Ecological impacts of management practices in agricultural drain networks: a literature synthesis

Drain networks are essential for connecting farming landscapes to waterways to help mitigate floods and convey water downstream. Unfortunately, drains also convey nutrients and sediments from surface or tile drain run-off, which can impact critical habitats for benthic macroinvertebrates and fish communities, including many species at risk of extinction. To bridge discussions around drainage and ecological values associated with sustainable management of water resources in drainage systems, we conducted a comprehensive literature synthesis on the ecological impacts of drain management practices (DMPs) and best management practices (BMPs). To inform drain management at a regional scale, we extracted key findings from 111 peer-reviewed studies with similar physical attributes and management contexts representative of southwestern Ontario's agricultural landscapes. Across studies, impacts of management practices were assessed over relatively short time periods (1 month - 2 years), limiting understanding of the long-term impacts and ecological or management trade-offs. Frequently measured water quality indicators included carbon, nitrogen, and phosphorus concentrations. Fish biodiversity and abundance were the most commonly measured biodiversity indicators. Recent studies suggest that biodiversity in drain systems is highly resilient and consists of common species that can cope with management activities. Despite literature gaps, findings suggest that while both practices maintain critical drain functions, trade-offs between flood mitigation, biodiversity and water quality remain underexplored. BMPs have the potential to offer multiple co-benefits and greater uptake across the region and across agricultural landscapes in Canada yet place-based evidence is lacking. Cross-sector partnerships can help bolster efforts to critically assess and implement local solutions. Les reseaux de drains sont essentiels pour relier les paysages agricoles aux voies navigables afin d'attenuer les inondations et de transporter l'eau en aval. Malheureusement, les drains transportent egalement des nutriments et des sediments provenant des ecoulements de surface ou des drains agricoles, ce qui peuvent avoir un impact sur les habitats critiques des macroinvertebres benthiques et des communautes de poissons, y compris de nombreuses especes menacees d'extinction. Afin de faciliter les discussions sur le drainage et les valeurs ecologiques associees a la gestion durable des ressources en eau dans les systemes de drainage, nous avons realise une synthese exhaustive de la litterature sur les impacts ecologiques des pratiques de gestion des drains (PGD) et des pratiques de gestion optimales (PGO). Pour orienter la gestion des drains a l'echelle regionale, nous avons extrait les principales conclusions de 111 etudes examinees par des pairs presentant des caracteristiques physiques similaires et des contextes de gestion representatifs des paysages agricoles du sud-ouest de l'Ontario. Dans l'ensemble des etudes, les impacts des pratiques de gestion ont ete evalues sur des periodes relativement courtes (un mois - deux ans), limitant la comprehension des impacts a long terme et des compromis ecologiques ou de gestion. Les indicateurs de qualite de l'eau frequemment mesures comprenaient les concentrations en carbone, azote et phosphore. La biodiversite et l'abondance des poissons etaient les indicateurs de biodiversite les plus couramment mesures. Des etudes recentes suggerent que la biodiversite dans les systemes de drainage est tres resiliente et se compose d'especes communes capables de faire face aux activites de gestion. Malgre les lacunes dans la litterature, les conclusions suggerent que bien que les deux pratiques maintiennent des fonctions critiques des drains, les compromis entre l'attenuation des inondations, la biodiversite et la qualite de l'eau restent peu explores. Les PGO ont le potentiel d'offrir plusieurs avantages simultanes et d'avoir une plus grande acceptation dans la region et dans les paysages agricoles du Canada, mais des preuves specifiques a chaque lieu font defaut. Les partenariats intersectoriels peuvent contribuer a renforcer les efforts visant a evaluer de maniere critique et a mettre en oe uvre des solutions locales.