拉斯维加斯著名贝拉吉奥喷泉旁发生枪击事件,2人死亡

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环境玉米氮肥:揭示其在排水系统中持久的影响

玉米氮肥:揭示其在排水系统中持久的影响

美国中西部的土壤被认为是全球最富饶的土壤之一,这在很大程度上归功于全面的瓷砖排水系统,这些系统有效地消除农业土地上的多余水分。然而,穿过这些瓷砖排水系统的不仅仅是水。氮与土壤水分同行,流向排水沟、溪流,最终到达密西西比河流域。在这里,它导致了显著的藻类暴发和低氧条件,严重影响墨西哥湾的水生态系统。

伊利诺伊大学香槟分校的一项新研究提供了有关瓷砖排水水中氮源和动态的新见解。该研究揭示了一个意外地大且持久的”遗留”氮库,挑战了普遍认为氮通过瓷砖排水系统快速移动的观点,这种现象只是施肥和微生物作用的暂时结果。

“遗留效应是指氮在土壤中可用和被冲洗到水道之间的延迟。例如,如果你今年施用氮肥,它不会立即出现在下游水体中。这种滞后在各个系统中都有观察到,但之前的研究人员对于其原因或重要性并不确定,”该研究的主要作者,伊利诺伊州农业、消费者与环境科学学院自然资源与环境科学系的助理教授于仲杰解释道。

为了确定排水水中氮的来源,研究团队首先需要区分来自不同来源的硝酸盐。他们在一个玉米-大豆田中每周收集瓷砖排水样本,持续三年并测量硝酸盐的水平。此外,收集了土壤、作物残留物和肥料样本,以评估氮浓度及其组成硝酸盐分子的天然稳定同位素(氮和氧)。通过利用先进的实验室设备,以前的研究人员将氮的稍微不同的重同位素(15N)和氧(18O)同位素与各种氮源及氮化过程和反硝化过程联系了起来。

“我们可以把氮和氧同位素视为一种指纹,有助于识别硝酸盐的来源,并跟踪微生物如何循环利用它,”于表示。”不同的来源表现出不同的同位素比率,类似于人类拥有独特的指纹。”

于指出,来自无机肥料的硝酸盐同位素比率较低,表明相比于来自有机土壤来源的氮,较重的氮和氧原子的数量较少。

研究团队还分析了土壤样本,并在实验室中进行孵育,以研究微生物氮循环如何影响硝酸盐同位素。通过从田间和实验室研究中收集的数据,他们能够追踪硝酸盐在不同作物系统中的来源变化。

“我们的发现表明,硝酸盐的原始同位素比率与氨肥和大豆生物质中的氮非常相似,当没有新的肥料进入时,这一比率保持一致,”于提到。”这暗示着土壤中存在大量的氮遗留库,以及氮添加到系统中与随后通过瓷砖排水导出为硝酸盐之间的时间延迟。”

他补充道,当新肥料以无水氨的形式施用于玉米时,在瓷砖排水水中检测到显著的同位素特征变化,表明新氮的流入,尤其是在降雨后。然而,这种新的氮信号往往很快消失,遗留信号在几天到几周内重新出现。

这种模式与研究共同作者理查德·穆尔瓦尼(Richard Mulvaney)团队的发现一致,他们在一系列研究中通过标签同位素追踪玉米植物中的氮吸收。他们发现,施用的氮肥中不到一半被植物吸收;实际上,玉米所吸收的大部分氮来自土壤。因此,剩余的肥料氮很可能通过瓷砖排水流失或转化为存储在土壤中的反应性形式,导致氮的长期释放。

于表示,认识到遗留效应对于制定管理策略和影响政策制定者评估旨在减少氮损失的实践有效性至关重要。

“我们通常期待氮加载管理变化能立即产生效果。然而,即使我们停止施用氮肥一年,我们仍可能在几年的时间里观察到系统中的显著损失,”他警告道。”解决这个问题不仅仅是减少氮的输入。”

据研究的第一作者、博士生胡映超表示,玉米肥料中硝酸盐损失在高瓷砖排水排放事件期间达到了峰值,这意味着在预计降雨时,主动管理可能是有利的。

“如果我们能在显著排放期间管理肥料施用,这可能有助于减少氮污染,”她说。”此外,如果我们对即将到来的降雨事件有充分的预测,农民可以采取适应性措施,例如暂时关闭瓷砖排水。”