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死区现象揭秘：为何密西西比河的氮浓度让海洋生物面临危机？
密西西比河的污染问题正日益加剧，直接影响了生活在水中的生物，以及依赖此河流进行食物和消遣活动的人群。造成污染的主要因素之一便是化学废物及农业径流所导致的硝酸盐（NO−3）超标。该水域覆盖了美国48个州中的约40%，而在这片区域内，10个主要的农产品生产州中有7个均位于此地。
氮循环的影响
在环境中，氮会经历氮循环，这使得氮转化为不同的形式，包括氮气（N2）、硝酸盐（NO3−）以及氨（NH3）。这一过程涉及固定化、脱氨、硝化和反硝化等不同步骤。氮对环境的影响并不仅仅取决于其在氮循环过程中的形式，而是各种形式的氮的整体浓度。
当某些形式的氮过量时，环境负面影响便会随之而来。美国环保署规定，饮用水和地表水中硝酸盐的最大浓度为10毫克/升。一旦硝酸盐过量，就可能造成所谓的「死区」。这类区域内氧气浓度低，会导致水中生物的窒息死亡。在密西西比河口，这样的死区便表现得尤为明显。
根据NOAA的预测，2016年海湾的死区将达到约5898平方英里，硝酸盐流量达到14.6万公吨。
自20世纪初以来，硝酸盐浓度显著上升，涨幅达2到5倍。而其中，超过52%的氮浓度来自于大豆和玉米的生产。
硝酸盐浓度的测量方法
为了有效监测硝酸盐浓度的变化和影响，需要准确的浓度量测。使用「基于时间、流量及季节的加权回归」（WRTDS）方法来估算浓度，这一方法的公式如下：
ln(c) = β0 + β1*t + β2*ln(Q) + β3*sin(2πt) + β4*cos(2πt) + ε
其中，c为硝酸盐浓度，β0、β1、β2、β3< /code>及β4则为拟合系数，t为时间，Q为日均流量，ε为来自其他源的意外变异性。
这一校准曲线每日生成并与前一天的曲线进行比较，但因水流量的日变化，这一过程会受到影响。
趋势分析
密西西比河流域的土地使用模式显著减少了土壤中可用氮的量，并大部分存在于硝酸盐的形式。这些硝酸盐透过农业措施如使用排水系统渗透进入地下水，最终流入地表水。某些地区的硝酸盐浓度已接近饮用水的法定上限，EPA也已宣告该河中的鱼类不适合食用。
研究从1980年到2010年的数据显示，密西西比河在老河流出口通道上游进行的观测，硝酸盐浓度保持稳定，但良过2000至2010年期间却上升了12%。
这些氮的来源仍然不明，而有些区域的硝酸盐浓度上升而其他区域却下降的原因尚未解开。然而，研究显示，秋冬季的浓度普遍高于春夏季。这一整体上升的趋势，使得科学家们认为密西西比河口的死区正在扩大。
持续的解决方案
一种可能降低硝酸盐浓度的办法是重建相关的生态环境。草类与作物缓冲区、森林缓冲区都被证明能有效减少过量硝酸盐的积累。植物取走的氮可以减少水中硝酸盐的浓度，但迅速消失的湿地却是其自然屏障。
为了减少至少40％的硝酸盐浓度，需要重建22,000平方公里的湿地，这个任务的实现极为艰难，因为未来的需求是过去10年湿地复育总量的65倍。
改变农业实践也可以成为解决硝酸盐问题的途径。比如，采用条带耕作与冬季覆土作物的方式可以有效减少硝酸盐的渗漏。
面对越来越恶化的水质问题，人类该如何重新平衡我们的农业实践与环境保护呢？
