水的质量
©J. Albert Bowden II
切萨皮克湾长200英里，是美国最大的河口。海湾在弗吉尼亚州的诺福克口与大西洋相连，由来自纽约、宾夕法尼亚、西弗吉尼亚州、马里兰州、特拉华州、弗吉尼亚州和哥伦比亚特区的50条河流供水。切萨皮克湾项目与环境保护署、其他联邦、州、非营利组织和其他组织合作，监测切萨皮克湾的水质。切萨皮克湾几十年来一直在环境保护署的受损水域名单上。农业径流是影响海湾水质的主要非点源营养物来源。自从1972年《清洁水法》实施以来，人们一直在努力清理切萨皮克湾。实现清洁水目标的进展是通过测量海湾沿岸不同深度水中的溶解氧、营养物质和叶绿素(一种藻类丰度指标)来确定的。其他变量也被测量，如牡蛎和水生草的数量。结果表明，21世纪初，减少农业和城市地区营养物质污染的进展低于预期(切萨皮克湾计划，2019年)。作为回应，环保署在2010年启动了迄今为止最大规模的清理行动:它制定了切萨皮克湾总最大日负荷(TMDL)，这是一个全面和明确的限制，规定到2025年，每年允许进入该海湾水域的氮(1.859亿磅)、磷(1250万磅)和沉积物(64.5亿磅)的总量。为了实现这些TMDL的减少，切萨皮克湾和哥伦比亚特区的六个州都实施了各自的流域实施计划(WIP)。 Figures 2.3.1, 2.3.2, and 2.3.3 illustrate modeled nitrogen, phosphorus and sediment loads to the Chesapeake Bay, by source (Chesapeake Progress, 2019). Although agriculture is the primary source of nitrogen loading in the Chesapeake Bay, runoff from forests is the primary source of sediment.
利用营养管理的监管框架和自愿激励计划，如马里兰州的覆盖作物计划，这些州正在扩大农业最佳管理实践(bmp)，以减少泥沙、氮和磷流入流入切萨皮克湾的许多河流和小溪。这些最佳管理措施包括覆盖作物、取消或减少耕作、营养管理计划和草地水道和生物反应器等大田边缘实践，这些措施已被证明可以减少土壤和投入的损失。2012年至2017年期间，马里兰州覆盖作物的采用增长了6%，约33%的农田种植了覆盖作物(Wallander等人，2021年)。由于在切萨皮克湾流域实施这些最佳管理措施，2009年至2020年期间农业氮负荷减少了3%，磷负荷减少了7%，沉积物减少了19%(切萨皮克进展，2021年)。
图2.3.1。切萨皮克湾每年的氮负荷
2.3.2图。切萨皮克湾每年的磷含量
图2.3.3。每年进入切萨皮克湾的泥沙
图是2.3.4。切萨皮克湾缺氧区的历史容积。历史数值代表了基于35年模拟的正常值。
2.3.5的数据。切萨皮克湾缺氧区的历史持续时间。历史数值代表了基于35年模拟的正常值。
密西西比河流域是北美最大的流域，发源于加拿大，向南流入2350英里的北墨西哥湾。该流域占地124.5万平方英里，占美国31个州国土面积的41%。密西西比河由俄亥俄河和密苏里河以及数百条横穿农田的小支流构成，它受到了含有化肥和化学品的泥沙和农业径流的严重影响。美国国家海洋和大气管理局(NOAA)监测墨西哥湾的缺氧区，并就该区域的预期规模和持续时间发布年度报告(美国国家海洋和大气管理局，2020年)。
2.2.6图。。1990-2015年水稻作物系统土壤有机碳储量变化(MMT CO2每年e)
2020年，非营利组织“美国流域倡议”(America 's Watershed Initiative, 2020)给密西西比河流域打了“D”分，比2015年的“C”分有所下降(美国流域倡议，2020)。营养物质的浓度，主要是氮和磷，在此期间有所增加。据估计，每年有150多万吨氮通过密西西比河进入墨西哥湾，其中大部分多余的营养物质来自农田。流域不规律的天气模式，特别是洪水和干旱，对河水的水量有很大影响，这也影响到泥沙、营养物质和水中携带的其他农业投入物的数量。由于天气和河流水量之间的这种关系，除非是长期的，否则很难明确地将水质结果与上游农业实践联系起来。
墨西哥湾的水质受到密西西比河水流质量的影响。进入墨西哥湾的营养物质滋养了大量的藻华，最终导致缺氧区，就像切萨皮克湾发生的那样。2017年，缺氧区达到了创纪录的8776平方英里，是有记录以来最大的。需要指出的是，墨西哥湾的低氧区在很大程度上仍然是以面积单位进行测量和报告，而不是以体积为单位，尽管体积可以帮助了解该区域的深度，从而对水生野生动物产生影响(scvia等，2019年)。这可能是由于大量的水沿密西西比河而下。由于热带风暴，表层水和底层水的混合使氧气分布在整个水柱中，减少了缺氧。因此，农业营养管理与低氧区之间不存在直接的年度关系，重要的是要考虑较长时间内的趋势，并考虑河流和沿海水域的其他营养来源、水文和天气条件。
图2.3.10。1985 - 2021年墨西哥湾低氧区面积。(美国国家海洋和大气管理局，2021年)
营养物和沉积物负荷减少对缺氧区大小和持续时间的影响没有显示出明显的趋势(图2.3.10)。2020年，墨西哥湾低氧区面积为2116平方英里(美国环保局，2021b)，是34年来有记录以来第三小的区域，但仍大于低氧任务小组设定的1950平方英里的目标。规模变小的部分原因是飓风汉娜带来的强风造成了水的混合。考虑到从密西西比流域降雨模式到海湾的泥沙和营养负荷的天气变化的影响，以及热带风暴的强度和时间对缺氧区范围的影响，在确定是否取得进展时，观察长期趋势是很重要的。
保护效果评估项目(CEAP)成立于2003年，由美国农业部-国家自然资源保护委员会、国家环保局、其他联邦办公室和私营实体合作，旨在量化政府保护措施和项目在流域、区域和国家尺度上对水质的影响(Moriasi等人，2020年)。《2016年国家指标报告》(《从田间到市场》，2016年)在很大程度上依赖手机版ios伟德客户端于CEAP，以确定在减少农业营养流失方面取得的进展。
改善水质的保护工作的重点是减少从农田流失的沉积物、养分和作物保护剂，从而减少这些成分通过径流、渗透和瓦排水进入地表和地下水。评估了包括覆盖种植和减少或取消耕作在内的田间做法，以及排水管理和植草水道等单一或组合的田间做法。表2.1总结了Moriasi等人(2020年)的综合结果，重点是项目前15年在地块、田地和田地边缘尺度上的CEAP评估。
