研究预测瓷砖排水和作物轮作变化对氮损失的影响

中西部农业贡献了墨西哥湾的绝大多数氮，导致缺氧区和沿海经济面临挑战。几十年来，州和联邦政策一直试图提供解决方案和激励措施，但缺氧区不断回归。诺伊大学最近的一项研究提供了一种了解中西部氮动态的新方法，并预测了该地区各种管理情景下的未来氮负荷。

“我们的模型解释了中西部83个流域的情况，提供了对为什么某些流域在营养损失方面不同的定量理解。但最重要的贡献是我们的情景预测，这是以前从未做过的。如果增加瓷砖排水或玉米部分，氮负荷会变化多少?我们可以预测这一点，我认为这真的很令人兴奋，“自然资源与环境科学系(NRES)副教授，农业生态系统可持续发展中心(ASC)创始主任，该研究的资深作者Kaiyu Guan说。

关说，更详细地了解氮和水流动力学，以及预测管理变化影响的能力，是制定从田间到流域尺度减少养分损失的有效政策的关键一步。

研究小组分析了中西部83个流域的日流速与硝酸盐浓度之间的关系，发现了整个地区的普遍模式：硝酸盐在高流量阈值趋于平稳之前随流量增加。

“为了进一步解开这种模式，我们构建了一个简单而优雅的模型来揭示其机制。我们研究了浅层土壤水的贡献，浅层土壤水具有更大的流速和更多的硝酸盐，以及深层土壤水的贡献，具有较慢的流量和较低的硝酸盐，“Guan小组的博士生，该研究的第一作者Zewei Ma说。“这些土壤剖面区域的贡献取决于瓷砖排水和种植的玉米量。

Guan说，安装的瓷砖排水越多，在给定流域种植的玉米越多，水中的硝酸盐负荷就越大。这个结论并不新鲜，但预测瓷砖安装增加或玉米水平变化的影响的能力是新的。该团队创建了一个交互式地图，以显示瓷砖增加10%至30%或玉米增加或减少20%将如何以及在何处改变硝酸盐负载。

“这个模型为我们提供了一个起点，可以就减少营养流失的方法进行有意义的讨论：我们应该如何投入我们的努力，同样重要的是，我们应该专注于减少瓷砖或改变旋转模式。当我们积极与农民和政策制定者一起努力减少营养损失时，这些都是关键问题，“NRES研究助理教授，ASC高级研究科学家，研究合著者Bin Peng说。

该研究的共同作者Richard E. Warner补充说：“这项工作为我们理解流域养分损失的可变性提供了重大进展，并为开发决策支持工具奠定了基础，这些工具将有助于为更具成本效益的土地和水保护措施和政策提供信息。华纳是NRES的名誉教授，也是国家大河研究与教育中心的资深科学家。

这项研究，“由作物轮作和瓷砖排水形成的农业硝酸盐出口模式”，发表在《水研究》上。