, Volume 17, Issue 1, pp 185-201,
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Date: 29 Oct 2008

Groundwater’s significance to changing hydrology, water chemistry, and biological communities of a floodplain ecosystem, Everglades, South Florida, USA

Abstract

The Everglades (Florida, USA) is one of the world’s larger subtropical peatlands with biological communities adapted to waters low in total dissolved solids and nutrients. Detecting how the pre-drainage hydrological system has been altered is crucial to preserving its functional attributes. However, reliable tools for hindcasting historic conditions in the Everglades are limited. A recent synthesis demonstrates that the proportion of surface-water inflows has increased relative to precipitation, accounting for 33% of total inputs compared with 18% historically. The largest new source of water is canal drainage from areas of former wetlands converted to agriculture. Interactions between groundwater and surface water have also increased, due to increasing vertical hydraulic gradients resulting from topographic and water-level alterations on the otherwise extremely flat landscape. Environmental solute tracer data were used to determine groundwater’s changing role, from a freshwater storage reservoir that sustained the Everglades ecosystem during dry periods to a reservoir of increasingly degraded water quality. Although some of this degradation is attributable to increased discharge of deep saline groundwater, other mineral sources such as fertilizer additives and peat oxidation have made a greater contribution to water-quality changes that are altering mineral-sensitive biological communities.

Résumé

Les Everglades (Floride, U.S.A.)forment une des plus importantes étendues de tourbières subtropicales mondiale avec des associations biologiques adaptées aux eaux pauvres en sels et en éléments nutritifs dissous. La mise en évidence de la manière dont le système hydrologique antérieur au drainage a été altéré est cruciale pour la préservation des caractéristiques de son fonctionnement. Cependant, des outils fiables pour reconstituer les conditions historiques dans les Everglades ont des limites. Une synthèse récente démontre que la part des arrivées d’eau de surface a augmenté en fonction des précipitations, représentant 33% du total des apports à comparer aux 18% historiques. La nouvelle source d’eau la plus importante est le canal de drainage d’anciennes zones humides converties à l’agriculture. Les interactions entre eau souterraine et eau de surface ont aussi augmenté, du fait de l’accroissement des gradients hydrauliques verticaux résultant de modifications de la topographie et de la surface piézométrique dans un paysage extrêmement plat par ailleurs. Des données provenant de traceurs environnementaux en solution ont été utilisées pour déterminer le rôle variable de l’eau souterraine, provenant d’un réservoir de stockage d’eau douce qui a alimenté l’écosystème des Everglades pendant les périodes sèches vers un réservoir d’eau dont la qualité est de plus en plus dégradée. Bien qu’une partie de cette dégradation soit attribuable à l’augmentation de l’écoulement d’eau souterraine saline profonde, d’autres sources d’élément minéraux telles que les apports d’engrais et l’oxydation de la tourbe ont contribué de façon plus importante aux changement de qualité de l’eau ce qui altère les populations biologiques sensibles à la minéralisation.

Resumen

El Everglades (Florida, EE.UU.) es una de las turberas subtropicales más grandes del mundo con comunidades biológicas adaptadas a aguas de bajos contenidos de sólidos totales disueltos y nutrientes. Para preservar sus atributos funcionales es crucial detectar cómo el sistema hidrológico de pre-drenaje ha sido modificado. Sin embargo, las herramientas confiables para reconstruir las condiciones históricas en el Everglades son limitadas. Una reciente síntesis demuestra que proporcionalmente la afluencia de las aguas superficiales ha aumentado en relación a la precipitación, representando el 33% del total de los ingresos de agua comparados con el 18% histórico. La mayor fuente de este incremento está en el drenaje mediante canales de las zonas de los antiguos humedales que fueron convertidos en terrenos agrícolas. Las interacciones entre las aguas subterráneas y de superficie de agua también se han incrementado, debido al aumento de los gradientes hidráulicos verticales resultantes de alteraciones topográficas y del nivel de agua en un paisaje que de por sí es extremadamente llano. Los datos de trazadores de solutos ambientales fueron utilizados para determinar el papel que juega el cambio en el agua subterránea, desde un almacenamiento de agua dulce que sostenía el ecosistema de Everglades durante los períodos de sequías a un reservorio cada vez más degradado en la calidad del agua. Aunque parte de esta degradación es atribuible a un aumento de la descarga de aguas subterráneas profundas salinas, otras fuentes de minerales tales como aditivos fertilizantes y oxidación de turba han originado una mayor contribución a los cambios de la calidad del agua, que alteran a las comunidades biológicas sensibles a la composición mineral.

摘要

美国佛罗里达州Everglades地区是世界上较大的亚热带泥炭沉积地区之一, 拥有适应了在总溶解固形物和营养物质含量较低的水中生存的生物群落。查明排水后水文系统是如何发生变化的, 对于保持其生态功能非常重要。然而, 可用于重建Everglades地区历史条件的工具还很有限。最近, 一项综合的分析证明, 相对于降水而言, 流入的地表水占总补给量的比例已由过去的18%增加到了33%。新的水源主要来自渠道的渗漏。该农业区是由先前的湿地改造而成的。由于原本平坦的地形受到改变, 导致垂向水力梯度不断增加, 使得地下水与地表水的相互作用得到增强。采用环境溶质示踪剂数据确定了地下水的变化情况 : 从一个在旱季时维持Everglades地区生态系统平衡的淡水层到一个水质日益恶化的含水层。虽然部分水质恶化是由深层高矿化度地下水排泄造成的, 但其它的一些来源, 比如化肥添加剂和泥炭氧化作用, 对于水质的变化的作用更大。水质的变化正在改变当地的对矿物质敏感的生物群落。

Resumo

Everglades (Flórida, EUA) é uma das maiores zonas de turfeiras subtropicais a nível mundial, com comunidades biológicas adaptadas a águas com baixa concentração de sais dissolvidos e de nutrientes. A identificação da alteração dos pré-sistemas de drenagem hidrológica é crucial para a preservação dos seus atributos funcionais. No entanto, instrumentos fidedignos para analisar as condições históricas nos Everglades são limitados. Uma síntese recente demonstra que a proporção de entradas de água superficial aumentou relativamente à precipitação, representando 33% do total das entradas, em oposição aos 18% históricos. A maior fonte de água adicional procede da drenagem de canais de antigas zonas húmidas convertidas em zonas agrícolas. As interacções água subterrânea-água superficial também aumentaram, devido ao aumento dos gradientes hidráulicos verticais como consequência das alterações da topografia e do nível de água de uma paisagem outrora extremamente plana. Dados de traçadores ambientais foram usados para determinar o impacte da evolução da água subterrânea, a partir de um sistema natural de abastecimento de água doce que sustentou o ecossistema de Everglades durante períodos secos, a um abastecimento cuja qualidade da água se vai deteriorando gradualmente. Apesar de alguma desta degradação poder ser devida ao aumento da descarga de água salina profunda, outras fontes minerais, como os fertilizantes e a oxidação da matéria orgânica das turfeiras, têm tido um importante contributo para causas para as mudanças da qualidade da água, que estão a alterar as comunidades biológicas sensíveis à mineralização da água.