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据研究人员称，如果宾夕法尼亚州的大多数奶牛场完全采用保护最佳管理措施，该州可能能够实现切萨皮克湾的最大日负荷水质目标。
这是对中心县小型排水系统Spring Creek流域所有奶牛场实施保护性奶牛养殖系统的模拟效果的新评估的结论。在模拟中，过去十年由宾夕法尼亚州立大学研究人员开发和测试的保护性奶牛养殖系统生产了大部分饲料和饲料作物，由牛饲养，使用免耕种植，连续种植多样化的植物覆盖，并有一个系统，以采用粪便注入。
使用土壤和水评估工具的变种 - 称为SWAT - 为早期宾夕法尼亚州立大学研究中的春溪流域的岩溶地貌和水文定制和校准，研究人员模拟了四个乳制品的营养和沉积物加载过程 - 土地面积，饲料生产和养分输入策略不同的农业情景。他们比较了“典型”现有宾夕法尼亚州奶牛场所产生的非点源污染，其中包括一些免耕和有限的覆盖种植，以及奶牛场的保护管理。
定制的SWAT模拟了12年期间的四种奶牛种植方案。所有四个奶牛场都比较了65头奶牛和幼畜，饲喂相同的奶牛日粮，并假设产生相同数量的粪便，营养成分相同。但是，在四种农业方案中，生产作物所需的土地不同，而养护农场有更多的土地用于种植饲料和施用粪肥。
与采用一些最佳管理方法的“典型”宾夕法尼亚奶牛场相比，生产所有牛群的饲料，并购买大部分牛饲料谷物，增强的保护性奶牛种植方案通过实现显着的污染减少来改善水质。在12年的SWAT模拟中，他们减少了营养物和沉积物的流入峰值，减少了沉积物的平均浓度31%，有机氮减少41%至53%，硝酸盐减少23%，有机磷减少36-45百分比和可溶性磷32%至43%。
这两种保护方案还通过减少反硝化作用减少了一氧化二氮的排放，但包括粪肥注入在内的情景延迟了广播粪便情景中氮挥发的91%。
“如果奶农实施不同的做法，我们想评估整个流域范围内发生的情况，”宾夕法尼亚州立大学作物生产生态学副教授希瑟·卡斯滕说，他在农业科学学院的研究小组进行了这项研究。“因此，我们创建了这些模型农场，以代表可能存在于流域的奶牛养殖系统。”
保护农场的基础是研究人员在2010年设计实地研究时宾夕法尼亚州奶牛场的平均面积和牧群规模。
“他们有两倍的土地，并且正在种植所有的饲料和饲料，这有助于他们盈利，因为饲料成本至少占牛奶生产成本的50%，”她说。“而且，也许最重要的是，他们并没有经常将粪便施加到同一块土地上，因为他们有更多的土地可以将其分散开来。此外，当保护农场在秋季施用粪肥时，他们将其应用于冬季一年生作物覆盖作物，保留一些营养物质，或青贮作物，利用更多的秋季粪便来生产饲料作物。“
当然，实现如此大规模采用保护性奶牛养殖方法并非简单，容易或便宜，卡斯滕承认。农民需要获得负担得起的土地，以便为畜群种植更多的饲料，并以较低的价格施用粪便。她指出，需要技术援助和财政激励措施，以促进大规模采用最佳管理措施，如粪便注入，冬季青贮饲料生产和覆盖作物。
根据首席研究员MG Mostofa Amin的说法，Spring Creek流域只有大约三分之一的土地是农业用地，现在他是孟加拉国农业大学灌溉和水管理系的一名教员。作为宾夕法尼亚州立大学研究的博士后学者和研究助理，他指出，春溪是东部研究最多的溪流之一。
在早期的研究中，Amin使用来自流域的三个美国地质调查流量监测站的数据来定制SWAT模型，以模拟导致Spring Creek流域沉积物和营养物负荷的地质和水文过程。
“使用SWAT模拟和比较流域规模超过12年的四个农业系统，使该团队能够评估大规模实施奶牛养殖场景的影响，”阿明说。“我们了解到，养护奶牛养殖场景可以减少农田的养分和沉积物损失，并有助于实现切萨皮克湾目标总的最大日负荷量。”
此次研究发表在9月份的“农业系统”杂志上，其中包括美国农业部牧场系统和流域管理研究部门农学家，宾夕法尼亚州立大学和Peter Kleinman以及Tamie Veith的着名教授Douglas Beegle。
美国环境保护局，美国农业部牧场系统和流域管理研究部以及宾夕法尼亚州营养解决方案中心支持这项研究。
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