30/11/2022
0В то время как города по всему миру стремятся избавить свои водные пути от оставшегося загрязнения, исследователи устанавливают искусственные острова, заполненные травой и осокой. Поверхность островов привлекает диких животных, а корни подводных растений поглощают загрязняющие вещества и поддерживают водную жизнь.
Плавучие болота вдоль реки Чикаго Wild Mile. ДЭЙВ БЕРК / SOM
Пять небольших островов размером примерно с бассейны на заднем дворе плавают рядом с бетонным берегом Баббли-Крик, участка реки Чикаго, названного в честь газа, который когда-то поднимался на поверхность после того, как скотные дворы сбрасывали в водный путь отходы животноводства и побочные продукты. Куски низких местных трав и растений, в том числе осоки, болотного молочая и королевы прерий, поднимаются из похожего на гравий материала, разбросанного по поверхности каждого искусственного острова. Несколько прямоугольников, вырезанных из их середины, содержат бездонные корзины, конструкции, которые, как надеются разработчики проекта, обеспечат поверхность для прикрепления пресноводных мидий, которые когда-то процветали в реке.
Эти искусственные водно-болотные угодья общей площадью три тысячи квадратных футов являются частью усилий по очистке части реки, которая долгое время служила интересам промышленности. Этот проект плавучих водно-болотных угодий является одним из многих, распространяющихся по всему миру, поскольку города все чаще обращаются к зеленой инфраструктуре для решения проблемы токсического наследия. В Соединенных Штатах исследователи проводят эксперименты в Бостоне и Балтиморе, а также в Чикаго, каждая команда делится друг с другом передовым опытом, чтобы максимизировать экологические преимущества своих систем. Канадское правительство и местные муниципалитеты выделяют больше средств на инновационные проекты. Плавучие водно-болотные угодья также увеличиваются в Соединенном Королевстве, а исследования по количественной оценке дополнительных преимуществ продолжаются в Австралии и Бразилии.
Плавающие водно-болотные угодья отфильтровывают загрязняющие вещества и поглощают избыток сельскохозяйственных питательных веществ, что может привести к цветению водорослей и мертвым зонам.
Как и естественные водно-болотные угодья, их плавучие версии обеспечивают ряд экосистемных услуг. Они фильтруют отложения и загрязняющие вещества из ливневых стоков, а лабораторные эксперименты показывают , что некоторые растения обладают способностью улавливать некоторые химические вещества и металлы, содержащиеся в кислых шахтных стоках. Эти системы поглощают избыток сельскохозяйственных питательных веществ, который может привести к цветению водорослей и мертвым зонам. Недавние исследования показывают, что их можно использовать для уменьшения антропогенных загрязнителей, которые сохраняются в окружающей среде. Хотя трудно количественно определить точные преимущества, которые предлагают эти системы, и у них есть ограничения в качестве инструмента для восстановления загрязненных водных путей, они могут предоставить еще один вариант, говорят исследователи.
Ник Уэсли, исполнительный директор Urban Rivers, некоммерческой организации, работающей с Shedd Aquarium над чикагским проектом, считает, что плавучие системы идеально подходят для городской среды. По его словам, многие урбанизированные речные системы имеют одинаковую «стену из стального шпунта с грубой каменной наброской по краям. Мы пытаемся [восстановить], какой была бы натурализованная река». Во многих городах, продолжает он, плавучие водно-болотные угодья могут стать недорогой альтернативой традиционным инфраструктурным проектам, поскольку они модульные, их легко устанавливать и контролировать.
Группа Уэсли начала в 2018 году с проекта плавучих водно-болотных угодий в северном рукаве реки Чикаго. Установка под названием «Дикая миля», направленая на улучшение качества воды, уже начала привлекать беспозвоночных , в том числе моллюсков и ракообразных. В прошлом месяце группа расширилась до берегов Баббли Крик. Компания Urban Rivers, сотрудники Shedd и группа добровольцев скрепили болтами полиэтиленовые и металлические каркасы, обтянули их циновками, бросили в воду, добавили растения и прикрепили острова к дну реки, чтобы они оставались на месте, пока корни врастают в воду. Растения будут расти долгие годы, являясь частью «речной» системы, как называет ее Уэсли, которая не требует почвы или другого субстрата для поддержки.
Плавучие водно-болотные угодья «переживают момент», — говорит Ричард Гроссханс, научный сотрудник Международного института устойчивого развития, работающий над плавучими конструкциями. «Они функционируют очень похоже на естественные водно-болотные угодья: у них те же процессы, растения и микроорганизмы, бактерии и водоросли, [которые] естественным образом расщепляют токсины. Они поглощают питательные вещества и обеспечивают среду обитания. Это своего рода здравый смысл для тех из нас, кто работает с системами такого типа».
Плавучие водно-болотные угодья сначала были протестированы в удерживающих прудах, которые часто располагаются рядом с застройками для сбора ливневых вод, чтобы увидеть, фильтруют ли они загрязнение. «В начале было: «Будут ли они работать? Насколько хорошо они работают? И какие растения мы должны порекомендовать?», — говорит Сара Уайт, экологический токсиколог и садовод из Университета Клемсона, которая работает с плавучими водно-болотными угодьями с 2006 года. В сотрудничестве с исследователями из Технологического института Вирджинии Уайт обнаружила, что протестированные ею водно-болотные растения не только хорошо себя зарекомендовали в прудах с большим количеством загрязненных питательными веществами, но адаптируемые, устойчивые растения на самом деле здесь процветали. Она не всегда выбирала местные растения, вместо этого отдавая предпочтение тем, которые делали бы острова более привлекательными, чтобы их использовало больше градостроителей.
В начале 2010-х годов Крис Уокер, исследователь из Университета Южной Австралии, начал тестировать плавающие водно-болотные угодья в сточных водах, определяя количество загрязняющих веществ, которые четыре вида растений поглощают своими тканями, тем самым улучшая качество воды. Два вида, тростник Baumea articulata и тростник обыкновенный Phragmites australis , продемонстрировали самое высокое поглощение азота и фосфора из всех исследований плавучих водно-болотных угодий на сегодняшний день. «Это создает реальную возможность для [] постоянного удаления изолированных питательных веществ», — говорит Уокер, который также является главным научным сотрудником компании Clarity Aquatic, занимающейся плавучими водно-болотными угодьями.
Один акр плавучей заболоченной земли может поглотить загрязнение питательными веществами от семи до 15 акров городской застройки.
Его команда также начала проверять способность плавучих водно-болотных угодий отфильтровывать появляющиеся загрязнители, такие как пер- и полифторалкильные вещества (ПФАС), которые не всегда фильтруются очистными сооружениями и связаны с повышенным уровнем холестерина, проблемами репродуктивного здоровья, почек и яичек. Тростник Phragmites australis , помещенный в плавучую заболоченную местность, начал поглощать загрязняющие вещества своими тканями менее чем за месяц.
Острова, закрепленные в городах, дают ученым возможность изучать окружающую среду, которая долгое время игнорировалась. В Чикаго Остин Хаппель, биолог-исследователь из Аквариума Шедда, начинает изучение рыб возле плавучих заболоченных мест в Баббли-Крик. Начиная с весны, он будет использовать акустическую телеметрию, чтобы помечать рыбу, пойманную вблизи болота, и отслеживать, куда она уходит. К следующему году он должен быть в состоянии увидеть, используют ли они плавучие болота в качестве буфета или как место, чтобы спрятаться от хищников.
В Бостоне Макс Рим, аспирант Северо-восточного университета, пытается количественно оценить преимущества водно-болотных угодий, которые с 2020 года плавают в реке Чарльз, еще одном исторически деградировавшем водном пути. Он обнаружил, что один акр водно-болотных угодий может поглотить загрязнение питательными веществами — обычно сбрасываемое в реку с ливневыми водами — с семи до 15 акров плотной городской застройки.
Рим также изучает, могут ли плавучие водно-болотные угодья создать небольшие очаги улучшенного качества воды или среды обитания, которые позволят некоторым местным видам, таким как пресноводные губки, вновь закрепиться в реке. Для этого он следил за качеством воды возле заболоченных участков и сравнивал его с другими местами в реке.
«Предыдущее поколение действительно хорошо справлялось с загрязнением из точечных источников — и это была огромная задача», — говорит он, имея в виду успех Закона о чистой воде в сокращении стоков из канализационных труб. Он добавляет, что у его поколения есть новая работа: бороться с «экологическим восстановлением этих деградировавших водоемов одновременно с уменьшением загрязнения», что могут помочь сделать водно-болотные угодья.
Несмотря на преимущества плавающих водно-болотных угодий, остаются препятствия для их широкого внедрения. Их установка и мониторинг требуют времени и энергии, и они потенциально могут вызвать затопление, если отстанут от якоря и будут мешать течению воды. Городу также потребуются сотни плавучих водно-болотных угодий для очистки наиболее загрязненных участков водных путей и управления загрязняющими веществами, которые продолжают поступать в них.
Еще одним потенциальным недостатком является угроза колонизации плавучих водно-болотных угодий инвазивными растениями, которые затем потребуют ухода. Один вид, который эффективно поглощал PFAS в австралийском исследовании, например, является агрессивным захватчиком, уже колонизирующим водно-болотные угодья по всей территории США. Кроме того, если целью плавучего водно-болотного угодья является постоянное удаление фосфора и азота из экосистемы, менеджерам может потребоваться удалить и компостировать растения, чтобы они не выпускали питательные вещества обратно в окружающую среду, когда они находятся в состоянии покоя, хотя текущие исследования показывают что биопленки, образующиеся на корнях растений и на дне водно-болотных угодий, могут продолжать удалять питательные вещества даже после того, как растения начинают стареть. Растения, которые удаляют PFAS, вероятно, должны быть сожжены.
Национальный аквариум в Балтиморе планирует к 2024 году расширить плавучие водно-болотные угодье площадью с 400 до 10 000 квадратных футов.
Тем не менее, говорят исследователи, плавучие водно-болотные угодья приносят пользу окружающей среде. «Я думаю, что мы просто ищем еще один инструмент, который поможет управлять качеством воды», — говорит Уайт из Клемсона. «Это дает нам еще одно место в ландшафте, где у нас действительно может быть технология, которая это сделает».
Типы мест, которые можно было бы улучшить с помощью этих проектов, становятся все более разнообразными. Национальный аквариум в Балтиморе был первым местом в США, где были испытаны плавучие водно-болотные угодья в приливной системе, и сегодня 400 квадратных футов, засаженных солончаковым сеном (Spartina patens –вьюнок солончаковый) и гладкой травой, плавают во Внутренней гавани города. Проект оказался настолько успешным в снижении уровня питательных веществ и бактерий, а также в создании убежища для диких животных, включая американских угрей, желтобрюхих шед и актиний-призраков, что аквариум теперь планирует расширить острова до 10 000 квадратных футов в 2024 году, говорит Чармейн. Даленбург, директор по консервации аквариума.
Острова Харбор — это четвертая попытка Национального аквариума создать процветающую систему водно-болотных угодий, демонстрирующая, насколько сложно адаптировать плавучие водно-болотные угодья к конкретному месту. Когда аквариум впервые установил водно-болотные угодья в 2010 году, гуси вторглись в них и съели растения. Аналогичная проблема возникла со второй версией два года спустя. Третья попытка прошла лучше благодаря ограждению, исключающему гусей, но четвертая итерация, включающая в себя канал, не позволяющий цветению водорослей убивать растения, показала наилучшие результаты.
Исследователи Национального аквариума, изучающие, как плавучие водно-болотные угодья помогают смягчить такое цветение, обнаружили, что микроскопические организмы на корнях растений и на дне водно-болотных угодий помогают перемещать азот из воды и по пищевой цепочке — от ракушек к крабам и рыбам. Выше ватерлинии также есть экосистемные преимущества: ночные цапли и выдры посещают острова, находя убежище в траве. Исследования рыб, птиц и млекопитающих, которых привлекают плавучие водно-болотные угодья, недостаточно развиты, но эти структуры явно обеспечивают среду обитания в местах, где естественные водно-болотные угодья заменены зданиями, переборками и каменными насыпями.
Количество загрязнения, которое растения могут удалить из водной среды, зависит от количества и типа загрязнения, используемых видов растений и размера плавающих водно-болотных угодий. Но некоторые ученые, в том числе Даленбург и Рим, надеются, что по мере накопления исследований правительственные учреждения рассмотрят возможность использования таких проектов для смягчения загрязнения и развития водно-болотных угодий.
В трех водосборных бассейнах в районе Бостона новое положение в соответствии с Законом о чистой воде потребует от определенных коммерческих, промышленных и институциональных объектов с непроницаемой поверхностью в один или несколько акров, уменьшить загрязнение питательными веществами и бактериями в ливневых стоках, стекающих с их объектов, чего раньше никогда не требовалось. . Недавно Великобритания объявила о требовании к домам и водопроводным компаниям снизить загрязнение воды. Плавучие водно-болотные угодья, которые делают это, уже растут в Лондоне, и планы для других мест находятся в разработке.
Подобные правила могут вынудить города принять более агрессивный подход к зеленой инфраструктуре ливневых стоков. «По мере того, как это начинает происходить, — говорит Рим, — роль, которую могут играть плавучие лечебные водно-болотные угодья, будет привлекать внимание».
Растущее использование живых, пышных садов — в городах, которые простираются от Австралии до Европы и Северной Америки — показывает, как даже небольшие заболоченные острова могут иметь значение. «Наше водно- болотное угодье по сравнению с проблемой очистки городских водотоков, всего лишь – почтовая марка, по сравнению с футбольным полем. Мы понимаем, что оно не решит всех проблем — говорит Даленбург из проекта в Балтиморе. «Мы пытаемся создать модель городской набережной. Мы хотим, чтобы другие города знали, что есть способы включить естественную среду обитания, чтобы вернуть экосистемные услуги, которые были утрачены из-за промышленного развития».
Сьюзан Козиер — независимый журналист, специализирующийся на науке и окружающей среде. Ее работы публиковались, в частности, в журналах Science, Scientific American и Audubon . Она живет в Чикаго.
