農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的氮是密西西比河流域污染的主要原因，并且造成了墨西哥灣的大型死區(qū)。

伊利諾伊州和中西部其他州制定了通過(guò)減少土地管理實(shí)踐等戰(zhàn)略來(lái)減少氮負(fù)荷的目標(biāo)。伊利諾伊大學(xué)研究人員發(fā)表在一項(xiàng)新的研究中，該研究發(fā)表在《環(huán)境管理雜志》上，該研究使用計(jì)算機(jī)模型來(lái)估計(jì)氣候變化(例如降雨增加)可能對(duì)這些做法的影響。

農(nóng)業(yè)和生物工程系博士生，研究的主要作者侯叢玉說(shuō)：“目標(biāo)是測(cè)試這些土地管理方法是否有助于減少不同氣候條件下水中的氮負(fù)荷。”

研究人員使用俄克拉荷馬州Willow Creek流域的土壤性質(zhì)，土地利用，土地管理實(shí)踐和天氣模式的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，估算了田間尺度的地表徑流和氮負(fù)荷。他們的模型包括2020年至2070年的12種土地管理實(shí)踐和32種氣候預(yù)測(cè)，共產(chǎn)生384種情景。

“雖然通常使用模型來(lái)估算氮負(fù)荷，但大多數(shù)預(yù)測(cè)使用的是平均氣候數(shù)據(jù)。該研究通過(guò)包括所有可能的氣候預(yù)測(cè)來(lái)擴(kuò)展該實(shí)踐，”農(nóng)業(yè)，消費(fèi)者學(xué)院農(nóng)業(yè)與生物工程助理教授Maria Chu說(shuō)。和環(huán)境科學(xué)。Chu是侯的顧問(wèn)，也是該研究的合著者。

侯說(shuō)，這項(xiàng)研究是研究人員采用的建模仿真類(lèi)型的測(cè)試案例。“我們使用場(chǎng)邊緣模型將分水嶺分成較小的單元，總共有5,911個(gè)單元。該模型計(jì)算場(chǎng)的邊緣，著重于從場(chǎng)上運(yùn)走了多少氮。”

該研究還測(cè)試了一種新的指數(shù)，該指數(shù)用于測(cè)量土壤的氮素保持能力。他們發(fā)現(xiàn)，即使不減少使用量，也可以通過(guò)重新分配土地用途來(lái)減少氮負(fù)荷。

例如，他們的發(fā)現(xiàn)表明輪作確實(shí)有助于減少氮的流失。他們還發(fā)現(xiàn)，在春季和秋季之間分配肥料通常更為有利，而且肥料施用量是決定高氮負(fù)荷量和可能性的最關(guān)鍵因素。

侯告誡說(shuō)，該研究的發(fā)現(xiàn)是初步的。他說(shuō)：“通過(guò)建模，您仍然遠(yuǎn)離實(shí)際應(yīng)用。”“模型是第一步，然后是小規(guī)模的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，然后是在不同位置的小規(guī)模測(cè)試。如果這些工作奏效，您最終可以擴(kuò)展到更大的區(qū)域。”

除了擴(kuò)大建模的規(guī)模外，Chu的研究小組還研究了氮污染的其他方面。例如，雖然這項(xiàng)研究集中于地表徑流，但另一項(xiàng)研究著眼于地下水中的氮負(fù)荷。

“我們還在研究氮的不同成分，即硝酸鹽，亞硝酸鹽和氨，以確定哪一個(gè)是最關(guān)鍵的。” Chu說(shuō)。