The role of biogeochemical barriers in protecting aquatic ecosystems against pollution in agricultural environment

Abstract

This review discusses the importance of ecotones with high plant diversity which are highly effective in retaining pollutants and waste. Biogeochemical barriers play a vital role in eliminating biogenic pollutants, pesticides and heavy metals. Belts of rush plants and meadow vegetation considerably expand the accumulation capacity of water bodies and watercourses. The mechanisms responsible for the protective role of biogeochemical barriers involve various processes such as sorption, sedimentation, denitrification and assimilation, which require the coexistence of plants and microorganisms in aquatic ecosystems. Buffer barriers were presented as one of the ecohydrology tools in agricultural landscapes.

Bariery biogeochemiczne stanowią obszary o potencjalnie dużej zdolności do ograniczania przedostawania się metali ciężkich, pestycydów oraz związków biogenicznych do środowiska wodnego. Zastosowanie rozwiązań ekohydrologicznych pozwala na regulację nadwyżki pierwiastków biogenicznych oraz przyczynia się do wzorstu bioróżnorodności, dzięki wytworzeniu siedlisk dla licznych gatunków roślin i zwierząt. W niniejszym opracowaniu włączono bariery biogeochemiczne w ogół układów buforowych. Rozwiązania tego typu mogą być traktowane, jako filtry marginalne umiejscowione bezpośrednio w strefie przybrzeżnej ekosystemu wodnego, co w przypadku wysokiego wstępnego obciążenia spływu powierzchniowego może okazać się nie wystarczające dla osiągnięcia dobrych efektów biofiltracji. Aby w sposób skuteczny przeciwdziałać degradacji ekosystemów wodnych na obszarach rolnicznych, konieczne jest zwiększenie powierzchni strefy oddzielającej je od wód oraz wykorzystanie zróżnicowanej roślinności. W obrębie stref buforowych wyróżnia się asymilację związków nieorganicznych, w tym azotu i fosforu przez rośliny, co umożliwia ich transformację w biomasę, a także procesy biogeochemiczne realizowane dzięki aktywności drobnoustrojów występujących w postaci biofilmów. Ponadto proces sorpcji i transportu rozpuszczalnych oraz nierozpuszczalnych związków fosforu realizowany jest w glebie, gdzie odpływ krąży w jej wierzchniej warstwie. Skuteczne działanie stref buforowych powinno obejmować preferencje siedlisk, określone rodzaje roślinności i ich tolerancję dla różnych warunków hydrologicznych. Przytoczone badania zwracają uwagę na konieczność zachowania zróżnicowanych gatunków w obrębie stref buforowych. Obecność na obszarze jednego siedliska zarówno drzew, krzewów i traw zapewnia ponad 90% efektywność w usuwaniu związków biogenicznych. Zapewnienie odpowiednich warunków dla współistnienia wielu organizmów w obrębie jednego ekotonu pozwala na skuteczne działanie procesów samooczyszczania i redukuje ryzyko degradacji ekosystemu.