Используя первый в своем роде подход, включающий использование дронов и инфракрасных снимков, исследователи из Массачусетского университета в Амхерсте изучили ряд восстанавливаемых бывших коммерческих клюквенных болот в восточном Массачусетсе. Команда не только продемонстрировала, как лучше всего восстанавливать пресноводные болота, но и показала, что эти болота функционируют как самоподдерживающиеся экосистемы. Эта работа была недавно опубликована в паре статей в специальном выпуске журнала Frontiers in Earth Science.

На протяжении многих поколений восточный Массачусетс был колыбелью клюквенного производства в США, и в настоящее время здесь выращивается более 14 000 акров. Клюква процветает в кислых торфяных болотах, которые являются наследием последнего ледникового периода. Когда в середине 1800-х годов евроамериканцы начали коммерчески выращивать клюкву, они сделали это путем радикального изменения естественных пресноводных болот, чтобы повысить урожайность.

"Вместо плотных масс торфа", - говорит Кристин Хэтч, профессор кафедры наук о Земле, географии и климате в UMass Amherst, ведущий автор статьи о восстановлении грунтовых вод и член Комиссии по водным ресурсам содружества, - "эти измененные человеком клюквенные болота выглядят как батончик Kit Kat, если в них копнуть".

Это потому, что шоколадного цвета слои торфа перемежаются с вафельными слоями песка. В то время как торф действует как губка, впитывая и удерживая грунтовые воды, песок, который фермеры, выращивающие клюкву, откладывали слоями толщиной в дюйм каждые несколько лет на протяжении последних 15 десятилетий, действует как дренаж и может помочь избавиться от излишков воды, а также повысить урожайность и подавить сорняки и вредителей.

Такие заполненные песком болота, которые авторы называют "антропогенными водоносными горизонтами", работают совсем не так, как естественные. Поскольку небольшие семейные клюквенные болота прекращают производство, возникает вопрос, что с ними делать? Один из ответов: вернуть болота в их естественное состояние, что и делает штат Массачусетс.

"Массачусетс признал, что болота являются невероятно важными ресурсами", - говорит Хэтч. "Это самые разнообразные экосистемы, которые у нас есть. Они выполняют все виды экосистемных услуг, от управления паводковыми водами до хранения углерода и очистки питьевой воды. Они также являются прекрасными местами для отдыха. Штат выделил щедрые средства на восстановление этих водно-болотных угодий, и я горжусь тем, что живу в Массачусетсе".

Как восстановить водно-болотные угодья

Хотя Хэтч отмечает, что восстановить то, что когда-то было болотом, проще, чем создать новое с нуля, все же отменить 150-летний ландшафтный дизайн - довольно сложная задача. Если через старые, наполненные торфом болота вода двигалась невероятно медленно, то через созданные человеком антропогенные водоносные горизонты она течет гораздо быстрее, стекая и в конечном итоге исчезая из экосистемы болота. Восстановление болот означает возвращение подземных вод к их медленному течению до сельскохозяйственной деятельности и удержание этой воды.

Недостаточно просто протянуть все дренажные трубы и заполнить канавы, которые фермеры прокладывали и рыли на протяжении многих поколений. "Вам придется иметь дело со всем этим песком", - говорит Хэтч. "В идеальном варианте мы бы выкопали его весь, вплоть до нетронутых залежей твердого торфа, - продолжает она, - но это требует больших затрат и чревато нарушением десятилетиями распылявшихся на болотах пестицидов".

Хэтч и ее коллеги провели исследование на двух участках вблизи Плимута, где они взяли керны из почвы, собрали образцы воды, проследили за расположением грунтовых вод и скоростью их движения, а также измерили температуру и уровень воды. Вооружившись этими данными, они обнаружили, что для возвращения болота в его досельскохозяйственное состояние не обязательно удалять из него песок. Достаточно просто перемещать его, перемешивая со слоями торфа. Но насколько достаточно?

Составление карты успеха

Ответ на этот вопрос зависит от того, как много и как медленно движутся грунтовые воды через болото. Чтобы отследить и измерить движение грунтовых вод, Хэтч и ее аспирантка Лин Уоттс, ведущий автор статьи о картировании грунтовых вод, а также соавтор Райан Викс из UMass Amherst's UMassAir поднялись в воздух в предрассветные часы в глухую зимнюю пору 2020 и 2021 годов.

Уоттс, искусный пилот беспилотника, управлял БПЛА, оснащенным инфракрасной камерой, способной видеть тепло. Поскольку грунтовые воды круглый год имеют практически постоянную температуру, она смогла "увидеть", как грунтовые воды, которые были теплее замерзшей поверхностной воды, перемещаются по бывшим клюквенным болотам, и составить карту их движения по всей системе водно-болотных угодий на исследуемых участках.

Уоттс обнаружил, что грунтовые воды тратят больше времени на движение через восстановленное болото, как и в его досельскохозяйственном состоянии, и что это увеличенное время пребывания позволяет болоту "наполниться" достаточным количеством воды, чтобы она скопилась на поверхности.

"Мы показали, что на этих восстановленных болотах грунтовые воды остаются на территории, а не уходят с нее", - говорит Уоттс. "Это означает, что восстановление прошло успешно, и болота быстро вернутся к самоподдерживающимся экосистемам".

Заглядывая за пределы Массачусетса

Поскольку геология восточного Массачусетса схожа с геологией большей части северо-востока США, работа Хэтча и Уоттса имеет широкое применение. "Наше исследование может помочь проектировщикам и инженерам по восстановлению более продуманно планировать свои усилия", - говорит Уоттс.

"Восстановление погребенных болот до их прежней экологической красоты имеет очень высокий процент успеха", - говорит Хэтч. "Этот успех зависит от того, как заставить грунтовые воды оставаться в системе. Мы показали, как это сделать, и наше исследование может помочь нам сохранить одну из наших самых ценных экосистем".