Дренажные системы на полях помогают отводить лишнюю воду, но у них есть серьезный побочный эффект: вместе с водой они уносят питательные вещества, которые, попадая в реки и озера, вызывают бурное цветение водорослей. Эти водоросли отнимают кислород у рыб и других обитателей водоемов. Особенно опасны нитраты.

Одним из эффективных способов борьбы с ними стали древесные биофильтры, или биореакторы. Вода с поля проходит через траншею, заполненную древесной щепой. Бактерии, которые живут на щепе, используя ее как пищу, превращают вредные нитраты в безвредный газ. Однако возник вопрос: а не становятся ли сами эти биореакторы новым источником загрязнения, ведь в древесине тоже содержится фосфор?

Лора Кристиансон, руководитель исследования из Иллинойсского университета, объясняет суть проблемы:

В Иллинойсе поставлена цель сократить сброс азота в бассейн Миссисипи на 45%. Древесные биофильтры — одна из рекомендованных практик для очистки дренажной воды. Но мы не хотим, решая одну проблему, создать другую — с фосфором.

Подробности опубликованы в издании Journal of Environmental Quality.

Деревья при росте накапливают фосфор, и ученые опасались, что он будет вымываться из щепы. Чтобы это проверить, была проанализирована работа 10 полноразмерных биореакторов в Иллинойсе в течение 23 сезонов. Исследователи измеряли концентрацию растворенного реактивного фосфора (ДРФ) — той формы, которую легко усваивают растения и водоросли.

Результаты оказались неожиданными. Вопреки опасениям, в 15 случаях из 23 биофильтры не увеличивали, а немного снижали концентрацию фосфора в воде. То есть они дали дополнительный, непредусмотренный бонус.

Это как бесплатный подарок, — говорит Кристиансон.

Однако картина не была идеальной. Выяснились важные нюансы:

• Первоначальный «выброс»: В первые несколько месяцев после запуска фильтра действительно происходит значительный выброс фосфора из свежей щепы.
• Влияние погоды: Эффективность удаления фосфора резко возрастает после сильных дождей, особенно если на поля вносился навоз.
• Эффект старения: С годами способность старых биофильтров удерживать фосфор снижается.

Ричард Кук, соавтор исследования, дает практическую оценку:

Срок службы биореактора — около 10 лет. Если кратковременный всплеск фосфора в первые месяцы сменяется многими годами чистого положительного эффекта, то эта технология определенно стоит того.

Установка таких фильтров — дело добровольное. Фермеры, заинтересованные в этом, могут обратиться за помощью и финансовой поддержкой в местные службы охраны природных ресурсов.

Как отмечает Кук,

фермеры — хорошие хозяева земли; они думают о том, какое наследие оставят своим детям, и поэтому заинтересованы в эффективных практиках.

Биофильтры требуют минимального ухода — достаточно проверять их пару раз в год, чтобы не было засоров. Это лишь один из инструментов наряду с уменьшением доз удобрений, выбором оптимального времени для их внесения и использованием покровных культур.

Реальная польза этого исследования в том, что оно снимает важное потенциальное препятствие для широкого внедрения биофильтров. Практики и регуляторы часто сталкиваются с дилеммой: решив одну экологическую проблему, можно невольно усугубить другую. Данная работа дает четкий, основанный на многолетних полевых данных ответ: для фосфора риск минимален, а в долгосрочной перспективе есть даже небольшой положительный эффект. Это сильный аргумент для агрономов, экологов и чиновников, распределяющих субсидии. Теперь они могут рекомендовать технологию с большей уверенностью, не опасаясь обвинений в подмене одного загрязнения другим. Исследование делает «зеленый» выбор более простым и обоснованным.

Основное ограничение исследования, которое сами авторы косвенно признают, — это его локальность. Все 10 объектов наблюдения находятся в одном штате (Иллинойс) с относительно схожими почвенно-климатическими условиями и агропрактиками. Результаты могут быть иными для регионов с другими типами почв (например, более легкими песчаными, которые сильнее вымывают фосфор), иным гидрологическим режимом или где в качестве органического удобрения используется не навоз, а что-то другое. Для более универсальных выводов необходимы аналогичные долгосрочные наблюдения в других географических зонах.

Ранее ученые разработали фильтр для отработанных газов удобрений.