global pollution of surface waters from point and nonpoint sources of nitrogen · 2019. 8. 1. ·...
TRANSCRIPT
632
van Drecht et al.: Global N Pollution of Surface Waters TheScientificWorld (2001) 1(S2), 632–641
Research ArticleOptimizing Nitrogen Management in Food and Energy Productionand Environmental Protection: Proceedings of the 2nd InternationalNitrogen Conference on Science and PolicyTheScientificWorld (2001) 1(S2), 632–641ISSN 1532-2246; DOI 10.1100/tsw.2001.326
E-mails: [email protected], [email protected];[email protected], [email protected],[email protected]
© 2001 with author.
DOMAINS: agronomy, soil systems, global systems, fresh-water systems, environmental modeling
INTRODUCTION
������������ ������� ��� ������ ��������� ����������������������������� �������� ��� ��� ��������� ��������� �������������� ������ !"����� ����������� ������ ������ ��� ������ ���� ��� ���� ������ ���� �� � � ��� ���������������������� �����������#� ������������"�$������ ������ ����������������� �%��� ��� � ��� �� &�'���� ������������������������������� ��������'��������� ���&���� ���������"�(���������� ������������ ����������� ���������%�� �����������������"�)������������� ����������&������������������������������ ������ ����� ��� �������&�� ������ ����%�������������������%���������� ��������������������������"�* ���������������������������%��������������������������� ����+�,��"�-����������� ��� ��������� ������������� ������ ����������������&� ������� ���������� ��� ��������./����01��� �������������� �������2� ���� ���+��� ��� ����������+�
��&��������,���&���� ����,�
��&���������������, ����,��&���,�&� �����������������,�"�)����������� ���������,�
����������� ��������"*���������� ����������&������� ������� �����������
'�� ������ ���� �� ���&� ��������� ���� ������ 31�4���� ����5!��4��6��� �� �7� �4��6� 8�������������� ���������� ���/8����/88�4����� ������� ���������&� ������� ���� �������� �������� ���������������� ��� 8�4����� ���� &/!"4����� ����������������� ����������������� ��������� ����9 18�4����� ���� �:8�4����� ����������������%�
Global Pollution of Surface Waters fromPoint and Nonpoint Sources of Nitrogen
G. van Drecht, A.F. Bouwman, J.M. Knoop, C. Meinardi,and A. BeusenNational Institute of Public Health and the Environment, P.O. Box 1, 3720BA Bilthoven, the Netherlands
Global 0.5- by 0.5-degree resolution estimates arepresented on the fate of nitrogen (N) stemmingfrom point and nonpoint sources, including plantuptake, denitrification, leaching from the rootingzone, rapid flow through shallow groundwater,and slow flow through deep groundwater to riv-erine systems. Historical N inputs are used todescribe the N flows in groundwater. For nonpointN sources (agricultural and natural ecosystems),calculations are based on local hydrology, climate,geology, soils, climate and land use combined withdata for 1995 on crop production, N inputs from Nfertilizers and animal manure, and estimates forammonia emissions, biological N fixation, and Ndeposition. For point sources, our estimates arebased on population densities and human N emis-sions, sanitation, and treatment. The results pro-vide a first insight into the magnitude of the Nlosses from soil-plant systems and point sourcesin various parts of the world, and the fate of Nduring transport in atmosphere, groundwater, andsurface water. The contribution to the river N loadby anthropogenic N pollution is dominant in manyriver basins in Europe, Asia, and North Africa. Ourmodel results explain much of the variation inmeasured N export from different world river ba-sins.
KEY WORDS: ammonia, aquifer, denitrification, ground-water, leaching, nitrate, nitrogen, runoff, surface water
633
van Drecht et al.: Global N Pollution of Surface Waters TheScientificWorld (2001) 1(S2), 632–641
���������7�;1�4��� ������������� ������ ���7�9/8�4����� ��
�����������������������"+�� �� ������� �� ������� ����������������� ��
�����'���� �����'�������� �� ��� <� ������������ ����� ��������/!"�=��������������������� �������� �����&������������� ������� ���� ������� ���� ����������������' ��� ��� �� ����������� �� ������� ��������� ��"
4��� �������� ������������ ������������� �&��������� ������ ��������� ���� �����������7���������� ���������� �����������������������' ��&�����&������� ���&���������������� !"
������������������ ��' ����� �������� ������������� ����� ���;&1!"�+������������,�
�� ���������' ��� �� � �������������������������� �%������������� ��=���������"�4�������������� ��>������� ������� �� �������� ����� ���������� �������' ���������������� �������������"�-������?�)��������)������= ���:8@AA:&����� ���� �������������� ��������,�
����18�������&�'��� �#�������B���51�������"��,�
��������� ����������� ��' ������'�������'������ �� ������ ���� ��������������;!"
-������� ��&�'������ ������ �������������������� �' ���� ������� ��������������������� ������������ 338�"=����������� ���&�""&��,�
�&��,��&��+�
�&� ����������� ��� ����� �� ��� ����"��� �� ���� ��' ���� ����� ���������������� �����������������"�*����������� ����� ���� ����� ���'������ ���' �� ��������� ��������&���� �������� ��� ����� �� � �"����������������������� ���� ��' ���
�������� ������� ����������' ����� �������� ���� ���� ���� ���'������������� �������� ��� ��� ������������ ������ ��� �������������� ������� ������������������"
-���������������������� ������������������'���������� ����� ������,�
������ �������� �������������� �������� ������������������������ ������� ������� ������������������� ���������% ����C&A!"
=�������� �������� ������ ������������� ������������ ����� � �������� ������� �� ��������� ���� ������ ������������������� ������ ��' ������������� ����� ������������ �������������� ���������������������������' ��&�����& ����������������"�4��� � � ����������������������� ����� �������� ����������'�� �����������������'��������& ������������� �������������� ���������������<�����������"
METHODS AND DATA USED
4��������������� ���� ��������������� ������������� (�"� "�4�� � ���� ����� ��� ����� ��������� ���� ����� ����������������� ��������������������'��������"�(����������������<������������������� ����������������%�� ������ �� � ����&� �����'����� �� ��������� ���� ���������� ������' ��� �� ������� ��� ������� �� ������� ������ ������ ������ ����"�4������ ��� � �'���8"1�����8"1������������������������������ �����������4 ��� "
����������������������� ����������������������������������������
634
van Drecht et al.: Global N Pollution of Surface Waters TheScientificWorld (2001) 1(S2), 632–641
Point Sources of N
4����� ��� ������������ ������'��:� ��� 3�������� �� �:!� ���������� ��������������� ��� ������ ��' ���"$� ���'������������� ��������&� ����������������������� ���� ���������� ������ ��������&������'������������ �����������#� ��� ��B��������;����1���� ���
� �� ���3!"�$ ���������������&����������� ������ ������������� ���� ��� �� ���������������� �� ����������������������D)*���� 3312
5.0
46000118
⋅+= GDP
N emission� �
4��'�������������� ���������E'�%�� ���'��� �D)*���>"E"F;C&888"� (��� ��� ��������'� ���� � � � ���D)*� ��� �� � 8!&����� �� �������� ��������� �� ������ ������� �����&� �������� ���������' �������� ����������� ��' ��� ����� �����������' ����� ���������� �������������� !"4���' ������ ������������ ����������� ��' ����������� ���&���� ��' ������ ����&���������&� ������� ��������' �� �������������� ������������' ���������� ��' ���"�=�����%��� ������� ��� ��� ��������� ������������ �������������������&�� ����� ��������� �� � �"
Nonpoint Sources of N
4���� ����� �� ��� ��� ������ ��� � ������������������������'���������������������������%�� ��� �� ������� &����� ���&� ��� �������������������� ��������������+����� ��% ���� ������� ���������������������������� ������������� %���"�4��� ���������� ���� ����������������
�������������������������'�� �����&���� ��������&��� ���� ���&� ���� ��� ������������4 ��� �"
Use of N Fertilizers
=�������������� � ��������%���� ���� ����� ������������ ����� ��� ���� 5!� ������ ��������%����� /!"��� ���� ���� ���'�� ���� ���������������'��� � �����'�� �����&����� ��������&��������%���� ��� ��"
Management of Animal Manure
4��������������� ���&����&��������&����&� ����� ���' �� ���� ��� ����������� �������������� ;!�������������� ��� ������� ����� � ������ ���&����&��������&����&� ����� ��� /!"=�������� �������'�������������������� ������������������������� %������ ������ �������� ������������������������ �� ��� ���� ;!"�(���������������������� ��'��������������� ������ �������������'����������������������������� 1!"�* ��������������������������� ��������� �� ������������������������&� �������� ������ � �� ������� ���� ��������� ��� ���� ��������"�(���������������������&�'� �������� ��18G������� � � ��� �� ��� ����� �������������� C!"�>����������� ��� ���� ��� ����� � ������ ������������������7� ������&�'� ������� �������������������������31G������� � � ���� ����� ����� ��������&� ����� ���������������������� %��� �������� ���� ��������'������� �������� ������H������������������������������ 1!"������������������ �������� ������������� ������������ � ���"�=� �������� �� ���� ������ ��� ��<� ������ ��������"������ ������� �� ��� ���
TABLE 1Global 0.5- by 0.5-Degree Resolution Databases Used
Type Source
Runoff, river basins Various data sets[42]; runoff was partitioned as describedelsewhere[43].
Climate Global climate database[44] using assumed minimum annual precipita-tion of 1 mm and minimum runoff of 5% of precipitation.
Geological formations Global map based on various sources[44].
Soil characteristics Total available soil water holding capacity, soil texture, organic carbon,pH, CEC, and drainage from the WISE database[45].
Population density Densities[46] combined with national urban and rural population data[47].
Land use Area use of grassland, wetland rice, upland crops, and natural ecosystemsa
per grid cell[48] updated with data for 1995[13]. Fertilized grasslandswere allocated to (fractions of) grassland areas using country data onfertilized areas[12].
Atmospheric N deposition Simulated N deposition[17], converted from the original model resolutionof 5 by 5 degrees to 0.5- by 0.5-degree grids using a smoothing filter;we assumed that 50% of NH3 emissions are redeposited within 0.5 de-gree grid cells[19] to include short-range dry-deposition of NH3.
a Large areas of natural ecosystems are influenced by atmospheric N deposition, and other parts aremanaged. However, for simplicity we refer to all nonagricultural systems as natural.
635
van Drecht et al.: Global N Pollution of Surface Waters TheScientificWorld (2001) 1(S2), 632–641
����� ��� �����18G���� � � ���� ������������� ���1G������������������� ���� ������ %����� ���������� ���� ���� ����������� �����������&���������������� ��� ��� ��� ���������������'��� ���������� �����I 1G�����������������������I/1G�����������������"�(��� �����������������'����� ��� ���� ��������������������������� ������ ��� 1!&�'��������� ������������'������� ��� ��� ������� �&������������������������ �"�E��� ����� �� �� ����������� %��� ������������'����� ������� �&����������� ��� ���� ��� ���"
Biological N Fixation
$����� ���� ������� �����������������������������' �� ���� ��������������������������� ������������������������ ������� ������������������������� � &������ ����������& ������������"�=� ������ �� �� ��� ����� ������������ ������ ������'������ �������������&� ����� �� �� ����� � ������������������� ������ ���������������'���� ���"4����� �������� ��������� ����������������'���� ����'�������������������������� ����������������� �� �������/"�(���������������������'� ������ �� ����������� ����� �������1����� ���� ���"�-����������������������'��������&����������� ����������� ������ ������"�$����� ����� ������� ��� ����������� ����� ��� ����' ����� ��������� ���������� ����� ���� �������� ����� ����������5!������� ����'�������� � ���������������� ��� �����������4 ��� �"
Atmospheric N Deposition
4�� �������������������� ������������� 338�� ������� ���� ������������ ������������ A!"�4��������������������� ����� ������� ����������"�4��������������� ��������������������+�&���' �� �������� ��18G�����+��������� :!� ���������'����8"1�������������� 3!"������������������������������ ��� �������� �� ���� ��� ����������"�4�� �� ��� ������������� ������������� ��� ��� � ���;"1���� ��&������������������� � ����&�'���������� �������������E����� ���� ����� "
Ammonia Volatilization.
J�� ��8"1�����8"1������+����� ��% ����� �������� ���� �� ��� ���� ���������%���'��� ���� ���'��� ������58!� ������� ��� �������� ������ �������� ��� � ������������������������""&���� ��������&�'�� �����&� ����� ���&������%������5 !&� �������%�� ���� ��������<������ �� ����&������� ���&��K����&���������7� ����5��� �������� ��������������� ��������������� �&������+&� ���?�?�"��+����� ���% ���� ������� %����������' ��� ���� ��� �������� ��� ��������� ���������� :!"
N Removal in Harvested Products
4������ ������������ �������� ������������� ���������������' ��� ���� ��������������������������� � � /!� �������
����� ���� ������������55!"�$� ������� ������� � &�'����������������������������������� ������ ��� �� ����"=������%��� ����� ���� ����������'���������� ��� ����� ������������� ���������������� ������� � �������"
(��� �� ��� ���&� � � � ������������� ��� ����������� ����� %��� �� ������� �������� ������ � � ��"�4��������������������������;8����18G�����������������������%���5/!"(����� ��� ����'� ������ ���������������C8G���������������� ����� �� ��� ���&�������%��&������� ������ ���& ��� ������������������&������ ����+�� �����"�4��� ����� ������������������ �� �������������������%�� ��� ���������������C8G"�4������ ������������������������������ �� �� ����������������������'������������ ������� �����������"�4��� ���������������� ���� ������� ������������ � ���������������������� ���������"
=�������������� ����� ��� ����������&� �������� ��������������������� ��� ����'��������� ������ ������ ��� ��"�4��� '����� �� �������� ���� � ���� � ��&��� ��� �&������������� ��� �����������'��������� ������������"�+�'��&�'����������������� ���� ������������������'������������� ������ �������� ��������"
Denitrification in the Rooting Zone andNitrate Leaching
-��������� ���������������������'�� ��������������������,�
��������"�+��&����<� �������������,���<� �����������
���� ��� �� �� ������ ��� � ����������"��,��������K�����
������ ���� ��&��������������������������&������ ���������������'������������� ���������� ����I�� ����� ���� ����"�=���� ������������ �������������� �� ����� ���'�������������������������� ���&�������������& ���������������� �������������������� ���� ���� ����"
L�� �% ���� ��������� ���� ��� ����������������� ����&�'������������������'������������ ����'������ ����"�4������� ����������������� ���� ��� ���������������������<� ���� ����E� �������"�5;!2
⋅
⋅=TR
e-exp 101.68f a9
T�5�
'����������� ��� ����������1;";5:;�M� 8��N�������&�������� �� ��� ������ �����O�&� ������������� ��� ������� ���:"/ ;;�N�������O���"�4�� ��� ��� ��������������������������������� ������� ����������������������� �� ����������� ����&�� ���� ��� ����������2
tawc
pemv = �/�
'��������������� ������������� ����� ����� �������� �� � � ���' ���� � �������"�4���������������������� ���� �������� �������������������� ���� ��� �2
mv
ff T
mvT =,�;�
636
van Drecht et al.: Global N Pollution of Surface Waters TheScientificWorld (2001) 1(S2), 632–641
-��������� ������' �������� ������������������������'� ������������ �����������,�
�� ������ �� �� ����������� ��"�4�������� ����������������� ������ ������ ����� �� �������������� ���� �������� ����� ��"�-�� ������ ������� ����� ��� ����'�������� 7����P� �� ���������I����&����,�
��� �����������"�-���������� ���� ������ ��� ������������ 7����I� �� ���������P���&����� ������ ��� �����"
)����� ����� ��� ����������������' ��� ���������� ���"�(��������������� ������� ��� �������� �������' ���������������� ������ ��������"���� ������&� � �������������� ������������ ����� �������� ����� ��� ���� �� �������������������'���� ���� ������������������� ������ ��������������"�E����� � ����������� �������������� � ���"�(� ���&�������������������������������� ���� �������� �� �����"�,��������������������������� ����������������������������� ����� ���' ��� � �� ����"�+��'����������� ���� ������������ �� �������������� �����������"�4����������������������������&�������� ��� ����� ������� ���� �� ����� � �� �������� ��� ����������� �����������������' ��������� �������'�2
socdraintexturemvTden fffff +++= /�1�
E��������� ����� �������������������������������� ����� � ��&����� ������ �����������' �� ����������� "4��� ������������������&������&� ������ � ��������4 ���5"
(���'�� ������������&����������������������&��������� ���� ����&��� � �&� �������� ������������'�������&�� �������������� �� ����������������� ����� � �����"�E����������� ���������������������� �� �������� ���� ��&�'� �������� �������� ������ �' ���A1G���������� ����� � �����������������6�8"A1�"�4���� ���' �������������� ������� ����������� ������ �� �����/8G��������� ������������������������� ����51&5C&5A&5:&53&/8&/ &/5!"
4��� ���������,������������������%���������������
'��������'�' ���' ������'���� ���� ��� ������ ��� � ����������������������� ��������2
surplusdenleached NfN ⋅−= )1( �C�
Delay and Denitrification Loss DuringGroundwater Transport
4��������' ������'������ �������� ��' ���'������ ����� ����������' ���'���� �����������������������"4���,�
��������� �������������' �������������������������'�������' �������� ��� ��������������� ������������������� ������"�D�����' ������ ������������ ��������""&�I18�� ��� ��&�'��������' ���������'���� ��������'�'����������������������,�
������������ ��' ����� ���������' ������������������������ �������� ����'����������� ����� ������������ ��� ����% ���� � ��� ��� ���� �� �� 338��//!"
4�������������������������������� ��� ����������' ���� ������������ �������'��/;!2
rT
t
eD
z −−= 1 �A�
'������������������'�������������� <�������&������� <���������������&����������������� ����� ���&� ����
������ ������������� ���"������������������ ����������' ���������������������' ��������� ����������� ��"=�������������'��� ����� �����������,�
������������ ����'� ������' ��� ��� ��� ��' ��� ������&� ��� ���'� �� �����������������������' �����' ����� ������� ��"�4��� ������������������ ���� ���' ��� ���� ��� �2
ro
pDTr
⋅= �:�
'������������������������ ������� ���������' ���� ��� ���������� ���������������'���� ���'� �������������' ��&� �������������������������������"�Q ��������� ����������������� � �������������� <�����������"�=����� ��������� �����������4 ���/� ��� ���������������������� ��� ��������'����"
TABLE 2Denitrification Fractions for Soil Texture (ftexture),
Soil Organic Carbon (fSOC), and Soil Drainage (fdrain)
Soil OrganicSoil Texture ftexture Soil Drainage fdrain Carbon fSOC
Class (–) Class (–) Content (–)
Coarse 0.0 Excessively–well drained 0.0 < 1% 0
Medium 0.1 Poorly drained 0.3 1–3% 0.1
Fine 0.2 Very poorly drained 0.4 3–6% 0.2
Organic 0.3 Organic soils 0.5 3–50% 0.3
6–50% 0.4
637
van Drecht et al.: Global N Pollution of Surface Waters TheScientificWorld (2001) 1(S2), 632–641
E� ���'��� ��������� �������������������������1���� ��������� ��� ���%��"�(������������' ������'&�'���� �� �����������18��"�>�������� ��� <�����'�����I� 88��� ��������� �&��� ������������� ����������������������������������������������� ������������ ������� �"�?������� ���� ����� ����������������� ����������� ��� <�����"�+�'��&�������� ������������� �����' �������������������&��� ���' ����� �������� ��������������� �����%����'�������������"�,���������� ����� ����������������'���������� 88���������������������/1!"�4�����&� � ������18������������� ��� <������� �� ��� ������ ��������� ��&� ���������������� �� ���� ��&������������������� ����� ������������� �������"
=� �������� ��' ���� ����������������� ���'���������������' ���� ��"�+��&�����,�
��������� ����������������� ���'�������' ���� ���<� ������������� ���������' ���������'����������������%��&� ������������� �������������� ������������������' ���<� ����� ���������������'����������� ���'�������' ��"
4��������� ���� ����������' ����� ��������� ���� ����� ���� �������������������������&�������������������&� ��������� ��������� �������'�2
)(1
1
kTC
C
rin
out
+⋅+=
α�3�
'������������������� ����������' �������'��������&������������� ����������' ���������'��������&�������������������������������������������� ������ ���&� ���������������������������������� ����� �"��<"�3�� ���������������� ��������8�P���P���������������'�������� ������� �������� ������� ��� �������������������� <������ ��� ���'�� ���� ������'�������� �����������M����"�4�������������� ���� ��� �����5�@������ 7����� �������������������������������&������� &���� ������������ ��� � ����������%��������'��������������������%���� ������ /!7������ ���� ��� �����5�@������7�������������� ���������������' ����"�4���,�
���������� ����������������'�������� ���'� <��������������� ������� �� ���������5�� ��&� ����������������' ������������� ���� �� ��� �� ���������/�� ���/C&/A!"
Riverine N Transport and Instream NTransformations
4����� ��������������������' �&� �����������������������' ��&� ����,�
�����'��������� ���'� ������������' �� ����������������� ��' ���'���� ����������"�,�������������� <� ��������&����� ������ ������ �����'��������� � �������������������� �� ������� ��������������������� �"-���� ������ ������ ����� ����� ������������'����� �������������&�'���������������������� ��' �������� �������������������� &� �������&������� ��������"
Q ������ �������������������� ���������&�������������� ���&� � � ����������� ���� ���&��,�
��������� �������� ��' �������������� ��������&� ��������� �����'���� ���' �����������"�? ���������������������� ���� �������������������&�'���� ��������������� ������������ ������ ��� ����������� ���1!"�+�&� ����� ����������������������8"A��� ��������������������� ����������/8G����������� �����������������/A&/:&/3!"
RESULTS AND DISCUSSION
4���������������� � ������������� K��������� ��������%&������&����� �&� �������� �������� ����������� ���������������������� �����������4 ���;"�4���� %��&�R ��%& ���R �� ���� � ���%������ ��� � ������ ��� ����������& ��� �������� ���&� ����� �������'�������� �������� �� ������"�4������� ��� �� ��� � &���������� ���� ��� �������� � ������ ����������� ��� ��� ��������� ���������� ��� ��������������� �� � "�4�����������������' ���� ������������������������&�������&�� �������"�(���������������&����� ���� ��� �������� �� �������� �� ���������� �������� ������ ��� ����������"
4��� ������� ������������������ ���������������������� ���������������� ����������� ���������������������' ���� ������� ��' ���"�4�������������38G�������� %��� ��L������������ ���&�'���������������� ������� �������'��AA� ���:CG"�4���� � ������� ����� ���������������� �� ������&� ��� �� ��� ���� ��������&� ��� � �� ������� �� ���' ����� �����'������������ ���"
TABLE 3Effective Porosity for Different Aquifer Types
Effective Porosity (p) (m3/m3)
Shallow DeepType of Material Permeability Aquifers Aquifers
Unconsolidated sedimentary Good 0.30 0.35
Poor 0.15 0.20
Consolidated sedimentary Good 0.20 0.20
Good 0.10 0.10
Igneous and metamorphic rock Medium 0.05 0.05
Poor 0.02 0.02
Note: Modified from a European study[37].
638
van Drecht et al.: Global N Pollution of Surface Waters TheScientificWorld (2001) 1(S2), 632–641
4���� ��������������������� ����������� ������������������������������������������������������������"�J���������������������' ��� ��������� �������������������������������������� ��������� ����� ���������������' ���&'���� ���� �������������������������������"�4�����&������������������' �������� ���������� �������������������������� ���������' ������������� ������������������� ���"
)�������� �������������������������' ���������&����������������� ������������������� �� ����������������
���� ��� �� ��� �����'��������������� �������� �� ������L������&�D ���&�?� ���N ��&�+� ���+&�S��&� ���*��"
=����� �%����������������� ������������������� ��'���������������� ���������������� ������������������� ������ �������������������������������� ������������������ � �����#� ��� �B�����������4 ���1�"�-������ ���� ����'���������������� ������������ ��� ����������� ������'������������������ ������8"1�"�4��������'������������ ����������� ���������8"A7�""&���� ������������������������� � ������ ��� �������������� �� ��������/�� ��
TABLE 5Land Area, Runoff, Population Density, Total N Inputs and N Export, and the N Export Indexa
North Latin FormerUnit America America Africa Europe USSR Asia Oceania World
Land area (106 km2) 17 21 29 5 24 23 8 127
Runoff 5 12 5 2 4 10 1 38
(1000 km3 year–1)
Population 16 21 23 104 15 133 3 42
(Inhabitants km–2)
N inputs (Tg year–1) 49 77 79 34 38 127 17 420
N export (Tg year–1) 6 11 8 5 3 19 1 54
N export index 0.5 0.4 0.4 0.7 0.5 0.7 0.4 0.5
Note: We allocated the N export to continents and world regions on the basis of the location of the river mouth.Hence, the area drained may not coincide with the area of the continent or region considered.
a Calculated as 1 – R, where R = export of N stemming areas of natural ecosystems/total N export. A value of 0indicates absence of anthropogenic influence on N export, while values close to 1 indicate that anthropogenic sources>> natural sources. A value of 0.5 means that total N export is twice the export from natural sources.
TABLE 4Drained Land Area, Runoff, Population, N Inputs (in Natural and Agricultural Systems, from Sewage and
Atmospheric N Deposition) and Calculated Export of N at River Mouth from Natural and Agricultural Systemsand Sewage for Ten Selected Rivers
Inputs Exporta
Drained Total Total land Runoff Rural (kg N Total (kg Narea (1000 km3 Population Pop. km–2 Natural Agriculture Sewage (Gg km–2 Natural Agriculture Sewage
River (106 km2) year–1) (Inh./km2) (%) year–1) (%) (%) (%) year–1) year–1) (%) (%) (%)
Mississippi 3.2 0.6 21 44 7489 9 89 1 1910 597 27 63 10
Amazon 5.8 6.4 4 68 3034 83 17 0 4001 692 93 6 1
Nile 3.7 0.3 38 71 3601 31 67 2 998 268 43 37 20
Zaire 3.6 1.2 16 76 3427 81 18 0 2290 632 90 9 1
Zambezi 1.9 0.4 14 74 3175 52 47 1 641 330 68 25 6
Rhine 0.2 0.1 292 10 13941 15 77 9 459 2795 21 49 30
Po 0.1 0.1 196 29 9060 11 81 8 185 1841 17 56 27
Ganges 1.6 1.2 286 78 9366 16 81 3 2051 1269 30 55 15
Chang Jiang 1.8 0.9 237 73 11823 6 92 2 3959 2237 9 83 8
Huang He 0.9 0.1 153 66 5159 9 88 3 190 214 17 24 59
a Contributions for each source (natural systems, agriculture, and sewage) were calculated by excluding the other two sources. Atmospheric N deposition has not beencalculated separately, because it is difficult to attribute N deposition to its original sources.
639
van Drecht et al.: Global N Pollution of Surface Waters TheScientificWorld (2001) 1(S2), 632–641
�� ��8"A�"�-������ &�J ������� &� ���,� � &�����������������8";7�������� ���������������������������� � ����� ��� �������������� �� �������� "C"�=���������������� ������������������� ����������� ������������ ����� ���� �� ������������ � �������� �������������� ���������� �� �������� �� ������ ���������"�(���� ���&������ ����'�� ���� ����������������� �'������ �������� ������������������� ������������� ������������������������"
=����� ������������������������� �� ���������������'��� � � ��� � � �A&;8!"�4�� � � � ���' ��� <� ���� ����>��*�;8!� ���������������N �� ��� &� 33;����)�����/ & 33C&��������������������� ������������� �������� ���/�� ������������������� ����"�4��������������� �������<������� ����� ������"�)-����������������� ������� ������������� ���������,�
�&��,��&� ����+�
�"�������������� �������� �������,�
�&��,��&��+�
�&� ������ ����"�? � �� ���?���A!��������,�
���� �������/1�� K�������&���������� ������������ � � ������� ���� ������������� ���������������"
4������ ��������������������'���� �����������)-�������� ��������� :�������(�"�5 �����'���� �&�'���������������&������������� ��������������� � ���"�4������� ��������� ���� ����������� ��'����,�
���� ��A!���(�"�5���
�������&��� ��������������������� ��������� ���&���������+�
�� ������ ����&����������� �������� ��������� ������� �(�"�5��"�4������ ����� ���� �������� �� �� ����������������'����� ��������� ���� ������ ������ ����� ����� �����������"�>���� ������������8";���������������C8G�'��������� ������ ������'������� ���������(�"�5�"4�������� ���������� ������� ���)-��0���� �������������� �� �S�����-�� ��(�"�5 �����'���������� ������������ ������ ����&�� ����� ��������������'��������� ����������' ��� ����"�-������� ����'����������� ����&������ ��� ������������ ����� ���� ������������ ������� ��������"
4�� ���� ����������������� ������� �����'��������� ���� ����� �����������������������������������"�=���� ��������������������&�'�� ���� ������ ����������'��� ������ ����������������� �� �D�*"�+��&�'������� � ������������'������������ ��������������� ������������ �� �����"�(��������&�� � ����� �� �������� �� ���' ��' ����� ����� ������� �"
4��� �� ���� ������ ��� ����� ���� �� ��� � � � ��� ���������������������"�) � ������������� ��� �� ��' ��� � ������������ ��� ��������� �������'����������&'�������� ��� �����'�� ���'�����������"�S� ����
�������������������������������������������������������������������������������������� ��������������!��������� ����
640
van Drecht et al.: Global N Pollution of Surface Waters TheScientificWorld (2001) 1(S2), 632–641
���������������%��� ��� �� ��� �����&�'������������ �� �� ���� ����� ��"�$� �������� ��������� � �'����������� � �� �������� �����������������%��� � ����'�������������"�"&������������� ���� ����� ��� ������������ ���� ������'�������� ���������� ���� � �������������������������� ����"�4������������ ��� �������������� ���� ������������ ������������������� �� ���� ���� ���% ���&������� ���&� ���� ����"�*���������������������������� �� ���8"1�����8"1����� ��������� ����������; !"(� ���&� ������������������� ��������� ������ ����� �� ������� �"
����������������'���� ����������������������� ��� ����������' ����������������������,�
����������������������' ��&������������� �������� ������������� �����������,�
�� ���������� ���������' ������� ��� ������� ��' ���",���� ���� ����� ��� ��������� ������������ � ����������������� ���������' ���"�*�� ���������������� ���������������� ���� ����� ��������� ������ ������ ����7����� �������������������������������� ���'���������&�'���� ������������ ������ ������������������������������������������������� ������ �����A!"
CONCLUSIONS
)���� ����������� ���&������������������ ����������������� ������������������������������� ���������� ����������������� ������ ����������'����&� ������� �������������� ���������������' ��� ������� ��' ���"�S���� ����'���������������� �����������&���� ��&� ����� �� ��� �� ���� ����� �����������&���������������� ������������ &�����&� ������������� "�-�������������� ��� � ����� ������������������ ���������� �������� ���� �"
S� ����� ����� ���������� ������� ���� ��� � ��� ��������� ����� ������������ ������ ������ ����������� ��������� �����������&������������&�����%����������� ���&� ����� ���������������������� ����������� �����'�������������� �������7� ����5��������������� ���������� ����������&����� �� �������� �&������ ��������������' ��' ����� ����&� ������� ��������������� ������������������� ����������� ��' ���"
REFERENCES
�� ������������ ������������������������������������ �������������� !��"�����#�$�"���%��"���&��������'�����(��"'�������(��"�����&����������������� �������)* +) )�
)� ,��������,�,�-���������.� ���(��/� � 0������������"�.����������1�2���3�� � ���""�4�0�5��0�������,�4�������������������0������!���6��&�""�����#"�����"����6�����������"��������!#�$�"�������"7���������"�(�������������� ��������8)*+89 �
*� 5�"�7��32����6����/������"�.�����3�����4���"���2��� ��������/��� �����������������-��(��/�������:!�7(����"���"����#"�����6����"����������%��7����������'��;7�������������������:*:+: <�
9� ������2������=7�"-�2�����*!��"��"����7�#�����"���������������������������������������� ���=7�"-�2����
-�7���� �-�4������������> ���,������"��?�@�&&�)8�+*�:�
� ���"����"���������*!��"���������������7�#�����"��������3��������������������������������������� ���=7�"-�2����-�7���� �-�4������������> ���,������"��?�@�&&���+�9<�
8� ��"A����� �2����@���A�,�����B!���6�����"��67"����#��'"��7��$���&���7�"���������&7"���#������"���������"��(�����������"�(�������������� ���������*+��*�
:� ,�������0����,������������!�7(���(&��"����"��"��$'&��"%����������7����(�C��������������� �������8:+�:<�
B� =������"�� ����9! 2���&���' 7�� "��3�"�##���"�D�� E6��&7�3"#F�(���G7���������������� !�"����������������������#���$%&����'"����������"��������������(��������"������������������� �)������������������ ����''*�����������������3��'2�4���=���)) ����#"�������������&��"�7(/��'5�����0���3#7�"�
�� (��5��)<<<!#�������+�������-2����,�(6���������<� �����=��3��)<<<!-��)<<<�����=��3/�����&(��"������'
"����/�"���,/'.1�������=��3�������"��/,���� ��1��)<<<!���6����"�� 7&&����� ���"�"���������(��"
)<<<����������"�1�����A�"�����������)� �0�H�0/,H0�1������!0��"���A��?��6�,��&�9"����0������
�����7�"7��1�����A�"����#"��?��"����"����.�(���*� 0�1��)<<<!0�1 -�-/�"�6���,�����"�����0����������'
�7�"7��1�����A�"����#"��?��"����"����.�(��?.�%�""&%HH�����&&��#�������
�9� ��������.�@���A�,��������,�1���(�1� ��"A����� ����5��,���(&7"1�����B!,������"�����6���"(��&�������167���"% ��"��7��$��� �(������� "���7�� "�� �����7�"7�����"������������"���������������������)) +)9B�
� � 0�1�����8!����������"��32���7�"��� ��"�(��,7����" "�'"7����7�����-���������(��2���7�"����������"�2�&���):�0�����������7�"7��1�����A�"����#"��?��"����"����.�(��B*&�
�8� ���/� ����6���4�.�����0� �7���.���������'@��������1������������/��"����0������=�7�(����0�����:!4�'"�(�"�����#���6���1��(����������"����7����"���"������ �����,���������:* +�:9��
�:� ,���������� "�������/� ��������,�4����/�����".�������:!-��&��&������A���������6��'�����"����'��(������������������(��������"����&����"��1��(���������"�����-��� ������ ���))*+):9�
�B� =�7�(����0����/� ���(��������/��"����0������������3@������1����������������:!����6������'�����7'"����(������ �����"��� #�� �((����������������� �������� 8�+ B:�
��� =�7�(����0�������577���/������!���6��������(��"�#�����#���"������47"��&����"����#��"7���4�����"�(��.�'&��"?�42H/4��>4�H-.���'8I.�5�H9<<)<<�<�)�?��"����"����4������(��"2�����((�H��"��������"�"7"�#��276�������"����"��4������(��"�����6�H=��"�����"����"���������
)<� =�7�(����0�=�7(������������=�"C�������)<<�!4�'"�(�"����#���6���������"���A�"�������#��(���"��"��#��"���A'���������(��(��7���&&����"����6��������������������������������� �������76(�""���
)�� �0�� �����!��"�����'2���&��"�'2�"��� �0�/�-� "�"��"���#��(��:*H:9'��:*"����:H�B'���:����7���� �&���"��������0��"���A��,���7(&"��� "�"��"������"����"�����0��"���A�����7�'"���������"���2�����
))� ����4'"��(� �)<<�!-�� ����4)�) �(&��(��"�"����# "�� .4 ����������,�(&������������������#4(�������,��'(�"�,���������(&��"���"��)��",��"7���,/'.1�&76��'��"���9B� <B<�B���"��������"�"7"�#��276�������"����"��4������(��"=��"�����"����"���������
641
van Drecht et al.: Global N Pollution of Surface Waters TheScientificWorld (2001) 1(S2), 632–641
)*� 5��/�����3@������=�7�(����0������!?&��������#�7"����"67���"� #��(������������������� "����6�������� ���"������'��."�������� ������������ �� (����� 4�����1���(� 1� ��� 0����� ��1� 4��� ,�= ��"����"������������#���?�@�&&� :+:*�
)9� ��##�����������������/����2�����0��������!��"��"�����������������(����������&��3������4�2!%(������'����&"�������&&����"�������������������� ������"��%�!���/"����������#�� ���� ����������0����".�0�@�����/�.����,�7��.���4��� ��� ������ ����"��#�(���������'������&&�)B +*))�
) � 0����� ��.�-����""��,�-�/�/�""� �@�16��(��������� .��� ���� ����<! -�� ��"����&������� �# �((��������"���A�"��� ��� ����"��#���"��� �� ��"����� ���� &������ ��#����������#�������"��2����&&�����������#�������������*�+*8�
)8� /�/�""� �@�-����""��,�-�0����� ��.�16��(������.��� ���� ��� �(&��� ��.� ���B�!����7���� ��"����������� #��( ������� ���� 7���� 67�3 ��������(�� �����"�����'� 6������(�"��������������������� ��-�����): +�)B��
):� �(&��� ��.� 0����� ��.���"������.��7������������7����.� ���/��(���1�-� ���B9!-����#��(�"���� ����������#7�����"������#"���&&����"���"�#������������"����-�������*������B�+)<<�
)B� J�7J���,����K� �(&�����.�J���� ���,���/������3�����5����0�������.����B�!2���������#��"���������#��(#��"���A����&&����"�#����������#����������������7����������"�'���"���,�����#������*������<�+�� �
)�� @�"�����,����,��"����0����B�!4##��"�#���#�����"������'������&���76(����������((��������"���A�"�������&&��'��"����"��#���"��������#��"�����#��(��76(������������������������8+�) �
*<� 16��(������.��� ���� ���/�/�""� �@� ���BB!4##��"�# ���� "�$"7�� ��� ��"����� (�����(��" �� �((��������"���A�"������"�"����"����� ��������������-���������������9 +� *�
*�� ,����K�J�7J���-����""��,�0�0�������.���� �(&�����.����B8!��"���������#��(�((���7(6����6���"����7���#��"���A����&&����"�#�����������#������*�����)<*+)� �
*)� ��������.�,��&(�� ������0�������.����B�!/�"��(�'��"����#����"������(��������� ��"��"��� �� #������"�����&�����"���#������������#����#��"���A����"�� �7����#�����*������):+�*8�
**� ��������,�.�����9!���7����"��.����������-�����-�(���� "�� ����.�������# "����"���������.�&��" :� <�<<9���"����� ���"�"7"� #�� 276�������"� ��� "�� 4������(��"=��"�����"����"���������
*9� "���31� ���B9!-����'��(�������� �"���(����� ��/7&7�"'0�������(��(������+����*��"���*�����B�)+B))�
* � ?�4 ,1� ���B:!��� ��7$ ��7"�������� ��� ������ �7��� �7������ 2��C�" B�8 �7 &�����((� ���������;7� ��"����"������4"7����"��&&��"�L����������**�?�4 ,12�����
*8� �������� 0� ����)! /�� ��"��"6����"7�� �� ��� ��7��'����������#"�����M��"��L=7�����D�����=./!�=�����"��7����13����������0�����7��B�0�����7���A��"�7(�E�����@0�!�E�����
*:� ����"�������!�7"����"#�7$����"��.�������4�6�6���������0��7�"��".7�("���C3���"������&&���?"����"?�������"�?"����"��8*&�
*B� =��������������",�������6��3�������!�2��� ���"��"��� ����� "�� �;7�"�� ���"��77( #��( ���� "������� ��0������������������������������������"�7��.�0�,����"�� �������������".�4��� ���������> ������N��3�&&���+99�
*�� ,�������0����,������� ����B!�7(���(&��"����;7�"����"����� �����% � �������� ���� �"7��7���� ����� �����6������� �������&�����
9<� ?�42��)<<�!���6��4������(��"����"����� ��"�(0����'��"�� G7���"� 2�����((� ?��"�� ��"���� 4������(��"2�����((��?.�%�""&%HH�����������H��(��
9�� =�7�(����0� �����!���������� ��� ������� � � 1������� #�"2�� ��� ������� �� 4������� �������(�"����(�*8)&�
9)� 0�"�3�=���5F�F�(��"�,���������6����)<<<!���6��,�(&���"�.7��##0�����=������16������.����/����������� �(7��"����"��=�����������6��.7��##/�"�,��"��H0��'�������"�"7"��#���������@�6���A���(������ &�
9*� @��&&��1�������/����"�� ����B!��.�=� ��"����'����(��"���.����=���� ����I�,�(&7"��2�����(#��,��'�7��"�����"��/�(��������"�� �"��#��"������,�"��(��"=���������#�����6��' �������������#��"�� "�����.�&��"9<)<<�<<����"��������"�"7"�#��276�������"����"��4���'���(��"=��"�����"����"����������)9&�
99� ������7�(�����������2������!.�&�����"���"���"�'�"�'���"7���&���'"�(����(�"������6���"����/�����&(��"�#���8�+�<(���(��"���"�����"�������(�"������-����� ������ �B)�+B 8�
9 � =�"C����������:!��������"���"�#�����������&��&��"���6�0�1'?�4 ,1����7��"#�����6��(��������������3������������+�8�
98� -�6����� ���� !-�����6��/�(����&��2��C��"���"�����,��"��#��������&�����#��(�"����������������,���! ��"�=��6���,��&�: �
9:� ?������B!�����2�&7��"���2���&��"�%���B�?��"����"����/�&��"(��" #��4����(�� ��� ����� ��#��(�"��� ���2����������������N��3�
9B� J7���(���������=�����������(������@�����(������������9! �(7��"���������������6��������������##��"��6������(��������(�"��#��"����+�����������������"�����8*+��B�
��������������������������������������������
���/����"��=�7�(����0�@���&������������,����=�7������)<<�!���6��&���7"����#�7�#�����"���#��(&���"������&���"��7�����#��"��������1&"�(�A�����"�����������(��"��0������4�����2���7�"������4������(��"��2��"��"���%2�����������#"��)�� ��"����"����� ��"����� ,��#������ �� ������ ��� 2������1������� ��+������!� ��8*)+89��
"���� ��# $��% &'(&��)"� ����# ������� )*(&��)+�������# ������� &,(&��)-��������# �� ����� .(&��)
Submit your manuscripts athttp://www.hindawi.com
Hindawi Publishing Corporationhttp://www.hindawi.com Volume 2014
Inorganic ChemistryInternational Journal of
Hindawi Publishing Corporation http://www.hindawi.com Volume 2014
International Journal ofPhotoenergy
Hindawi Publishing Corporationhttp://www.hindawi.com Volume 2014
Carbohydrate Chemistry
International Journal of
Hindawi Publishing Corporationhttp://www.hindawi.com Volume 2014
Journal of
Chemistry
Hindawi Publishing Corporationhttp://www.hindawi.com Volume 2014
Advances in
Physical Chemistry
Hindawi Publishing Corporationhttp://www.hindawi.com
Analytical Methods in Chemistry
Journal of
Volume 2014
Bioinorganic Chemistry and ApplicationsHindawi Publishing Corporationhttp://www.hindawi.com Volume 2014
SpectroscopyInternational Journal of
Hindawi Publishing Corporationhttp://www.hindawi.com Volume 2014
The Scientific World JournalHindawi Publishing Corporation http://www.hindawi.com Volume 2014
Medicinal ChemistryInternational Journal of
Hindawi Publishing Corporationhttp://www.hindawi.com Volume 2014
Chromatography Research International
Hindawi Publishing Corporationhttp://www.hindawi.com Volume 2014
Applied ChemistryJournal of
Hindawi Publishing Corporationhttp://www.hindawi.com Volume 2014
Hindawi Publishing Corporationhttp://www.hindawi.com Volume 2014
Theoretical ChemistryJournal of
Hindawi Publishing Corporationhttp://www.hindawi.com Volume 2014
Journal of
Spectroscopy
Analytical ChemistryInternational Journal of
Hindawi Publishing Corporationhttp://www.hindawi.com Volume 2014
Journal of
Hindawi Publishing Corporationhttp://www.hindawi.com Volume 2014
Quantum Chemistry
Hindawi Publishing Corporationhttp://www.hindawi.com Volume 2014
Organic Chemistry International
ElectrochemistryInternational Journal of
Hindawi Publishing Corporation http://www.hindawi.com Volume 2014
Hindawi Publishing Corporationhttp://www.hindawi.com Volume 2014
CatalystsJournal of