I åratal har det varit relativt enkelt att mäta föroreningar från, säga, en fabrik. På en fabrik, det kan finnas bara ett rör av avfall att mäta. Lätt nog.

Men hur är det med en gård? Vi kanske inte brukar tänka på gårdar som föroreningskällor. Men de kan ha stora effekter på landet med tiden. Till skillnad från på en fabrik, avfallet filtrerar långsamt genom jorden över hela marken.

Detta avfall - överskott av näringsämnen från gödningsmedel - kan så småningom nå grundvattnet. Om för mycket kväve kommer in i grundvattnet, det kan vara farligt att dricka. I form av nitrat, detta kväve är särskilt dåligt för spädbarn. Grundvattnet kan så småningom mata sjöar eller vattendrag. Där, nitratet kan orsaka algblomning och döda zoner utan syre.

"Vi ser dessa döda zoner årligen över en stor region nära mynningen av Mississippi, i Mexikanska golfen, säger Thomas Harter.

Harter, medlem i Soil Science Society of America, försöker lösa ett av de mest komplexa gåtorna inom jordbruket:hur man spårar nitrat när det rör sig genom jordbruksfält.

Hans forskning publicerades nyligen i Vadose Zone Journal , en publikation av Soil Science Society of America.

Forskare har försökt i flera år att förutsäga hur nitrat kommer att flöda från ytan till grundvattnet. Den informationen kan hjälpa jordbrukare att balansera gödsling av sina grödor med att skydda vattnet som de och andra förlitar sig på. Men det finns många utmaningar. Jordtyper, grödor och gödningsmedel kan alla påverka denna långsamma process.

Så Harter och hans team utformade en av de mest detaljerade studierna hittills. Tvärs över en 140 hektar stor Kalifornien mandelträdgård, de samlade 20 djupa jordprover och installerade brunnar för att mäta grundvatten. Få studier har varit så detaljerade över en så liten tomt.

De fann att ett komplext täcke av olika jordar ligger under mandelträdgården. Dessa olika jordtyper gjorde det mycket svårt att förutsäga hur kväve från en del av gården skulle påverka ett annat område. Kvävehalterna varierade kraftigt över gården, även om det sköts konsekvent av en enda odlare.

"Vi förväntade oss inte den signifikanta variationen i nitratkoncentrationer mellan övervakningsbrunnar, med tanke på den relativt enhetliga hanteringen på webbplatsen, säger Harter.

Äldre studier mätte ofta grundvatten över hela regioner. Dessa forskare antog vanligtvis att olika grödor och odlingsmetoder styrde grundvattennitrat. Men Harters team har nu sett att även en enda gård kan rymma stora skillnader. Närliggande fläckar av jord och vatten kan se väldigt olika ut.

Vissa faktorer kan förutsäga mängden nitrat i grundvattnet. Den totala mängden kväve och vatten som kom in på fältet påverkade nitratet i grundvattnet.

Forskare såg att kvävet i sandjorden förutsade hur mycket som hamnade i brunnar. Det beror på hur vatten rör sig genom olika typer av jord. Sandjord låter kväve och vatten röra sig fritt jämfört med klibbig lerjord.

Men på grund av hur mycket kväve varierade över fälten, nya metoder behövs för att övervaka och utvärdera denna källa till potentiell förorening.

"Vi måste utveckla effektiva alternativa verktyg som kan valideras på fältplatser som vårt men sedan kan användas på tusentals enskilda fält och gårdar för att bedöma deras bidrag till grundvatten, Säger Harter.

Går framåt, forskarna hoppas också se hur nya metoder för bevattning och kvävehantering kan förbättra grundvattnets kvalitet på denna gård. Detta arbete kommer att hjälpa till att designa och testa lösningar för att förbättra grundvattnets kvalitet.

"Detta arbete ger grunden för bättre design och tolkning av fältstudier som är grunden för att förbättra jordbruksmetoder och i slutändan grundvattnets kvalitet, "säger Harter." På lång sikt, detta kommer att leda till bättre lösningar för att skydda brunnens vattenkvalitet och vattnets kvalitet i jordbruksområden. "