En vandskelundersøgelse til genopretning af vådområder

Hvor floder møder oceaner, hver cyklus af tidevandet flytter vand ind og ud af flodmundinger. Blanding og blanding af frisk og saltvand, kombineret med årstidens vejr, skaber et unikt miljø for økosystemer i kystnære flodmundinger og opstrøms tidevandsfloder.

Men hvad betyder klimaændringerne for disse vådområder? Og hvordan kan aktiviteter som dæmningsdrift og landudvikling påvirke dem?

For at hjælpe med at besvare disse spørgsmål, forskere ved Pacific Northwest National Laboratory's Marine and Coastal Research Laboratory udviklede en forudsigende ramme af økologiske indikatorer og analyser til forskning og forvaltning af flodmundinger og tidevand. Et årti undervejs, den innovative ramme giver et middel til at forstå, hvordan både naturlige og menneskelige kræfter styrer hydrologi og plantesamfund i disse komplekse vådområdeøkosystemer, nu og i fremtiden.

Rammen er beskrevet i "Økohydrologi af vådområde plantesamfund langs en flodmunding til tidevandsflod gradient, ", som dukkede op den 18. september i Ecological Society of America's open-access-tidsskrift økosfære . Forskningen er den seneste i en række af regional-skala undersøgelser støttet af Bonneville Power Administration og U.S. Army Corps of Engineers, Portland District, som implementerer et program til at genskabe og genoprette vådområder på Columbia River-flodslettet.

En første for økohydrologi

Fra 2005 til 2016, undersøgelsesholdet registrerede landhøjde, vandhøjde, og plantetyper fra 50 moser langs den nedre Columbia River flodslette. Denne flodslette strækker sig 145 miles fra mundingen af ​​Columbia River til Bonneville Dam, 65 miles øst for Portland, Oregon.

Amy Borde, en PNNL-jordforsker og studiets hovedforfatter, kombinerede undersøgelsesdataene med en algoritme til at måle oversvømmelse – hvor meget vand der varede i hvor længe på et bestemt sted. Borde sagde, at den resulterende kumulative værdi gjorde det muligt for forskerne at fusionere de forskellige typer hydrologisk information til et enkelt tal.

"Vi kunne derefter sammenligne på tværs af højder på et enkelt sted, eller mellem steder langs flodens gradient, " sagde Borde. "Det var et værdifuldt værktøj til at analysere hydrologien."

Heida Diefenderfer, en jordforsker ved PNNL og medforfatter af undersøgelsen, sagde, at den nye ramme kunne danne grundlag for at modellere og forudsige fremtidige ændringer i lignende tidevandsøkosystemer rundt om i verden.

"Amy's arbejde gjorde det muligt at sammenligne vådområder gennem denne type gradient, fra kystlinjen til et floddomineret system, som aldrig var blevet gjort før, " sagde Diefenderfer.

Naturens nyttespiller

Som kæmpe svampe, vådområder tjener vigtige miljømæssige funktioner, såsom at kontrollere oversvømmelser, lagring af kulstof, og filtrering af forurening. Vådområders levesteder giver også beskyttelse og mad til fugle, fisk, og pattedyr. For eksempel, små laks napper langs Columbia-flodens kyster, vokser og vinder styrke på deres tur ned ad floden til Stillehavet.

Men Diefenderfer sagde, at disse vigtige kystnære økosystemer ofte går ubemærket hen eller betragtes som øde områder.

"De har en tendens til at blive udfyldt og bygget om eller dyrket, " sagde Diefenderfer, "så at forstå de hydrologiske tærskler og konkurrence mellem arter er vigtig både for at informere økosystemgenopretning og for at forbedre forståelsen af, hvordan vådområder relaterer til globale forandringer."

Bonneville Dam repræsenterede en naturlig grænse for undersøgelsen. Af adskillige dæmninger ved Columbia-floden - som har sit udspring i Canada og løber gennem flere amerikanske stater, før de går vestpå ud til Stillehavet - er Bonneville den længste ned ad floden. I sensommeren og efteråret, når flodstrømmene er lavest, tidevandet kan rejse hele vejen op ad floden til dæmningen, eller "tidevandets hoved."

Saltholdighed og arter

Den langsigtede forskningsindsats, et fokus for PNNL's Coastal Ecosystems Research team, tillod videnskabsmænd at registrere planteresponser i lav-, medium-, og år med høj flow. Resultaterne viste, at plantearter varierede på tværs af højder inden for vådområder og langs floden. Variationerne afhang af afstanden fra salt og tidevand ved kysten, og mængden af ​​flodstrømning under tidevandets hoved.

Holdet fandt også, at vådhed - eller oversvømmelse - i vid udstrækning bestemte plantesamfund og modstand mod ikke-hjemmehørende arter. Nærmeste Stillehavet, saltholdighed forhindrede ikke-hjemmehørende arter i at tage fat. Lige op ad floden, i den stærkt tidevands-, men ferskvandszone, planteartsdiversiteten var højest - en indikator for modstandsdygtighed i tidevandsvådområderne.

Længere op ad floden, ændringer i daglige, sæson, og årlige befugtnings- og tørrecyklusser øgede invasion af ikke-hjemmehørende arter. Disse cyklusser mindskede også vandplanternes mangfoldighed og anden vegetativ dækning. Gennemsnitlig, kvaliteten af ​​plantesamfund blev væsentligt forbedret tættere på havet.

Ud fra rammerne, holdet identificerede fem forskellige vegetationszoner forbundet med indikatorarter og unikke mønstre for saltholdighed og oversvømmelse. To plantearter – Lyngbyes sav (hjemmehørende) og rørgræs (ikke-hjemmehørende) – skilte sig ud for deres dækning og konkurrencemæssige virkninger på andre planter. Disse to arters dominerende rolle udveksles mellem hav- og flod-påvirkede zoner, henholdsvis.

Holdets økohydrologiske rammer kan bruges til landskabsmæssige tilgange til økologisk forskning og forvaltning i tidevandsfloder overgangszoner rundt om i verden. Undersøgelsen relaterer også til PNNLs globale jordsystemmodelleringsindsats for det amerikanske energiministerium gennem sin forskning for bedre at forstå og modellere den terrestriske-akvatiske grænseflade - hvor økosystemerne skifter mellem land og vand.