建造湿地是农业径流进入水道的最佳保护

Phys · 企业 · 07月05日
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Le Sueur河流域一个人造湿地的场景。资料来源: Amy Hansen

堪萨斯大学(University of Kansas)的一位主要作者的一篇新论文发现,沿着水道建造的湿地是减少大溪和大河中硝酸盐和沉积物负荷的最具成本效益的方法。该研究建议,使用湿地的保护工作不应集中在单个农场,而应在流域范围内进行。

这篇论文刚刚发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上,它依靠计算机建模来研究明尼苏达州南部的勒苏埃尔河流域(Le Sueur River Basin)。

"过量的硝酸盐或沉积物会影响当地的鱼类种群,影响我们处理饮用水所需的资金,也会对下游产生影响, " KU土木工程、环境和建筑学助理教授、主要作者艾米·汉森(Amy Hansen)说。 "我们的河流整合了整个景观中正在发生的事情,所以你喜欢去钓鱼或游泳的地方-无论是继续是钓鱼或游泳的好地方,都与人们正在进一步上游做出的选择有很大关系。过量的污染会进入下游的水体,比如水库或海洋,导致藻类激增、缺氧或'死亡地带" 。墨西哥湾北部的死亡地带与密西西比河流域的硝酸盐直接相关。 "

研究小组比较了改善水质的潜在流域方法,如减少农田径流和增加湿地,然后测量每个方法的经济成本。由于大多数方法依赖于单个农场的自愿参与,并由不同机构的拼凑来实施,研究人员发现它们效果较差。

汉森说: "目前,有个别的管理或养护做法,其中包括覆盖作物、高精度施肥、减少耕作、建造湿地和沟尖管理。这些是我们考虑过的一些不同的做法。 "但在美国,通过激励计划,对非点源的管理是自愿的,当协调的方法更有效时,这些养护做法通常被认为是个体农民。从某种意义上说,这就像一个回收计划, '任何回收一件东西的人都比没有人回收好。 "这是真的,有些回收比没有回收好,但协调的方法会省钱,更有效。 "

汉森和她的合着者发现,人工湿地是这些实践中最有效的,特别是如果按照流域的规模来评估大小和位置-整个地区都会排水到一条共同的水道中。 KU的研究人员说,湿地有两件事很好的作用:当湿地流向溪流和河流时,它们会减慢水的速度,并含有植物和微生物,这些植物和微生物可以处理作物上用作肥料的营养物质。

枫树湿地建于大约15年前,是位于Le Sueur河流域枫树河支流上的一个河流湿地。

汉森说: "湿地中的微生物和植物实际上正在从水中去除硝酸盐。 "另一方面,对沉积物来说,河流湿地正在做的是在这些高流量期间阻止水的流动-通过控制这些水,你会得到更低的峰值流,这正在减少流向下游的近通道沉积物的数量。 "

汉森的研究专长是水质,但她来自明尼苏达大学(University of Minnesota)、加州大学欧文分校(University of California - Irvine)和美国各地的其他机构的合着者为改善农业水质的挑战带来了多学科的视角。这项合作得到了美国国家科学基金会(National Science Foundation)的一个奖项的支持。

加州大学欧文分校(University of California - Irvine)该项目的首席研究员埃菲·福福拉(Efi Foufoula)说: "如果没有由水文学家、生态学家、地貌学家、生物地球化学家、社会科学家和环境经济学家组成的团队的不同专业知识和观点,这项工作就不可能完成。 "持续的NSF支持让我们对这个问题有了新的看法,并花费必要的时间收集广泛的实地数据,建立新的模型,并与利益攸关方接触。我们希望,随着时间的推移,我们的结果将影响政策和管理,以实现该州的水质目标。 "

事实上,这项新研究的一个关键方面集中在实施小型浅河流湿地和稳定河流的经济学上。调查人员表示,这些措施"显然比现场管理更具成本效益" 。但研究人员发现,湿地的表现需要优化布局,而且往往成本效益高的湿地对于一个农场或一个机构来说可能太贵,无法建立起来。

PNAS文件的结论是,一项综合战略必须把整个流域作为一个系统来处理,将来自不同方案和机构的资金结合起来,确定河流湿地的位置,从而最大限度地减少硝酸盐和沉积物进入水道。

明尼苏达大学生物科学学院(College of Biological Sciences at the University of Minnesota)教授、研究报告合着者雅克·芬利(Jacques Finlay)说: "这项工作表明,如果采取更多一切照旧的方法,我们就无法在实现改善农业地区水质的目标方面取得真正的进展。相反,如果考虑到水污染根源的相互作用,以及不同的管理选择如何影响它们,那么保护行动和支持它们的投资就会更有效。 "

研究人员使用勒苏尔河流域作为概念的证明分水岭,但他们说他们的发现可以应用于整个中西部的农业地区。

堪萨斯大学

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