Development and evaluation of RZWQM2-P: A model for phosphorus management in tile-drained agricultural fields

A rising environmental concern, phosphorus (P) loss from agricultural fields via surface runoff or sub-surface drainage ends up in freshwater bodies (river, lakes), where it causes widespread algal blooms and water quality degradation.Recent studies suggest that agricultural fields fitted with artificial tile drainage system contribute heavily to these P losses.Simulation models could help to measure and manage the agricultural P losses and inform prudent management decisions to mitigate this problem in a time saving and cost-effective way.Computer simulation models for this purpose are presently lacking, particularly for tile drained agricultural fields.Accordingly, the present study was undertaken to develop a computer simulation model to simulate P loss from a tile drained agricultural field through different hydrological pathways.A state-of-the-art algorithm to simulate the fate and transport of P in tile-drained agricultural systems is proposed, tested and incorporated into the RZWQM2 model, to take advantage of its hydrologic and agricultural management subroutinesthereby yielding the RZWQM2-P model.Structured according to Jones et al., (1984) with updates and modifications prescribed by Vadas, (2014), the RZWQM2-P model features dedicated manure and fertilizer P pools to simulate P dynamics arising from their application.To simulate daily P absorption/desorption among the P pools, a dynamically changing rate factor is applied rather than a constant rate factor.Tile drainage dissolved reactive P (DRP) and particulate bound P (PP) loss are estimated according to Francesconi et al., (2016) and Jarvis et al., (1999), respectively.Losses of DRP and PP through surface runoff are simulated according to Neitsch et al., (2011) and McElroy et al., (1976), respectively.The RZWQM2-P model's capacity to simulate the DRP and PP loss from an agricultural field through surface runoff and tile drainage was evaluated using two sets of observed P loss and water iii RÉSUMÉ La préoccupation environnementale croissante quant aux pertes de phosphore des champs agricoles par voie des eaux d'écoulement en surface et de drainage souterrain s'explique parce que ce polluant se rend éventuellement dans un plan d'eau douce (rivière, lac) où il cause une prolifération d'algues nocives et une dégradation de la qualité des eaux.De récentes études donnent à penser que les champs agricoles équipés d'un système de drainage contribuent largement à ces pertes en P. L'utilisation de modèles de simulation permettrait d'évaluer et de gérer les pertes en P d'origine agricole, et d'appuyer des décisions de gestion agricole permettant de mitiger ce problème d'une manière efficace en temps et en coût.Il nous manque présentement un modèle de L'habilité de RZWQM2-P à simuler avec exactitude les pertes en DRP et PP provenant d'un champ agricole par voie de ruissellement de surface et de drainage souterrain fut évalué grâce à deux ensembles de données de pertes en P et de débit d'eau enregistrés dans des champs du sudouest de l'Ontario équipés d'un système de drainage souterrain et soumis à une rotation maïs-fève soja sur un loam argileux.Le modèle RZWQM2-P performa de façon satisfaisante pour chacun des sites (NSE > 0.50, |PBAIS|  30%, IoA > 0.75).Une analyse de sensibilité des paramètres d'entrée de RZWQM2-P fut entreprise afin de faciliter l'application du modèle par les gestionnaires agricoles et acteurs œuvrant dans le domaine de l'environnement.L'analyse de sensibilité indiqua que l'exactitude de RZWQM2-P's en simulant toutes formes de perte de P dépend de plusieurs paramètres, mais en particulier de la macroporosité du sol.La perte de DRP par l'écoulement en surface s'avéra particulièrement sensible au coefficient d'extraction du P, tandis que la perte de PP par cette même voie était principalement sous l'influence des paramètres de l'équation universelle de perte de sol (USLE).La perte de DRP et PP par voie de drainage souterrain s'avéra particulièrement sensible au paramètre de distribution de l'assimilation du phosphore par la plante, et le coefficient de détachabilité du sol.Le modèle RZWQM2-P nouvellement développé est un outil prometteur pour la gestion du P en milieu agricole, particulièrement pour les terres doués d'un système de drainage souterrain.Cependant il nécessite une haute compétence de modélisation et s'avère exigeant en termes de calcul.

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