Почвите в Средния запад са сред най-продуктивните в света, отчасти благодарение на обширните дренажни системи, които отстраняват излишната вода от нивите с посеви. Но водата не е единственото нещо, което тече през канализацията от плочки. Азотът се движи заедно с почвената вода в дренажни канавки, потоци и в крайна сметка в басейна на река Мисисипи, където хранителното вещество допринася за масивен цъфтеж на водорасли и хипоксични условия, които влияят на водния живот в Мексиканския залив.
Скорошно проучване от Университета на Илинойс Урбана-Шампейн предоставя нов поглед върху източниците и процесите, влияещи върху натоварването с азот в дренажната вода за плочки. Проучването разкрива неочаквано голям и стабилен "наследен" резерв от азот, добавяйки нюанс към общоприетото схващане, че азотът пулсира бързо през дренажни системи за плочки като преходно отражение на въвеждането на тор и микробната активност.
„Ефектът на наследството е свързан с забавянето във времето между момента, в който азотът е наличен в почвената среда, и загубата му във водните пътища. Например, ако имате въвеждане на азот чрез тор тази година, това няма да бъде отразено в разтоварванията надолу по течението веднага. Това забавяне е открито в много системи, но предишните изследователи не знаеха какво го е причинило или колко голяма е неговата величина“, каза водещият автор на изследването Zhongjie Yu, асистент в катедрата по природни ресурси и науки за околната среда, част от колежа по селскостопански, потребителски и екологични науки в Илинойс.
За да разбере произхода на азота в дренажната вода, изследователският екип първо трябваше да диференцира нитратите, получени от различни източници. Те събираха проби от дренаж от плочки от поле с царевица и соя на седмична база в продължение на три години и измерваха нитратите. Те също така събраха почва, остатъци от култури и проби от торове, за да анализират концентрациите на азот, както и естествено срещащи се, стабилни изотопи на азот и кислород, двата елемента, които изграждат нитратните молекули. Използвайки чувствително лабораторно оборудване, предишни изследователи свързват леки вариации в по-тежки азотни (15N) и кислородни (18O) изотопи с различни източници на азот и микробните азотни процеси на нитрификация и денитрификация.
„Можем да мислим за изотопите на азота и кислорода като пръстов отпечатък за идентифициране на източниците на нитрати и как те се рециклират от микробни процеси“, каза Ю. „Различните източници имат различни изотопни съотношения, точно както хората имат различни пръстови отпечатъци.“
Ю добави, че нитратите, получени от неорганични торове, имат по-ниско изотопно съотношение, с по-малко тежки азоти и кислороди, отколкото насипните източници на органичен азот в почвата.
Изображение от Bjorn Beheydt, Shutterstock
Изследователският екип също така донесе почвени проби в лабораторията и ги инкубира, за да научи как микробният азотен цикъл засяга нитратните изотопи. С полеви и лабораторни данни изследователите могат да проследят източниците на нитрати във времето и в системите за отглеждане.
„Нашите резултати показват, че първоначалните изотопни съотношения на нитратите са подобни на тези на амонячните торове и азота от соевата биомаса и не се променят с течение на времето, когато няма нов вход на тор в системата“, каза Ю. „Това предполага голям наследен запас от нитрати в почвата и забавяне във времето между добавянето на азот към системата и момента, в който се изнася като нитрат в дренаж от плочки.“
Той добави, че когато към царевицата е добавен нов тор като безводен амоняк, е регистрирано голямо изместване на изотопния сигнал, отразяващ новия азот, в дренажната вода на плочките, особено когато дъждът последва приложението. Въпреки това, този нов азотен сигнал често е бил краткотраен, като наследеният сигнал се е появявал отново през следващите дни до седмици.
Моделът е в съответствие с резултатите от групата на съавтора на изследването и професора от NRES Ричард Мълвани. В поредица от проучвания тази група използва техники за белязан изотоп, за да проследи усвояването на азот в царевичните растения, като установи, че по-малко от половината азот от тора се използва от растенията; вместо това царевицата поема по-голямата част от азота си от почвата. Останалият азот в тора, според новите резултати, вероятно се губи в дренажа на плочките или се превръща в реактивна фракция, съхранявана в почвата, което води до освобождаване на азот в дългосрочен план.
Ю каза, че доказателствата за наследения ефект могат да информират ръководството и да повлияят на това как политиците оценяват успеха на практиките за намаляване на загубите на азот.
„Често очакваме да видим незабавни ефекти от промените в управлението на натоварването с азот. Въпреки това, дори и да спрем прилагането на азотни торове за дадена година, пак може да видим значителни загуби от тази система за няколко години“, каза той. „Не е като да намалим вноса на азот, това може да реши всичко веднага.“
Първият автор на изследването, докторантът Yinchao Hu, добави, че загубата на нитрати, получена от царевичен тор, е най-силна по време на събития с висок дренаж, което предполага, че малко прогнозиране на управлението може да бъде от полза, когато се очаква дъжд.
„Ако можем да контролираме прилагането по време на периоди на висок разряд, това може да ни помогне да намалим замърсяването с азот“, каза тя. „Или ако има достатъчно прогнози за дъждовни явления, фермерите могат да предприемат адаптивни мерки и временно да затворят керемидения дренаж.“
