湿地为减少硝酸盐污染提供了景观尺度

湿地为减少硝酸盐污染提供了景观尺度。

研究人员测量了该领域的水流和采集水样。

明尼苏达大学的一项研究提供了新的见解，以证明在流域内的多处湿地或“湿地复合体”能有效地减少河流和溪流中的有害硝酸盐。在减少硝酸盐的单位面积上，这些湿地的效率可提高五倍以上，而不是最好的陆地氮素缓解策略。

这项研究发表在今天的科学杂志《自然地球科学》上。这项研究由明尼苏达大学科学与工程学院的圣安东尼瀑布实验室和大学生物科学学院的研究人员领导。

在美国中西部的农业地区，来自农作物肥料的过量硝酸盐通过地下排水系统和农业沟渠流入河流和小溪。一旦进入河流和河流，高浓度的硝酸盐会对生态系统和人类健康造成危害。这包括诸如饮用水污染和墨西哥湾死亡地带的影响。虽然这一主题一直是广泛研究的焦点，但在景观尺度上，对硝酸盐还原的有效策略却鲜有关注。

在这项研究中，研究人员使用了从超过200条水道中收集的水样，这些水样来自于密集管理的、17000平方英里的明尼苏达河流域，以及流域内土地利用的地理空间信息。他们能够将湿地对河流和硝酸盐浓度的影响隔离在大型流域内。

重大研究成果包括:

当河流流量很高时，在减少硝酸盐的单位面积上，湿地的效率是最佳陆地保护措施的五倍。其他常见的保护措施在较低的流动条件下是有效的，但会被更高的水流淹没。

流域内湿地的排列是降低硝酸盐含量的关键因素。如果湿地截留了100%的排水区域，与截留50%的排水区相比，它们在硝酸盐清除方面的效率是前者的三倍。

由于短暂的湿地(临时的)湿地，如河岸洪泛平原和更多地理上孤立的湿地(未通过地表水连接到河网的湿地)的硝酸盐减少是可以测量的，并且在高流量时是最高的，因为这些特征在水文上与地表水相连。

这最后一项发现对目前关于影响农业地区水质的管理和规章的政策辩论特别有兴趣。虽然有强烈的科学共识认为，小型或临时的水体，如短暂的湿地，在改善下游水质方面发挥着重要作用，但其在《清洁水法》下的保护法律地位仍不确定。预计2018年的法庭裁决可能会对这些水体在未来几年内受到保护产生巨大影响。

“我们可以测量值,所以这是一个重要的一步认识到当我们失去湿地,我们也失去了他们所提供的好处在污染控制方面,”艾米·汉森说,明尼苏达大学的研究员圣安东尼瀑布实验室和这项研究的主要作者之一。

小湿地的贡献对未来也特别重要。该地区的气候预测预测了降水频率和震级的增加——在此情况下，这项研究发现，湿地在减少河流硝酸盐的作用方面发挥了不可估量的作用。

“我们的工作表明,湿地恢复可能是最有效的方法全面改善水质,面对气候变化和不断增长的全球粮食需求,”这项研究的共同作者雅克芬利,明尼苏达大学教授的生态学、进化和生物科学学院的行为。

本研究的结果不仅有助于促进湿地科学和污染控制，还可为寻求湿地恢复选址和潜在效益的实践者提供实际应用。如果能够在湿地恢复最有效的地方进行湿地恢复，就可以利用更多的战略联盟和资金来实现这些项目。

汉森说:“湿地的位置是影响它们降低硝酸盐含量的重要指标。”“针对这些地点的水质项目也会更有成本效益。”

另一些人认为更多的湿地可以在当地和全国实现双赢。

国家科学基金会(NSF)主任汤姆·托格尔森(Tom Torgersen)说:“农业生产率有利于经济，但往往伴随着环境成本。”这项研究的资金来源是水、可持续发展和气候项目。“这项研究表明，在集中管理的农业流域内保留或恢复湿地可以减少河流中的硝酸盐，改善当地的水质，同时还能减少对墨西哥湾低氧区的硝酸盐出口。”