來自農業(yè)生產所產生的氮肥是密西西比河(Mississippi River)流域與墨西哥灣出海口地區(qū)的主要污染源之一,經過量氮肥污染的流域將形成大范圍的死亡區(qū),破壞地方的生態(tài)系的平衡。包含美國伊利諾州(Illinois)在內的其他中西部地區(qū)鄰近州已制定明確目標,在未來透過調整既有的土地經營管理作業(yè)(land management practice)類型等做法,試圖將氮肥污染降至。美國伊利諾大學(University of Illinois)的研究團隊利用電腦模式推論該做法的可能性后發(fā)現(xiàn),現(xiàn)有的土地經營管理作業(yè)模式恐受氣候變遷等環(huán)境因素的潛在影響。
研究團隊想厘清究竟不同的土地經營管理作業(yè)種類是否可對降低氮肥污染或減少氮肥施用等方面作出不同的結果,同時研究團隊也在模擬時加入不同的氣候情境,目的是希望能預測在不同的氣候環(huán)境下的管理成效。研究團隊選擇以奧克拉荷馬州(Oklahoma)柳溪(Willow Creek)流域作為研究樣區(qū),再根據(jù)樣區(qū)內不同地點的土壤性質(soil properties)、土地利用(land use)類型、土地經營管理作業(yè)種類及當?shù)氐臍夂蛐蛻B(tài)等數(shù)據(jù)做為模擬參數(shù),以田間尺度進行地表徑流(surface runoff)及氮含量的預測。
研究團隊嘗試進行以12種不同的土地經營管理作業(yè)類型與32種氣候情境排列組合,共384種的情境加以模擬,對整體5,911個分區(qū)(cell)進行未來50年間(2020-2070年)的氮含量模擬預測。其中研究團隊發(fā)現(xiàn),短時間內強降雨等氣候類型,恐是影響土地經營管理措施效率受影響的主要原因。
除模擬未來土壤氮含量趨勢外,研究團隊也找出能保持土壤氮含量而使其不流失的其中關鍵做法。像是透過作物輪作的土地經營管理模式將能減緩土壤中氮的流失;此外,研究團隊也發(fā)現(xiàn)在春季施肥的做法也可減少其他季節(jié)的氮負荷(nitrogen load)。研究團隊也發(fā)現(xiàn)其中,施用率(application rate)是影響氮負荷量的最主要原因,若能找到合適的施肥管理模式,將能在每年有效地減少約6%的氮負荷量。
研究團隊希望能先藉由初步的模擬結果,行小規(guī)模的田間試驗,再逐步推廣至大范圍的區(qū)域。雖然研究團隊的主要結論是依據(jù)地表徑流所進行的氮含量模式預測,研究團隊也希望像其他研究一樣,朝不同面向分析,例如:分析地下水氮含量等其他做法,全盤地從各個方面減少氮污染對周邊環(huán)境的沖擊。