Om majoriteten av mjölkgårdarna i Pennsylvania fullt ut antar bästa förvaltningsmetoder för bevarande, staten kanske kan uppnå sitt totala maximala dagliga belastningsmål för vattenkvalitet för Chesapeake Bay, enligt forskare.

Det är slutsatsen av en ny bedömning av de simulerade effekterna av att implementera ett bevarande system för mjölkproduktion på alla mjölkgårdar i Spring Creeks vattendelare, en liten dränering i Center County. I simuleringarna, bevarande system för mjölkproduktion – som har utvecklats och testats av forskare från Penn State under det senaste decenniet – producerar majoriteten av foder- och fodergrödor som konsumeras av deras boskap, använd ingen jordbearbetning, har kontinuerligt diversifierat växttäcke, och har ett system för att använda gödselinjektion.

Genom att använda en variant av Soil and Water Assessment Tool – känt som SWAT – som anpassades och kalibrerades för karst topografi och hydrologi i Spring Creek vattendelare i tidigare Penn State forskning, forskare modellerade näringsämnen och sedimentladdningsprocesser av fyra mejeriuppfödningsscenarier som skilde sig åt i landområde, strategier för foderproduktion och tillförsel av näringsämnen. De jämförde icke-punktföroreningar som genererades av "typiska" befintliga mjölkgårdar i Pennsylvania som inkluderar en del obrukbar och begränsad täckodling, med mjölkgårdar under bevarandeförvaltning.

Den skräddarsydda SWAT simulerade de fyra mejeriodlingsscenarierna under en 12-årsperiod. Alla fyra jämförda mjölkgårdar hade 65 mjölkkor och ungdjur, utfodras med samma mjölkranson, och antogs producera samma mängd gödsel med samma näringssammansättning. Men marken som behövdes för att producera grödorna skilde sig åt mellan de fyra jordbruksscenarierna, och naturvårdsgårdarna hade mer mark att odla foder över och sprida gödsel.

Jämfört med den "typiska" mejerigården i Pennsylvania som använder några bästa förvaltningsmetoder, producerar allt foder från besättningen, och köper det mesta av boskapens foderspannmål, de förbättrade bevarande scenarierna för mejeriskörd förbättrade vattenkvaliteten genom att uppnå betydande föroreningsminskningar. Under den 12-åriga SWAT-simuleringen, de minskade antalet inströmstoppar av näringsämnen och sediment och minskade den genomsnittliga koncentrationen av sediment med 31 procent, organiskt kväve med 41 till 53 procent, nitrat med 23 procent, organisk fosfor med 36-45 procent och löslig fosfor med 32 till 43 procent.

Båda bevarandescenarierna minskade också lustgasutsläppen genom att minska denitrifikationen, men scenariot som inkluderade gödselinjektion fördröjde 91 procent av den kväveförångning som inträffade i broadcast-gödsel-scenariot.

"Vi ville utvärdera vad som händer i en hel vattendelare om mjölkbönder implementerar olika metoder, sa Heather Karsten, docent i växtodlingsekologi, Penn State, vars forskargrupp i Lantbrukshögskolan genomförde studien. "Så, vi skapade dessa modellgårdar för att representera utbudet av system för mjölkproduktion som kan finnas i en vattendelare."

Naturvårdsgårdarna var baserade på den genomsnittliga areal av mjölkgårdar i Pennsylvania och besättningens storlek vid den tidpunkt då forskarna utformade fältstudien 2010.

"De har dubbelt så mycket mark och odlar allt sitt foder och foder, som hjälper dem att bli lönsamma, eftersom foderkostnaderna står för minst 50 procent av mjölkproduktionskostnaderna, " sa hon. "Och, kanske viktigast, de sprider inte gödsel på samma mark så ofta eftersom de har mer mark att sprida det på. Dessutom, när naturvårdsgårdarna lägger ut gödsel på hösten, de applicerar det på ettåriga vintergrödor som antingen är täckgrödor, som behåller en del av näringsämnena, eller ensilagegrödor, som använder mer av den hösttillförda gödseln för att producera fodergrödor."

Självklart, Det kommer inte att vara enkelt att uppnå en sådan storskalig tillämpning av bevarande metoder för mjölkproduktion. enkelt eller billigt, Karsten medgav. Jordbrukare kommer att behöva tillgång till prisvärd mark för att odla mer foder till sina besättningar och applicera gödsel till lägre hastighet. Och, hon påpekade, tekniskt bistånd och ekonomiska incitament kommer att behövas för att underlätta storskalig införande av bästa förvaltningsmetoder såsom gödselinjektion, årlig vinterens ensilageproduktion och täckodling.

Endast omkring en tredjedel av marken i Spring Creeks vattendelare är jordbruk, enligt huvudforskaren M.G. Mostofa Amin, nu en fakultetsmedlem vid avdelningen för bevattning och vattenförvaltning vid Bangladesh Agricultural University. En postdoktor och forskarassistent när han ledde Penn State-studien, han noterade att Spring Creek är en av de mest studerade strömmarna i öst.

I tidigare forskning, Amin använde data från tre U.S. Geological Survey strömflödesövervakningsstationer i vattendelaren för att anpassa SWAT-modellen för att simulera geologin och hydrologiska processer som bidrar till sediment- och näringsbelastningar i Spring Creeks vattendelare.

"Att använda SWAT för att simulera och jämföra fyra lantbrukssystem över 12 år på vattendelareskala gjorde det möjligt för teamet att bedöma effekten av storskalig implementering av mejeriuppfödningsscenarierna, " Sa Amin. "Vi lärde oss att scenarierna för bevarande mejeri-odling kan minska näringsämnen och sedimentförluster från jordbruksmarker och hjälpa till att uppnå målinriktad total maximal daglig belastning i Chesapeake Bay."