Soil oxygen dynamics: a key mediator of tile drainage impacts on coupled hydrological, biogeochemical, and crop systems
Notice bibliographique
Résumé
Tile drainage removes excess water and is an essential, widely adopted management practice to enhance crop productivity in the US Midwest and throughout the world. 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 examining the complex interactions and feedbacks in an integrated hydrology–biogeochemistry–crop system remains elusive. Oxygen dynamics are critical to unraveling these interactions and have been ignored or oversimplified in existing models. 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 US Midwest. We used the ecosys model that uniquely incorporates first-principle soil oxygen dynamics and crop oxygen uptake mechanisms to quantify the impacts of tile drainage on hydrological and biogeochemical cycles and crop growth in corn–soybean rotation fields. The model was validated with data from a multi-treatment, multi-year experiment in Washington, IA. The relative root mean square error (rRMSE) for the 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. Plant oxygen stress turns out as an emergent property of the equilibrium between the soil oxygen supply and biological demand. The impact of tile drainage on the system is achieved through a series of coupled feedback mechanisms. The model results show that tile drainage reduces the soil water content and enhances soil oxygenation. It additionally increases the subsurface discharge and elevates inorganic nitrogen leaching, with seasonal variations influenced by climate and crop phenology. The improved aerobic condition alleviates crop oxygen stress during wet springs, thereby promoting crop root growth during the early growth stage. The development of greater root density, in turn, mitigates water stress during dry summers, leading to an overall increase in the 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 underlying causal mechanisms that drive the agroecosystem response to drainage on the coupled hydrology, biogeochemistry, and crop system dynamics.
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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 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 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 ».