Kleine Feuchtgebiete können große Auswirkungen haben

Pflanzen brauchen Nährstoffe wie Stickstoff und Phosphor, um zu wachsen und zu gedeihen. Überschüssige Nährstoffe aus landwirtschaftlichen Betrieben können jedoch in Bäche und Flüsse gespült und sogar in die Ozeane gelangen. Der Nährstoffüberschuss kann aquatische Ökosysteme stark schädigen; kleine Feuchtgebiete können jedoch eine enorme Hilfe bei der Verringerung oder Verhinderung dieser Schäden sein.

In einer neuen Studie haben Forscher gezeigt, dass Feuchtgebiete neben Ackerland die Menge an überschüssigen Nährstoffen, die in Gewässer gelangen, drastisch reduzieren können.

Die Studie wurde kürzlich im veröffentlicht Zeitschrift für Umweltqualitäteine Veröffentlichung der American Society of Agronomy, der Crop Science Society of America und der Soil Science Society of America.

„Auch sehr kleine Feuchtgebiete können effektiv sein“, sagt Maria Lemke, leitende Forscherin der Studie bei The Nature Conservancy.

Die Studie wurde über 12 Jahre auf einer 272 Hektar großen Farm in McLean County im Zentrum von Illinois durchgeführt. Viele Farmen in diesem Teil der Vereinigten Staaten verwenden Fliesenentwässerungssysteme – ein Netzwerk miteinander verbundener unterirdischer Rohre, die das Wasser von den Farmen ableiten.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass Pflanzenkläranlagen sehr effektiv dabei sein können, übermäßige Stickstoffverluste aus landwirtschaftlichen Fliesensystemen zu reduzieren“, sagt Lemke. „Wir zeigen auch, dass diese Feuchtgebiete gelösten Phosphor effizient einfangen können.“

Lemke und Kollegen zeigten, dass Feuchtgebiete schon ab einer Größe von 3 % der in sie entwässernden Fliesenfläche effektiv sein können. Diese Feuchtgebiete fangen überschüssige Nährstoffe auf, die aus dem umliegenden Ackerland abfließen. Das bedeutet, dass weniger Nährstoffe in Bächen und Flüssen und letztendlich im Ozean landen.

Stickstoff und Phosphor sind lebenswichtige Nährstoffe für alles Leben auf der Erde. Diese Elemente sind Teil der wesentlichen Bausteine ​​des Lebens, einschließlich DNA und Proteinen. Aber wenn zu viel Stickstoff und Phosphor in aquatische Systeme gelangen, können sie ein massives Wachstum von Organismen wie Algen oder Cyanobakterien fördern, die letztendlich einen Großteil des Sauerstoffs in marinen Systemen reduzieren. Das kann andere Organismen – wie Fische oder Garnelen – dazu zwingen, sich zu entfernen oder sogar zu sterben, wodurch „tote Zonen“ entstehen.

Nährstoffverluste an die Umwelt können aus vielen verschiedenen Quellen stammen. Im landwirtschaftlichen Mittleren Westen fließen überschüssige Nährstoffe in das System des Mississippi. Diese Nährstoffe wandern durch das Flusssystem und landen schließlich im Golf von Mexiko, wo sich die zweitgrößte „tote Zone“ der Welt befindet.

Konstruierte Feuchtgebiete können eine nützliche Naturschutzpraxis sein, die den Nährstoffexport von landwirtschaftlichen Betrieben in aquatische Ökosysteme mindert. Stickstoffabflüsse, die in Feuchtgebiete gelangen, kommen in Form von gelösten Verbindungen, die Nitrate genannt werden. Mikroben in Feuchtgebieten können diese gelösten Nitrate als Energiequelle nutzen.

Diese Mikroben wandeln die Nitrate in harmloses Stickstoffgas um, das in die Atmosphäre freigesetzt wird. Die Umwandlung von gelöstem Nitrat in Stickstoffgas führt dazu, dass weniger Stickstoff aus den Feuchtgebieten in aquatische Ökosysteme gelangt. „Feuchtgebiete bieten Mikroben den perfekten Lebensraum für diesen Prozess“, sagt Lemke.

Die Entfernung von Phosphor aus der landwirtschaftlichen Entwässerung ist ein komplexerer Prozess. Die Bodenchemie und der Tongehalt spielen eine wichtige Rolle bei der Entfernung von gelöstem Phosphor. „Es ist wichtig, Böden an potenziellen Feuchtgebieten zu analysieren, um ihre langfristige Speicherkapazität für Phosphor zu charakterisieren“, sagt Lemke.

Selbst die kleinsten Feuchtgebiete reduzierten den Stickstoffverlust von landwirtschaftlichen Flächen um 15 bis 38 %. Als das Drainagewasser durch eine Reihe miteinander verbundener Feuchtgebiete floss, stieg der Stickstoffverlust auf bis zu 57 %.

Die Entfernung von Phosphor war noch effektiver. Zwischen 53 und 81 % des gelösten Phosphors im Drainagewasser landwirtschaftlicher Fliesen wurden durch das kleinste der angelegten Feuchtgebiete entfernt.

„Diese Feuchtgebiete leisten einen lebenswichtigen Dienst, indem sie Schadstoffe und überschüssige Nährstoffe herausfiltern“, sagt Lemke. „Dies schützt die lokale Trinkwasserversorgung und reduziert die Nährstoffe, die in Süßwasser- und Meeressysteme gelangen.“

Neben der Aufnahme überschüssiger Nährstoffe aus der Entwässerung landwirtschaftlicher Fliesen haben diese kleinen Feuchtgebiete auch andere Vorteile. Sie bieten Lebensraum für Wasserpflanzen und -tiere, darunter ansässige und wandernde Enten, Reiher, Otter, Schildkröten, Frösche, Bisamratten, Libellen und viele andere Arten.

„Es ist ziemlich unglaublich, am Rand eines Maisfeldes zu stehen und eine Kakophonie von Fröschen zu hören oder zuzusehen, wie ein Schwarm Blauflügelkricken von einem nahe gelegenen bebauten Feuchtgebiet abhebt“, sagt Lemke.

Lemke und Kollegen untersuchen derzeit die Auswirkungen der Kombination von Winterdeckfrüchten mit Pflanzenkläranlagen.

„Die Idee ist, dass wir, wenn wir Feldpraktiken mit Feuchtgebieten am Feldrand kombinieren, in der Lage sein könnten, die Größe der Feuchtgebiete, die für die gewünschte Nährstoffreduzierung erforderlich sind, weiter zu verringern“, sagt Lemke.