Waar rivieren oceanen ontmoeten, elke cyclus van het getij verplaatst water in en uit estuaria. Het mengen en vermengen van zoet en zout water, gecombineerd met seizoensweer, creëert een unieke omgeving voor ecosystemen in kustestuaria en stroomopwaartse getijdenrivieren.

Maar wat betekent klimaatverandering voor deze wetlandgemeenschappen? En welke invloed kunnen activiteiten als damoperaties en landinrichting op hen hebben?

Om die vragen te helpen beantwoorden, onderzoekers van het Marine and Coastal Research Laboratory van het Pacific Northwest National Laboratory ontwikkelden een voorspellend raamwerk van ecologische indicatoren en analyses voor onderzoek en beheer van estuariene en getijdenrivieren. Een decennium in de maak, het innovatieve raamwerk biedt een manier om te begrijpen hoe zowel natuurlijke als menselijke krachten de hydrologie en plantengemeenschappen in deze complexe wetland-ecosystemen beheersen, nu en in de toekomst.

Het raamwerk wordt beschreven in "Ecohydrologie van wetland-plantengemeenschappen langs een estuariene tot getijde riviergradiënt, " die op 18 september verscheen in het open-accesstijdschrift van de Ecological Society of America Ecosfeer . Het onderzoek is het laatste in een reeks van regionale studies ondersteund door de Bonneville Power Administration en het US Army Corps of Engineers, Portland-district, die een programma uitvoeren om de wetlands in de uiterwaarden van de Columbia River opnieuw aan te sluiten en te herstellen.

Een primeur voor ecohydrologie

Van 2005 tot 2016, het onderzoeksteam registreerde de hoogte van het land, water hoogte, en plantensoorten uit 50 moerassen langs de lagere uiterwaarden van de Columbia River. Deze overstromingsvlakte strekt zich uit over 145 mijl van de monding van de Columbia-rivier tot de Bonneville-dam, 65 kilometer ten oosten van Portland, Oregon.

Amy Bord, een PNNL-aardwetenschapper en de hoofdauteur van de studie, combineerde de onderzoeksgegevens met een algoritme om de overstroming te meten - hoeveel water bleef bestaan ​​​​hoe lang op een bepaalde locatie. Borde zei dat de resulterende cumulatieve waarde de onderzoekers in staat stelde om de verschillende soorten hydrologische informatie samen te voegen tot één enkel getal.

"We kunnen dan de hoogten op een enkele locatie vergelijken, of tussen locaties langs de helling van de rivier, "zei Borde. "Het was een waardevol hulpmiddel om de hydrologie te analyseren."

Heida Diefenderfer, een mede-aardwetenschapper bij PNNL en co-auteur van de studie, zei dat het nieuwe raamwerk een basis zou kunnen bieden voor het modelleren en voorspellen van toekomstige veranderingen in vergelijkbare getijdenecosystemen over de hele wereld.

"Het werk van Amy maakte het mogelijk om wetlands in dit soort gradiënten te vergelijken, van de kustlijn tot een door rivieren gedomineerd systeem, wat nog nooit eerder was gedaan, zei Diefenderfer.

De nutsspeler van de natuur

Als gigantische sponzen, wetlands vervullen belangrijke milieufuncties, zoals het beheersen van overstromingen, koolstof opslaan, en het filteren van vervuiling. Wetlandhabitats bieden ook bescherming en voedsel voor vogels, vis, en zoogdieren. Bijvoorbeeld, kleine zalm knabbelt langs de oevers van de Columbia River, groeien en aan kracht winnen op hun stroomafwaartse reis naar de Stille Oceaan.

Maar Diefenderfer zei dat deze belangrijke kustecosystemen vaak onopgemerkt blijven of als woestenij worden beschouwd.

"Ze hebben de neiging om te worden ingevuld en overgebouwd of bewerkt, zei Diefenderfer, "Dus het begrijpen van de hydrologische drempels en concurrentie tussen soorten is belangrijk, zowel om het herstel van ecosystemen te informeren als om het begrip te verbeteren van hoe wetlands zich verhouden tot globale verandering."

Bonneville Dam vormde een natuurlijke grens voor de studie. Van de vele dammen in de Columbia-rivier - die zijn oorsprong vindt in Canada en door verschillende Amerikaanse staten stroomt voordat hij naar het westen gaat naar de Stille Oceaan - is Bonneville de verste stroomafwaarts. Tijdens de late zomer en herfst, wanneer de rivierstromen het laagst zijn, de getijden kunnen helemaal stroomopwaarts naar de dam reizen, of het 'hoofd van het getij'.

Zoutgehalte en soorten

De onderzoeksinspanningen op lange termijn, een focus van PNNL's Coastal Ecosystems Research-team, stelde wetenschappers in staat om plantreacties vast te leggen in lage, medium-, en high-flow jaren. De resultaten toonden aan dat plantensoorten varieerden over hoogtes in wetlands en langs de rivier. De variaties waren afhankelijk van de afstand tot zout en getijden aan de kust, en het volume van de rivierstroom onder de kop van het getij.

Het team ontdekte ook dat nattigheid - of overstroming - grotendeels de plantengemeenschappen en resistentie tegen niet-inheemse soorten bepaalde. Het dichtst bij de Stille Oceaan, zoutgehalte weerhield niet-inheemse soorten ervan om voet aan de grond te krijgen. Gewoon stroomopwaarts, in de sterk getijde maar zoetwaterzone, De diversiteit van plantensoorten was het hoogst - een indicator van veerkracht in de getijdenwetlands.

verder stroomopwaarts, veranderingen in dagelijkse, seizoensgebonden, en jaarlijkse bevochtigings- en droogcycli verhoogden de invasie door niet-inheemse soorten. Deze cycli verminderden ook de diversiteit van waterplanten en andere vegetatieve bedekking. Gemiddeld, dichter bij de oceaan verbeterde de kwaliteit van plantengemeenschappen aanzienlijk.

Op basis van het kader, het team identificeerde vijf verschillende vegetatiezones die verband houden met indicatorsoorten en unieke patronen van zoutgehalte en overstroming. Twee plantensoorten - Lyngbye's zegge (inheems) en rietkanariegras (uitheems) - vielen op door hun dekking en competitieve effecten op andere planten. De dominante rol van deze twee soorten wisselde tussen oceaan- en rivierbeïnvloede zones, respectievelijk.

Het ecohydrologische raamwerk van het team kan worden gebruikt voor benaderingen op landschapsschaal van ecologisch onderzoek en beheer in getijde-rivierovergangszones over de hele wereld. De studie heeft ook betrekking op de wereldwijde modelleringsinspanningen van PNNL voor het Amerikaanse ministerie van Energie door middel van haar onderzoek om de terrestrische-aquatische interface beter te begrijpen en te modelleren - waar ecosystemen overgaan tussen land en water.