Исследование было опубликовано сегодня в научном журнале Nature Geoscience. Исследование проводилось под руководством исследователей из лаборатории Сент-Энтони Фоллс, Научно-инженерного колледжа Миннесотского университета и Колледжа биологических наук Университета.В сельскохозяйственных регионах, таких как Средний Запад США, избыток нитратов, полученных из удобрений для сельскохозяйственных культур, попадает в реки и ручьи через подземные дренажные системы и сельскохозяйственные канавы. Попадая в ручьи и реки, высокие концентрации нитратов могут нанести вред экосистемам и здоровью человека.
Сюда входят такие воздействия, как загрязнение питьевой воды и мертвая зона Мексиканского залива. Хотя эта тема была в центре внимания обширных исследований, мало внимания уделялось эффективным стратегиям снижения содержания нитратов в ландшафтном масштабе.
В этом исследовании исследователи использовали пробы воды, собранные за четырехлетний период из более чем 200 водных путей в интенсивно управляемом бассейне реки Миннесота площадью 17 000 квадратных миль, в сочетании с геопространственной информацией о землепользовании в водоразделе. Им удалось изолировать влияние водно-болотных угодий на концентрацию нитратов в ручьях и реках в пределах крупных водосборов.Важные результаты исследований включают:
Когда потоки велики, водно-болотные угодья в пять раз эффективнее сокращают содержание нитратов на единицу площади, чем лучшие методы сохранения на суше. Другие общепринятые природоохранные методы эффективны при более низком потоке, но подавляются при более высоком потоке.Расположение водно-болотных угодий в пределах водораздела является ключевым показателем степени снижения уровня нитратов.
Если водно-болотные угодья перекрывают 100 процентов площади дренажа, они в три раза эффективнее удаляют нитраты по сравнению с перекрытием 50 процентов площади дренажа.Снижение содержания нитратов из-за эфемерных (временных) водно-болотных угодий, таких как прибрежные поймы и более географически изолированные водно-болотные угодья (водно-болотные угодья, не связанные с речной сетью поверхностными водами), было поддающимся измерению и было самым высоким во время высокого водотока, когда такие объекты гидрологически связаны с поверхностью воды.
Этот последний вывод представляет особый интерес для текущих политических дебатов по вопросам управления и регулирования, которые влияют на качество воды в сельскохозяйственных регионах. Хотя существует прочный научный консенсус в отношении того, что небольшие или временные водоемы, такие как эфемерные водно-болотные угодья, играют важную роль в улучшении качества воды вниз по течению, их правовой статус для защиты в соответствии с Законом о чистой воде остается неопределенным. Судебные решения, ожидаемые в 2018 году, могут иметь большое влияние на то, как и будут ли охраняться эти водные объекты в ближайшие годы.
«Мы ценим то, что можем измерить, поэтому это важный шаг вперед к осознанию того, что по мере того, как мы теряем водно-болотные угодья, мы также теряем те значительные преимущества, которые они дают с точки зрения контроля загрязнения», — сказала Эми Хансен, научный сотрудник Университета Миннесоты. Лаборатория Энтони Фоллса и один из ведущих авторов исследования.Вклад небольших водно-болотных угодий также особенно важен для будущего.
Климатические прогнозы для региона предсказывают увеличение как частоты, так и величины осадков — условий, при которых это исследование показало, что водно-болотные угодья играют измеримую роль в сокращении содержания нитратов в реках.«Наша работа показывает, что восстановление водно-болотных угодий может быть одним из наиболее эффективных методов комплексного улучшения качества воды в условиях изменения климата и растущего глобального спроса на продукты питания», — сказал соавтор исследования Жак Финли, профессор Университета Миннесоты.
Отделение экологии, эволюции и поведения в Колледже биологических наук.Результаты этого исследования не только помогают продвинуть науку о водно-болотных угодьях и борьбе с загрязнением, но также могут найти практическое применение для практиков, желающих разработать руководство по выбору площадок для восстановления водно-болотных угодий и потенциальным преимуществам. Имея возможность выбрать места на ландшафте, где восстановление водно-болотных угодий будет наиболее эффективным для удаления нитратов, могут появиться более стратегические союзы и финансирование для реализации таких проектов.
«Расположение водно-болотных угодий является важным показателем того, насколько они эффективны в снижении содержания нитратов», — сказал Хансен. «Программы по качеству воды, нацеленные на эти места, также будут более рентабельными».Другие согласны с тем, что большее количество водно-болотных угодий может быть беспроигрышным как на местном, так и на национальном уровне.«Продуктивность сельского хозяйства приносит пользу экономике, но часто сопровождается экологическими издержками», — сказал Том Торгерсен, директор программы Национального научного фонда (NSF) по воде, устойчивости и климату, которая финансировала исследование. «Это исследование демонстрирует, что сохранение или восстановление водно-болотных угодий в интенсивно управляемых сельскохозяйственных водосборных бассейнах приведет к снижению содержания нитратов в реках и улучшению качества местной воды, а также к сокращению экспорта нитратов в зону гипоксии Мексиканского залива».
Помимо Хансена и Финли, другими авторами исследования были Кристи Дольф, Департамент экологии, эволюции Миннесотского университета и Эфи Фуфула-Георгиу, Калифорнийский университет, Ирвин.