![Sample our Geography journals, sign in here to start your FREE access for 14 days]({"type":"image" , "src" : "/sda/5937/TOC-Subject-Sample-2021-Geography.jpg"})
Abstract
Widespread pollution of groundwater by nutrients is an externality of modern intensive agriculture. Rising nitrate concentrations in freshwater have been of concern throughout the developed world for several decades. Initial worries focused on human health but more recently nitrate's role in eutrophication has also become a cause for concern. Because the impact on water quality often comes decades after land use change, the challenge for science is to produce an integrated model of catchment hydrology and quality applicable to the long time-scales involved and that can cope with the complexity of connectivity among land, aquifer, and river. This article discusses the balance between food production, and therefore food security, and protection of water resources. We use recent results from a catchment-scale model of the River Thames in the United Kingdom to demonstrate that the response time of catchments can be on the order of decades, given the delays induced by groundwater flow through aquifers. Historically, the main drivers for changes in N fluxes were massive land use change associated with wartime plowing of permanent pastures and postwar modernization and intensification of agriculture, leading to the current quasi-steady state of N-dependent but leaky agriculture. It is clear that restoration of water quality to mid-twentieth-century levels would require very severe changes in land use and land management, significantly affecting UK food supply and security. Moreover, the potential timescales for recovery are well beyond those of normal political cycles. Failure to act will mean a continued high level of nitrogen transfer to rivers, estuaries, and oceans, with potentially serious ecological implications, and continued emissions greenhouse gases to the atmosphere. Notwithstanding improved efficiency of agronomic methods, the situation is unlikely to change significantly without radical shifts in legislation or farm economics.
地下水受到营养物大范围的污染, 是现代密级农业的外部性。近数十年来, 淡水中增加的硝酸盐浓度, 成为已发展国家共同忧心的问题。最初的担忧聚焦于人类健康, 但晚近硝酸盐在优养化过程中扮演的角色, 亦成为另一项担忧的原因。由于对水资源的影响经常在土地使用改变数十年过后才产生, 科学的挑战便在于生产集水流域水文的整合性模式, 以及可应用在所涉及的长程时间段的能力, 并且可以处理土地、地下蓄水层与河流的连接中的复杂性。本文探讨粮食生产暨粮食安全以及水资源保护之间的平衡。我们运用在英国泰晤士河集水流域模型的晚近结果, 证明若考量地下径流通过地下蓄水层所造成的推迟, 集水流域的反应时间可以长达数十年。历史性而言, 氮通量 (N fluxes) 改变的主要驱力为伴随战时耕作永久牧地的大规模土地使用变迁, 以及战后农业的现代化与工业化, 导致目前氮依存的部分稳定却漏洞百出的农业状态。显而易见的是, 水质恢復至二十世纪中叶的程度, 需要相当剧烈的土地使用与土地管理变革, 并将显着地影响英国的粮食供给与粮食安全。此外, 水质恢復的可能时程, 往往超出一般的政治週期。无法有所做为代表着高程度的氮持续转移至河流、河口以及海洋, 伴随着潜在的生态严重牵连, 以及温室气体持续释放至大气中。儘管有着改善效率的农业方法, 若立法或农业经济没有根本性的变革, 上述的情形仍然不太可能有显着的改变。
La extensa contaminación con nutrientes del agua subterránea es una de las externalidades de la agricultura intensiva moderna. Las crecientes concentraciones de nitratos en el agua dulce han ocupado la atención del mundo desarrollado durante varias décadas. Las preocupaciones iniciales se enfocaron sobre la salud humana, pero más recientemente el papel de los nitratos en la eutroficación se ha convertido también en motivo de preocupación. Debido a que el impacto de la calidad del agua a menudo se presenta décadas después del cambio de uso del suelo, el reto para la ciencia es producir un modelo integrado de la hidrología de la captación y de la calidad aplicable a las largas escalas temporales implicadas, y que pueden lidiar con lo complejo de la conectividad entre el terreno, el acuífero y el río. Este artículo discute sobre el balance entre la producción de alimentos—y por lo tanto la seguridad alimentaria—y la protección de los recursos hídricos. Usamos los resultados recientes de un modelo a escala de la captación del Río Támesis en el Reino Unido para demostrar que el tiempo de respuesta de las captaciones puede estar en el orden de décadas, dados los aplazamientos inducidos por el flujo de agua subterránea a través de los acuíferos. Históricamente, los principales responsables de los cambios en el flujo del N fueron el masivo cambio de uso del suelo, asociado con el arado en tiempos de la guerra para pastos permanentes, y la modernización e intensificación de la agricultura en la posguerra, que llevó al actual cuasi estado de equilibrio [steady state] de una agricultura maltrecha y dependiente de N. Está claro que la restauración de la calidad del agua a los niveles de mediados del siglo XX requeriría cambios muy severos de uso del suelo y manejo de la tierra, que afectarían significativamente el suministro y seguridad en alimentos del Reino Unido. Aún más, las potenciales escalas de tiempo para la recuperación están mucho más allá de las de los comunes ciclos políticos. El retraso en actuar significará una continua alta transferencia de nitrato a los ríos, estuarios y océanos, con implicaciones ecológicas potencialmente serias, y continuas emisiones de gases de invernadero a la atmósfera. Pese a eficiencia mejorada de los métodos agronómicos, la situación es poco probable que cambie significativamente sin cambios radicales en legislación y en la economía granjera.