Impacts of tile drainage on hydrology, soil biogeochemistry, and crop yield in the U.S. Midwestern agroecosystems
Notice bibliographique
Résumé
Abstract. Tile drainage removes excess water and is an essential, widely adopted management practice to enhance crop productivity in the U.S. Midwest. Tile drainage has been shown to significantly change hydrological and biogeochemical cycles by lowering the water table and reducing the residence time of soil water, although such impacts and their connections are poorly understood and highly uncertain. Understanding these impacts is essential, particularly so because tile drainage has been highlighted as an adaptation under projected wetter springs and drier summers in the changing climate in the U.S. Midwest. We used the ecosys model, uniquely incorporating soil oxygen dynamics and crop oxygen uptake, to quantify the impacts of tile drainage on hydrological and biogeochemical cycles and crop growth at corn-soybean rotation fields. Tiles are represented as a water sink in the soil, characterized by tile depth and spacing in ecosys. Water flow from saturated soil layers to tiles is governed by the lateral hydraulic gradient defined by the water table depth in the field, tile depth, and tile spacing. The model was validated with data from a multi-treatment, multi-year experiment in Washington, IA. The relative root mean square error (rRMSE) for corn and soybean yield in validation is 5.66 % and 12.57 %, respectively. The Pearson coefficient (r) of the monthly tile flow during the growing season is 0.78. Model results show that tile drainage reduces soil water content and enhances soil oxygenation. It additionally increases subsurface discharge and elevates inorganic nitrogen leaching, with seasonal variations influenced by climate and crop phenology. The improved aerobic condition alleviated crop oxygen stress during wet springs, thereby promoting crop root growth during the early growth stage. The development of greater root density, in turn, mitigated water stress during dry summers, leading to an overall increase in crop yield by ~6 %. These functions indicate the potential of tile drainage in bolstering crop resilience to climate change, and the use of this modeling tool for large-scale assessments of tile drainage. The model reveals the inherent connections of tile drainage’s impacts on hydrology, soil biogeochemistry, and plant growth.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».