Динамика азотных удобрений в корневой зоне

Загрязнение грунтовых вод нитратами из-за применения азотных удобрений — серьёзная проблема для многих регионов Европы. Расчёты международной группы учёных под руководством Центра экологических исследований им. Гельмгольца (UFZ) показали, что в течение как минимум четырёх месяцев в году на примерно трёх четвертях сельскохозяйственных земель Европы существует риск вымывания нитратов в грунтовые и поверхностные воды. Таким образом, доля территорий, подверженных риску выщелачивания нитратов, почти вдвое превышает предыдущие оценки.

Судьба внесённого с удобрениями азота — будет ли он вымыт в виде нитрата или денитрифицирован (преобразован в молекулярный азот и оксиды азота) — во многом зависит от сложных процессов в почве. Исследователи UFZ и их американские коллеги под руководством гидролога доктора Рохини Кумара детально проанализировали эти процессы, сосредоточив внимание на гидрологических и биогеохимических изменениях в корневой зоне (верхний метровый слой почвы). Эта зона действует как ключевой фильтр между поверхностью и более глубокими слоями.

До сих пор уязвимость сельхозугодий к выщелачиванию нитратов оценивалась с помощью статических данных о землепользовании, почвах, топографии, средних значениях осадков и уровня грунтовых вод, без учёта их временной изменчивости. В новом исследовании учёные применили динамический подход, объединив гидрологическую модель mHM с расчётами ежедневных изменений влажности почвы и содержания нитратов в корневой зоне. Это позволило смоделировать динамику процессов по всей Европе с дневным разрешением за последние 65 лет.

«Поскольку пространственно-временная динамика транспорта воды ранее не учитывалась при оценке уязвимых к нитратам зон, пространственная протяжённость таких территорий сильно недооценивалась», — заключает соавтор работы, гидрогеолог UFZ доктор Андреас Мусольфф. К таким территориям, в частности, относятся районы на востоке и северо-востоке Германии, Пиренейский полуостров и некоторые страны Восточной Европы.

По мнению учёных, новые данные могут помочь в более точном управлении рисками, связанными с применением азота в сельском хозяйстве. Фермеры смогут точнее корректировать графики внесения удобрений, минимизируя содержание нитратов в почве в критические периоды. «Это исследование, сфокусированное на почвенной зоне, — отправная точка для комплексной оценки риска нитратной нагрузки на грунтовые и поверхностные воды. За ним последуют дальнейшие работы по транспорту и денитрификации в подпочве, грунтовых водах и поверхностных водоёмах», — говорит доктор Рохини Кумар.