Новое исследование, представленное в Ecology Letters, демонстрирует, как водотоки могут использоваться в качестве датчиков для диагностики чувствительности или устойчивости водосборного бассейна к изменениям в практике землепользования, включая долгосрочное использование удобрений. Использование водотоков в качестве датчиков — в частности, возле истоков — может позволить ученым, менеджерам по землепользованию и фермерам диагностировать, какие водосборные бассейны могут быть более устойчиво освоены для производства продуктов питания, — сказал Джей Зарнецке, ученый-земледельческий университет МГУ и соавтор книги. изучение.
«Мы были удивлены, увидев, что ручьи являются хорошими датчиками долгосрочных условий содержания питательных веществ», — сказал он. «Наши методы показывают, что мы можем многому научиться из относительно небольшого числа проб, если они будут собраны более стратегически, чем диктует текущая практика управления водосборными бассейнами. Это понимание имеет решающее значение для защиты водных экосистем и обеспечения водной безопасности человека».Человеческая деятельность, особенно сельское хозяйство, загрязнила пресноводные экосистемы по всей планете, нанеся огромный экологический и экономический ущерб. Зарнецкое добавила, что избыток питательных веществ из удобрений и ископаемого топлива может вызвать цветение токсичных цианобактерий и появление обширных мертвых зон, вызывающих гипоксию, что подрывает способность экосистем обеспечивать пищу и воду, которые поддерживают человеческое общество.
В рамках исследования Бен Эбботт, ранее работавший в МГУ, а теперь в Университете Бригама Янга, руководил международной командой в культурно и исторически важном регионе Франции. Этот район, в котором ведется почти тысячелетняя сельскохозяйственная деятельность, служит примером того, как растущее использование азотных и фосфорных удобрений оказывает долгосрочное воздействие на водосборные бассейны.«Манипуляции с фосфором и азотом в ландшафте — одна из величайших угроз для судьбы человечества и остальной жизни на этой планете», — сказал Зарнецке. «Большинство людей понятия не имеют, что человеческие манипуляции с циклами фосфора и азота происходят, затрагивают почти все места на планете и являются одной из, если не самой большой, нынешней угрозой судьбе человечества».Есть впечатляющие аэрофотоснимки цветения водорослей, растущих в устье ручьев, впадающих в водоемы, такие как озеро Эри.
Однако большая часть углерода и питательных веществ попадает в водные пути вверх по течению, в верховьях. Таким образом, вместо того, чтобы пытаться диагностировать проблемы в устье, более эффективным способом решения проблемы было бы взятие проб из многих областей, расположенных ближе к истокам.«По сути, вместо того, чтобы стоять в большом ручье вдали от истоков и наблюдать за тем, что течет мимо нас во времени, — сказал Зарнецке, — мы показываем, что может быть гораздо более информативным периодически путешествовать по региону и брать образцы от самых маленьких до самых маленьких. самые большие ручьи в водоразделе ".Команда обнаружила, что химический состав каждого небольшого ручья сильно колебался из-за изменений температуры, расхода воды и других факторов.
Однако в этой изменчивости был порядок, поскольку поведение каждого небольшого ручья и его роль в химическом составе более крупной речной системы были синхронными.«Это было неожиданно, — сказал Эбботт. «Несколько удивительно, но мы обнаружили, что однократный отбор проб в верховьях в любое время года дает много информации о том, откуда поступают питательные вещества и куда направить усилия по восстановлению».В будущих исследованиях эти методы будут применяться в глобальном масштабе к различным сельскохозяйственным водосборным бассейнам и лесным ландшафтам, подверженным изменениям в структуре осадков.
Например, Зарнецкое будет изучать истоки на северо-западе Тихого океана и быстро прогревающиеся и оттаивающие ландшафты в Арктике.Новые методы также могут помочь направить усилия на выбор наиболее подходящих мест для устойчивых сельскохозяйственных земель и развития или определения реакции водоразделов на глобальное потепление, например, в Арктике.
Арктические ландшафты, где почвы преимущественно мерзлые, быстро оттаивают из-за быстрого потепления климата. По мере таяния арктических льдов и вечной мерзлоты они выделяют отложения и питательные вещества в реки и моря. Хотя влияние этих все более мутных вод и питательных веществ неизвестно, их новый подход может определить исходные условия для начала мониторинга их воздействия.
Ключевой вклад в это исследование внесли дополнительные исследователи из Реннского университета и Университета Франсуа-Рабле.