Новое исследование показало, как крошечные микроорганизмы в реках и водно-болотных угодьях помогают очищать воду от избыточного содержания азота. Это открытие позволяет по-новому взглянуть на здоровье пресноводных экосистем и глобальный азотный цикл.
Азот жизненно важен, однако его избыток, обусловленный использованием удобрений, сжиганием ископаемого топлива и сельскохозяйственной деятельностью, попадает в реки и озёра. Данная перегрузка способна вызвать интенсивный рост водорослей, снижение содержания кислорода, гибель рыбы и нанести долгосрочный вред экосистемам. Известно, что микроорганизмы играют ключевую роль в удалении азота из воды, однако особенности этих процессов в различных ландшафтных условиях оставались невыясненными.
В исследовании, опубликованном в журнале Nitrogen Cycling, учёные провели анализ 30 крупных речных водно-болотных угодий, протянувшихся на 3500 километров от юга до севера Китая. С помощью современных методов изотопного анализа и генетических инструментов исследователи оценили интенсивность двух важных микробных процессов: денитрификацию, и в процессе которого нитраты трансформируются в газообразный азот анаммокс (анаэробное окисление аммония), в ходе которого аммоний и нитриты трансформируются в газообразный азот, не образуя парниковых газов. Эти два процесса гарантируют непрерывное выведение азота из экосистем.
Анализ данных выявил заметные пространственные особенности. Денитрификация протекала быстрее в северных реках по сравнению с южными, что указывает на выраженную зависимость от географической широты. Анаммокс, в свою очередь, меньше зависел от географического положения, но оказался особенно значимым в глубоких прибрежных почвах, где часто определял ход удаления азота.
«По мнению старшего автора исследования Вэньчжи Лю из Китайской академии наук, денитрификация долгое время рассматривалась как главный механизм удаления азота, однако полученные нами данные свидетельствуют о значительной роли анаммокса, в особенности в песчаных почвах, расположенных вдоль рек.
В ходе исследования было установлено, что денитрификация ответственна за 56–64 % образования газообразного азота. В прибрежных почвах, в свою очередь, доминирует анаммокс, обеспечивающий до 58 % от общего количества. На эти процессы оказывают влияние факторы окружающей среды, в частности, концентрация углерода и железа в почве, а также доступность нитратов.
«По словам Лю, при создании моделей круговорота азота в реках важно учитывать как денитрификацию, так и анаммокс. Он подчеркнул, что более глубокое понимание функционирования микроорганизмов в различных экосистемах позволит точнее предсказывать качество воды и разрабатывать методы охраны природы».
В ходе исследования была также отмечена недостаточность признания значимости природных водно-болотных территорий в снижении негативного влияния человека на качество воды. Учитывая, что сельскохозяйственная деятельность и развитие городов постоянно приводят к поступлению азотных соединений в реки, понимание механизмов и мест их удаления микроорганизмами станет критически важным для решения проблемы загрязнения и сохранения биоразнообразия.
[Фото: Данли Дэн, Ди Сюй, Ган Хэ, Банцзин Дин и Вэньчжи Лю / Сельскохозяйственный университет Шэньян ]