Kväve från jordbruksproduktion är en viktig orsak till föroreningar i Mississippi River Basin och bidrar till stora döda zoner i Mexikanska golfen.

Illinois och andra delstater i Mellanvästern har satt upp mål för att minska kvävebelastningen genom strategier som inkluderar olika markförvaltningsmetoder. En ny studie från University of Illinois forskare, publiceras i Journal of Environmental Management , använder datormodellering för att uppskatta hur dessa metoder kan påverkas av potentiella förändringar i klimatet, såsom ökad nederbörd.

"Målet var att testa om dessa markförvaltningsmetoder är användbara för att minska kvävebelastningen i vattnet under olika klimatscenarier, " säger Congyu Hou, doktorand vid institutionen för lantbruks- och bioteknik och huvudförfattare på studien.

Med hjälp av fältdata om markegenskaper, markanvändning, praxis för markförvaltning, och vädermönster från Willow Creek Watershed i Oklahoma, forskarna uppskattade ytavrinning och kvävebelastning på fältskalanivå. Deras modell inkluderade 12 markförvaltningsmetoder och 32 klimatprognoser för åren 2020 till 2070, ger totalt 384 scenarier.

"Medan modellering vanligtvis används för att uppskatta kvävebelastning, de flesta prognoser använder genomsnittliga klimatdata. Denna studie utökar denna praxis genom att inkludera alla möjliga klimatförutsägelser, säger Maria Chu, biträdande professor i jordbruks- och biologisk teknik vid College of Agricultural, Konsument- och miljövetenskap. Chu är Hous rådgivare och medförfattare till studien.

Hou säger att studien fungerar som ett testfall för den typ av modelleringssimulering som forskarna använde. "Vi använder en fältkantsmodell som delar upp vattendelaren i mindre celler, för totalt 5, 911 celler. Modellen beräknar kanten på fältet, fokusera på hur mycket kväve som transporteras bort från fältet."

Forskningen testade också ett nytt index för hur man mäter jordens förmåga att hålla kväve. De fann att även utan minskning av tillämpningen, kvävebelastningen kan minskas helt enkelt genom att omfördela markanvändningen, Hou förklarar.

Till exempel, deras resultat visade att växtföljdsmetoder hjälper till att minska kväveförlusten. De fann också att uppdelning av gödseltillförsel mellan vår och höst i allmänhet är mer fördelaktigt, och att gödseltillförseln är den mest kritiska faktorn för att bestämma både mängden och sannolikheten för hög kvävebelastning.

Hou varnar för att studiens resultat är preliminära. "Med modellering, du är fortfarande långt borta från praktisk tillämpning, " säger han. "Modellen är det första steget, sedan kommer ett småskaligt fälttest, sedan småskaliga tester på olika platser. Om de fungerar, du kan så småningom expandera till en större region."

Förutom att utöka skalan av modellering, Chus forskargrupp tittar på andra aspekter av kväveföroreningar. Till exempel, medan denna studie fokuserar på ytavrinning, en annan studie tittar på kvävebelastningen i grundvattnet.

"Vi tittar också på de olika komponenterna i kväve, det vill säga, nitrat, nitrit och ammoniak - för att avgöra vilken som är mest kritisk att ta itu med, " säger Chu.