Quando si tratta di promuovere la pianificazione della gestione dei nutrienti per i terreni coltivati ​​negli Stati Uniti, è importante valutare gli indici di fosforo per garantire un'accurata valutazione del rischio di perdita di fosforo.

Fino a poco tempo fa, però, la maggior parte di queste valutazioni dell'indice di fosforo si è concentrata sui rischi di perdite di fosforo nel deflusso superficiale, tenendo conto in modo inadeguato del ruolo critico delle perdite di fosforo nel sottosuolo.

Ciò è particolarmente importante in aree come la pianura costiera atlantica, dove il flusso sotto la superficie è la via predominante del trasporto del fosforo da agroecosistemi drenati artificialmente, terreni coltivati ​​che utilizzano il drenaggio artificiale per abbassare le falde acquifere.

Un nuovo articolo pubblicato su Giornale della qualità ambientale da ricercatori dell'Università del Delaware e di altre istituzioni contribuenti esplora metodi per valutare le routine di rischio di fosforo sotto la superficie di cinque indici di fosforo del Delaware, Maryland, Virginia e North Carolina utilizzando i dataset disponibili sulla qualità dell'acqua e del suolo.

La ricerca è stata in parte finanziata da una sovvenzione per l'innovazione della conservazione del servizio di conservazione delle risorse naturali del Dipartimento dell'agricoltura degli Stati Uniti (USDA).

Amy Shober, professore associato presso il Dipartimento di Scienze delle piante e del suolo e specialista in estensione cooperativa, è l'autore principale dell'articolo, che rappresenta parte del lavoro svolto da Kathryn Turner, che ha lavorato nel laboratorio di Shober e si è laureato alla UD nel 2016.

I coautori includono Scott Andres, idrogeologo e scienziato senior con il Delaware Geological Survey, Antonio Buda, Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti, Tommaso Sims, un membro della facoltà UD in pensione ed ex vice preside del College of Agriculture and Natural Resources, Nicole Fiorellino, Chesapeake College, e Joshua McGrath, Università del Kentucky.

Shober ha affermato che alcuni terreni coltivati ​​sulla pianura costiera atlantica devono essere drenati artificialmente per abbassare la falda freatica al fine di evitare di avere acqua all'interno della zona delle radici delle piante o acqua stagnante nei loro campi, che comprometterebbe la capacità degli agricoltori di utilizzare attrezzature e piantare colture di successo.

Shober ha affermato che gli agricoltori di oggi hanno a che fare con ciò che è noto come "fosforo legacy, "Il fosforo che è rimasto dalle passate applicazioni di letame e che continua a contribuire ai problemi di qualità dell'acqua.

Utilizzando indici di fosforo, agricoltori e gestori del territorio possono identificare le aree del paesaggio in cui le fonti di fosforo si sovrappongono ai modi in cui l'acqua sposta il fosforo attraverso i suoli.

Ci sono stati molti studi che valutano il rischio del trasporto di fosforo, come l'erosione e il deflusso superficiale, perché queste perdite sono facilmente visibili. Sono stati condotti meno studi sui contributi del fosforo del sottosuolo alle acque di drenaggio, che sono più difficili da tracciare perché si verificano sotto terra e ci sono meno strumenti per studiare queste perdite.

"Puoi raccogliere il deflusso alla fine del campo e sapere cosa è successo su quella superficie terrestre, " ha detto Shober. "È più difficile identificare da dove provenga l'acqua che si muove attraverso la rete di fossati. Il drenaggio dell'acqua dai campi avviene nel sottosuolo, e gli scarichi da più campi si mescolano mentre l'acqua si muove attraverso la rete di fossati. Per non parlare del fatto che la pioggia che viene depositata direttamente nel fossato, e anche il flusso terrestre, può anche contribuire al flusso del fossato".

Per studiare meglio le fonti e il trasporto di fosforo nel sottosuolo, i ricercatori hanno iniziato a esaminare i dati del suolo per determinare se i modelli di indice di fosforo esistenti in precedenza erano in grado di prevedere con precisione le fonti e il trasporto di fosforo nel sottosuolo. Hanno scoperto che i modelli idrologici preesistenti per valutare il fosforo sotto la superficie erano inadeguati quando si trattava di valutare piatto, aree drenate artificialmente come quelle che si trovano nella pianura costiera del Medio Atlantico.

Per i paesaggi pianeggianti, i modelli idrologici non hanno funzionato perché necessitano di pendenza e si basano sulla topografia. Poiché la pianura costiera del Medio Atlantico non ha molti deflussi superficiali ma ha invece molti deflussi sotterranei, i modelli calcolavano per problemi per i quali il modello non era stato progettato.

"Non ci sono molti studi, soprattutto nella nostra regione dove è pianeggiante e c'è molto drenaggio dei fossi, quindi non possiamo calibrare e verificare i nostri indici di fosforo per le perdite di fosforo nel sottosuolo, " ha detto Shober. "Abbiamo iniziato a cercare di vedere se potevamo usare i dati del suolo per determinare se stavamo andando nella giusta direzione. Se vedessimo davvero un alto rischio di fosforo in luoghi in cui questo indice sta identificando elevate perdite nel sottosuolo".

Shober ha affermato che i ricercatori sono stati in grado di condurre questo studio utilizzando terreni precedentemente raccolti, che possono essere conservati per lunghi periodi di tempo e contengono ancora fosforo misurabile.

Utilizzando una libreria di carote di suolo che gli autori avevano raccolto a diverse profondità da tutta la penisola di Delmarva e utilizzando i dati raccolti da Sims e Andres, i ricercatori hanno calcolato il rischio di perdita di fosforo nel sottosuolo utilizzando cinque indici di fosforo. Hanno esaminato i punteggi dell'indice di fosforo senza prendere in considerazione alcuna applicazione di letame, occupandosi solo dei contributi dell'eredità del fosforo.

"Per il nostro indice, abbiamo eliminato le cose che non eravamo interessati a guardare, quindi alla fine abbiamo ottenuto un punteggio che riteniamo fosse solo per questo rischio sotto la superficie, " ha detto Shober. "Volevamo dire, 'OK, qual è il rischio intrinseco di perdite sotterranee di fosforo che c'era nel terreno?'"

Una volta ottenuti quei numeri, hanno esaminato il fosforo estraibile dall'acqua alla profondità della falda freatica stagionale e hanno correlato i dati per vedere la relazione.

Per trovare il fosforo estraibile dall'acqua, i ricercatori hanno preso una piccola quantità di terreno e un po' di acqua deionizzata e li hanno scossi per un'ora e hanno misurato quanto fosforo è uscito dal terreno.

"Se il punteggio del sottosuolo dell'indice di fosforo era basso e il fosforo estraibile dall'acqua nel suolo alla profondità della falda freatica era basso, ci aspetteremmo un basso rischio di perdite di fosforo nel sottosuolo. Così, in definitiva, volevamo vedere i punteggi aumentare in modo lineare o esponenziale all'aumentare del fosforo estraibile dall'acqua del suolo - maggiore è il punteggio di rischio, più alto dovrebbe essere il livello di fosforo estraibile dall'acqua, " disse Shober.

Il calcolo che utilizza le concentrazioni di fosforo estraibile dall'acqua a profondità corrispondenti alla falda freatica stagionale potrebbe fungere da proxy realistico per le perdite sotterranee nel drenaggio dei fossi e come metrica preziosa che offre informazioni provvisorie sulla direzionalità dei punteggi di rischio di fosforo nel sottosuolo quando i dati sulla qualità dell'acqua sono inaccessibile.

Tutto ciò contribuirà a migliorare il monitoraggio e la modellizzazione delle perdite di fosforo nel sottosuolo e ad aumentare il rigore delle valutazioni dell'indice di fosforo, Shober ha detto, aggiungendo, "Speriamo che questo sia qualcosa che le persone possano fare per andare avanti con la nostra comprensione della perdita di fosforo nel sottosuolo. Alla fine, abbiamo finito per apportare alcune piccole modifiche sia allo strumento di gestione del fosforo del Maryland (PMT) che allo strumento di valutazione della perdita di fosforo della Carolina del Nord (PLAT) che li ha resi più appropriati rispetto al nostro set di dati sui suoli".