Снижение содержания нитратов и фосфора в реке Миссисипи на 45 процентов — это окончательная рекомендация Агентства по охране окружающей среды США. Это поможет уменьшить размер сезонной гипоксической зоны, или «мертвой зоны», создаваемой в Мексиканском заливе, когда нитраты в притоках, таких как река Иллинойс, впадают в реку Миссисипи и спускаются в залив. Иллинойс разработал стратегии для достижения этих сокращений, описанных в Стратегии снижения потерь питательных веществ штата Иллинойс. Другие штаты Среднего Запада разработали аналогичные стратегии.
«Недавнее сокращение нитратной нагрузки в реке Иллинойс является многообещающим признаком», — говорит Грег МакАйзак, исследователь из Университета I и ведущий автор исследования. Исследование было завершено в октябре прошлого года, до того, как стали доступны данные за 2015 год. «Теперь, когда эти данные доступны, мы знаем, что нитратная нагрузка реки Иллинойс с 2011 по 2015 год была на 15 процентов ниже, чем нагрузка, измеренная в базовый период с 1980 по 1996 год. Это 15-процентное снижение является важной вехой, которую штат надеялся достичь. для всех рек к 2025 году », — говорит он.
Помимо изучения тенденций в нагрузках и концентрациях нитратов в реке Иллинойс с 1976 по 2014 год, авторы попытались определить причины изменений в нагрузках и концентрациях. Одним из возможных источников изменений был нитрат в очищенных сточных водах, сбрасываемых в реку Иллинойс округом мелиорации воды Большого Чикаго с 1983 по 2014 год. Авторы также использовали годовые отчеты о продажах удобрений, поголовье скота и урожайности для расчета остаточного азота в сельском хозяйстве. на каждый год, то есть азот, доступный для сельскохозяйственных культур в виде удобрений, навоза и биологической фиксации, но не абсорбированный урожаем и не собранный в зерне.
«Значительная часть этого остаточного азота остается в почве в виде нитратов и может смываться в реку, в первую очередь через грунтовые воды и подземные дренажные плитки на сельскохозяйственных полях», — говорит МакАйзак.Марк Дэвид, биогеохимик из Университета I и соавтор исследования, говорит, что остаточный азот в сельском хозяйстве был самым высоким в конце 1980-х годов после сильной засухи и низких урожаев кукурузы в 1988 году.
«Примерно с 1990 года остаточный сельскохозяйственный азот начал снижаться, скорее всего, из-за улучшения управления удобрениями и повышения урожайности кукурузы. С 1980 года количество проданных азотных удобрений в водоразделе оставалось относительно постоянным, но урожайность кукурузы увеличилась примерно на 50 процентов, "- говорит Дэвид. «Это означает, что больше внесенных азотных удобрений было поглощено кукурузой и собрано вместе с зерном, и меньше было оставлено в почве или смыто рекой».В результате анализа данных команда обнаружила, что годовая нагрузка по нитратам в значительной степени коррелировала с речным стоком, сбросом нитратов в сточные воды Чикаго и остаточным сельскохозяйственным азотом в среднем за шестилетний период.
Концентрации нитратов — средний вес нитратов в типичном галлоне речной воды — также коррелировали с остаточным сельскохозяйственным азотом и сбросом нитратов из Чикаго, но не с речным стоком.Другой соавтор исследования, биостатист из Университета I Джордж Гертнер, осторожно относится к результатам. «Хотя обнаруженные нами корреляции являются статистически значимыми, они не являются окончательным доказательством того, что сокращение остаточного сельскохозяйственного азота или сброса нитратов из Чикаго вызвало изменения в концентрациях нитратов или нагрузки в реке.
Однако результаты убедительно свидетельствуют о наличии связи. "На содержание нитратов сильно влияют осадки и речной сток, который может быть очень неустойчивым. «Обнадеживает то, что концентрация нитратов снизилась в последние годы, несмотря на более высокий, чем средний речной сток. Пятилетний средний речной сток с 2007 по 2011 год был самым высоким с момента начала измерений в 1939 году», — говорит МакАйзак.
С другой стороны, концентрация нитратов снижалась более последовательно примерно с 1990 года, который был периодом высоких концентраций. Причина расхождения между концентрацией нитратов и нагрузкой, объясняет Мак-Айзак, заключается в том, что нагрузка является продуктом концентрации и речного стока, и на сток сильно влияют осадки, а на концентрации — нет. Более высокие потоки позволяют реке переносить больше фунтов нитратов, но это не обязательно влияет на их концентрацию.
По мнению исследователей, будет ли в будущем снижаться концентрация нитратов и нагрузка на них, зависит от нескольких факторов. «Если годовой речной сток вернется к своим средним значениям 1976–2005 годов, и если эффективность азотных удобрений останется высокой или продолжит улучшаться, вероятно, произойдет снижение нагрузки по нитратам в реке Иллинойс», — объясняет Дэвид. «С другой стороны, если речной сток останется высоким, что может быть следствием изменения климата, достижение целей по сокращению нитратов, вероятно, потребует больше усилий по сохранению, чем первоначально предполагалось».