Con la calidad del agua en la bahía de Chesapeake que sufre de un exceso de nutrientes y las poblaciones de peces en ríos como el Susquehanna experimentan sesgos de género y otras anomalías reproductivas, comprender cómo minimizar la escorrentía de nutrientes y compuestos que alteran el sistema endocrino de los campos agrícolas después de la aplicación de estiércol es un objetivo fundamental para la agricultura.

Un nuevo estudio realizado por investigadores de la Facultad de Ciencias Agrícolas de Penn State muestra que la aplicación de estiércol a los campos de cultivo mediante la inyección de un disco poco profundo en el suelo en lugar de la difusión superficial tradicional reduce significativamente los estrógenos en la escorrentía superficial. Este hallazgo sugiere que los métodos de aplicación de estiércol pueden usarse para controlar el potencial de movilización de estrógenos y apunta a oportunidades para proteger la calidad del agua corriente abajo.

La investigación, publicado este mes en Agricultura, Ecosistemas y medio ambiente , También investigó cómo los métodos de aplicación de estiércol afectaban la escorrentía de fósforo total disuelto y carbono orgánico disuelto. Los investigadores encontraron que las tasas de transporte de esos nutrientes, en menor grado, también fueron más bajos después de la inyección de estiércol que después de la aplicación en superficie.

Hallazgos anteriores del estudio, que se llevó a cabo desde octubre de 2014 hasta el verano de 2015, fueron publicados en el Revista de Calidad Ambiental en noviembre de 2016. La investigación muestreó 10 eventos de escorrentía superficial de 12 parcelas de investigación, seis con cada método de aplicación, después de la aplicación de estiércol en el otoño.

La aplicación de estiércol de ganado en los campos agrícolas proporciona nutrientes esenciales para los cultivos y agrega materia orgánica a los suelos. Sin embargo, el estiércol también introduce contaminantes emergentes al medio ambiente, incluyendo los estrógenos naturales 17 alfa-estradiol, 17 beta-estradiol, estrona y estriol, según Heather Gall, profesor asistente de ingeniería agrícola y biológica.

vLos investigadores utilizaron estiércol de ganado lechero, pero los estrógenos son un componente en el flujo de desechos no solo de los lácteos, sino todo ganado y seres humanos. Aunque este estudio se centró en los estrógenos naturales ubicuos, Los estrógenos sintéticos también pueden afectar la calidad del agua. como el etinilestradiol, el ingrediente activo de las píldoras anticonceptivas o andrógenos sintéticos como la trembolona, a menudo se administra como implantes de orejas al ganado de carne.

Muchos factores influyen en el destino y el transporte de estas hormonas transmitidas por el estiércol, explicó la investigadora principal Odette Mina, un recién graduado de doctorado en ingeniería agrícola y biológica, incluido el tipo de estiércol aplicado, la tasa y el momento de la aplicación, el método y el historial de aplicación, así como impulsores naturales como los procesos hidrológicos y los ciclos biogeoquímicos.

"El método de aplicación de abono animal puede influir en la disponibilidad de nutrientes y estrógenos para el agua de escorrentía, ", dijo Mina." Varios estudios han demostrado los beneficios potenciales de la inyección de disco poco profundo para reducir el transporte de fósforo y nitrato en la escorrentía superficial en comparación con la difusión de superficie. Nuestra investigación demostró una reducción significativa del transporte de estrógenos en la escorrentía de las parcelas de inyección de disco poco profundas en relación con las parcelas de difusión de superficie ".

Mina llegó a la investigación de una manera poco ortodoxa. Obtuvo su licenciatura en química hace más de dos décadas, una maestría en administración de empresas, y había trabajado en ingeniería de consultoría durante más de 20 años antes de que decidiera en 2010 obtener un título de posgrado en ingeniería. Obtuvo una maestría en ingeniería ambiental en Penn State Harrisburg y se unió al laboratorio de Gall en 2013.

Esta investigación se llevó a cabo en las parcelas de Kepler Farm ubicadas en el Centro de Investigación Agrícola Russell E. Larson en Rock Springs, cerca del campus de Penn State's University Park. El sitio consta de 12 parcelas hidrológicamente aisladas que dirigen la escorrentía superficial de cada parcela pendiente abajo a través de tuberías de PVC a las cabañas cercanas a las parcelas. Las cabañas están equipadas con cubos basculantes que miden la tasa de flujo de la escorrentía superficial y permiten a los investigadores recolectar muestras ponderadas por flujo para analizar los nutrientes y contaminantes en la escorrentía.

Los investigadores vieron una notable diferencia entre las cargas de estrógeno y las concentraciones en la escorrentía después de los eventos de precipitación, Mina señaló. Cuando se inyecta estiércol en el suelo, era mucho menos probable que los estrógenos abandonaran el campo. "Tuvimos un evento de lluvia que ocurrió dos días después de que se aplicó el estiércol; no fue un gran evento de lluvia, una tormenta típica que se esperaría cada año, y causó un gran movimiento de estrógenos, carbono y fósforo de las parcelas de difusión superficial, " ella dijo.

"Pero ese mismo evento no fue suficiente para desencadenar la escorrentía de las parcelas que se habían sometido a una inyección de estiércol en un disco poco profundo. Esa primera descarga eliminó concentraciones realmente altas de fósforo y estrógenos en relación con todo el resto del estudio, pero no hubo nada de las parcelas de inyección de disco poco profundo ".

En pequeñas granjas lecheras típicas del Atlántico medio de EE. UU., el estiércol se aplica con mayor frecuencia en primavera y otoño, pero la aplicación de estiércol puede ocurrir durante todo el año, aunque algunos estados restringen o prohíben las aplicaciones de estiércol de invierno. El estiércol se aplica generalmente a los cultivos de maíz, aunque otros cultivos también reciben estiércol, incluidas las legumbres.

La adopción de la inyección de estiércol de disco poco profundo entre los agricultores ha sido lenta, Gall señaló, y eso se debe principalmente al alto costo de los nuevos equipos de inyección. Pero el método es compatible con la agricultura sin labranza y tiene el beneficio adicional de causar menos olor.

Antes de que pueda recomendar a todos los agricultores la transición a la inyección de estiércol, Gall tiene la intención de hacer más investigaciones. En un estudio de seguimiento que se está planificando ahora, ella quiere asegurarse de que mantener los estrógenos fuera de la escorrentía superficial no resulte en que los contaminantes se filtren en el agua subterránea.

"Potencialmente podría haber algunas compensaciones con la calidad del agua subterránea, por lo tanto, al realizar la inyección de disco poco profundo, podría promover una mayor pérdida de nutrientes y estrógenos en el agua subterránea, quizás causando preocupaciones localizadas para las personas que extraen el agua de los pozos, "Dijo Gall.

"Sin embargo, al menos desde la perspectiva de la escorrentía superficial, Los resultados sugieren que la inyección de disco poco profundo podría ser una opción viable para reducir el transporte de nutrientes y estrógenos a los cuerpos de agua superficiales. como el río Susquehanna y la bahía de Chesapeake ".