Как бобры влияют на экосистемы над и под землей

Как инженеры экосистем, бобры повышают устойчивость ландшафта. Над землей изменения, вызванные бобровыми запрудами, видны — это увеличение биоразнообразия и удержание воды. Однако, как отмечает исследователь из Департамента наук о Земле UConn Лицзин Ван, наше понимание их влияния на процессы под землей ограничено.

В исследовании, опубликованном в Water Resources Research, Ван и соавторы изучили движение воды через почвы и подповерхностную среду и представили новые данные о влиянии бобровых запруд на грунтовые воды.

Грунтовые воды могут быть важным источником воды для ручьев, особенно в конце засушливого лета. Это может быть единственный источник, поддерживающий ручей, говорит Ван. Понимание того, влияют ли и как бобровые запруды на грунтовые воды, важно для управления водными ресурсами и восстановительных работ.

Некоторые инициативы включают строительство аналогов бобровых плотин, которые имитируют деятельность живых бобров и аналогично расширяют водно-болотные угодья, повышая устойчивость территории к засухам и пожарам. Однако комплексных исследований, посвященных вызванным бобрами изменениям в подземных водах, не было.

Моделирование подповерхностных процессов

Команда использовала in-situ измерения, включая геофизические исследования, гидрологические данные и моделирование, а также метод машинного обучения — оценщик нейронной плотности, впервые примененный в астрофизике, — для калибровки модели. Это позволило лучше прогнозировать изменения, вызванные присутствием бобров.

Одним из контролирующих факторов является структура недр. В регионе Скалистых гор, где проводилось исследование, реки имеют гравийные русловые системы, состоящие из крупной гальки/гравия, которые простираются на глубину до 16 метров и от реки в пойму.

Моделирование различных комбинаций подповерхностных структур показало, что характеристика структуры поймы критически важна для понимания того, как бобровые запруды влияют на движение воды в подповерхностной среде. При неглубоком гравийном слое и почвенном покрове бобровые запруды могут оказывать большее влияние на пополнение (подпитку) грунтовых вод.

Влияние на водный баланс и качество воды

Исследователи также изучили движение воды, доступной для испарения в атмосферу, или эвапотранспирации (ET). В засушливых регионах, таких как запад США, если в пойме больше воды, то больше воды и испаряется. Анализ показал, что если почвенный слой над гравийным пластом очень толстый, то ET может быть настолько велика, что подпитка грунтовых вод может стать ниже или даже меньше, чем без бобровых запруд, потому что больше воды потребляется воздухом и растительностью.

В целом команда Вана обнаружила, что бобровые запруды увеличивают подпитку грунтовых вод в 10 раз по сравнению с засушливым периодом. Однако вода, достигнув гравийного пласта, не остается там, а уходит вниз по течению. Гравийный пласт действует как «толстая река» под руслом, и вниз по течению в недрах смывается больше воды, чем предполагалось. Она не остается на месте, поддерживая местный уровень грунтовых вод.

Хотя это исследование сосредоточено на бобровых запрудах в Колорадо, Ван начинает изучать их в Новой Англии, где более сложные речные сети с притоками, каналами и плотинами.

Понимание взаимосвязей между деятельностью бобров и подповерхностной средой критически важно для оценки влияния на другие аспекты, например, на качество воды. Замедляя поток воды и создавая пруды, бобры меняют условия содержания кислорода в подповерхностном слое, приводя к более низким, аноксическим концентрациям. Это может привести к распространению анаэробных бактерий, чья активность в осадке может мобилизовать тяжелые металлы, которые оставались бы trapped в более богатой кислородом среде.

«Если вы находитесь в нетронутом районе без предыдущей промышленной деятельности, это может не быть большой проблемой, — говорит Ван. — Однако если вы находитесь в районе, подобном нашему участку в Колорадо, который находится рядом с заброшенными шахтами, мы можем наблюдать больше растворимых металлов ниже по течению. Бобровые запруды могут увеличить экологические преимущества, но нам не хватает всестороннего понимания водного баланса и качества воды. Нам необходимо понимать компромиссы и выгоды».