威斯康星大学麦迪逊分校（University of Wisconsin–Madison, UW-Madison）的新研究表明，南维斯康星亚赫勒（Yahara）流域土壤里富余的“磷残留”对水质直接产生大规模且长期的影响。这一研究 于3月13日发表在杂志《生态系统》，该研究第一次提供了可量化的数据，证明了减少土壤里富余的磷对于改善威斯康星境内湖泊和河流的水质至关重要。
一、研究背景
几十年来，威斯康星州土壤中的磷在不断累积。磷是一种农业养分，农民们为了减少其施用量和流失量，已经采取了一些措施。一些传统的农业方式，比如免耕和作物覆盖，试图通过减缓养分从土壤流向水域的过程来解决土壤养分流失的问题。但是，这一研究表明，仅防止养分流失和土壤侵蚀并不能解决土壤富磷化的核心问题，并且过多的磷可能让所有的保护工作前功尽弃。“解决问题的工作重点应该放在如何防止磷进入土壤，或是怎样对已经累积的过量的磷加以利用，”论文共同作者威斯康星大学麦迪逊分校农艺与环保研究专业教授克里斯托弗·库查里克（Christopher Kucharik）表示。
磷主要通过化肥和粪便渗入土壤，而在农作物和其他植物生长过程中没有利用的部分便随着雨水和雪水进入河道。科学家长期以来认为土壤中过多的磷是威斯康星州境内一些湖泊和河流水体浑浊、水华现象爆发背后的元凶。“如果我们施放磷的速度比消耗的速度更快，那么磷便会持续累积，而过去几十年在亚赫勒流域一直是这种情况，”该论文的第一作者威斯康星大学麦迪逊分校纳尔逊环境研究所（Nelson Institute for Environmental Studies）博士研究生梅利萨·莫丟（Melissa Motew）表示。
二、主要内容
该研究利用最新的先进计算机计算模型，得出亚赫勒流域土壤中的磷要比威斯康星大学扩展校园（项目）（UW-Extension）所建议的量高出4倍。威斯康星大学的扩展校园项目根据作物需求和不同地貌土壤养分流失的可能性撰写了威斯康星州的土壤养分管理建议相关报告。该研究还表明，随着气候的变化，土壤变得越来越湿润，如果土壤中磷的含量继续攀升，土壤养分流失会加剧，水质会进一步恶化，降低富余养分可以缓减这一风险。
目前，降低土壤中磷含量的唯一已知手段便是农作物收割，但是库查里克称，植物每年仅能吸收少量富余的磷，不太可能会有什么作物系统能够迅速降低土壤中的磷富余。降低土壤中富余的磷需要与农民合作，对土壤营养物进行更好的统计。作为一种保险手段，就是遏制住一些人超出实际需要过多施加化肥。“农民要做很多不同的决定，有他们必须要处理的优先事项。如果我们想要解决土壤磷残留的问题，土壤营养物和粪便管理就需要成为更加优先的考虑事项，耕作的压力和市场对诸如肉和牛奶之类产品的需求是这一问题背后的原因，”莫丢表示。库查里克表示，“潜在的问题解决方案无需危及食品生产，我们土壤中有足够多富余的磷来长期支持植物对磷的需求。”
用创新方式处理粪便也能起到帮助作用。在整个威斯康星州，农民不知如何利用过多的动物粪便，因此主要的处理方式是将粪便撒在土地上，粪便中的磷直接增加了土壤中磷的含量。“从长远来看，支持粪便沼气利用、去除湖泊和溪流沉淀物中的磷以及采取其他行动循环利用已有的磷会有利于降低土壤中磷的浓度。”库查里克表示。解决方案的另一个关键问题就是利用先进的计算机模型，例如研究小组为此次研究开发的模型。这些模型使他们可以确定土壤中的磷与水体质量之间的直接关系，这一工作是用科学观察无法做到的。
“长期以来我们知道土壤中存在过多的磷有害，但这些模型可以使我们对‘害处’进行量化。”莫丢表示。虽然该研究方法没有给出如何实现湖泊水体净化的蓝图，但是，它为人们对复杂系统的常识性了解提供了一些详实的数据。例如，研究结果显示，亚赫勒流域农田中土壤磷含量减少50%会使水质得到改善，让该地区最大的湖门多塔湖（Lake Mendota）夏季磷的浓度降低25%。该研究是威斯康星大学麦迪逊分校的“水资源可持续性与气候”项目的一部分，获得了国家科学基金会（National Science Foundation）的资金支持。
（编译 李晓曼）
