Extreme Regenfälle erhöhen den Nährstoffabfluss aus der Landwirtschaft. Erhaltungsstrategien können helfen

Nährstoffabflüsse aus der landwirtschaftlichen Produktion sind eine erhebliche Quelle der Wasserverschmutzung in den USA, und der Klimawandel, der zu extremen Wetterereignissen führt, wird das Problem wahrscheinlich noch verschärfen. A neue Studie von der University of Illinois Urbana-Champaign untersucht, wie sich extreme Regenfälle auf den Abfluss auswirken, und schlägt mögliche Strategien zur Schadensbegrenzung vor.

Die Forschung wird im veröffentlicht Zeitschrift der Agricultural and Applied Economics Association.

„Wir betrachten mehr als ein Jahrzehnt Niederschlagsereignisse im Bundesstaat Wisconsin und quantifizieren den Anstieg des Nährstoffabflusses rund um das Ereignis und am Ende der Vegetationsperiode. Klimamodelle sagen voraus, dass wir weiterhin einen Anstieg extremer Ereignisse erleben werden.“ Ereignisse, und unsere Arbeiten sprechen für den herausfordernden Zusammenhang zwischen Nährstoffverbrauch und Wasserqualität“, sagte Marin Skidmore, Assistenzprofessorin in der Abteilung für Agrar- und Verbraucherökonomie, Teil des College of Agricultural, Consumer and Environmental Sciences (ACES) an der U. von I. Skidmore ist Hauptautor der Studie zusammen mit den Co-Autoren Jeremy Foltz von der University of Wisconsin-Madison und Tihitina Andarge von der University of Massachusetts-Amherst.

„Unser Fokus auf einen einzelnen Staat ermöglicht es uns, die Standorte und Praktiken landwirtschaftlicher Betriebe genau zu messen und gleichzeitig die landesweite Regulierung auf eine Weise konstant zu halten, die in einer nationalen Studie schwierig wäre“, fügte Skidmore hinzu.

Viehmist und Pflanzendünger sind die Hauptursachen für die Verschmutzung aus nichtpunktuellen Quellen durch die Landwirtschaft. Wisconsin verfügt über eine große Milchindustrie, in der die meisten landwirtschaftlichen Betriebe unter der bundesstaatlichen Definition von konzentrierten Tierfütterungsbetrieben (CAFOs) liegen und daher nicht durch den Clean Water Act reguliert werden. Stattdessen unterliegen sie einem Flickenteppich lokaler Vorschriften.

Die Forscher untersuchten die Wasserqualität in fast 50 Wassereinzugsgebieten in Wisconsin von 2008 bis 2020. Sie korrelierten die Ammoniak- und Phosphorkonzentrationsdaten des Water Quality Portal mit dem Standort von Viehfarmen und Anbauflächen und bestimmten den Nährstoffgehalt nach einem halben Zoll, 1 Zoll und 2 Zoll Niederschlag.

Sie fanden unmittelbar nach extremen Niederschlagsereignissen Spitzen in der Nährstoffkonzentration, und der Effekt verstärkte sich mit der Niederschlagsmenge. Beispielsweise war der Ammoniakgehalt innerhalb von fünf Tagen nach einem Zentimeter Niederschlag um 49 % und der Phosphorgehalt um 24 % höher. Wenn es in einem Monat mindestens einen Tag mit mehr als einem Zoll Niederschlag gab, war der monatliche Ammoniakgehalt um 28 % und der monatliche Phosphorgehalt um 15 % höher.

„Wir beobachten eine signifikante Wechselwirkung zwischen Niederschlag, landwirtschaftlicher Produktion und Abfluss. Es handelt sich nicht nur um einen kurzfristigen Anstieg des Nährstoffgehalts; am Ende der Saison sehen wir immer noch einen anhaltenden Anstieg von Phosphor und Ammoniak, der auf diese extremen Niederschlagsereignisse zurückzuführen ist.“ Monate zuvor“, erklärte Skidmore.

Die Forscher fanden jedoch heraus, dass landwirtschaftliche Bewirtschaftungspraktiken dazu beitragen können, die Auswirkungen abzumildern.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass im Winter gepflanzte Zwischenfrüchte die Menge an Nährstoffen im Wasser senken können. Gebiete mit Zwischenfrüchten weisen deutlich geringere Ammoniak- und Phosphorspitzen auf, und der Effekt hält bis zum Ende der Vegetationsperiode an. Wir wissen bereits, dass Deckfrüchte vorhanden sind.“ „Pflanzen eignen sich hervorragend für Böden und das Nährstoffmanagement, aber dies ist ein zusätzlicher empirischer Beweis, der zeigt, dass Zwischenfrüchte klimafreundliche Praktiken sind, die der Landwirtschaft helfen können, für die Zukunft widerstandsfähig zu sein“, sagte Skidmore.

Die Forscher beobachteten auch das Vorhandensein von Altnährstoffen, die durch landwirtschaftliche Praktiken vor Jahrzehnten oder sogar Jahrhunderten zurückgeblieben sind.

„Es gibt einen direkten Einfluss extremer Niederschläge auf den Abfluss, der durch aktuelle Aktivitäten nicht erklärt werden kann. Wir führen dies auf sedimentierte Nährstoffe zurück, die aus früheren Aktivitäten im Boden verbleiben“, bemerkte Skidmore. „Eine der besten Möglichkeiten, mit Altnährstoffen umzugehen, besteht darin, dafür zu sorgen, dass die Böden gesund sind. Durch die Verhinderung von Bodenerosion bleiben die Altnährstoffe im Boden und bleiben vom Oberflächenwasser fern. Diese Erkenntnisse unterstützen zusätzlich den Einsatz von Bewirtschaftungspraktiken wie der konservierenden Bodenbearbeitung.“ , vegetative Pufferstreifen und Zwischenfrüchte.“

Die Wassereinzugsgebiete von Wisconsin speisen in die beiden größten Flusssysteme Nordamerikas, den Mississippi und die Great Lakes/St. Lawrence. Nährstoffbelastungen können akute lokale Auswirkungen haben, wie zum Beispiel Grünalgenblüten, die für Mensch und Tier giftig sein können. Wenn Menschen Freizeitaktivitäten wie Schwimmen oder Angeln nicht genießen können, führt das zu Verlusten für die lokale Wirtschaft. Darüber hinaus setzen sich die Auswirkungen flussabwärts entlang des Mississippi bis in den Golf von Mexiko fort, wo Nährstoffe zu einer wachsenden Totzone beitragen.

Die Suche nach Lösungen für den Umgang mit der Nährstoffverschmutzung kommt der Umwelt und der Gesellschaft im Allgemeinen zugute, so Skidmore.

„Erhaltungsstrategien sind für die Produzenten nicht unbedingt kosteneffektiv, daher müssen wir sicherstellen, dass es Richtlinien gibt, die ihre Umsetzung unterstützen. Während wir uns dem nächsten Agrargesetz nähern, gibt es Diskussionen darüber, wie Mittel aus dem Inflation Reduction Act dafür bereitgestellt werden sollen.“ „Klimaintelligente und umweltschonende Agrarpraktiken. Es ist wichtig, dass solche Praktiken weiterhin gefördert werden, damit Landwirte diese Vorteile für uns alle ermöglichen können“, schloss sie.