在明尼苏达州流域的上游，水中充满了溶解的一氧化二氮，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的水文学家周余英杰把它比作一个易拉罐。
“如果你从当地的溪流中提取水并测量一氧化二氮，其饱和度比与大气平衡时高数万倍。换句话说，这种强效温室气体已经饱和了。自然，你想知道它是从哪里来的，”于说，自然资源和环境科学系的助理教授，隶属于伊利诺斯州农业、消费者和环境科学学院。
在最近的两篇论文中，Yu和他的合作者发现，他们在明尼苏达州采样的河流中的排放物主要来自农业土壤的硝化过程。此外，他们发现河流排放占每年一氧化二氮预算的比例比以前所知的要大得多。
“估计一氧化二氮排放的传统方法是通过放置在土壤表面的一个室来测量，但是完全关注土壤并不能让你了解顺风或下游生态系统的一氧化二氮排放，这些生态系统从农业系统中吸收了过量的氮，”Yu说。“当我们追踪这些下游排放时，我们发现它们可能占玉米带地区氧化亚氮总排放量的三分之一。”
反过来说，测量某一年一氧化二氮的总排放量相对简单。这种温室气体吸收热量的效率是二氧化碳的近300倍，在大气中存在的时间很长。因此，如果科学家在一个时间点测量它，很容易计算出在下一个季节或年份积累了多少。更有挑战性的是确定它来自哪里。
人们普遍认为农业是大气中一氧化二氮的主要来源。当农民施用含氮肥料时，一些被作物吸收，一些流失到附近的溪流中，一些被土壤微生物转化为一氧化二氮。这种气体可以立即逃逸到空气中，或者，如果它被困在地下的土壤孔隙中，它可以溶解到土壤中，并最终在下雨或融雪时被带到地下水和/或溪流中。
余说，储存在土壤中、随径流运输以及从接收溪流和河流排放的一氧化二氮的部分被忽视了，这是农业对温室气体排放的一部分。
“通过更好地了解这些间接河流排放，我们可以改进对土壤直接排放的估计。在我们的案例中，河流排放的高贡献表明，在目前的区域一氧化二氮预算中，土壤排放可能被高估了。”“建立一个强有力的区域一氧化二氮排放清单是设计有效缓解战略并在大空间尺度上验证其结果的重要第一步。”
在硝化和反硝化的微生物过程中，氮和氧——一氧化二氮的成分——发生了微妙的同位素变化，Yu的仪器可以像指纹一样读取。当他的团队对溪水取样时，他们发现多达一半的一氧化二氮来自农业土壤的硝化过程。该分析还揭示了Yu所说的氧化亚氮产生的“热点”和“热点时刻”以及随后向水道流失的情况，例如在施用氨基肥料之后，随后是强降雨事件。
“我们的研究结果表明，在河流与周围土壤联系紧密的地区，河流的排放量最高，尤其是在潮湿的时期。大型风暴事件、融雪和安装瓦片排水管，这些都加强了土壤与河流的联系，这些都不成比例地导致了溪流中氧化亚氮的大量排放。”“这些地区和事件应该优先进行有针对性的缓解工作。”
当研究小组从距地面328英尺的高塔上采集空气样本时，同位素特征显示，该地区至少35%的一氧化二氮来自溪流。然而，考虑到数据仅来自明尼苏达州的一座塔，Yu谨慎地不夸大这一估计。他和他的合作者计划在不久的将来在一个七塔网络的更大范围内进行采样。尽管如此，这一发现表明，科学家和土地管理者应该更多地关注与河流相连的河流。
“在讨论农业氧化亚氮排放时，重点往往是肥料氮投入或农业系统中氮的低利用效率。我们的研究结果通过揭示通过溪流和河流的间接排放途径的潜在重要性，扩大了这种理解。”“这意味着减少浸出或促进有效水循环的管理做法不仅是改善水质的最佳管理做法，而且有可能减少集约化农业地区的温室气体排放。”例如，在旱地种植冬季覆盖作物或控制灌溉可能是有效的策略。
“另一方面，促进土壤水分渗透（即通过土壤剖面的水分运动）的做法通常被认为有利于防止土壤淹水，但可能无意中增加下游一氧化二氮的排放，”他补充说。“这凸显了综合管理方法的必要性，需要同时考虑氮和水循环。”
