Бобры станут важнее для качества речной воды по мере потепления на западе США

По мере того как изменение климата ухудшает качество воды и угрожает экосистемам, знаменитые плотины бобров могут помочь смягчить ущерб.

К такому выводу пришли учёные из Стэнфордского университета и их коллеги в новом исследовании, опубликованном 8 ноября в Nature Communications. Работа показывает, что, когда речь идёт о качестве воды в горных водосборах, бобровые плотины могут оказывать гораздо большее влияние, чем сезонные климатические экстремумы осадков. Деревянные барьеры повышают уровень воды выше по течению, отводя воду в окружающие почвы и второстепенные водотоки, вместе называемые прибрежной (рипарианской) зоной. Эти зоны действуют как фильтры, задерживая избыток питательных веществ и загрязняющих веществ, прежде чем вода вернётся в основной канал ниже по течению.

Это благотворное влияние больших, зубастых, земноводных грызунов, по-видимому, будет усиливаться в ближайшие годы. Хотя более жаркие и засушливые условия, вызванные изменением климата, ухудшат качество воды, эти же условия способствовали возрождению популяции американского бобра на западе США и, как следствие, взрывному росту строительства плотин.

"По мере того как в горных водосборах на западе США становится суше и теплее, это должно приводить к ухудшению качества воды, — сказал старший автор исследования Скотт Фендорф, профессор наук о системе Земли в Стэнфордском университете. — Однако, неизвестное нам до этого исследования, огромное влияние активности бобров на качество воды является положительным противовесом изменению климата".

Удачный естественный эксперимент

Открытие глубокого влияния бобровых плотин произошло случайно. В 2017 году ведущий автор исследования Кристиан Дьюи, будучи аспирантом в лаборатории Фендорфа, начал полевые работы вдоль Ист-Ривер, главного притока реки Колорадо недалеко от Крестед-Бьютт в центральной части Колорадо.

Изначально Дьюи планировал отслеживать сезонные изменения в гидрологии и влияние рипарианской зоны на питательные вещества и загрязнители в горном водосборе.

"Совершенно случайно бобр решил построить плотину на нашем участке исследования, — сказал Дьюи, ныне постдокторант в Университете штата Орегон. — Строительство этой бобровой плотины дало нам возможность провести отличный естественный эксперимент".

Плотины против засушливых и влажных лет

Для исследования Дьюи и коллеги проанализировали данные об уровне воды, собираемые ежечасно датчиками, установленными в реке и по всей рипарианской зоне. Команда также собирала пробы воды, в том числе из-под поверхности земли, для мониторинга уровня питательных веществ и загрязнителей.

Чтобы понять, как бобровые плотины могут повлиять на качество воды в будущем, где глобальное потепление вызывает более частые засухи и экстремальные колебания количества осадков, исследователи сравнили качество воды на участке Ист-Ривер в исторически засушливый 2018 год с качеством воды в следующем году, когда уровень воды был необычно высоким. Они также сравнили эти годовые наборы данных с качеством воды в течение почти трёхмесячного периода, начиная с конца июля 2018 года, когда бобровая плотина перекрыла реку.

Качество воды — это мера пригодности воды для конкретной цели, например, здоровья экосистемы или потребления человеком. В периоды засухи, когда через реки и ручьи течёт меньше воды, концентрация загрязняющих веществ и избыточных питательных веществ, таких как азот, возрастает. Затем необходимы сильные ливни и сезонное таяние снега, чтобы вымыть загрязнители и восстановить качество воды.

С помощью измерений и компьютерного моделирования взаимосвязанных биологических, химических и физических процессов, влияющих на концентрацию или перенос загрязнителей вниз по течению, исследователи обнаружили, что бобровая плотина значительно увеличила удаление нитрата (формы азота), создавая удивительно крутой перепад уровней воды выше и ниже плотины.

Тёплые, сухие летние периоды после весеннего снеготаяния также создают большие перепады уровней, что порождает градиент давления, выталкивающий воду в окружающие почвы. Чем больше градиент, тем больше поток воды и нитратов в почвы, где микробы превращают нитрат в безвредный газ.

В Ист-Ривер исследователи обнаружили, что увеличение градиента по сравнению со средним днём было как минимум в 10 раз больше при наличии плотины, чем во время летнего пика без плотины, как во влажный год (2019), так и в засушливый (2018). Иными словами, эффект плотины превосходил климатические гидрологические экстремумы — в любую сторону, засухи или обильного снеготаяния — на порядок величины.

"Бобры противодействуют деградации качества воды и улучшают его, создавая смоделированные гидрологические экстремумы, которые затмевают то, что делает климат", — сказал Фендорф.

Находясь на месте, бобровая плотина увеличила удаление нежелательного азота с исследуемого участка Ист-Ривер на 44% по сравнению с сезонными экстремумами. Азот представляет особую проблему для качества воды, поскольку способствует чрезмерному росту водорослей, разложение которых лишает воду кислорода, необходимого для поддержания разнообразной животной жизни и здоровой экосистемы.

Исследование напоминает, что при комплексной оценке будущих последствий изменения климата необходимо также учитывать обратную связь от изменений в экосистемах.

"Мы ожидали бы, что изменение климата вызовет гидрологические экстремумы и ухудшение качества воды в периоды засухи, — сказал Фендорф. — И в этом исследовании мы видим, что это действительно было бы так, если бы не происходили эти другие экологические изменения — бобры, их proliferating плотины и растущие популяции".

Соавторы исследования связаны с Национальной лабораторией Лоуренса в Беркли.