Однако до недавнего времени большая часть этих оценок индекса фосфора была сосредоточена на рисках потерь фосфора с поверхностным стоком, при этом неадекватно учитывалась критическая роль подземных потерь фосфора.Это особенно важно в таких областях, как Атлантическая прибрежная равнина, где подземный сток является основным путем переноса фосфора из искусственно осушаемых агроэкосистем — пахотных земель, которые используют искусственный дренаж для понижения уровня грунтовых вод.В новом документе, опубликованном в Журнале качества окружающей среды исследователями из Университета Делавэра и других участвующих организаций, исследуются методы оценки подповерхностного риска по фосфору для пяти индексов фосфора из Делавэра, Мэриленда, Вирджинии и Северной Каролины с использованием имеющихся наборов данных о качестве воды и почве. .Исследование частично финансировалось за счет инновационного гранта Службы охраны природных ресурсов Министерства сельского хозяйства США (USDA).
Эми Шобер, доцент кафедры наук о растениях и почвах и специалист по кооперативному развитию, является ведущим автором статьи, в которой представлена ??часть работы, проделанной Кэтрин Тернер, которая работала в лаборатории Шобера и окончила университет Университета в 2016 году.Соавторы включают Скотт Андрес, гидрогеолог и старший научный сотрудник Геологической службы Делавэра, Энтони Буда, Министерство сельского хозяйства США, Томас Симс, бывший преподаватель Университета штата Вашингтон и бывший заместитель декана Колледжа сельского хозяйства и природных ресурсов, Николь Фьореллино, Чесапик. College и Джошуа МакГрат из Университета Кентукки.Шобер сказал, что некоторые пахотные земли на атлантической прибрежной равнине должны быть искусственно осушены, чтобы понизить уровень грунтовых вод, чтобы избежать попадания воды в корневую зону растений или стоячей воды на их полях, что помешало бы фермерам использовать оборудование и успешно сажать растения. посевы.
Шобер сказал, что сегодняшние фермеры имеют дело с так называемым «унаследованным фосфором», фосфором, который остался от прошлых внесений навоза и продолжает вносить свой вклад в проблемы качества воды.Используя индексы фосфора, фермеры и землеустроители могут определить участки ландшафта, где источники фосфора пересекаются с путями, которыми вода перемещает фосфор через почвы.
Было проведено множество исследований по оценке риска переноса фосфора, такого как эрозия и поверхностный сток, поскольку эти потери легко увидеть. Меньше исследований было проведено по вкладу подземного фосфора в дренажные воды, который труднее отследить, потому что он происходит под землей, и существует меньше инструментов для изучения этих потерь.«Вы можете собрать сток в конце поля и узнать, что попало на эту поверхность земли», — сказал Шобер. «Труднее определить, где вода, движущаяся через сеть канав, берет свое начало. Вода, стекающая с полей, происходит под землей, и сбросы с нескольких полей смешиваются по мере того, как вода движется через сеть канав.
Не говоря уже о том, что осадки, которые выпадают непосредственно в канаву — — и даже наземный сток — тоже может способствовать оттоку через канаву ».Чтобы лучше изучить подземные источники и перенос фосфора, исследователи начали изучать данные о почве, чтобы определить, могли ли существующие ранее модели индекса фосфора точно предсказать подземные источники и перенос фосфора.
Они обнаружили, что существовавшие ранее гидрологические модели для оценки подповерхностного фосфора были неадекватными, когда дело доходило до оценки плоских, искусственно осушаемых участков, подобных тем, которые находятся на Срединно-Атлантической прибрежной равнине.Для плоских ландшафтов гидрологические модели не работали, потому что им нужен уклон и они основаны на топографии. Поскольку Среднеатлантическая прибрежная равнина не имеет большого поверхностного стока, но вместо этого имеет много подземного стока, модели рассчитывались для задач, для которых модель не была разработана.
«Исследований не так много, особенно в нашем регионе, где он плоский и есть много дренажных канав, поэтому мы не можем откалибровать и проверить наши индексы фосфора для подземных потерь фосфора», — сказал Шобер. «Мы начали искать, можем ли мы использовать данные о почве, чтобы определить, идем ли мы в правильном направлении. Если бы мы действительно наблюдали высокий риск фосфора в местах, где этот индекс определяет высокие подземные потери».Шобер сказал, что исследователи смогли провести это исследование с использованием ранее собранных почв, которые могут храниться в течение длительных периодов времени и по-прежнему содержат измеримый фосфор.
Используя библиотеку кернов почвы, собранных авторами на разных глубинах по всему полуострову Дельмарва, и данные, собранные Симсом и Андресом, исследователи рассчитали риск потери подземного фосфора с использованием пяти индексов фосфора. Они смотрели на показатели индекса фосфора, не принимая во внимание какие-либо внесения навоза, а интересовались только вкладами унаследованного фосфора.
«В нашем индексе мы исключили то, что не интересовало нас, поэтому в конечном итоге мы получили оценку, которая, по нашему мнению, была только для этого подземного риска», — сказал Шобер. «Мы хотели сказать:« Хорошо, каков неотъемлемый риск подземных потерь фосфора, который был в почве? »»Получив эти числа, они посмотрели на извлекаемый водой фосфор на глубине сезонного высокого уровня грунтовых вод и коррелировали данные, чтобы увидеть взаимосвязь.
Чтобы найти водный извлекаемый фосфор, исследователи взяли небольшое количество почвы и немного деионизированной воды, встряхивали их в течение часа и измерили, сколько фосфора вышло из почвы.«Если бы индекс фосфора подповерхностных баллов был низким, а водоэкстрагируемый фосфор в почве на глубине зеркала грунтовых вод был низким, мы бы ожидали низкого риска потерь подземного фосфора.
Итак, в конечном итоге мы хотели, чтобы баллы увеличивались либо линейно или экспоненциально по мере увеличения извлекаемого из почвенной воды фосфора — чем выше оценка риска, тем выше должен быть уровень извлекаемого из воды фосфора », — сказал Шобер.Расчет с использованием извлекаемых из воды концентраций фосфора на глубинах, соответствующих сезонному высокому уровню грунтовых вод, может служить реалистичным показателем подземных потерь при дренаже канав и ценным показателем, который дает промежуточное представление о направленности оценок риска подземного фосфора при наличии данных о качестве воды. недоступен.
Все это поможет улучшить мониторинг и моделирование подземных потерь фосфора и повысить точность оценок индекса фосфора, сказал Шобер, добавив: «Мы надеемся, что это то, что люди могут сделать, чтобы продвинуться вперед с нашим пониманием подземных потерь фосфора. В конце концов, мы внесли небольшие изменения как в инструмент управления фосфором (PMT) штата Мэриленд, так и в инструмент оценки потерь фосфора в Северной Каролине (PLAT), которые позволили им более точно соответствовать нашему набору данных о почвах ».