Осушение водно-болотных угодий отключило естественный поток и удержание воды – систему, которая хорошо работала на протяжении тысячелетий. Одним из решений проблемы осушения водно-болотных угодий было восстановление этих водно-болотных угодий в другом районе (более удобном для людей). Они называются «построенные водно-болотные угодья."В других случаях водно-болотные угодья строятся для восстановления территории, больше не используемой для сельского хозяйства.
То, как строятся эти водно-болотные угодья и как ими управляют, может иметь большое влияние на окружающую среду. Карла Яреке и исследователи из нескольких университетов изучают влияние водно-болотных угодий на парниковый газ метан.
«Во всем мире водно-болотные угодья являются крупнейшим естественным источником метана в атмосферу», – говорит Ярек. «Метан оказывает гораздо большее влияние, чем углекислый газ, на глобальное потепление – влияние в 25 раз сильнее."
Как природные, так и искусственные водно-болотные угодья выделяют метан.
В силу своей природы (в конце концов, водно-болотные угодья являются влажными) почвенные микробы и растения вынуждены метаболизироваться в анаэробных условиях. И это приводит к образованию метана.
Почвенные микробы ответственны за производство метана на водно-болотных угодьях. Затем метан попадает в атмосферу посредством диффузии, переноса через ткани растений и эпизодического выброса пузырьков газа. Гидрологическая стабильность почв водно-болотных угодий, а также эффективность переноса через растения могут влиять на то, сколько и как часто метан выделяется из почвы.
«Понимание условий, при которых метан производится и высвобождается на заболоченных территориях, может привести к решениям по сокращению выбросов метана», – говорит Ярек.
Но изучение больших территорий, таких как водно-болотные угодья, может оказаться невозможным.
Итак, Ярек и ее коллеги создали «мезокосмы» водно-болотных угодий – управляемые камеры под открытым небом, в которых легче было бы измерить выбросы метана. Мезокосмы – это структурные области исследований, которые устраняют разрыв между лабораторными и крупными полевыми исследованиями.
Исследование было сосредоточено на двух распространенных растениях водно-болотных угодий и их потенциальной роли в выбросах метана: болотном молочай и северном водном подорожнике. Растения и почвы были собраны на заболоченном участке в Дейтоне, штат Огайо.
Затем их перевезли в Линкольн, штат Небраска, для создания мезокосмов водно-болотных угодий. Дейтонский участок ранее был осушен и использовался для сельского хозяйства, а в 2012 году был преобразован в водно-болотное угодье.
Исследователи собрали саженцы болотного молочая и северного водного подорожника с заболоченных земель и пересадили их в почву, собранную в трубах из ПВХ. Они покрыли отдельные растения прозрачными акриловыми баллонами во время отбора проб газа.
Это помогло им измерить и количественно оценить выбросы метана из мезокосмов почв и растений. Исследование проводилось летом 2013 г.
Помимо сравнения выбросов двух видов растений, исследователи изучали влияние гидрологии – или насыщенности почвы. «Хотя меры контроля гидрологии и видов растений на выбросы метана хорошо изучены по отдельности, они редко изучаются вместе», – говорит Ярек.
Это недавнее исследование пришло к выводу, что уровень и насыщение воды влияют на выбросы метана больше, чем тип растений. В то время как выбросы метана различались между лабораторными мезокосмами с водным подорожником и мезокосмами с болотным молочаем, выбросы метана не различались в полевых мезокосмах для каждого из двух видов. В полевых условиях насыщение почвы в большей степени влияет на выбросы метана.
Поиск видов растений, снижающих микробное производство метана, может стать ключом к более эффективному управлению водно-болотными угодьями. Например, растения, доставляющие кислород в зону укоренения, могут подавлять микробное производство метана. Кроме того, необходимы дальнейшие исследования, чтобы понять, как изменяющаяся насыщенность почвы влияет на выбросы метана. Эта информация может быть полезной для проектирования топографии водно-болотных угодий, которая создает гидрологические условия для увеличения накопления углерода и снижения выбросов метана.
Дальнейшие исследования могут быть сосредоточены на более длительных периодах времени. «Выбросы метана, вероятно, изменятся по мере созревания восстановленных водно-болотных угодий», – говорит Ярек. "Органические вещества из корневой системы, гниющих растений и других материалов будут накапливаться. Это помогает восстановить гидрологическую стабильность.
Другие исследования показывают, что восстановление гидрологических характеристик восстановленных водно-болотных угодий может занять всего несколько лет. Однако для восстановления биогеохимических аспектов и биоразнообразия могут потребоваться десятилетия или больше."