Rice Drain Management to Reduce Seepage Exports in the Sacramento-San Joaquin Delta, California.

Many deltas worldwide face subsidence issues due to increased anthropogenic activity. The Sacramento-San Joaquin delta similarly faces ongoing subsidence, more than 8 m in some areas, that increases levee failure risks and threatens the security of this water source for 25 million California residents and 1.2 million ha of agriculture. Rice ( L.) fields are an integral part of a proposed new strategy for managing subsidence because they have been shown to stop subsidence and provide an alternative crop for growers. Two important considerations for implementing rice fields are additional water requirement and the effect on water quality from mobilized dissolved organic carbon (DOC) and disinfection byproduct precursors. To understand constituent transport and potential management opportunities for rice farming, a plug flow reactor mass balance model was used to quantify surface and subsurface hydrologic pathways. Management of adjacent drainage ditch water levels under low and high scenarios were tested as a strategy to reduce seepage and water quality loads. Under high drains, groundwater met 10% of evapotranspiration (ET). Low drains resulted in a 100% increase in ET demand, which was met by surface water applied for irrigation. High drains reduced subsurface seepage by 95%. Subsurface DOC, trihalomethane, and total dissolved nitrogen loads were reduced 10-fold in high drains compared with low drains. Flow rate accounted for 74 to 90% of load variance and was the primary determinant of constituent loads. Thoughtful implementation of rice cultivation, with high water levels in adjacent drains, can be leveraged to reduce irrigation water demand and constituent load outputs.

Present-day oxidative subsidence of organic soils and mitigation in the Sacramento-San Joaquin Delta, California, USA.

Subsidence of organic soils in the Sacramento-San Joaquin Delta threatens sustainability of the California (USA) water supply system and agriculture. Land-surface elevation data were collected to assess present-day subsidence rates and evaluate rice as a land use for subsidence mitigation. To depict Delta-wide present-day rates of subsidence, the previously developed SUBCALC model was refined and calibrated using recent data for CO2 emissions and land-surface elevation changes measured at extensometers. Land-surface elevation change data were evaluated relative to indirect estimates of subsidence and accretion using carbon and nitrogen flux data for rice cultivation. Extensometer and leveling data demonstrate seasonal variations in land-surface elevations associated with groundwater-level fluctuations and inelastic subsidence rates of 0.5-0.8 cm yr-1. Calibration of the SUBCALC model indicated accuracy of ±0.10 cm yr-1 where depth to groundwater, soil organic matter content and temperature are known. Regional estimates of subsidence range from <0.3 to >1.8 cm yr-1. The primary uncertainty is the distribution of soil organic matter content which results in spatial averaging in the mapping of subsidence rates. Analysis of leveling and extensometer data in rice fields resulted in an estimated accretion rate of 0.02-0.8 cm yr-1. These values generally agreed with indirect estimates based on carbon fluxes and nitrogen mineralization, thus preliminarily demonstrating that rice will stop or greatly reduce subsidence. Areas below elevations of -2 m are candidate areas for implementation of mitigation measures such as rice because there is active subsidence occurring at rates greater than 0.4 cm yr-1.

L'affaissement des sols organiques dans le Delta de Sacramento-San Joaquin menace la durabilité du système d'approvisionnement en eau et de l'agriculture de la Californie (Etats-Unis d'Amérique). Des données d'altitude de la surface topographique ont été collectées dans le but d'estimer le taux d'affaissement actuel des sols et d'évaluer l'occupation des sols par des rizières en tant que moyen d'atténuation de l'affaissement des sols. Pour décrire les taux actuels d'affaissement des sols à l'échelle du Delta, le modèle SUBCALC développé précédemment a été affiné et calé grâce à l'utilisation des données récentes sur les émissions de CO2 et des variations d'altitude de la surface topographique enregistrées par des extensomètres. Les données de variations d'altitude de la surface topographique ont été évaluées par rapport aux estimations indirectes de l'affaissement du sol et de son accroissement basées sur les données de flux de carbone et d'azote au niveau des rizières. Les données d'extensiométrie et de nivellement montrent que les variations saisonnières de l'altitude de la surface topographique associées aux fluctuations des niveaux piézométriques et des taux d'affaissement inélastique du sol compris entre 0.5 et 0.8 cm an­1. Le calage du modèle SUBCALC indique une précision de ±0.10 cm an ­1 là où la profondeur de la nappe, la teneur en matière organique du sol et la température sont connues. Les estimations régionales de l'affaissement du sol sont compris entre <0.3 à >1.8 cm an­1. L'incertitude principale est la distribution de la teneur en matière organique du sol qui conduit à un lissage spatial dans la cartographie des taux d'affaissement des sols. L'analyse des données de nivellement et d'extensiométrie dans les rizières conduit à un taux d'accroissement estimé entre 0.02 et 0.8 cm an­1. Ces valeurs sont généralement en accord avec les estimations indirectes basées sur les flux de carbone et de la minéralisation de l'azote qui indiquent a priori que le riz stoppera ou réduira de manière substantielle l'affaissement du sol. Les zones d'altitude inférieure à ­2 m sont des zones candidates pour la mise en œuvre de mesures d'atténuation telles que la culture du riz car il s'y produit un affaissement du sol actif avec des taux supérieurs à 0.4 cm an­1.

La subsidencia de los suelos orgánicos en el Delta de Sacramento-San Joaquín amenaza la sostenibilidad del sistema de suministro de agua y la agricultura en California (EE.UU.). Se recolectaron datos de elevación de la superficie del terreno para evaluar las tasas de subsidencia actuales y evaluar el cultivo de arroz como un uso de la tierra para la mitigación de la subsidencia. Se refinó y calibró el modelo SUBCALC desarrollado previamente para describir las tasas de la subsidencia en el ancho actual del Delta, usando los datos más recientes de las emisiones de CO2 y los cambios en la elevación de la superficie del terreno medidos con extensómetros. Se evaluaron los datos de cambio de la elevación de la superficie del terreno con respecto a las estimaciones indirectas de la subsidencia y la acumulación de carbono a partir de datos y el flujo de nitrógeno para el cultivo de arroz. Los datos de extensómetros y de nivelación demuestran variaciones estacionales en las elevaciones de la superficie terrestre asociados a las fluctuaciones del nivel del agua subterránea y tasas de subsidencia inelásticas de 0.5 a 0.8 cm año­1. La calibración del modelo SUBCALC indicó una precisión de ±0.10 cm año­1, donde son conocidas la profundidad del agua subterránea, el contenido de materia orgánica del suelo y la temperatura. Las estimaciones regionales de subsidencia varía de <0.3 a >1.8 cm yr­1. La principal incertidumbre es la distribución del contenido de materia orgánica en el suelo que resulta del promedio espacial en el mapeo de las tasas de subsidencia. El análisis de los datos de nivelación y extensómetro en los campos de arroz resultó en una tasa de acreción estimada entre 0.02 y 0.8 cm yr­1. Estos valores en general concuerdan con las estimaciones indirectas basadas en los flujos de carbono y nitrógeno, lo que demuestra en forma preliminar que la mineralización del arroz va a detener o reducir en gran medida la subsidencia. Las áreas por debajo de elevaciones de ­2 m son áreas examinadas para la implementación de medidas de mitigación, tales como el cultivo de arroz debido a que no hay lugar para un ritmo de subsidencia activa de más de 0.4 cm año­1.

A subsidência dos organossolos no Delta dos rios Sacramento-San Joaquin põe em risco a sustentabilidade do sistema de abastecimento de água e da agricultura do estado da Califórnia (EUA). Foram coletados dados de elevação da superfície do solo para estimar as taxas atuais de subsidência e avaliar o uso de cultivo de arroz para mitigar a subsidência. Para simular as taxas atuais de subsidência da região do Delta, o modelo SUBCALC, desenvolvido anteriormente, foi refinado e calibrado utilizando dados recentes de emissões de CO2 e mudanças na elevação do terreno obtidas com extensômetros. Os dados de mudança na elevação foram avaliados em relação a estimativas indiretas de subsidência e acreção, utilizando dados de fluxo de carbono e nitrogênio no cultivo de arroz. Os dados dos extensômetros e de nivelamento demonstraram variações sazonais de elevações do terreno, associados a flutuações do nível da água subterrânea e taxas de subsidência inelásticas que variam de 0.5 a 0.8 cm ano­1. A calibração do modelo SUBCALC indicou precisão de ±0.10 cm por ano­1, onde a profundidade das águas subterrâneas e o teor de matéria orgânica e temperatura do solo eram conhecidos. As estimativas regionais de subsidência variam de <0.3 a >1.8 cm ano­1. A principal incerteza nas estimativas de subsidência modeladas é a distribuição do conteúdo de matéria orgânica do solo. Porem, as taxas mapeadas de subsidência representam médias em áreas de solos mapeados com teor de materia organica semelhantes. Análises dos dados de nivelamento e dos extensômetros em campos de produção de arroz, resultaram em uma taxa de acreção estimada de 0.02 a 0.8 cm por ano­1. Estes valores geralmente concordam com estimativas indiretas baseadas em fluxos de carbono e a mineralização do nitrogênio, portanto, indicando que o cultivo de arroz ira parar ou reduzira significativamente o processo de subsidência. Áreas com elevação inferior a ­2 m são candidatas para a implementação de medidas de mitigação como o cultivo de arroz, por haver subsidência ativa ocorrendo com taxas superiores a 0.4 cm por ano­1.