Simulation and measurement of atrazine and nitrate losses as influenced by water table management

Abstract

Subirrigation/drainage systems have been introduced in areas of Michigan. Until now, there was little information on how water table management affects chemical losses. The objective of this study was to measure and simulate atrazine (2-chloro-4-ethylamino-6-isopropylamino-1,3,5-triazine) and NO3-N losses from subsurface tile drains. The study has three parts. In the first part, the effect of duration and timing of flooding was observed in five lysimeters with independently controlled water table. The lysimeters were planted with corn (Zea mays L.). Shorter flooding was associated with higher atrazine and NO3-N peak concentrations during water table drawdown. Shorter flooding was associated with more total NO3-N in drainage. Flooding duration did not affect total atrazine loss. Early inundation was associated with higher atrazine and NO3-N peak concentrations during water table drawdown, and more total atrazine and NO3-N in drainage. All flooding had at least some negative impact on yield, especially the prolonged, early flooding. In the second part of the study, CERES, a soil-crop-atmosphere model, was modified to simulate pesticide fate with the presence of a water table. Given the uncertainty of field measurements, the model successfully simulated drainage, atrazine and NO3-N concentrations, and total leaching for the limited period following drawdown. In the third part of the study, two flow tracers (Br and Rhodamine WT) were applied on a field lysimeter followed by intense irrigation. Pronounced by-pass flow occurred.

Οι αγροί με υπόγειο σύστημα άρδευσης/στράγγισης συχνά διατηρούν υψηλή υπόγεια στάθμη. Έντονη βροχόπτωση μπορεί να κατακλύσει σε σύντομο χρόνο το έδαφος με απρόβλεπτες συνέπειες για την απόδοση της καλλιέργειας και τις απώλειες γεωργικών φαρμάκων και λιπασμάτων. Ο κύριος σκοπός της εργασίας ήταν η μέτρηση και η προσομοίωση της έκπλυσης ατραζίνης (2-χλωρο-4-αιθυλαμινο-6-ισοπροπυλαμινο-1, 3, 5-τριαζίνης) και της νιτρικής μορφής αζώτου (ΝΟ3-Ν) από τους υπόγειους στραγγιστικούς αγωγούς, μετά από κατάκλυση και επακόλουθη στράγγιση. Η διατριβή διαιρείται σε τρείς ενότητες. Στην πρώτη ενότητα, μετρήθηκαν η έκπλυση ατραζίνης και ΝΟ3-Ν από πέντε λυσίμετρα καλλιεργημένα με αραβόσιτο (Zea mays L.). Παρατηρήθηκε η επίδραση του χρόνου έναρξης της κατάκλυσης (στο 8o φύλλο, και μία εβδομάδα μετά την άνθηση των θηλέων ανθέων) και της χρονικής διάρκειας της κατάκλυσης (στιγμιαία και 14 ημερών). Η πρώιμη κατάκλυση συνέπεσε με υψηλότερες μέγιστες συγκεντρώσεις ατραζίνης και ΝΟ3-Ν κατά τη στράγγιση, και με υψηλότερη ολική έκπλυση ατραζίνης και ΝΟ3-Ν. Η βραχύτερη κατάκλυση συνέπεσε με υψηλότερες μέγιστες συγκεντρώσεις ατραζίνης και ΝΟ3-Ν κατά τη στράγγιση, και με υψηλότερη συνολική έκπλυση ΝΟ3-Ν, αλλά όχι ατραζίνης. Η κατάκλυση και ειδικά η πρώιμη παρατεταμένη κατάκλυση, συνοδεύθηκε από μείωση της απόδοσης του αραβοσίτου. Στη δεύτερη ενότητα της διατριβής, το CERES, ένα δημοφιλές ψηφιακό ομοίωμα εδάφους-φυτού-ατμόσφαιρας, τροποποιήθηκε ώστε να προσομοιώσει το υδατικό ισοζύγιο και την απώλεια των χημικών ουσιών σε εδάφη με ελεγχόμενη υπόγεια στάθμη. Το ομοίωμα βαθμονομήθηκε με τα πειραματικά δεδομένα. Στην τρίτη ενότητα της διατριβής, εφαρμόστηκαν δύο ιχνηθέτες ροής (Br και Rhodamine WT) σε λυσίμετρο, και επακολούθησε άρδευση. Παρατηρήθηκε έντονη παρακαμπτήριος ροή.