Водно-болотные угодья являются важной частью системы управления природными водами Земли. Сложная система растений, почвы и водных организмов служит резервуаром, собирающим и очищающим воду. Однако по мере расширения городов многие водно-болотные угодья были осушены для строительства. Кроме того, многие участки земли на Среднем Западе были осушены, чтобы увеличить их использование в сельском хозяйстве, чтобы прокормить растущий мир.
Осушение водно-болотных угодий отключило естественный поток и удержание воды, система, которая хорошо работала на протяжении тысячелетий. Одним из решений осушения водно-болотных угодий было перестроить эти водно-болотные угодья в другом месте (более удобном для человека). Их называют «построенными водно-болотными угодьями». В других случаях построенные водно-болотные угодья строятся для восстановления территории, которая больше не используется для сельского хозяйства.
То, как строятся и управляются эти построенные водно-болотные угодья, может оказать большое воздействие на окружающую среду. Карла Джареке и исследователи из нескольких университетов изучали влияние водно-болотных угодий на парниковый газ метан.
«Во всем мире водно-болотные угодья являются крупнейшим естественным источником метана в атмосферу», - говорит Джарек. «Метан оказывает гораздо большее влияние на глобальное потепление, чем углекислый газ - в 25 раз сильнее».
И естественные, и искусственные водно-болотные угодья выделяют метан. Из-за своей природы - водно-болотные угодья, в конце концов, влажные - почвенные микробы и растения вынуждены метаболизироваться в анаэробных условиях. И это приводит к образованию метана.
Почвенные микробы ответственны за производство метана в заболоченных местах. Затем метан попадает в атмосферу путем диффузии, транспорта через ткани растений и эпизодического выделения пузырьков газа. Гидрологическая стабильность почв водно-болотных угодий, а также эффективность переноса через растения могут влиять на объем и частоту выделения метана из почвы.
«Понимание условий, при которых метан образуется и высвобождается в заболоченных местах, может привести к решениям по сокращению выбросов метана», - говорит Джарек.
Но изучение больших территорий, таких как водно-болотные угодья, может оказаться невозможным. Итак, Джарек и ее коллеги создали «мезокосмы» из водно-болотных угодий - управляемые камеры на открытом воздухе, где можно было бы легче измерить выбросы метана. Мезокосмы - это области структурных исследований, которые преодолевают разрыв между лабораторными исследованиями и крупными полевыми исследованиями.
Исследование было сосредоточено на двух распространенных растениях водно-болотных угодий и их потенциальной роли в выбросах метана: молочая болотном и северном водяном подорожнике. Растения и почвы были собраны на построенном водно-болотном угодье в Дейтоне, штат Огайо. Затем их перевезли в Линкольн, штат Небраска, для создания мезокосма водно-болотных угодий. Участок в Дейтоне ранее осушался и использовался для сельского хозяйства, а в 2012 году был перестроен в заболоченное место.
Исследователи собрали саженцы молочая болотного и подорожника северного из заболоченных земель и пересадили их в почву, собранную в трубу из ПВХ. Во время отбора проб газа они закрывали отдельные растения прозрачными акриловыми цилиндрами. Это помогло им измерить и количественно оценить выбросы метана из мезокосма почвы и растений. Исследование проводилось летом 2013 года.
Помимо сравнения выбросов двух видов растений, исследователи изучили влияние гидрологии - или насыщения почвы. «Хотя гидрологический и растительный контроль выбросов метана хорошо изучен по отдельности, эти два аспекта редко изучаются вместе», - говорит Джарек.
Это недавнее исследование пришло к выводу, что уровень воды и насыщенность влияют на выбросы метана больше, чем тип видов растений. В то время как выбросы метана различались между лабораторными мезокосмами с водяным подорожником и мезокосмами с молочаем болотным, выбросы метана не различались в полевых мезокосмах с каждым из двух видов. В полевых условиях на выбросы метана большее влияние оказывало насыщение почвы.
Поиск видов растений, которые сокращают производство микробного метана, может стать ключом к лучшему управлению водно-болотными угодьями. Например, растения, которые доставляют кислород в корневую зону, могут подавлять микробное производство метана. Кроме того, необходимы будущие исследования, чтобы понять, как различная насыщенность почвы влияет на выбросы метана. Эта информация может быть полезна для проектирования топографии водно-болотных угодий, которая создает гидрологические условия для увеличения запасов углерода и сокращения выбросов метана.
Будущие исследования могут быть сосредоточены на более длительных периодах времени. «Выбросы метана, вероятно, меняются по мере созревания восстановленных водно-болотных угодий», - говорит Джарек. «Органические вещества из корневых систем, разлагающихся растений и других материалов будут накапливаться. Это помогает восстановить гидрологическую стабильность. Другие исследования показывают, что для восстановления гидрологических аспектов восстановленного водно-болотного угодья может потребоваться всего несколько лет. десятилетия или дольше, чтобы восстановиться."