Исследование, проведенное учеными из Университета Монреаля, впервые дает количественную оценку максимального количества питательных веществ, особенно фосфора, которые могут накапливаться в водосборном бассейне до того, как дополнительное загрязнение попадет в нижестоящие экосистемы.
Это среднее пороговое количество составляет 2,1 тонны на квадратный километр земли, считают исследователи в своем исследовании, опубликованном сегодня в Nature Geoscience. «Помимо этого, дальнейшее поступление фосфора в водоразделы вызывает значительное ускорение потерь (фосфора) в стоке».
Эта сумма шокирующе мала, говорят исследователи; учитывая текущие нормы внесения питательных веществ в большинстве сельскохозяйственных бассейнов по всему миру, переломный момент в некоторых случаях может быть достигнут менее чем за десятилетие.
Исследование возглавил Жан-Оливье Гойетт, докторант биологии в UdeM, под руководством эколога водных экосистем UdeM Роксаны Марангер в сотрудничестве с ученым по устойчивому развитию Еленой Беннетт из Университета Макгилла.
Фосфор, элемент в удобрениях, необходим для роста растений. Но вреден минерал и при чрезмерном употреблении. Попадая в поверхностные воды, он может привести к чрезмерному росту растений в озерах и реках и распространению ядовитых водорослей, вредных для здоровья человека и животных.
23 изученных водораздела
Сосредоточив внимание на 23 водоразделах, питающих реку Святого Лаврентия в Квебеке, исследователи реконструировали историческую практику землепользования, чтобы подсчитать, сколько фосфора накопилось на земле за последнее столетие.
Два основных источника фосфора для водосборных бассейнов, земель, прилегающих к притокам, поступают от сельского хозяйства (удобрения и навоз животных) и от населения (через пищевые потребности и сточные воды).
Используя данные правительства Квебека, исследователи сопоставили предполагаемое накопление с концентрациями фосфора, измеренными в воде за последние 26 лет. Поскольку изученные ими водосборные бассейны имели различную историю - некоторые из них интенсивно использовались в сельском хозяйстве в течение десятилетий, тогда как другие были покрыты лесами и были нетронутыми, - этот метод позволил исследователям установить градиент разного накопления фосфора между участками. При этом они смогли увидеть, в какой точке водораздел «наклонился» или достиг порога, и начали выделять в воду значительно больше фосфора.
«Думайте о земле как о губке», - сказал Марангер. «Через какое-то время губки, поглощающие слишком много воды, будут протекать. Что касается фосфора, то ландшафт поглощает его год за годом год за годом, и через некоторое время его удерживающая способность снижается. В этот момент исторические поступления фосфора вносят больший вклад в то, что попадает в нашу воду».
До сих пор никто не мог подсчитать количество накопленного фосфора в масштабе водораздела, необходимого для достижения критической точки с точки зрения увеличения количества минерала, поступающего в водную экосистему.
'Действительно важный вклад'
"Это очень важное открытие", сказал Беннетт. «Наши знания об удобрениях и загрязнении в масштабах фермы и масштабируются, чтобы понять, как реагируют целые водоразделы в историческом контексте».
Сельское хозяйство в массовом масштабе началось в Квебеке только в 1950-х годах, но некоторые из наиболее исторически сложившихся сельскохозяйственных водоразделов провинции уже прошли переломный момент к 1920-м годам, как показало исследование.
Даже если поступление фосфора немедленно прекратится, устранение накопленного фосфора в насыщенных водоразделах Квебека займет от 100 до 2000 лет, по оценкам исследователей.
В некоторых странах, включая Китай, Канаду и США, фосфор настолько интенсивно используется сейчас, что точка насыщения достигается всего за пять лет.
«Стратегии управления питательными веществами, разработанные с использованием новых творческих подходов… срочно необходимы для долгосрочной устойчивости водных ресурсов», - настаивают исследователи в своем исследовании.
Переработка и повторное использование
«Одной из возможных мер по смягчению последствий может быть то, что уже делается в некоторых европейских странах: вместо того, чтобы добавлять все больше и больше, чтобы помочь растениям расти, можно получить доступ к фосфору, уже хранящемуся в почве, с использованием новых методов и подходов», - сказал Гойетт.
«Кроме того, фосфор можно перерабатывать и повторно использовать в качестве удобрения, вместо того, чтобы получать доступ к большему количеству добытого сырья».
Дилемма заключается в следующем: людям нужно есть, но нужна чистая вода, а выращивание пищи требует фосфора, который загрязняет воду, когда слишком много покидает водораздел и загрязняет прилегающие водные экосистемы.
"Невозможно ли отремонтировать некоторые из наших наиболее экстремальных (сельскохозяйственных) водоразделов?" - спросил Марангер. «Я не могу ответить на этот вопрос. Это социальная проблема, и есть решения. Мы никогда не должны отчаиваться, но это коварная проблема».