En utbredd användning av mjölkbönder av att injicera gödsel i jorden istället för att sprida den på ytan kan vara avgörande för att återställa Chesapeake Bays vattenkvalitet, enligt forskare som jämförde fosforavrinning från fält som behandlats med båda metoderna. Dock, de förutspår att det kommer att bli svårt att övertala jordbrukare att ändra praxis.

I en fyraårig studie, Flöden över land och under ytan från 12 hydrologiskt isolerade forskningsområden vid Russell E. Larson Agricultural Research Center i Penn State mättes och provtogs för alla fosforbeståndsdelar och totala fasta ämnen under och efter nederbördshändelser. Under den perioden, från januari 2013 till maj 2017, tomterna planterades med sommargrödor av majs och vintertäckgrödor av spannmålsråg. Hälften av tomterna fick sändningsgödselansökningar, medan de andra fick gödsel injicerat i jorden.

Forskare utvärderade mängder av total fosfor, löst fosfor, partikelformig fosfor och totala fasta ämnen mot flödesvolymer för att lära sig hur fosfor- och sedimentförluster skilde sig mellan tomterna. Injektion av gödsel med grund skiva visade sig vara effektivare än spolgödsel för att främja utspädning av löst fosfor och i mindre utsträckning, totalt fosfor. Sändningsgödselplanerna upplevde mer avrinning av partikelformig fosfor än injektionsplanerna.

Viktigt för no-till-förespråkare, ingen skillnad upptäcktes mellan appliceringsmetoderna för totala fasta ämnen i avrinningen, vilket betyder gödselinjektion, med sin ringa störning av markytan, orsakade inte sedimentering. No-till-utövare, som utgör något mer än hälften av mjölkbönderna i Pennsylvania, har varit långsamma med att införa gödselinjektion på grund av farhågor om den praxis som orsakar sedimentering och leriga strömmar.

Dock, studiens precision och noggrannhet, nyligen publicerad i Lantbruk, Ekosystem och miljö , var begränsad av hydrologisk variabilitet, medgav Jack Watson, professor i markvetenskap och markfysik, Penn State. Hans forskargrupp vid Högskolan för lantbruksvetenskap genomförde studien. Watson påpekade att resultaten visar att även i liten skala, effektiviteten av en praxis för att uppnå fördelar med vattenkvaliteten varierar.

"Detta har varit fallet med tidigare fosforreducerande fältstudier, också, ", sa han. "Även studier gjorda med noggrant konstruerade forskningstomter som vår, som gör att vi kan samla in, mäta, test- och kontrastavrinning, är förvirrade av hydrologisk variabilitet."

Men trots variationen, fynden visade att gödselinjektion minskade de totala fosforförlusterna, enligt ledande forskare Melissa Miller, en magisterstudent i markvetenskap när hon genomförde studien.

"När vi tittade på de totala fosforförlusterna från tomterna, vi kunde se en stark trend, " sa hon. "Det avslöjades i både land och under ytan efter regnhändelser."

Den variationen, dock, komplicerar ansträngningarna för att övertyga mjölkbönder om att de bör övergå till gödselinjektion, noterade forskarteammedlemmen Heather Gall, biträdande professor i jordbruks- och biologisk teknik. Hon föreslog att praktiken, allmänt antagen, skulle kunna hjälpa stater att följa reglerna för den totala maximala dagliga belastningsströmmen som fastställts av U.S. Environmental Protection Agency för att skydda Chesapeake Bay från näringsföroreningar och tillhörande algblomning och döda zoner.

"När vi ger rekommendationer till bönder om vad de kan göra för att förbättra avrinningskvaliteten, vi vill kunna berätta för dem hur bra det kommer att fungera, " sa hon. "Men hur mycket gödselinjektion kommer att minska mängden fosforförlust på en viss gård kan bero på platsens egenskaper, till exempel vilken typ av jord den har, vilken typ av grödor som växer och landskapets lutning. Och så, vi kanske inte definitivt kan berätta för en bonde vad de kan förvänta sig när det gäller belastningsreducerande fördelar, vilket gör det svårt att göra ett övertygande argument att en investering i utrustning för injektion av stallgödsel kommer att löna sig."

Watson förklarade att gödselinsprutningsutrustning är dyr och att det tar längre tid och kräver mer bränsle för bönder att sprida gödsel på sina fält med hjälp av injektion än att sända eller sprida det. För att injektion av gödsel med grunda skivor ska implementeras brett i Chesapeake Bays dränering, han sa, det kommer att kräva betydande ekonomiskt stöd från myndigheter eller andra källor utanför gården. Men det måste göras, tror Watson.

"I mitten av Atlanten och nordöstra regioner, vi har många mjölkdjur koncentrerade till ett litet område. Vi har all denna gödsel som måste bli av med och all näring som följer med måste kasseras på en liten mängd mark. Det måste göras på ett sätt som skyddar Chesapeake Bay, " han sa.

Och även om fosforreduktionerna är osäkra på grund av platsvariationer, Watson lade till, det finns ytterligare fördelar med gödselinjektion, som att minska ammoniakförångningen och minska luktutsläpp, som också har betydande värde.