I Chesapeake Bay vattendelare, även utan ytterligare bästa hanteringsmetoder, bara flytta radgrödor som majs och sojabönor bort från bäckar och från branta sluttningar som detta kan göra en enorm skillnad i vattenkvalitet, säger forskare. Upphovsman:Patrick Drohan/Penn State
Att odla rätt gröda på rätt plats inom en försämrad vattendelare kan uppnå betydande förbättringar av vattenkvaliteten, enligt forskare från Penn State, som genomförde en ny studie i dränering av en biflod vid Susquehanna River i ett jordbruksområde i sydöstra Pennsylvania.
Forskningen kan avslöja en möjlig väg för att återställa den oroliga Chesapeake Bay, sa Patrick Drohan, docent i pedologi vid College of Agricultural Sciences och en av studiens författare. Viken - som länge har försämrats i stor utsträckning av näringsämnen och sediment som tvättar av grödor och kommer in i ytvatten som matar den - behöver djärva lösningar, som att byta beskärningssystem, han föreslog.
"Annat än när avloppsreningsverk kom i överensstämmelse i Chesapeake Bay vattendelare, ingen annan "praxis" har visat sig ha så stor effekt på kväve, minskning av fosfor och sediment genom att helt enkelt omfördela befintliga grödprocent till mindre riskabla landskap, "sa han." Även utan ytterligare bästa förvaltningssed, bara flytta radgrödor som majs och sojabönor bort från bäckar och från branta sluttningar kan göra en enorm skillnad. "
Forskningen-utförd i den 52 kvadratkilometer stora Conewago Creek-vattendelen som tömmer delar av Lancaster- och Dauphin-län-leddes av Fei Jiang, en ny doktorsexamen i markvetenskap och nuvarande postdoktor vid Institutionen för entomologi. Jiang implementerade ett kraftfullt datorprogram som kallas mark- och vattenbedömningsverktyget för att modellera grödans tillväxt och förluster av totalt kväve, totalt fosfor och sediment under en åttaårsperiod, från 2010-2017.
Sedan, baserat på dessa modellresultat, hon utvecklade en innovativ algoritm för att lokalt omfördela växtföljder inom befintlig jordbruksmark för att minska totalt kväve, totala fosfor- och sedimentförluster baserade på markegenskaper, samtidigt som man behåller ett liknande produktionsområde för varje rotation. Hö omfördelades till landskap som är mest sårbara för erosion och näringsförlust, majs-sojabönorotationer omfördelades till mindre sårbara områden.
I fynd som nyligen publicerades i Jordbrukssystem , dessa omfördelningssimuleringar för grödor resulterade i en minskning av de totala kväveförlusterna med 15%, en minskning av de totala fosforförlusterna med 14% och en minskning av sediment med 39% i genomsnittlig årlig skala över vattendelen.
Platsen för den 52 kvadratkilometer stora Conewago Creek-dräneringen i Chesapeake Bay-vattendelen visas i denna grafik. Strömmen övervakas av två US Geological Survey mätstationer, som gav data för forskningen. Upphovsman:Patrick Drohan/Penn State
Anses vara en förorenings "hot spot" i Chesapeake Bay vattendelare, dräneringen i Conewago Creek var en idealisk plats att utföra experimentet, Noterade Jiang. Strömmen bär höga närings- och sedimentbelastningar i en vattendelare med en hög andel jordbruksmarkanvändning. Hon sa att hon hoppas att studien öppnar en dialog som resulterar i verkliga förbättringar för viken.
"Ursprungligen, Jag oroade mig för att denna forskning kommer att ses som för teoretisk, att bönderna aldrig kommer att förändra vad de odlar och var de odlar det, och forskningen skulle inte ha någon verklig mening, "sa hon." Men med tanke på de kraftiga minskningar av föroreningar som vi har visat är möjliga med detta nya tillvägagångssätt, Jag tror att folk kommer att övertygas om att överväga att prova. Denna modell är faktiskt genomförbar i verkligheten. "
Konceptet att koncentrera produktionen i vissa områden och ersätta befintliga grödor med alternativ i andra områden är nytt i USA men har varit föremål för omfattande experiment i Europeiska unionen, Påpekade Drohan. I länder som Irland och Nederländerna, forskare undersöker potentialen hos en jordbaserad, markanvändningsram för att uppnå ekonomiska och miljömål i jordbruksdominerade vattendrag.
"Jordbruksnormen är att bönderna dikterar vad, när och var man ska plantera utifrån marknadens efterfrågan och den mest ekonomiskt effektiva användningen av markresurser för det enskilda jordbruksföretaget, "sa han." EU utforskar ett annat tillvägagångssätt i försämrade vattendrag; dock, denna ram har inte prövats i USA. "
Resultaten av denna studie tyder på att omfördelning av växtföljder inom Chesapeake Bay vattendelare kan uppnå nödvändigt, betydande vattenkvalitetsfördelar som hittills har undvikit att beslutsfattare genomför andra metoder, Noterade Drohan. Men djävulen kommer att vara i detaljerna.
"Framtida forskning behövs för att förstå hur detta tillvägagångssätt påverkar faktorer på gårdsnivå, eftersom genomförandet kan kräva att vissa jordbrukare ändrar vilken typ av grödor de odlar och hur vinster delas, "sa han." Det finns modeller för hur bönder kan samarbeta från flera olika fiske runt om i världen-sådana modeller kallas samförvaltningsstrategier. Ekonomiska betalnings- eller incitamentsstrategier, t.ex. EU:s gemensamma jordbruksbetalningsplan, kan också undersökas för att stimulera samarbete som ett alternativ till USDA -gårdsräkningen. "