對許多地區(qū)而言，農(nóng)田富營養(yǎng)化徑流是個(gè)大問題。
每逢下雨，就會(huì)有一條河流穿過Dan Johnson農(nóng)場的小棚。流經(jīng)農(nóng)田的水，穿過一個(gè)白色的“小建筑”，這里有一個(gè)泵抽取少量的水做樣本。當(dāng)水充滿20升的水壺后，研究人員就會(huì)收集并測試磷含量。
這個(gè)裝置是一項(xiàng)水污染控制實(shí)驗(yàn)的一部分。該項(xiàng)目旨在檢測燃煤電廠排放的廢棄物，并通過使用石膏，減少農(nóng)場徑流富營養(yǎng)化。
在這個(gè)美國農(nóng)業(yè)的中心，越來越多農(nóng)民選擇在大面積農(nóng)田中劃分出小塊土地飼養(yǎng)牲畜，并將牲畜的糞便當(dāng)作農(nóng)作物肥料。糞便中的磷和氮能為農(nóng)作物提供營養(yǎng)，促進(jìn)其生長。但如果過多營養(yǎng)成分被沖入水道，就會(huì)刺激藻類過度繁殖，直至破壞水生生態(tài)系統(tǒng)。
為了預(yù)防這種破壞，研究人員一直在尋找防止?fàn)I養(yǎng)成分從土壤中浸出的方法。最近，《科學(xué)》雜志報(bào)道稱，他們重新審視了石膏法，這種又名碳酸鈣二水合物的白色或灰色的軟礦物質(zhì)，對固磷有很大幫助。
在美國，農(nóng)民使用石膏處理田地是從第一位總統(tǒng)喬治·華盛頓時(shí)代就開始的老做法了。部分原因是，石膏中的硫酸鹽能與土壤中的鎂結(jié)合在一起，幫助土壤鎖住水分。但污染專家則對石膏中的鈣更感興趣，它與土壤中的磷酸鹽聯(lián)結(jié)在一起，能形成更大的顆粒不易被水沖走。
實(shí)際上，化肥公司之前曾在產(chǎn)品中混入一定比例的石膏，但這種做法已經(jīng)消失了。因?yàn)檫@種礦物質(zhì)原料來源于礦山，海運(yùn)的價(jià)格高昂。“于是，我們慢慢忘記了石膏。”麥迪遜市威斯康星大學(xué)土壤學(xué)家Francisco Arriaga說。
但隨著營養(yǎng)物污染問題的愈發(fā)嚴(yán)重，以及火力發(fā)電廠的數(shù)量激增，研究人員認(rèn)為石膏或許能再次“大展身手”。很多工廠都配備了洗滌器設(shè)備，原理是用石灰洗除污染物。這種過程所涉及的化學(xué)反應(yīng)可以生產(chǎn)出一種煙氣脫硫石膏。許多煙氣脫硫石膏最終被填埋在垃圾場，但公司也使用它制作墻板和水泥。部分因?yàn)槭撬鄬Ρ阋耍阂粐嵉V物石膏的成本約為140美元，而一噸煙氣脫硫石膏的成本在38美元左右。
農(nóng)民同樣被允許在農(nóng)田內(nèi)使用煙氣脫硫石膏，并且在過去10年間，科學(xué)家已經(jīng)在7個(gè)州進(jìn)行了研究，調(diào)查這種石膏如何影響農(nóng)作物及土壤。在威斯康星州， Johnson的農(nóng)場是Arriaga及其同事一起挑選的3個(gè)實(shí)驗(yàn)基地之一。研究人員還與麥迪遜市非盈利組織“沙鄉(xiāng)基金會(huì)”以及威斯康星電力公司合作。
項(xiàng)目的現(xiàn)場負(fù)責(zé)人、沙鄉(xiāng)基金會(huì)的Greg Olson指出，在Johnson的農(nóng)場中，陡峭斜坡上的徑流受污染的可能性非常高，這使得它成為一個(gè)絕佳的實(shí)驗(yàn)基地。Olson團(tuán)隊(duì)對這個(gè)項(xiàng)目特別感興趣，因?yàn)樗麄儗κ芪廴镜膹搅髟谖宕蠛^(qū)造成的缺氧死區(qū)越來越擔(dān)心。
Johnson從2014年就開始使用石膏處理農(nóng)場大約4公頃的農(nóng)田。這些石膏從距其農(nóng)場僅10公里的一個(gè)威斯康星電力公司的分部獲得，這一做法已經(jīng)持續(xù)了2到3年。“我們正在土壤中進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)。”Olson說，石膏不僅能使磷粒子減少移動(dòng)，而且可以增加土壤水分、減少徑流。
Arriaga在美國土壤科學(xué)協(xié)會(huì)會(huì)議上報(bào)告了初步結(jié)論，結(jié)果顯示石膏有助于保持Johnson農(nóng)場土壤中的磷。而且在之前的現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)中，包括佐治亞州與俄亥俄州的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種礦物不但能降低土壤中有毒鋁合金及病原菌水平，還能提供鈣和硫這兩種植物生長所需的營養(yǎng)元素。現(xiàn)在，發(fā)電廠排放的硫在減少，之前這種元素以酸雨和灰塵的形式回到土壤中，這樣一來，一些土壤開始缺乏這種營養(yǎng)物。
然而，煙氣脫硫石膏也有缺點(diǎn)。假如暴雨將石膏沖入水道，它將釋放出保存在河床沉積物中的磷，并增加水流中的營養(yǎng)物。在美國中西部，暴雨是一種可預(yù)見的氣候變化。
另外一個(gè)問題是石膏的可得性。火力發(fā)電廠的關(guān)閉在一定程度上歸功于更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)與低廉的天然氣價(jià)格。但當(dāng)這些工廠關(guān)閉后，石膏也將停止產(chǎn)出。佐治亞大學(xué)退休員工、土壤學(xué)家Malcolm Sumner 預(yù)測，“在20到30年間，石膏將再度供不應(yīng)求，農(nóng)民也將爭相購買。”
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