С учетом того, что качество воды в Чесапикском заливе страдает от избытка питательных веществ, а популяции рыб в таких реках, как Саскуэханна, испытывают гендерные перекосы и другие репродуктивные аномалии, понимание того, как свести к минимуму сток как питательных веществ, так и веществ, разрушающих эндокринную систему, с фермерских полей после применение навоза является важной задачей для сельского хозяйства.
Новое исследование, проведенное исследователями из Колледжа сельскохозяйственных наук штата Пенсильвания, показывает, что внесение навоза в поля с помощью неглубокого впрыскивания диска в почву вместо традиционного поверхностного разбрасывания значительно снижает уровень эстрогенов в поверхностном стоке. Это открытие предполагает, что методы внесения навоза могут использоваться для контроля потенциала мобилизации эстрогенов, и указывает на возможности для защиты качества воды ниже по течению.
Исследование, опубликованное в этом месяце в журнале «Сельское хозяйство, экосистемы и окружающая среда», также изучало, как методы внесения навоза влияют на сток общего растворенного фосфора и растворенного органического углерода. Исследователи обнаружили, что скорость переноса этих питательных веществ, в меньшей степени, также была ниже после внесения навоза, чем после поверхностного разбрасывания.
Предыдущие результаты исследования, которое проводилось с октября 2014 г. по лето 2015 г., были опубликованы в Журнале качества окружающей среды в ноябре 2016 г. В ходе исследования было отобрано 10 явлений поверхностного стока с 12 исследовательских участков - по шесть на каждом способ применения - после осеннего внесения навоза.
Внесение навоза скота на сельскохозяйственные поля обеспечивает необходимые питательные вещества для сельскохозяйственных культур и добавляет органические вещества в почву. Однако навоз также привносит в окружающую среду новые загрязняющие вещества, в том числе природные эстрогены 17 альфа-эстрадиол, 17 бета-эстрадиол, эстрон и эстриол, по словам Хизер Галл, доцента сельскохозяйственной и биологической инженерии.
vИсследователи использовали навоз молочного скота, но эстрогены являются компонентом потока отходов не только молочного производства, но и всего домашнего скота и людей. Хотя это исследование было сосредоточено на повсеместно распространенных природных эстрогенах, синтетические эстрогены также могут влиять на качество воды, например, этинилэстрадиол, активный ингредиент противозачаточных таблеток, или синтетические андрогены, такие как тренболон, который часто вводят мясному скоту в качестве ушных имплантатов.
Многие факторы влияют на судьбу и перенос этих переносимых навозом гормонов, объяснила ведущий исследователь Одетт Мина, недавняя докторская степень в области сельскохозяйственной и биологической инженерии, включая тип применяемого навоза, норму и время внесения, метод и история применения, а также естественные движущие силы, такие как гидрологические процессы и биогеохимический цикл.
«Метод внесения навоза может влиять на доступность питательных веществ и эстрогенов в сточных водах», - сказала Мина. «Несколько исследований показали потенциальные преимущества неглубокой дисковой инъекции для снижения транспорта фосфора и нитратов в поверхностном стоке по сравнению с поверхностным разбрасыванием. Наше исследование продемонстрировало значительное снижение переноса эстрогена в стоке с неглубоких дисковых площадок по сравнению с поверхностными делянами».
Мина подошла к исследованию нестандартным образом. Она получила степень бакалавра в области химии более двух десятилетий назад, степень магистра делового администрирования и более 20 лет работала в сфере инженерного консалтинга, прежде чем в 2010 году решила получить степень магистра в области инженерии. Она получила степень магистра инженерной защиты окружающей среды в Университете штата Пенсильвания в Гаррисберге и присоединилась к лаборатории Галла в 2013 году.
Это исследование проводилось на участках фермы Кеплер, расположенных на ферме Рассела Э. Центр сельскохозяйственных исследований Ларсона в Рок-Спрингс, недалеко от кампуса Университетского парка штата Пенсильвания. Участок состоит из 12 гидрологически изолированных участков, которые направляют поверхностный сток с каждого участка вниз по склону через трубы из ПВХ к хижинам рядом с участками. Хижины оснащены опрокидывающимися ведрами, которые измеряют расход поверхностного стока и позволяют исследователям собирать взвешенные по потоку пробы для анализа питательных веществ и загрязнителей в стоке.
Исследователи увидели поразительную разницу между нагрузкой эстрогена и его концентрацией в стоках после осадков, отметила Мина. Когда навоз вносился в почву, эстрогены с гораздо меньшей вероятностью покидали поле. «У нас был дождь, который произошел через два дня после внесения навоза - это был небольшой дождь, типичный шторм, который вы ожидаете каждый год - и он вызвал действительно большое перемещение эстрогенов, углерода и фосфора из почвы. сюжеты наземного вещания, - сказала она.
Но этого же события было недостаточно даже для того, чтобы спровоцировать сток с участков, подвергшихся неглубокому дисковому впрыскиванию навоза. Этот первый смыв смыл действительно высокие концентрации фосфора и эстрогенов по сравнению со всем остальным исследованием, но на графиках введения неглубоких дисков ничего не было обнаружено».
На небольших молочных фермах, типичных для средней Атлантики США, навоз чаще всего вносят весной и осенью, но внесение навоза может происходить круглый год, хотя некоторые штаты ограничивают или запрещают внесение зимнего навоза. Навоз обычно вносится под кукурузу, хотя другие культуры также получают навоз, в том числе бобовые.
Внедрение мелкодискового впрыскивания навоза среди фермеров происходит медленно, отметил Галл, и это в основном связано с высокой стоимостью нового инъекционного оборудования. Но этот метод совместим с нулевой обработкой почвы и имеет дополнительное преимущество, заключающееся в уменьшении запаха.
Прежде чем она сможет порекомендовать всем фермерам перейти на инъекционное использование навоза, Галл намерена провести дополнительные исследования. В последующем исследовании, которое сейчас планируется, она хочет убедиться, что удаление эстрогенов из поверхностных стоков не приведет к выщелачиванию загрязняющих веществ в грунтовые воды.
«Потенциально могут быть некоторые компромиссы с качеством грунтовых вод, поэтому, выполняя неглубокую дисковую закачку, вы можете способствовать большей потере питательных веществ и эстрогена в грунтовые воды, что может вызвать локальные проблемы у людей, добывающих воду из колодцев», Галл сказал.
"Однако, по крайней мере, с точки зрения поверхностного стока, результаты показывают, что неглубокая дисковая инъекция может быть жизнеспособным вариантом для уменьшения переноса как питательных веществ, так и эстрогена в поверхностные водоемы, такие как река Саскуэханна и Чесапикский залив."