Азот может представлять дилемму для фермеров и землеустроителей.
С одной стороны, это важное питательное вещество для сельскохозяйственных культур.
Однако избыток азота в удобрениях может попасть в грунтовые воды и загрязнить водные системы. Этот азот, обычно в форме нитрата, может вызывать цветение водорослей. Микробы, которые разлагают эти водоросли, могут в конечном итоге удалять кислород из водоемов, создавая мертвые зоны и гибель рыб.
В новом исследовании исследователи определили горячие точки удаления нитратов в ландшафтах вокруг сельскохозяйственных ручьев.
«Понимание того, где удаление нитратов является самым высоким, может помочь в управлении сельскохозяйственными потоками», - говорит Молли Уэлш, ведущий автор исследования. «Эта информация может помочь нам более эффективно улучшить качество воды».
Уэлш - аспирант Колледжа экологических наук и лесного хозяйства Государственного университета Нью-Йорка. Она изучала четыре ручья на северо-западе Северной Каролины. Потоки продемонстрировали ряд деградационной и восстановительной активности. Один из потоков был восстановлен. Два других находились рядом с сельскохозяйственными угодьями. На четвертом участке велась сельскохозяйственная деятельность вверх по течению.
Исследователи проанализировали образцы воды и отложений из ручьев. Они также проанализировали образцы почвы из буферных зон рядом с ручьями. Буферные зоны представляют собой полосы земли между сельскохозяйственным полем и ручьем. Они часто включают местные растения. Предыдущие исследования показали, что они особенно эффективны при поглощении и удалении нитратов.
Исследование Уэлша подтвердило предыдущие выводы: удаление нитратов в буферных зонах было значительно выше, чем в речных отложениях. «Если целью восстановления ручья является удаление нитратов, крайне важно, чтобы мы сохранили существующие буферные зоны и снова соединили ручьи с буферными зонами», - говорит Уэлш.
В пределах этих буферных зон очаги удаления нитратов возникали в низменных районах. В этих горячих точках были мелкозернистые почвы, обильные органические вещества почвы и много влаги. То же самое было и в потоках. Удаление нитратов было самым высоким в бассейнах, где вода собиралась в течение длительного времени. Эти бассейны, как правило, имели мелкие отложения и высокий уровень органического вещества. Однако бассейны, созданные во время восстановления ручья путем установки перекрывающих русло камней, не показали высокого уровня удаления нитратов. Создание бассейнов с использованием древесных остатков деревьев может быть более эффективным, чем каменные конструкции для удаления азота в потоке.
Исследователи также протестировали простые статистические модели, чтобы понять, какие факторы способствуют удалению нитратов. Уклон и высота берега, растительность и тип почвы, а также время года объясняют 40% удаления нитратов в буферной зоне. Как и в горячих точках, выявленных в ходе полевого эксперимента, мелкая текстура отложений, органическое вещество и содержание растворенного углерода были ключевыми факторами для удаления нитратов из ручьев.
"Наши результаты показывают, что можно разработать простые модели для управления азотом", - говорит Уэлш. «Однако требуется дополнительная работа с точки зрения сбора и оценки данных. Тогда мы сможем найти лучшие параметры для включения в эти модели».
Валлийский продолжает изучать, как восстановление ручья влияет на движение воды и удаление нитратов. Она также изучает, как шаги по увеличению удаления нитратов влияют на другие аспекты управления ландшафтом.