I jordbruksregioner som USA:s mellanvästern, överskott av nitrat från gödselmedel tar sig in i floder och vattendrag genom underjordiska dräneringskanaler och jordbruksdiken.

Höga nitratkoncentrationer i vattendrag kan vara skadliga för ekosystem och människors hälsa, förorenar dricksvattnet och rinner så småningom nedströms tillräckligt långt för att öka storleken på Mexikanska golfens "döda zon".

En studie publicerad i dag i tidskriften Naturgeovetenskap av National Science Foundation (NSF)-finansierade forskare ger nya insikter om detta problem:Flera våtmarker, eller "våtmarkskomplex" i en vattendelare, är extremt effektiva för att minska nitrathalterna i floder och vattendrag.

Våtmarkskomplex kan vara fem gånger bättre på att reducera nitrat än de bästa landbaserade kväveminskningsstrategierna, säger forskarna.

"Jordbrukets produktivitet gynnar ekonomin, men åtföljs ofta av miljökostnader, säger Tom Torgersen, direktör för NSF:s vatten, Hållbarhets- och klimatprogram, som finansierade forskningen. "Denna studie visar att att behålla eller återställa våtmarker i intensivt skötta jordbruksvattendelar skulle minska nitrat i floder och förbättra den lokala vattenkvaliteten, samtidigt som nitratexporten till Mexikanska golfens hypoxiska [döda] zon minskar."

Med hjälp av vattenprover som tagits under en fyraårsperiod från mer än 200 vattendrag i de 17, 000 kvadratkilometer Minnesota River Basin (MRB), tillsammans med geospatial information om markanvändning i MRB:s vattendelare, forskare isolerade effekterna av våtmarker på ström- och flodnitratkoncentrationer.

Forskningen gav ett antal betydande resultat:

• När strömmarna är höga, våtmarker är fem gånger effektivare för att reducera nitrat än de bästa landbaserade bevarandemetoderna.
• Arrangemanget av våtmarker i en vattendelare är en prediktor för nitratreduktionens storlek. När våtmarker filtrerar avrinning från 100 procent av ett dräneringsområde, de är tre gånger effektivare när det gäller nitratavskiljning än när de filtrerar avrinning från 50 procent av ett dräneringsområde.
• Nitratreduktion i tillfälliga våtmarker och i geografiskt isolerade våtmarker (de som inte är anslutna till en flod), som våtmarker som bildas i jordbruksdiken, är störst under höga strömflöden.

"Det här är viktiga steg mot att inse att när vi förlorar våtmarker, vi förlorar också de betydande fördelar de ger i föroreningskontroll, säger Amy Hansen, en forskare vid University of Minnesotas St. Anthony Falls Laboratory och första författare till tidskriften.

De små våtmarkernas bidrag är särskilt viktiga för framtiden, säger Hansen. Klimatprognoser förutspår ökningar i nederbördsfrekvens och -storlek – förhållanden under vilka våtmarker spelar en betydande roll för att minska flodnitrat.

"Vårt arbete visar att återställande av våtmarker kan vara en av de mest effektiva metoderna för att förbättra vattenkvaliteten inför klimatförändringarna och den ökande globala efterfrågan på mat, " säger pappersmedförfattaren Jacques Finlay, en ekolog vid University of Minnesota.

Andra medförfattare till artikeln är Christine Dolph från University of Minnesota och Efi Foufoula-Georgiou från University of California, Irvine.

Resultaten av forskningen främjar forskarnas förståelse av våtmarker och deras roll i föroreningskontroll, enligt forskarna, och ge vägledning om lokalisering och fördelar för återställande av våtmarker.