Phosphorus loss from land to water: integrating agricultural and environmental management

Resumo

O fósforo (P), um nutriente essencial para a produção agrícola e animal, pode acelerar a eutrofização da água doce, atualmente uma das formas mais onipresentes de comprometimento da qualidade da água no mundo desenvolvido. Os surtos repetidos de proliferação de algas nocivas (por exemplo, cianobactérias e Pfiesteria) aumentaram a conscientização da sociedade sobre a eutrofização e a necessidade de soluções. A agricultura é considerada uma importante fonte de P no meio ambiente. Especificamente, a concentração de sistemas agrícolas especializados levou a uma transferência de P das áreas de produção de grãos para a produção animal. Isso criou excedentes regionais de entradas de P (fertilizantes minerais e ração) em relação às saídas (produtos agrícolas e animais), acumulou P no solo além das necessidades das culturas e aumentou a perda de P da terra para a água. Pesquisas recentes mostraram que essa perda de P no escoamento superficial e no fluxo subterrâneo se origina principalmente de pequenas áreas dentro das bacias hidrográficas durante algumas tempestades. Essas áreas ocorrem quando o alto teor de P no solo ou a aplicação de P em fertilizantes minerais ou esterco coincidem com o alto potencial de escoamento ou erosão. Argumentamos que o objetivo geral dos esforços para reduzir a perda de P para a água deve envolver o equilíbrio das entradas e saídas de P nos níveis da fazenda e da bacia hidrográfica, otimizando as rações para animais e a aplicação de P no solo como fertilizante mineral e esterco. Além disso, as práticas de conservação devem ser direcionadas a áreas de bacias hidrográficas relativamente pequenas, mas críticas para a exportação de P.

Abstract

Phosphorus (P), an essential nutrient for crop and animal production, can accelerate freshwater eutrophication, now one of the most ubiquitous forms of water quality impairment in the developed world. Repeated outbreaks of harmful algal blooms (e.g., Cyanobacteria and Pfiesteria) have increased society’s awareness of eutrophication, and the need for solutions. Agriculture is regarded as an important source of P in the environment. Specifically, the concentration of specialized farming systems has led to a transfer of P from areas of grain production to animal production. This has created regional surpluses in P inputs (mineral fertilizer and feed) over outputs (crop and animal produce), built up soil P in excess of crop needs, and increased the loss of P from land to water. Recent research has shown that this loss of P in both surface runoff and subsurface flow originates primarily from small areas within watersheds during a few storms. These areas occur where high soil P, or P application in mineral fertilizer or manure, coincide with high runoff or erosion potential. We argue that the overall goal of efforts to reduce P loss to water should involve balancing P inputs and outputs at farm and watershed levels by optimizing animal feed rations and land application of P as mineral fertilizer and manure. Also, conservation practices should be targeted to relatively small but critical watershed areas for P export.