Vidurio vakarų dirvožemiai yra vieni produktyviausių pasaulyje, iš dalies dėl plačių plytelių drenažo sistemų, kurios pašalina vandens perteklių iš pasėlių laukų. Tačiau vanduo nėra vienintelis dalykas, tekantis per plytelių kanalizaciją. Azotas kartu su dirvožemio vandeniu juda į drenažo griovius, upelius ir galiausiai į Misisipės upės baseiną, kur maistinė medžiaga prisideda prie didžiulio dumblių žydėjimo ir hipoksinių sąlygų, kurios daro įtaką vandens gyvybei Meksikos įlankoje.
Neseniai atliktas Ilinojaus universiteto Urbana-Champaign tyrimas suteikia naują žvilgsnį į šaltinius ir procesus, turinčius įtakos azoto apkrovai plytelių drenažo vandenyje. Tyrimas atskleidžia netikėtai didelį ir stabilų „seną“ azoto telkinį, pridedant niuansų bendram įsitikinimui, kad azotas greitai pulsuoja per plytelių drenažo sistemas, kaip trumpalaikis trąšų patekimo ir mikrobų aktyvumo atspindys.
"Paveldimas poveikis yra susijęs su laiko tarpu nuo azoto atsiradimo dirvožemyje iki jo praradimo vandens keliuose. Pavyzdžiui, jei šiais metais azoto pateksite per trąšas, tai neatsispindės iš karto pasroviui. Šis atsilikimas buvo rastas daugelyje sistemų, tačiau ankstesni tyrėjai nežinojo, kas jį sukėlė ir koks buvo jo dydis“, – sakė pagrindinis tyrimo autorius Zhongjie Yu, Gamtos išteklių ir aplinkos mokslų katedros docentas. Žemės ūkio, vartotojų ir aplinkos mokslų Ilinojaus valstijoje.
Norėdami suprasti azoto kilmę drenažo vandenyje, tyrėjų komanda pirmiausia turėjo atskirti nitratus, gautus iš įvairių šaltinių. Jie trejus metus kas savaitę rinko plytelių drenažo mėginius iš kukurūzų ir sojų lauko ir matavo nitratų kiekį. Jie taip pat rinko dirvožemio, pasėlių likučių ir trąšų mėginius, kad ištirtų azoto koncentraciją, taip pat natūraliai susidariusius stabilius azoto ir deguonies izotopus – du elementus, sudarančius nitratų molekules. Naudodami jautrią laboratorinę įrangą, ankstesni tyrėjai susiejo nedidelius sunkesnio azoto (15N) ir deguonies (18O) izotopų pokyčius su įvairiais azoto šaltiniais ir mikrobų azoto ciklo procesais – nitrifikacija ir denitrifikacija.
„Galime galvoti apie azoto ir deguonies izotopus kaip pirštų atspaudus, kad nustatytų nitratų šaltinius ir tai, kaip jį perdirba mikrobiniai procesai“, - sakė Yu. "Skirtingi šaltiniai turi skirtingus izotopų santykius, kaip ir žmonių pirštų atspaudai."
Yu pridūrė, kad nitratas, gautas iš neorganinių trąšų, turi mažesnį izotopų santykį, mažiau sunkiojo azoto ir deguonies, nei dideliuose dirvožemio organinio azoto šaltiniuose.
Vaizdas Bjorno Beheydto, „Shutterstock“.
Mokslininkų grupė taip pat atnešė dirvožemio mėginius į laboratoriją ir juos inkubavo, kad sužinotų, kaip mikrobų azoto ciklas veikia nitratų izotopus. Turėdami tiek lauko, tiek laboratorijos duomenis, mokslininkai galėjo atsekti nitratų šaltinius laikui bėgant ir visose pasėlių sistemose.
„Mūsų rezultatai rodo, kad pradiniai nitratų izotopų santykiai buvo panašūs į amoniako trąšų ir sojų pupelių biomasės azoto santykius ir nesikeitė laikui bėgant, kai į sistemą nebuvo įvestos naujos trąšos“, - sakė Yu. „Tai rodo, kad dirvožemyje yra didelis senas nitratų telkinys ir laiko tarpas tarp azoto įpilimo į sistemą ir tada, kai jis eksportuojamas kaip nitratas į plytelių drenažą.
Jis pridūrė, kad kai į kukurūzus buvo pridėta naujų trąšų kaip bevandenis amoniakas, plytelių drenažo vandenyje buvo užfiksuotas didelis izotopinio signalo poslinkis, atspindintis naująjį azotą, ypač kai po lietaus tręšimo. Tačiau šis naujas azoto signalas dažnai buvo trumpalaikis, o senasis signalas vėl atsirado per kitas dienas ar savaites.
Modelis atitinka tyrimo bendraautorio ir NRES profesoriaus Richardo Mulvaney grupės rezultatus. Atlikdama daugybę tyrimų, ta grupė naudojo žymėtų izotopų metodus, siekdama atsekti azoto pasisavinimą kukurūzų augaluose ir nustatė, kad augalai sunaudoja mažiau nei pusę trąšų azoto; vietoj to kukurūzai didžiąją dalį azoto pasiėmė iš dirvožemio. Likęs trąšų azotas, remiantis naujais rezultatais, greičiausiai prarandamas plytelių drenavime arba virsta reaktyvia frakcija, kaupiama dirvožemyje, todėl azotas išsiskiria ilgą laiką.
Yu teigė, kad paveldėjimo efekto įrodymai gali informuoti valdymą ir paveikti, kaip politikos formuotojai vertina azoto nuostolių mažinimo praktikos sėkmę.
"Dažnai tikimės iš karto pastebėti azoto apkrovos valdymo pokyčius. Tačiau net jei tam tikrais metais nustotume tręšti azoto trąšomis, kelerius metus iš tos sistemos vis tiek galėtume patirti didelių nuostolių", - sakė jis. „Nėra taip, kad jei sumažinsime azoto patekimą, tai gali iš karto viską išspręsti.
Pirmasis tyrimo autorius, doktorantas Yinchao Hu, pridūrė, kad nitratų nuostoliai iš kukurūzų trąšų buvo stipriausi per didelius plytelių nutekėjimo įvykius, o tai rodo, kad nedidelis valdymo numatymas gali būti naudingas, kai prognozuojamas lietus.
„Jei galime kontroliuoti naudojimą didelio išmetimo laikotarpiais, tai gali padėti sumažinti azoto taršą“, - sakė ji. „Arba jei yra pakankamai prognozių dėl lietaus, ūkininkai gali imtis prisitaikančių priemonių ir laikinai uždaryti plytelių drenažą.
