Если большинство молочных ферм в Пенсильвании полностью примут передовые методы управления природоохранной деятельностью, штат, по мнению исследователей, сможет достичь своей максимальной ежедневной нагрузки по качеству воды в Чесапикском заливе.
Таков вывод новой оценки смоделированных последствий внедрения системы консервационного молочного животноводства на всех молочных фермах в водоразделе Спринг-Крик, небольшой дренаж в округе Центр. В моделировании системы консервационного молочного животноводства, которые были разработаны и испытаны исследователями штата Пенсильвания за последнее десятилетие, производят большую часть кормовых и фуражных культур, потребляемых их скотом, используют нулевой посев, имеют непрерывную диверсификацию растений. покрытие и иметь одну систему для впрыскивания навоза.
Используя разновидность Инструмента оценки почвы и воды, известного как SWAT, который был адаптирован и откалиброван для карстовой топографии и гидрологии водосборного бассейна Спринг-Крик в более раннем исследовании штата Пенсильвания, исследователи смоделировали процессы загрузки питательных веществ и наносов. из четырех сценариев молочного животноводства, которые различались площадью земли, производством кормов и стратегиями использования питательных веществ. Они сравнили неточечное загрязнение, создаваемое «типичными» существующими молочными фермами в Пенсильвании, которые включают в себя некоторые технологии нулевой обработки почвы и ограниченного посевного материала, с молочными фермами, находящимися под природоохранным менеджментом.
Специализированный спецназ смоделировал четыре сценария выращивания молочных культур за 12-летний период. Все четыре сравниваемые молочные фермы содержали 65 дойных коров и молодняка, получали одинаковый молочный рацион и, как предполагалось, производили одинаковое количество навоза с одинаковым питательным составом. Но земля, необходимая для выращивания сельскохозяйственных культур, различалась в четырех сценариях земледелия, и у природоохранных ферм было больше земли для выращивания кормов и внесения навоза.
По сравнению с «типичной» молочной фермой в Пенсильвании, которая использует некоторые передовые методы управления, производит все корма для стада и закупает большую часть кормового зерна для крупного рогатого скота, улучшенные сценарии выращивания молочных культур улучшили качество воды за счет значительного загрязнения. сокращения. За 12 лет моделирования SWAT они сократили количество пиков питательных веществ и отложений в реке и уменьшили среднюю концентрацию отложений на 31 процент, органического азота на 41-53 процента, нитратов на 23 процента, органического фосфора на 36-45 процентов. процентов и растворимого фосфора на 32-43 процента.
Оба сценария сохранения также уменьшили выбросы закиси азота за счет уменьшения денитрификации, но сценарий, который включал внесение навоза, замедлил 91 процент улетучивания азота, которое произошло в сценарии с разбрасываемым навозом.
«Мы хотели оценить, что произойдет в масштабе всего водораздела, если молочные фермеры будут применять разные методы», - сказала Хизер Карстен, доцент кафедры экологии растениеводства штата Пенсильвания, чья исследовательская группа в Колледже сельскохозяйственных наук провела исследование. исследование.«Итак, мы создали эти модельные фермы, чтобы представить ряд систем молочного животноводства, которые могут присутствовать в водоразделе».
Природоохранные фермы были основаны на средней площади молочной фермы в Пенсильвании и размере стада на момент проведения исследователями полевого исследования в 2010 году.
«У них в два раза больше земли, и они выращивают все свои корма и фураж, что помогает им быть прибыльными, потому что затраты на корма составляют не менее 50 процентов затрат на производство молока», - сказала она. «И, что, возможно, наиболее важно, они не вносят навоз на одну и ту же землю так часто, потому что у них больше земли для его разбрасывания. покровные культуры, которые сохраняют часть питательных веществ, или силосные культуры, которые используют больше осеннего навоза для производства кормовых культур».
Конечно, добиться такого широкомасштабного внедрения природоохранных методов молочного животноводства будет непросто, легко или дешево, признал Карстен. Фермерам потребуется доступ к доступной по цене земле, чтобы выращивать больше кормов для своих стад и вносить навоз по более низкой норме. И, отметила она, техническая помощь и финансовые стимулы потребуются для содействия широкомасштабному внедрению передовых методов управления, таких как внесение навоза, ежегодное производство озимого силоса и посев покровных культур.
По словам ведущего исследователя М. Г. Мостофа Амин, в настоящее время преподаватель кафедры ирригации и управления водными ресурсами Бангладешского сельскохозяйственного университета. Ученый с докторской степенью и научный сотрудник, когда он руководил исследованием штата Пенсильвания, он отметил, что Спринг-Крик является одним из наиболее изученных ручьев на Востоке.
В более раннем исследовании Амин использовал данные трех станций мониторинга речного стока Геологической службы США в водоразделе, чтобы настроить модель SWAT для моделирования геологии и гидрологических процессов, которые способствуют накоплению наносов и питательных веществ в водоразделе Спринг-Крик.
«Использование SWAT для моделирования и сравнения четырех систем фермерского хозяйства за 12 лет в масштабе водосбора позволило команде оценить влияние крупномасштабного внедрения сценариев молочного животноводства», - сказал Амин. «Мы узнали, что сценарии рационального молочного животноводства могут снизить потери питательных веществ и наносов с сельскохозяйственных угодий и помочь достичь целевых максимальных дневных нагрузок в Чесапикский залив».
В исследовании, опубликованном в сентябрьском номере журнала «Сельскохозяйственные системы», также участвовали Дуглас Бигл, выдающийся профессор агрономии штата Пенсильвания, а также Питер Клейнман и Тэми Вейт, оба из Департамента пастбищных систем и управления водоразделами Министерства сельского хозяйства США. Исследовательский блок.
Агентство по охране окружающей среды США, Исследовательский отдел пастбищных систем и управления водосборными бассейнами Министерства сельского хозяйства США, а также Центр питательных решений в штате Пенсильвания поддержали это исследование.