Культурам нужны питательные вещества, такие как азот и фосфор, чтобы расти и процветать. Однако излишки питательных веществ с ферм могут смываться в ручьи и реки и даже попадать в океаны. Избыток питательных веществ может нанести серьезный ущерб водным экосистемам; но небольшие водно-болотные угодья могут оказать огромную помощь в уменьшении или предотвращении этого ущерба.

В новом исследовании исследователи показали, что водно-болотные угодья, построенные рядом с сельскохозяйственными угодьями, могут значительно сократить количество избыточных питательных веществ, попадающих в водную среду .

Исследование было недавно опубликовано в Журнале качества окружающей среды , публикации Американского общества агрономии, Общества растениеводства Америки и Общества почвоведов Америки.

«Даже очень маленькие водно-болотные угодья могут быть эффективными», — говорит Мария Лемке, ведущий научный сотрудник The Nature Conservancy.

Исследование проводилось в течение 12 лет на ферме площадью 272 акра в округе Маклин в центральном Иллинойсе. На многих фермах в этой части Соединенных Штатов используются плиточные дренажные системы — сеть соединенных между собой подземных труб, по которым вода отводится с ферм.

«Наши результаты показывают, что построенные водно-болотные угодья могут быть очень эффективными для снижения избыточных потерь азота из сельскохозяйственных плиточных систем», — говорит Лемке. «Мы также показываем, что эти водно-болотные угодья могут эффективно улавливать растворенный фосфор».

Лемке и его коллеги показали, что водно-болотные угодья размером всего 3% от мозаичной площади, впадающей в них, могут быть эффективными. Эти водно-болотные угодья улавливают избыточные питательные вещества, вытекающие из окружающих сельскохозяйственных угодий. Это означает, что меньше питательных веществ попадает в ручьи и реки и, в конечном счете, в океан.

Азот и фосфор являются жизненно важными питательными веществами для всего живого на Земле. Эти элементы являются частью основных строительных блоков жизни, включая ДНК и белки. Но когда слишком много азота и фосфора попадает в водные системы, они могут способствовать массовому росту организмов, таких как водоросли или цианобактерии, которые в конечном итоге уменьшают большую часть кислорода в морских системах. Это может заставить другие организмы, такие как рыбы или креветки, уйти или даже умереть, создавая «мертвые зоны».

Потери питательных веществ в окружающую среду могут происходить из разных источников. На сельскохозяйственном Среднем Западе избыточные питательные вещества стекают в систему реки Миссисипи. Эти питательные вещества перемещаются по речной системе и в конечном итоге попадают в Мексиканский залив, где находится вторая по величине «мертвая зона» в мире.

Созданные водно-болотные угодья могут быть полезной природоохранной практикой, уменьшающей перенос питательных веществ с ферм в водные экосистемы . Азотные стоки, попадающие на водно-болотные угодья, представляют собой растворенные соединения, называемые нитратами. Микробы в водно-болотных угодьях могут использовать эти растворенные нитраты в качестве источников энергии.

Эти микробы превращают нитраты в безвредный газообразный азот, который выбрасывается в атмосферу. Преобразование растворенных нитратов в газообразный азот приводит к тому, что меньшее количество азота выходит из водно-болотных угодий в водные экосистемы. «Водно-болотные угодья обеспечивают идеальную среду обитания для микробов для выполнения этого процесса», — говорит Лемке.

Удаление фосфора из стоков фермы – более сложный процесс. Химический состав почвы и содержание глины играют важную роль в удалении растворенного фосфора. «Важно проанализировать почвы на потенциальных заболоченных участках, чтобы охарактеризовать их долгосрочную способность удерживать фосфор», — говорит Лемке.

Даже самые маленькие водно-болотные угодья сократили потери азота с ферм на 15–38 %. По мере прохождения дренажных вод через ряд соединенных водно-болотных угодий потери азота увеличились до 57%.

Удаление фосфора было еще более эффективным. От 53 до 81% растворенного фосфора в дренажных водах фермы было удалено самым маленьким из построенных водно-болотных угодий.

«Эти водно-болотные угодья выполняют жизненно важную функцию, отфильтровывая загрязняющие вещества и избыток питательных веществ», — говорит Лемке. «Это защищает местные запасы питьевой воды и уменьшает попадание питательных веществ в пресноводные и морские системы».

Наряду с улавливанием избыточных питательных веществ из дренажа фермы, эти небольшие водно-болотные угодья также имеют другие преимущества. Они обеспечивают среду обитания для водных растений и животных, включая оседлых и перелетных уток, цапель, выдр, черепах, лягушек, ондатр, стрекоз и многих других видов.

«Невероятно стоять на краю кукурузного поля и слышать какофонию хора лягушек или наблюдать, как стая синекрылых чирков взлетает с близлежащего заболоченного участка», — говорит Лемке.

Лемке и его коллеги в настоящее время изучают влияние сочетания посевов озимых покровных культур с искусственными водно-болотными угодьями.

«Идея состоит в том, что если мы объединим полевые методы с водно -болотными угодьями на краю поля , мы сможем еще больше уменьшить размеры водно-болотных угодий, необходимых для желаемого снижения содержания питательных веществ», — говорит Лемке.