Con la qualità dell'acqua nella baia di Chesapeake che soffre di nutrienti in eccesso e popolazioni ittiche in fiumi come il Susquehanna che soffrono di distorsioni di genere e altre anomalie riproduttive, capire come ridurre al minimo il deflusso di sostanze nutritive e composti che alterano il sistema endocrino dai campi agricoli dopo l'applicazione del letame è un obiettivo fondamentale per l'agricoltura.

Un nuovo studio condotto da ricercatori del College of Agricultural Sciences di Penn State mostra che l'applicazione di letame ai campi coltivati ​​mediante iniezione di dischi poco profondi nel terreno piuttosto che la tradizionale diffusione superficiale riduce significativamente gli estrogeni nel deflusso superficiale. Questa scoperta suggerisce che i metodi di applicazione del letame possono essere utilizzati per controllare il potenziale di mobilitazione degli estrogeni e indica opportunità per proteggere la qualità dell'acqua a valle.

La ricerca, pubblicato questo mese in Agricoltura, Ecosistemi e ambiente , ha anche studiato il modo in cui i metodi di applicazione del letame influenzano il deflusso del fosforo totale disciolto e del carbonio organico disciolto. I ricercatori hanno scoperto che i tassi di trasporto di tali nutrienti, in misura minore, erano anche inferiori dopo l'iniezione di letame rispetto alla diffusione in superficie.

I primi risultati dello studio, che è stato condotto da ottobre 2014 fino all'estate del 2015, sono stati pubblicati in Giornale della qualità ambientale nel novembre 2016. La ricerca ha campionato 10 eventi di deflusso superficiale da 12 appezzamenti di ricerca, sei con ciascun metodo di applicazione, dopo l'applicazione autunnale del letame.

L'applicazione del letame di allevamento ai campi agricoli fornisce nutrienti essenziali per le colture e aggiunge materia organica ai terreni. Però, il letame introduce anche contaminanti emergenti nell'ambiente, compresi gli estrogeni naturali 17 alfa-estradiolo, 17 beta-estradiolo, estrone ed estriolo, secondo Heather Gall, professore assistente di ingegneria agraria e biologica.

vI ricercatori hanno utilizzato letame di bovini da latte, ma gli estrogeni sono un componente nel flusso di rifiuti non solo dei prodotti lattiero-caseari, ma tutto il bestiame e gli uomini. Sebbene questo studio si sia concentrato sugli estrogeni naturali onnipresenti, anche gli estrogeni sintetici possono influenzare la qualità dell'acqua, come l'etinilestradiolo, il principio attivo nelle pillole anticoncezionali o negli androgeni sintetici come il trenbolone, spesso dato come impianti auricolari ai bovini da carne.

Molti fattori influenzano il destino e il trasporto di questi ormoni trasmessi dal letame, ha spiegato la ricercatrice capo Odette Mina, un recente dottorato di ricerca in ingegneria agraria e biologica, compreso il tipo di letame applicato, la velocità e i tempi di applicazione, il metodo e la storia dell'applicazione, così come fattori naturali come i processi idrologici e il ciclo biogeochimico.

"Il metodo di applicazione del letame animale può influenzare la disponibilità di nutrienti ed estrogeni per l'acqua di scolo, " ha detto Mina. "Diversi studi hanno dimostrato i potenziali benefici dell'iniezione a disco superficiale per ridurre il trasporto di fosforo e nitrati nel deflusso superficiale rispetto alla trasmissione di superficie. La nostra ricerca ha dimostrato un trasporto di estrogeni significativamente ridotto nel deflusso dai grafici di iniezione del disco poco profondi rispetto ai grafici di trasmissione di superficie".

Mina è arrivata alla ricerca in modo non ortodosso. Si è laureata in chimica più di vent'anni fa, un master in amministrazione aziendale, e ha lavorato nella consulenza di ingegneria per più di 20 anni prima di decidere nel 2010 di perseguire una laurea in ingegneria. Ha conseguito un master in ingegneria ambientale presso la Penn State Harrisburg ed è entrata a far parte del laboratorio di Gall nel 2013.

Questa ricerca ha avuto luogo presso gli appezzamenti di Kepler Farm situati presso il Russell E. Larson Agricultural Research Center di Rock Springs, vicino al campus della Penn State University Park. Il sito è costituito da 12 appezzamenti idrologicamente isolati che dirigono il deflusso superficiale da ciascun appezzamento verso il basso attraverso tubi in PVC alle capanne vicino agli appezzamenti. Le capanne sono dotate di benne ribaltabili che misurano la portata del deflusso superficiale e consentono ai ricercatori di raccogliere campioni ponderati per il flusso per analizzare i nutrienti e i contaminanti nel deflusso.

I ricercatori hanno notato una notevole differenza tra i carichi di estrogeni e le concentrazioni nel deflusso a seguito di eventi di precipitazione, ha sottolineato Mina. Quando il letame è stato iniettato nel terreno, gli estrogeni avevano molte meno probabilità di lasciare il campo. "Abbiamo avuto un evento di pioggia che si è verificato due giorni dopo l'applicazione del letame:non è stato un grande evento di pioggia, una tipica tempesta che ti aspetteresti ogni anno e ha causato un grande movimento di estrogeni, carbonio e fosforo dai grafici di trasmissione di superficie, " lei disse.

"Ma quello stesso evento non è stato sufficiente nemmeno per innescare il deflusso dai terreni che erano stati sottoposti a un'iniezione di letame nel disco superficiale. Quel primo lavaggio ha lavato via concentrazioni davvero elevate di fosforo ed estrogeni rispetto all'intero resto dello studio, ma non c'era nulla dai grafici di iniezione del disco superficiale."

Nei piccoli allevamenti tipici degli Stati Uniti medio-atlantici, il letame è più frequentemente applicato in primavera e in autunno, ma l'applicazione del letame può avvenire tutto l'anno, sebbene alcuni stati limitino o vietino le applicazioni di letame invernale. Il letame viene generalmente applicato alle colture di mais, sebbene anche altre colture ricevano letame, compresi i legumi.

L'adozione dell'iniezione di letame su disco superficiale tra gli agricoltori è stata lenta, Gallo ha sottolineato, e ciò deriva principalmente dall'alto costo delle nuove apparecchiature di iniezione. Ma il metodo è compatibile con l'agricoltura senza aratura e ha l'ulteriore vantaggio di causare meno odore.

Prima che possa raccomandare a tutti gli agricoltori di passare all'iniezione di letame, Gall intende fare ulteriori ricerche. In uno studio successivo ora in fase di progettazione, vuole essere sicura che tenere gli estrogeni fuori dal deflusso superficiale non provochi la lisciviazione dei contaminanti nelle acque sotterranee.

"Potenzialmente potrebbero esserci dei compromessi con la qualità delle acque sotterranee, quindi facendo l'iniezione del disco superficiale potresti promuovere una maggiore perdita di nutrienti ed estrogeni nelle acque sotterranee, forse causando preoccupazioni localizzate per le persone che traggono la loro acqua dai pozzi, " disse Gallo.

"Però, almeno dal punto di vista del deflusso superficiale, i risultati suggeriscono che l'iniezione su disco superficiale potrebbe essere un'opzione praticabile per ridurre il trasporto sia di nutrienti che di estrogeni ai corpi idrici superficiali, come il fiume Susquehanna e la baia di Chesapeake".