Новое исследование, проведенное учеными из Колледжа сельскохозяйственных наук Пенсильванского государственного университета, показывает, что внесение навоза на посевные поля с помощью мелкого дискового впрыска в почву, а не традиционного поверхностного разбрасывания, значительно снижает эстрогены в поверхностных стоках. Это открытие предполагает, что методы внесения навоза можно использовать для контроля мобилизационного потенциала эстрогенов, и указывает на возможности для защиты качества воды ниже по течению.В исследовании, опубликованном в этом месяце в журнале «Сельское хозяйство, экосистемы и окружающая среда», также изучалось, 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 внесения.Более ранние результаты исследования, которое проводилось с октября 2014 года по лето 2015 года, были опубликованы в Journal of Environmental Quality в ноябре 2016 года. В ходе исследования были отобраны 10 случаев поверхностного стока с 12 исследовательских площадок — по шесть с каждым методом внесения — после осеннего внесения навоза.Внесение навоза домашнего скота на сельскохозяйственных полях обеспечивает необходимые питательные вещества для сельскохозяйственных культур и добавляет в почвы органические вещества.
Однако, по словам Хизер Галл, доцента сельскохозяйственной и биологической инженерии, навоз также вносит в окружающую среду новые загрязнители, в том числе природные эстрогены 17-альфа-эстрадиол, 17-бета-эстрадиол, эстрон и эстриол.vИсследователи использовали навоз молочного скота, но эстрогены являются компонентом отходов не только молочного животноводства, 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, такие как этинилэстрадиол, активный ингредиент противозачаточных таблеток, или синтетические андрогены, такие как тренболон, часто вводимые в виде ушных имплантатов мясному скоту.Многие факторы влияют на судьбу и перенос этих переносимых навозом гормонов, объяснила ведущий исследователь Одетт Мина, недавно получившая докторскую степень в области сельскохозяйственной и биологической инженерии, включая тип применяемого навоза, скорость и время внесения, метод и историю внесения. применение, 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 закачки в неглубокий диск для снижения транспорта фосфора и нитратов в поверхностных стоках по сравнению с наземной трансляцией. Наши исследования продемонстрировали значительное снижение транспорта эстрогена в стоках с неглубоких участков закачки с дисками по сравнению с поверхностными трансляциями».Мина подошла к исследованию неортодоксальным образом.
Она получила степень бакалавра по химии более двух десятилетий назад, степень магистра делового администрирования и более 20 лет работала в области инженерного консультирования, прежде чем в 2010 году решила получить ученую степень в области инженерии. Она получила степень магистра экологической инженерии в Университете штата Пенсильвания в Гаррисбурге и присоединилась к лаборатории Галла в 2013 году.Это исследование проводилось на участках фермы Кеплер, расположенных в Центре сельскохозяйственных исследований Рассела Э. Ларсона в Рок-Спрингс, недалеко от кампуса Университета Пенсильвании.
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 скорость поверхностного стока и позволяют исследователям собирать взвешенные по потоку пробы для анализа содержания питательных веществ и загрязняющих веществ в стоке.Мина отметила, что исследователи увидели разительную разницу между нагрузкой эстрогена и концентрацией в стоке после выпадения осадков.
Когда в почву вносили навоз, вероятность того, что эстрогены покидают поле, значительно снизилась. «У нас был дождь, который произошел через два дня после внесения навоза — это был не большой дождь, типичный шторм, который можно ожидать каждый год — и он вызвал действительно большое движение эстрогенов, углерода и фосфора. с участков наземного вещания ", — сказала она.«Но того же самого события было недостаточно, чтобы даже вызвать сток с участков, которые подверглись неглубокой дисковой инъекции навоза. Этот первый смыв смыл действительно высокие концентрации фосфора и эстрогенов по сравнению со всем остальным исследованием, но не было ничего из этого. графики закачки в мелкий диск ".
На небольших молочных фермах, типичных для средней части Атлантического океана США, навоз чаще всего вносится весной и осенью, но внесение навоза может происходить круглый год, хотя некоторые штаты ограничивают или запрещают внесение зимних удобрений. Навоз обычно применяется для кукурузы, хотя другие культуры также получают навоз, в том числе бобовые.Галл отметил, что внедрение мелкодисперсного внесения навоза среди фермеров происходит медленно, что в основном связано с высокой стоимостью нового оборудования для внесения навоза.
Но этот метод совместим с земледелием с нулевой обработкой почвы и имеет дополнительное преимущество, заключающееся в уменьшении запаха.Прежде чем она сможет рекомендовать всем фермерам перейти на инъекционный навоз, Галл намеревается провести дополнительные исследования. В последующем исследовании, которое сейчас планируется, она хочет убедиться, что предотвращение попадания эстрогенов в поверхностный сток не приведет к вымыванию загрязняющих веществ в грунтовые воды.
«Потенциально могут быть некоторые компромиссы с качеством грунтовых вод, поэтому, делая закачку в неглубокий диск, вы можете способствовать большей потере питательных веществ и эстрогенов в грунтовые воды, что, возможно, вызывает локальные опасения у людей, забирающих воду из колодцев», — сказал Галл.«Однако, по крайней мере, с точки зрения поверхностного стока, результаты показывают, что закачка в неглубокий диск может быть жизнеспособным вариантом для уменьшения переноса питательных веществ и эстрогена в поверхностные водоемы, такие как река Саскуэханна и Чесапикский залив».