Болота — важная часть экологической системы
Болота играют важную роль в экологической системе, принося множество пользы людям, дикой природе и окружающей среде. Они также служат «природными почками», фильтруя загрязнители из поверхностных вод. Новое исследование, проведённое в Университете Иллинойса в Урбане-Шампейне, показало, что болота вдоль бассейна реки Миссисипи эффективно очищают стоки азота с сельскохозяйственных полей. Исследователи также продемонстрировали, что это может привести к значительной экономии для местных предприятий по очистке питьевой воды.
Работа опубликована в Journal of the Association of Environmental and Resource Economists.
Неточечное загрязнение от сельскохозяйственного производства — серьёзная проблема для качества воды в США. Сточные воды, содержащие питательные вещества, могут привести к цветению водорослей, зонам гипоксии и загрязнению питьевой воды.
«Многие из наших решений по снижению избытка питательных веществ сосредоточены на этапе, когда эти вещества достигают системы поверхностных вод. Однако болота могут вмешаться после того, как питательные вещества уже попали в систему, и помочь с очисткой», — говорит соавтор исследования Марин Скидмор, доцент кафедры сельскохозяйственной и потребительской экономики.
«Болота облегчают азотный цикл и могут способствовать денитрификации азота, высвобождая его в виде N₂ — безвредного газа, который в изобилии содержится в атмосфере Земли», — пояснила она.
Исследование посвящено Программе сохранения сельскохозяйственных угодий (ранее — Программе сохранения водно-болотных угодий), которая является одной из небольших природоохранных инициатив Министерства сельского хозяйства США. В рамках этих программ землевладельцы заключают долгосрочный контракт на вывод части своих земель из сельскохозяйственного оборота. Фермер получает плату за акр, а сотрудники Службы охраны природных ресурсов Министерства сельского хозяйства США преобразуют территорию в болото.
«Болота оказывают значительное влияние на качество воды, но большинство исследований были сосредоточены на отдельных болотах или водосборных бассейнах. Наше исследование дополняет существующую работу, используя крупномасштабные данные для оценки среднего эффекта с течением времени», — сказала соавтор Николь Карвовски, экономист-агроном Монтанского государственного университета.
Скидмор и Карвовски изучили влияние водно-болотных угодий вдоль бассейна реки Миссисипи с момента начала программы в 1990 году до 2018 года. В конце этого периода насчитывалось около 9 000 постоянных договоров об ограничении хозяйственной деятельности, что составляет примерно 0,22% территории региона. Они включили данные о качестве воды на уровне подбассейнов (более мелкие единицы в пределах водосборного бассейна), оценивая изменения тенденций качества воды с течением времени. Они также изучили данные о погодных условиях и сезонности, чтобы более точно отразить совокупный эффект программ по созданию водно-болотных угодий.
Их анализ был сосредоточен на трёх основных питательных веществах: фосфоре, аммиаке и общем азоте по методу Кьельдаля (TKN), который измеряет комбинацию аммиака и органического азота.
Они обнаружили, что первоначальное восстановление водно-болотных угодий снизило концентрацию аммиака на 62% (0,08 миллиграмма на литр), в то время как TKN снизился на 37% (0,20 миллиграмма на литр), и эффект усиливался с увеличением площади водно-болотных угодий. В среднем потребовалось 3 года после восстановления, чтобы эти улучшения качества воды стали заметны, но преимущества, вероятно, сохранятся более десяти лет.
«Это очень значимые результаты, учитывая, насколько трудно достичь целей, которые Иллинойс и соседние штаты установили для уровней азота в бассейне реки Миссисипи в Стратегии сокращения потерь питательных веществ и аналогичных планах», — сказала Скидмор.
Исследование не обнаружило значительного долгосрочного воздействия на местные уровни фосфора, хотя были отмечены некоторые сокращения ниже по течению.
Исследователи также учли наличие сельскохозяйственных угодий в водосборном бассейне, что влияет на количество стоков питательных веществ.
«Мы могли бы обеспокоиться тем, что эти водно-болотные угодья могут быть переполнены слишком большим количеством питательных веществ, поэтому они не смогут эффективно их фильтровать. Но мы обнаруживаем значительное воздействие в районах с большим количеством питательных веществ. Таким образом, водно-болотные угодья не только способны фильтровать средние воды в бассейне реки Миссисипи; они очень хорошо справляются с этим в местах, где наблюдаются наибольшие проблемы с питательными веществами», — сказала Карвовски.
Наконец, они рассчитали потенциальную экономию для местных систем водоподготовки.
Закон о безопасной питьевой воде требует, чтобы питьевая вода, подаваемая через общественные системы водоснабжения, соответствовала определённым требованиям, таким как максимальный уровень нитратов для защиты от вредного воздействия на здоровье человека. Местные системы водоснабжения платят за очистку и могут нуждаться в инвестициях в дорогостоящие технологии для соответствия стандартам, особенно по мере повышения уровня азота в поверхностных водах.
Исследователи подсчитали, что восстановление 100 акров водно-болотных угодий в подбассейне потенциально может снизить затраты на очистку для крупной системы общественного водоснабжения на сумму до 17 000 долларов в год. Первоначальные инвестиции в водно-болотные угодья могут окупиться в течение 20–30 лет, а эти водно-болотные угодья потенциально могут приносить ежегодную выгоду в размере 200 миллионов долларов.
«Программы создания водно-болотных угодий по сути являются передачей затрат от федерального правительства, которое платит за восстановление, местным сообществам. И экономия на местном уровне соответствует расходам на федеральном уровне в сообществах, обеспокоенных содержанием азота», — сказала Скидмор.
Результаты особенно актуальны в свете недавнего решения Верховного суда, согласно которому водно-болотные угодья должны прилегать к судоходным водам, таким как ручей или река, чтобы быть защищёнными в соответствии с Законом о чистой воде. Это решение затрагивает 72% водно-болотных угодий в Иллинойсе, повышая вероятность их использования для застройки, и сообщества потеряют множество преимуществ, которые они предоставляют.
В будущих исследованиях Скидмор и Карвовски планируют изучить, влияет ли близость к ручью или реке на эффективность удаления загрязнителей водно-болотными угодьями. Ранние результаты показывают, что даже когда водно-болотные угодья не расположены непосредственно рядом с водоёмами, они всё равно приносят большую пользу качеству воды.
«Надеюсь, наши результаты помогут политикам принять решения о болотах и о том, следует ли их защищать. Болота могут работать в тандеме с другими стратегиями сокращения питательных веществ, такими как покровные культуры, буферные полосы и более эффективное использование питательных веществ. Различные методы сохранения дополняют друг друга, и их совместная работа — это хороший путь вперёд для сельскохозяйственных регионов», — заключила Скидмор.
Предоставлено
University of Illinois at Urbana-Champaign