Il 6 giugno 2018, il Center for Limnology ha riferito che una fioritura di alghe tossiche aveva iniziato a diffondersi sul lago Mendota. Ha portato rapidamente alla chiusura delle spiagge intorno al lago più grande di Madison.

Ha coinciso anche con il lancio di un nuovo, sforzo di quattro anni da Dane County, chiamato Succhiare il letame, progettato per succhiare letteralmente un secolo di fosforo da 33 miglia di ruscelli che alimentano i laghi della contea.

Fosforo, un nutriente presente nel letame applicato ai campi agricoli, si fa strada verso le acque del Wisconsin (e corsi d'acqua altrove) nel deflusso dopo le tempeste di pioggia. Quando il tempo è caldo, può portare all'acqua maleodorante e alle fioriture di alghe tossiche che affliggono laghi come Mendota, che si trova in un paesaggio agricolo.

Questo ballottaggio potrebbe peggiorare, secondo un recente studio dei ricercatori del Water Sustainability and Climate Project dell'Università del Wisconsin-Madison. Con un clima che cambia, la frequenza degli eventi di pioggia ad alta intensità è in aumento. Queste tempeste portano forti piogge in un breve periodo di tempo e aggravano il deflusso di fosforo dai campi agricoli ricoperti di letame, più di quanto gli scienziati si aspettassero.

"Entrambe le cose sono negative per la qualità dell'acqua:troppo letame fa male e troppe tempeste intense fanno male, pure, " dice l'autore principale dello studio in Lettere di ricerca ambientale , Melissa Motew. "Questa è una storia su come un problema ne aggrava davvero un altro".

Infatti, la fioritura algale del Lago Mendota è arrivata sulla scia del secondo maggio più piovoso nella storia registrata di Madison, e il suo ottavo più caldo. Il National Weather Service ha riferito che maggio 2018 è stato il più piovoso mai registrato per gli Stati Uniti contigui.

Ma Motew non ha iniziato chiedendo come le tempeste e il letame interagiscono sinergicamente per influenzare la qualità dell'acqua. È stato durante lo studio del vecchio fosforo nei suoli – l'accumulo del nutriente nel tempo – che lei e il team di ricerca hanno notato qualcosa di interessante nei dati.

"Sapevamo che le forti piogge trasportano molto fosforo fuori da un campo e nel 2014 (co-autore Stephen Carpenter, professore emerito e direttore del CFL) ha scoperto che un numero relativamente piccolo di eventi piovosi ogni anno forniva la maggior parte del fosforo ai laghi, " spiega. "Ci è capitato di notare che sembrava che quando avevamo periodi di forti piogge vedessimo una qualità dell'acqua peggiore di quanto ci aspettassimo. Ci ha spinto a creare questo studio".

Il cambiamento climatico sta portando piogge più intense negli Stati Uniti, soprattutto nel Midwest e nel Nordest. Lo studio del 2014 di Carpenter e colleghi ha mostrato che il 74% del carico di fosforo nel Lago Mendota viene ora consegnato in soli 29 giorni all'anno, e uno studio del 2016 condotto da scienziati della Marylhurst University in Oregon e UW-Madison ha mostrato che le precipitazioni annuali nello spartiacque Yahara, che comprende il Lago Mendota, aumentato di 2,1 mm ogni anno tra il 1930 e il 2010.

Ciò equivale a un aumento di circa sette pollici di pioggia aggiuntiva oggi, Motew spiega. Lo stesso studio ha anche mostrato che mentre la frequenza dei grandi eventi di tempesta nella regione era in media di 9,5 eventi per decennio tra il 1930 e il 1990, tra il 1991 e il 2010, il numero di grandi eventi temporaleschi è quasi raddoppiato, raggiungendo 18 eventi per decennio.

Utilizzando modelli di simulazione, Motew e il team di studio hanno chiesto come eventi di pioggia più estremi potrebbero interagire con la fornitura di fosforo di fertilizzante e letame sui terreni coltivati ​​per influenzare il deflusso a livello di un singolo lago e dei corsi d'acqua che lo alimentano. Questo è, cosa succede quando una determinata quantità di pioggia cade su un campo nel corso di due ore invece di 24 ore?

"Il modello ci consente di ingrandire e fare osservazioni interessanti dalla scala di un campo all'intero spartiacque, " dice. "I modelli ci permettono di entrare e studiare il processo di come si muove il fosforo in grande dettaglio."

Utilizzando due scenari climatici di 60 anni, uno che assumeva precipitazioni giornaliere, temperature massime e minime, velocità del vento, umidità relativa e radiazione solare simili agli attuali valori medi annuali a Madison, e un altro ipotizzando eventi di pioggia più estremi, Il modello di Motew ha esplorato cosa succede alle concentrazioni di fosforo nel lago Mendota e nei suoi affluenti in condizioni di precipitazioni di bassa e alta intensità.

Ha preso in considerazione le pratiche di vita reale degli agricoltori nel bacino idrografico, comprese le loro tipiche applicazioni di fertilizzanti e letame e le pratiche di lavorazione del terreno, la quantità di fosforo già immagazzinata negli strati superficiali del suolo, e la composizione del terreno intorno al Lago Mendota. Più della metà del terreno che lo circonda è agricolo.

Motew ha scoperto che il fosforo disciolto, del tipo che si trova nel letame, rispetto ad altri fertilizzanti e a quello che si trova nel suolo, combinato sinergicamente con eventi di pioggia intensa per aumentare la quantità di fosforo che scorre nel Lago Mendota e nei suoi corsi d'acqua.

"Questo ci espone a un rischio ancora maggiore di peggiorare la qualità dell'acqua, "dice Christopher Kucharik, co-autore dello studio ed ex consulente laureato di Motew. "Questo risultato ha anche implicazioni di vasta portata perché la relazione sinergica sarà probabilmente presente in molti bacini idrografici agricoli in tutto il mondo, dove coesistono bestiame e acque superficiali”.

Il fosforo è un nutriente fondamentale per gli organismi viventi come le colture. Ma cosa fa sulla terra, lo fa anche in acqua:favorisce la crescita di organismi come piante e alghe. Quando muoiono, questi organismi cadono sul fondo di un corso d'acqua interessato, decomposizione e consumo di ossigeno. Questo uccide la fauna selvatica e incoraggia la crescita di cianobatteri, l'organismo dietro le fioriture di alghe tossiche. In alcune parti del paese, può portare a zone morte, come nel Golfo del Messico.

Gli agricoltori nella contea di Dane e altrove stanno già applicando meno letame e lo fanno in modo più preciso, Motew dice, ed è fiduciosa che queste strategie aiuteranno a ridurre il deflusso di fosforo dai loro terreni coltivati.

Motew, che ora è ricercatore presso The Nature Conservancy, ritiene inoltre che gli agricoltori dovrebbero essere parte dei continui sforzi per migliorare la qualità dell'acqua. "Dobbiamo collaborare di più con gli agricoltori in modo da poter non solo migliorare la nostra ricerca utilizzando dati migliori, ma così possiamo lavorare insieme e costruire sulle loro idee, anche." dice. "Conoscono i problemi da vicino e personalmente e possono fornire intuizioni che non abbiamo considerato. Noi scienziati possiamo aiutare a esplorare dove queste intuizioni possono portare".

Motew aggiunge:"Gli agricoltori sono la chiave per risolvere il problema, anche se spesso vengono incolpati. Dobbiamo tutti assumerci la responsabilità del nostro sistema alimentare e trovare modi per supportare gli agricoltori in una migliore gestione del letame".