与五大湖支流流域相关的含水层通常是了解营养物质负荷到五大湖过程中的缺失环节（Robinson, 2015）。由于土地利用方式、地形特征以及水文地质和地球化学条件的不同，五大湖流域（GLBs）地下水中氮（N）和磷（P）的浓度差异很大（国际联合委员会五大湖科学咨询委员会, 2010）。Green等人（2021）通过梯度提升回归树方法发现，较高的硝酸盐浓度与近期充水的地下水有关。由于地下水在地下移动性有限，通常认为地下水中的磷浓度较低（Holman等人, 2008），但在某些水文地质条件下，磷浓度可能升高，地下水对地表水的磷负荷可能很显著（Domagalski和Johnson, 2011; Tesoriero等人, 2009）。
导致伊利湖富营养化的问题已久，自2014年托莱多市因蓝藻爆发而暂时停止从伊利湖取水以来，饮用水供应就受到了影响（Stow等人, 2015）。磷是五大湖淡水生态系统富营养化和藻类过度生长的限制性营养物质，但氮负荷也会促进有害藻类的爆发（Chaffin等人, 2023; Robinson, 2015）。最严重的有害藻类爆发发生在伊利湖西部，其中毛米河是主要的营养物质来源（Baker等人, 2014; Kane等人, 2014; Robertson等人, 2018; Stow等人, 2015）。在毛米河流域，非点源营养物质负荷是一个值得关注的问题，因为在那里种植的作物会使用氮和磷肥料（Cousino等人, 2015）。
毛米河中的氮和磷负荷动态与伊利湖西部持续的富营养化问题密切相关。1990年至2013年间，溶解磷的浓度增加，而同期的硝酸盐浓度却下降（Stow等人, 2015）。最近对正磷酸盐通量的分析表明，2011年至2023年间毛米河中的正磷酸盐流量略有下降（?3%至?12%），尽管作者指出，毛米河中的正磷酸盐流量仍比其他五大湖流域高出四倍（Kincaid等人, 2025）。氮负荷仍然是伊利湖西部的问题，因为某些微囊藻毒素的同系物的季节性变化与溶解无机氮的浓度呈正相关（Chaffin等人, 2023）。尽管大部分田间施用的氮通过物理、化学和生物过程从系统中移除，但土壤中的磷已被确定为毛米河流域溶解磷的长期来源（King等人, 2017）。先前在农业环境中研究土壤磷渗出的工作表明，土壤渗滤液中的磷含量可能达到或超过导致地表水富营养化所需的浓度（Hussain等人, 2021）。Williamson等人（2023）发现，毛米河支流中的溶解磷主要来源于基流和排水管排放，这表明地下水中停留时间较短的水可能在河流负荷中发挥重要作用。
在五大湖流域，渗透水补充地下水与地下水排入地表水之间的传播时间知之甚少（Robinson, 2015），这凸显了将地下水和地表水营养物传输动态联系起来的多尺度研究的好处。此外，传播时间和地下营养物传输受到水文地质条件的显著影响。在粗粒冰川沉积物环境中，反硝化作用相对较慢（Rodvang和Simpkins, 2001），而硝酸盐可以沿着深层地下水路径传输（Liao等人, 2012; Tesoriero等人, 2021）。在铺设排水管的地区，地下硝酸盐传输更快（地下水停留时间较短），估计在施肥后30天内就有52%的硝酸盐负荷和46%的溶解活性磷负荷发生（Williams等人, 2022）。
流域内的主要水文流动路径（例如径流、地下水排放）对河流中的营养物负荷有显著影响（Green等人, 2007; Tesoriero等人, 2009）。尽管以往的水位曲线分离研究主要集中在两个流动端点（径流和基流）的流量和营养物负荷上，但Miller等人（2017）研究了三种水文路径（稀释的快速流动、浓缩的快速流动和缓慢流动的地下水）作为氮向河流输送的途径。稀释的快速流动路径表示化学上稀释的水排入河流（例如直接降水到河道或未吸收溶质的地表径流）；缓慢流动的地下水表示缓慢变化、化学浓度较高的水流路径的整合，这些水流在无降水期间维持河流的水量；浓缩的快速流动表示其他快速响应地表事件的流动路径的整合，但化学浓度高于稀释的快速流动路径（Miller等人, 2017）。这些路径对河流中氮负荷的相对贡献在不同河流和不同时间点上存在差异（Miller等人, 2017; Tesoriero等人, 2021）。
选择适当的最佳管理实践以减少氮和磷负荷取决于正确识别通往地表水的传输路径（Meals等人, 2010）。本研究在毛米河流域评估了地下营养物的传输。本研究的目标是：（1）确定地下水和排水管中营养物浓度的季节性变化，（2）研究非饱和带内的营养物渗出损失和动态变化，（3）利用连续和离散的水质数据更好地了解来自不同水文路径的营养物负荷。这些路径包括径流、排水管和浅层地下水流动，以及具有较长地下停留时间的深层地下水流动。本研究采用了多尺度方法，利用了在田间尺度、田间到河流之间的流动路径以及毛米河流域尺度收集的数据。
