來自堪薩斯大學的主要作者的一篇新論文發現,沿著水道建造的濕地是減少大溪流和河流中硝酸鹽和沉積物負荷的最具成本效益的方法。該研究建議不應將重點放在單個農場上,而是應在流域范圍內實施利用濕地的保護工作。


這篇剛剛發表在《美國國家科學院院刊》上的論文依靠計算機建模來研究明尼蘇達州南部的勒蘇爾河流域,該流域受到玉米和大豆的密集農業生產的徑流影響。

研究表明:人工濕地是農業徑流進入水道的最佳保護

過量的硝酸鹽或沉積物會影響當地的魚類種群,我們必須花費大量資金來處理飲用水,而且還會產生下游效應,主要作者、KU 土木、環境和建筑工程助理教授 Amy Hansen 說,我們的河流整合了整個景觀中發生的事情,所以你喜歡去釣魚或游泳的地方,它是否仍然是一個釣魚或游泳的好地方,與人們在更遠的上游做出的選擇有很大關系. 過量的污染進入下游水體,如水庫或海洋,導致藻類大量繁殖或缺氧或“死區”。墨西哥灣北部的死區與來自密西西比河流域的硝酸鹽直接相關。


研究小組比較了改善水質的潛在流域方法,例如切斷農場徑流和增加濕地,然后衡量每種方法的經濟成本。由于大多數方法依賴于各個農場的自愿參與,并且由不同機構拼湊而成,因此研究人員發現它們的效果較差。


目前,有個人管理或保護措施,包括覆蓋作物、高精度施肥、減少耕作、人工濕地和溝壑尖端管理。這些是我們考慮的一些不同做法,漢森說,但在美國,非點源的管理是通過激勵計劃自愿進行的,當協調方法更有效時,這些保護實踐通常被考慮的規模是個體農民。在某種程度上,它就像一個回收計劃,其中你是說,任何人回收一件東西總比沒有人回收更好。確實如此,進行一些回收總比不回收好,但協調的方法將節省資金并且更有效。


漢森和她的合著者發現人工濕地是這些實踐中最有效的,特別是如果在流域的規模上評估大小和位置,整個區域都排入公共水道。這位 KU 研究人員說,濕地在兩件事上做得很好:當水流向溪流和河流時,它們會減慢水的速度,并且含有可以處理用作作物肥料的營養物質的植被和微生物。

研究表明:人工濕地是農業徑流進入水道的最佳保護

濕地內的微生物和植物實際上正在去除水中的硝酸鹽,漢森說,另一方面,對于沉積物,河流濕地正在做的是在這些高流量期間阻止水流,通過阻止水流,你會得到較低的峰值流量,這減少了近河道沉積物的數量,被運送到下游。


雖然漢森的研究專長是水質,但她來自明尼蘇達大學、加州大學歐文分校和美國其他機構的合著者為改善農業水質的挑戰帶來了多學科視角。這項合作得到了美國國家科學基金會的一項獎勵。


如果沒有由水文學家、生態學家、地貌學家、生物地球化學家、社會科學家和環境經濟學家組成的團隊的多元化專業知識和觀點,這項工作是不可能完成的,加州大學該項目的首席首席研究員 Efi Foufoula 說,NSF 的持續支持使我們能夠以全新的視角看待問題,并花時間收集大量現場數據、構建新模型并與利益相關者互動。我們希望我們的結果將影響政策和管理,因為時間緊迫國家的水質目標。


事實上,新研究的一個關鍵方面側重于實施小型淺水河流濕地和穩定溝壑的經濟學。據調查人員稱,這些措施顯然比現場管理更具成本效益。但研究人員發現,濕地的性能需要最佳放置,而且通常具有成本效益的濕地對于單個農場或一個機構來說可能過于昂貴。


在PNAS論文的結論的全面戰略必須解決的整個流域作為一個系統,從不同的程序和機構的資金集結起來,并查明了河流濕地,這將導致中硝酸鹽和沉積物到達水路減少最多的位置。


研究合著者、生物科學學院教授 Jacques Finlay 說,這項工作表明,我們無法通過更多的一切照舊的方法在改善農業地區水質的目標上取得真正的進展。相反,如果考慮水污染源的相互作用以及不同的管理選擇如何影響它們,保護行動和支持它們的投資可能會更有效。


研究人員使用勒蘇爾河流域作為概念驗證的分水嶺,但表示他們的發現可以應用于整個中西部的農業地區。


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