Eileen Kladivko samlar in jordprover med hjälp av en hydraulisk sondbil i de studieområden som har undersökts i mer än 30 år för att hjälpa jordbrukare att förstå deras gårdshanteringsalternativ. Upphovsman:Eileen Kladivko
Som de flesta barn vet, en stor lera kan vara en massa roligt.
Men inte för bönder. Leriga fält betyder för mycket vatten. Och för mycket vatten betyder att grödor kanske inte växer bra.
Bönder installerar ofta underjordiska avlopp, kallas kakelavlopp, i vattendränkta jordar för att snabbt flytta bort överflödigt vatten. De torrare jordarna är fördelaktiga för deras grödor.
Men det finns en potentiell nackdel:kväve. I form av nitrat, kväve förorenar vattenvägar. Plus, varje kväve som lämnar åkern betyder bortkastade pengar för bonden, som betalade för gödselmedel.
Hur kan bönder balansera dränering av sina åkrar med att hålla kvar kväve? Till att börja, de kan vända sig till ett decennier långt experiment från Purdue University. Resultaten publicerades i Journal of Environmental Quality .
I 31 år, forskare har studerat hur olika odlingsmetoder och dräneringsstrategier påverkar grödans tillväxt och kväveförlust från åkrar.
"Dränering är en nödvändig övning på naturligt våta jordar. Så det är vanligt på våra produktiva jordar i stora delar av Mellanvästern, "säger Eileen Kladivko, medlem i Soil Science Society of America. "Men eftersom jorden är läckande av natur, vi vill veta hur vi kan minska den nitratkoncentrationen och belastningen och ändå ha bra dränering. "
Vatten rinner ut ur ett kakelavlopp och in i ett närliggande dike i Indiana. Även om dränering av vattentäta fält förbättrar grödans tillväxt, dräneringsvatten bär nitrat, en vattenförorening. Upphovsman:J. Frankenberger
I sin senaste forskning, forskare delar hur fält presterade under de senaste 16 åren jämfört med de föregående 15 åren. Särskilt, de fokuserade på effekten av olika grader av dränering.
Kakelavlopp kan placeras på olika avstånd över ett fält. Ju närmare de är, desto snabbare kan de dränera bort vatten från åkrar.
På studierna i Indiana, avlopp var åtskilda antingen 5, 10 eller 20 meter från varandra. Som Kladivkos grupp förväntade sig, ju närmare rören var, desto mer vatten rann genom dem varje år.
Koncentrationen av nitrat i vattnet var densamma oavsett avloppsavstånd. Men eftersom närmare avlopp ledde till mer vattenflöde, den totala mängden kväve som lämnade åkrar var högre när avlopp var närmare varandra.
"Slutsatsen är att när avloppen är närmare varandra, de läggs där av skälet att tömma mer vatten snabbare, "säger Kladivko." Så om vi tappar mer vatten snabbare, vi tappar också mer nitrat. "
Forskarna såg också att det mesta av nitratet som lämnade jordbruksfälten gjorde det under lågsäsong, när inga stora grödor fanns för att använda näringsämnena.
Över 31 år, forskarna ändrade hur de hanterade fälten. Till exempel, de bytte från att bara odla majs till grödor mellan majs och sojabönor. De minskade också mängden gödsel som de applicerade. Och de började plantera täckgrödor, som växer under lågsäsong. Dessa förändringar följde den senaste forskningen och speglade dagens praxis som bönder använder.
Installation av ett dräneringsrör. Dessa avlopp hjälper till att ta bort vatten från vattentäta fält, vilket hjälper grödor att växa bättre. Upphovsman:J. Kjaersgaard
På grund av dessa förändringar, koncentrationen av nitrat i utlakningsvattnet idag är bara en fjärdedel av vad det var för tre decennier sedan. Denna lägre koncentration innebär att mindre total nitrat läcker ut än tidigare.
Forskarna märkte en annan trend. Under våta år, mer nitrat lämnade gårdsfälten eftersom mer vatten fanns där för att bära bort det. De senaste åren har varit våtare, troligen på grund av det förändrade klimatet.
"Takeaway är så svårt som vi försöker, vi kan inte kontrollera alla aspekter av våra jordbruksfält, säger Kladivko.
Eftersom mycket nitrat lämnade fält på vintern, vissa jordbrukare kan använda ett system som kallas kontrollerad dränering för att göra smarta säsongsval. Med kontrollerad dränering, jordbrukare kan låta åkrarna bli blötare och rinna långsammare på vintern när våta åkrar inte skadar grödor. Sedan på våren, de kan låta avlopp arbeta med full hastighet och rinna snabbt.
Och, eftersom den snabbaste dräneringen inte hjälper grödor att växa så mycket bättre, bönder kan välja bredare avloppsavstånd, vilket också sparar pengar på installationen.
"Mitt budskap till bönderna är inte överdrivet, "säger Kladivko." Försök att bestämma det största möjliga avståndet som möjliggör nära till optimal avkastning. "
