith säger, "vilket verkligen är en enkel idé, men det är en idé som ifrågasätter vår förståelse för hur jordar hanterar kväve. "Så istället för ett överfullt badkar, markens kvävesystem kan mer likna en läckande sil, når aldrig mättnad.
En aning om vart kvävet tog vägen kan vara i själva marken. Forskarna mätte förhållandena mellan stabila isotoper av kväve i jorden. Denitrifierande bakterier föredrar att använda lättare kväve-14 isotoper, lämnar de tyngre kväve-15 isotoperna bakom sig. Grundvattensläckning av kväve verkar inte ha en preferens, avlägsna båda isotoper utan åtskillnad. Smith fann att kvoten kväve-15 ökade med jordens ålder, tyder på att kväve förlorar i luften är mer sannolikt än urlakning. Många av de jordade urvalen var rika på lera, som hämmar dränering och urlakning av vatten, stärker denna hypotes.
Anslutningar till Utahs vattenvägar
Men kvävet kan fortfarande ta sig till Wasatchfrontens sjöar och floder. Jordanfloden är förorenad med näringsämnet. Smith hoppas kunna utforska om det finns någon koppling mellan floden och gräsmattan. Hon deltar också i ett kommande projekt för att utveckla näringshanteringstekniker i dagvatten på en experimentell tomt nära U's Williams Building. Tillsammans, dessa studier syftar till att besvara den fråga Smith säger väcks av denna studiens överraskande resultat:"Är marken en viktig kvävekälla för våra vattenvägar, " hon säger, "eller inte?"
