海狸建造的水坝可能有助于减轻气候变化对水质的损害

这项研究将于今天（11月8日）发表在《自然通讯》杂志上，它揭示了当涉及到山区流域的水质时，海狸坝的影响远远大于气候驱动的季节性极端降水。这些木质障碍物提高了上游的水位，将水引向周围的土壤和二级水道，统称为河岸区。这些区域就像过滤器一样，在水重新进入下游的主渠道之前，过滤掉多余的营养物质和污染物。

这种大型龅牙两栖啮齿动物的有益影响在未来几年内将会增长。虽然气候变化造成的更热、更干旱的条件会降低水质，但这些条件也促成了美国西部海狸的复苏，并因此导致了水坝建设的爆炸。

"该研究的高级作者、斯坦福大学地球系统科学教授Scott Fendorf说："由于我们在美国西部的山区流域变得更加干燥和温暖，这应该导致水质恶化。"然而，在这项研究之前我们并不知道，海狸活动对水质的巨大影响是对气候变化的一种积极反击。"

海狸利用树枝、植被、岩石和泥土建造水坝和住所。众所周知，它们会咬断树木以获取建筑材料。海狸的活动可以帮助抵消气候变化对河流水质的破坏。

海狸大坝的深远影响的发现是偶然的。2017年，作为芬道夫实验室的博士生，研究的主要作者克里斯蒂安-杜威已经开始沿着东河进行实地工作，东河是科罗拉多州中部克雷斯特布特附近的科罗拉多河的一条主要支流。

最初，Dewey打算跟踪水文的季节性变化，以及河岸区对山区流域的营养物质和污染物的影响。

杜威说："完全是运气好，一只海狸决定在我们的研究地点建一个水坝。"他现在是俄勒冈州立大学的博士后学者（其吉祥物顺便就是一只海狸）。"这个海狸大坝的建造为我们提供了进行一个伟大的自然实验的机会。"

面对气候变化，海狸坝可能有助于保护山区分水岭的水质。

在这项研究中，Dewey和同事们审查了由安装在河流和整个河岸地区的传感器每小时收集的水位数据。该小组还收集了水样，包括从地表以下收集的水样，以监测营养物质和污染物水平。

为了了解在全球变暖产生更频繁的干旱和降雨量极端波动的未来，海狸坝可能会对水质产生怎样的影响，研究人员将历史上干旱的一年，即2018年，东河沿线的水质与第二年的水质进行了比较，当时水位异常高。他们还将这些全年的数据集与2018年7月底开始的近三个月期间的水质进行了比较，当时海狸大坝挡住了河流。

水质是衡量水是否适合某一特定用途的标准--例如，生态系统健康或人类消费。在干旱时期，由于流经河流和溪流的水较少，污染物和过量营养物（如氮）的浓度上升。这时需要大雨和季节性融雪来冲走污染物并恢复水质。

通过对影响污染物如何集中或流向下游的相互关联的生物、化学和物理过程的测量和计算机建模，研究人员发现，海狸大坝通过在大坝上方和下方的水位之间创造一个令人惊讶的陡降，极大地完成了对硝酸盐（一种氮的形式）的清除。

春季融雪后的温暖、干燥的夏季也会产生巨大的水位变化，产生压力梯度，将水推入周围的土壤。梯度越大，水和硝酸盐进入土壤的流量就越大，在那里，微生物将硝酸盐转化为无害的气体。

研究人员发现，无论是高水年（2019年）还是干旱年（2018年），与平均日相比，有大坝的梯度增加至少是没有大坝的夏季高峰期的10倍。换句话说，大坝的影响超过了气候水文的极端情况--在干旱或丰富的融雪的任一方向--一个数量级。

斯坦福大学Doerr可持续发展学院的Terry Huffington教授和斯坦福大学伍兹环境研究所的高级研究员Fendorf说："海狸正在对抗水质退化，并通过产生模拟的水文极端情况来改善水质，这使气候的作用相形见绌。"

当海狸大坝在位时，从所研究的东河段去除不需要的氮气，在季节性的极端情况下提高了44%。氮对水质来说是一个特别有害的问题，因为它促进了藻类的过度生长，而藻类在分解后会使水中的氧气匮乏，以支持多样化的动物生活和健康的生态系统。

这项研究提醒我们，在对气候变化的未来影响进行全面评估时，也必须包括生态系统变化的反馈。

Fendorf说："我们预计气候变化会在干旱时期引起水文极端现象和水质退化，在这项研究中，我们看到，如果不是因为发生了其他生态变化，也就是海狸、它们扩散的水坝和它们不断增长的种群数量，这确实会成为事实。"