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平均氮去除率在23%到44%之间,的面积缩减到美国特拉华州大小

时间:2020-04-02 20:27

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缩小墨西哥湾“死亡地带”进展甚微

每年夏天,墨西哥湾都会形成一个死区。由密西西比河流入的过量氮气喂养的大量吸氧藻类扼杀了海洋生物,并威胁到海湾捕鱼者的生计。与密西西比河接壤的国家正在制定战略,限制废水处理厂,地表径流和农田的氮。在一项新研究中,伊利诺伊大学的科学家们估计,一种称为饱和缓冲剂的新保护措施可以将农业排水中的氮减少5%至10%。

要想把墨西哥湾“死亡地带”的面积缩减到美国特拉华州大小,就需要将密西西比河远至玉米带的氮径流减少59%。

这可能听起来不是很多,因为农业排水只代表了进入密西西比河的一部分氮气。但是5%到10%对于农民可以放入并忘记的廉价被动系统来说是相当不错的,里德说。克里斯蒂安森是我在U的作物科学系的研究助理教授,也是该研究的合着者,发表在农业与环境快报上。

这一发现是由一项新研究给出的,科研人员使用了4个计算机模型来研究如何达成长期存在而难以实现的目标,即削减墨西哥湾夏季缺氧区约2/3的面积。这是一个低至无氧的区域,可杀死鱼类和其他海洋生物。

饱和的缓冲区是在排水的农田和水道之间的植被带土地 - 只有30英尺宽。通常,从田地运送排水的瓷砖管道直接排空到沟渠或溪流中。使用饱和缓冲液,将水重新布置到在表面下方并与流平行的多孔管中。然后水流过饱和缓冲液的土壤进入流中。一路上,土壤微生物自然地去除了高达44%的氮。

在线发表于美国《国家科学院院刊》的报告结论是,虽然目标仍可以实现,但需要在上游农业区大规模应用大胆的新方法。

饱和缓冲区不会占用大量土地,而且从一个田间大小的区域(大约30到80英亩)处理排水,相当便宜,价格在3,000到4,000美元之间。农民必须愿意不耕种到了小溪,但就野外保护实践而言,我认为饱和缓冲区很容易适应农业,并提供额外的好处,如野生动植物和传粉者栖息地,劳拉科学系助理教授劳拉克里斯蒂安森说。该研究的作者。

在墨西哥湾缺氧区行动计划中,一个政府间小组将其实践活动延长到2035年底,以实现削减1950平方英里“死亡地带”的目标,这大致相当于特拉华州的大小。而海湾“死亡地带”最近五年的平均面积是5410平方英里。

为了达到减少氮的估算,Christiansons和博士生Janith Chandrasoma查看了公共可用的作物,土壤和河流类型的数字地图,以估算可以在中西部地区安装的饱和缓冲区总数:248,000到360,000,可以处理多达950万英亩的排水土地。其他研究表明,平均氮去除率在23%到44%之间,这个饱和缓冲液的数量会使农业排水中的总氮负荷减少5%到10%。

农田径流中含有肥料和牲畜粪便,这是氮、磷的主要来源,由此形成了墨西哥湾缺氧区,也就是它为什么被称为“死亡地带”。

劳拉说这种方法需要很多假设。例如,整个中西部地区没有用于瓦片排水系统的卫星图像或地图,因此研究人员假设土壤上的玉米或大豆田被称为排水不良,很可能是平铺的。然而,里德指出,瓷砖排水系统安装在中西部的许多玉米和大豆田下,而不仅仅是排水不良的地方。

“除非采用更严厉的行动来减少中西部地区化肥流失到密西西比河系统里,我们才能达到1950万平方英里行动计划的目标。”论文第一作者、美国密歇根大学水生生态学家Don Scavia表示。

总体而言,我们的假设相对保守。我们可能低估了我们的数据,他说。

每年6月,Scavia和团队合作者利用计算机模型来预测墨西哥湾缺氧区的大小,其由美国国家海洋和大气管理局预报。NOAA 2017年预测,这一“死亡地带”大约8000平方英里,或相当于新泽西州的面积,这将是有记录以来的第三大数值。

饱和缓冲区是一种新的保护措施,2016年出台了第一个自然资源保护服务标准。到目前为止,它们尚未在基督徒研究中可能出现的规模附近采用。例如,Laura估计目前在整个中西部地区运行的饱和缓冲区可能少于50个。

科研人员在发表的论文中提出,在减少流入墨西哥湾的河流的营养水平以及缺氧区的大小方面,进展甚微。

我们在报纸上估算的规模可能还有很长的路要走,她说,但我们可以做些什么来减少流入海湾的氮气,特别是如果它相对容易适应当前的农场管理实践,权证注意。

氮的化合物——硝酸盐在河流中的浓度从上世纪80年代以来没有下降。目前输送到墨西哥湾的硝酸盐的五年平均值跟1980—1996年基线没有显著区别,尽管美国农业法案计划自1995年以来在密西西比河流域花费了超过280亿美元。

论文饱和缓冲区:它们对美国中西部地区的潜在影响是什么?发表在农业和环境信函。作者包括Janith Chandrasoma,Reid Christianson和Laura Christianson,他们都来自I的农业,消费者和环境科学学院作物科学系。该工作由美国农业部农业服务局资助。

“显然需要有更多不同以往的实践。”Scavia表示,“是时候该问什么是防止更广泛威胁的策略了,如果在恰当的地方实施不足,消减负荷的目标是30%、45%或59%都无关紧要。”

减少氮和磷水平的潜在途径包括改变施肥量,使用覆盖作物(种植防止土壤侵蚀的快速生长作物),改善整体营养管理,并寻求替代玉米基生物燃料。

密歇根大学、北卡罗来纳州立大学、路易斯安那州立大学和威廉及玛丽学院都有科研人员参与到这项工作中。密西西比河/墨西哥湾流域营养工作组还商定了一个临时目标,即在2025年底前将流入墨西哥湾的氮量减少20%。

他们的模型研究还观察了20%的氮减少可能产生的影响,并得出结论:从长远来看,它会使“死亡地带”的规模下降18%,尽管在未来5~10年内,可能不会出现可衡量的效果。

根据报告,尽管氮一直被认为是导致墨西哥湾缺氧区的主要成分,“双重营养策略”同时减少氮和磷似乎是最谨慎的管理方法。这也意味着比完成行动计划要求的削减幅度更大。

此外,这项研究还首次标记了多重模式来预估缺氧系统对削减营养负荷的响应。不确定因素包括气候变化的潜在影响,如干旱和洪水的频率、强度和时间,将影响流入墨西哥湾营养物质的时间和数量。“尽管如此,缺氧区对氮减排的反应在完全不同和独立的模式下表现得较为稳健,这为实现目标提供了更大信心。”Scavia称。

《中国科学报》 (2017-08-09 第6版 科研)

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