來自堪薩斯大學的主要作者的一篇新論文發(fā)現(xiàn)，沿著水道建造的濕地是減少大溪流和河流中硝酸鹽和沉積物負荷的最具成本效益的方法。該研究建議不應(yīng)將重點放在單個農(nóng)場上，而是應(yīng)在流域范圍內(nèi)實施利用濕地的保護工作。

這篇剛剛發(fā)表在《國家科學院院刊》上的論文依靠計算機建模來檢查明尼蘇達州南部的勒蘇爾河流域，這是一個流域，受玉米和大豆的密集農(nóng)業(yè)生產(chǎn)徑流影響 - 整個上游的作物特征中西部地區(qū)。

“過多的硝酸鹽或沉積物影響當?shù)佤~類種群，我們不得不花費對待喝酒的金額水，并有一個下游的影響也，”主要作者艾米·漢森，在KU土木，環(huán)境與建筑工程的助理教授。“我們的河流整合了整個景觀中正在發(fā)生的事情，所以你喜歡去釣魚或游泳的地方——它是否仍然是一個釣魚或游泳的好地方，與人們在更遠的上游做出的選擇有很大關(guān)系。過量的污染進入下游水體，如水庫或海洋，并導致藻類大量繁殖或缺氧或“死區(qū)”。墨西哥灣北部的死區(qū)與來自密西西比河流域的硝酸鹽直接相關(guān)。”

研究小組比較了改善水質(zhì)的潛在流域方法，例如切斷農(nóng)場徑流和增加濕地，然后衡量每種方法的經(jīng)濟成本。由于大多數(shù)方法依賴于各個農(nóng)場的自愿參與，并且由不同機構(gòu)拼湊而成，因此研究人員發(fā)現(xiàn)它們的效果較差。

“目前，有個人管理或保護措施，包括覆蓋作物、高精度施肥、減少耕作、人工濕地和溝壑尖端管理。這些是我們考慮的一些不同做法，”漢森說。“但在，非點源的管理是通過激勵計劃自愿進行的，當協(xié)調(diào)方法更有效時，這些保護實踐通常被考慮的規(guī)模是個體農(nóng)民。在某種程度上，它就像一個回收計劃，其中你是說，'任何人回收一件東西總比沒有人回收更好。確實如此，進行一些回收總比不回收好，但協(xié)調(diào)的方法將節(jié)省資金并且更有效。”

漢森和她的合著者發(fā)現(xiàn)人工濕地是這些做法中最有效的，特別是如果在流域的規(guī)模上評估大小和位置時——整個區(qū)域都排入公共水道。這位 KU 研究人員說，濕地在兩件事上做得很好：當水流向溪流和河流時，它們會減慢水的速度，并且含有可以處理用作作物肥料的營養(yǎng)物質(zhì)的植被和微生物。

“濕地內(nèi)的微生物和植物實際上正在去除水中的硝酸鹽，”漢森說。“另一方面，對于沉積物，河流濕地正在做的是在這些高流量期間阻止水流——通過阻止水流，你會得到較低的峰值流量，這減少了近河道沉積物的數(shù)量。運往下游。”

雖然漢森的研究專長是水質(zhì)，但她來自明尼蘇達大學、加州大學歐文分校和其他機構(gòu)的合著者為改善農(nóng)業(yè)水質(zhì)的挑戰(zhàn)帶來了多學科視角。這項合作得到了國家科學基金會的一項獎勵。

“如果沒有由水文學家、生態(tài)學家、地貌學家、生物地球化學家、社會科學家和環(huán)境經(jīng)濟學家組成的團隊的多元化專業(yè)知識和觀點，這項工作是不可能完成的，”加州大學該項目的首席首席研究員 Efi Foufoula 說。 - 爾灣。“NSF 的持續(xù)支持使我們能夠以全新的視角看待問題，并花時間收集大量現(xiàn)場數(shù)據(jù)、構(gòu)建新模型并與利益相關(guān)者互動。我們希望我們的結(jié)果將影響政策和管理，因為時間緊迫國家的水質(zhì)目標。”

事實上，新研究的一個關(guān)鍵方面?zhèn)戎赜趯嵤┬⌒蜏\水河流濕地和穩(wěn)定溝壑的經(jīng)濟學。據(jù)調(diào)查人員稱，這些措施“顯然比現(xiàn)場管理更具成本效益”。但研究人員發(fā)現(xiàn)，濕地的性能需要最佳放置，而且通常具有成本效益的濕地對于單個農(nóng)場或一個機構(gòu)來說可能過于昂貴。

在PNAS論文的結(jié)論的全面戰(zhàn)略必須解決的整個流域作為一個系統(tǒng)，從不同的程序和機構(gòu)的資金集結(jié)起來，并查明了河流地區(qū)的濕地，這將導致中硝酸鹽和沉積物到達水路減少最多的。

研究合著者、生物科學學院教授 Jacques Finlay 說：“這項工作表明，我們無法通過更多的一切照舊的方法在改善農(nóng)業(yè)地區(qū)水質(zhì)的目標上取得真正的進展。”在明尼蘇達大學。“相反，如果考慮水污染源的相互作用以及不同的管理選擇如何影響它們，保護行動和支持它們的投資可能會更有效。”

研究人員使用勒蘇爾河流域作為概念驗證的分水嶺，但表示他們的發(fā)現(xiàn)可以應(yīng)用于整個中西部的農(nóng)業(yè)地區(qū)。