Rijeka nije samo vodeni tok koji se kreće od viših ka nižim predjelima. Ispod površine i među česticama sedimenta odvija se složen sistem prirodnog prečišćavanja, zahvaljujući kojem dio zagađenja nestaje prije nego što stigne do jezera, mora ili priobalnih ekosistema.
Jedan od najvažnijih elemenata tog procesa jeste uklanjanje viška azota. Istraživanje rijeke Jinshui u centralnoj Kini, objavljeno u naučnom časopisu Nitrogen Cycling. pokazalo je da se način na koji rijeka prerađuje azotno zagađenje ne može objasniti samo jednim faktorom. Na njega istovremeno utiču mikroorganizmi, hemijski sastav vode, osobine sedimenta, nadmorska visina, godišnje doba i način korišćenja okolnog zemljišta.
Glavni mehanizmi uklanjanja azota pritom se mijenjaju tokom godine, pa se rijeka zimi ne prečišćava na isti način kao ljeti.
Prirodni odgovor na višak azota
Azot dospijeva u rijeke iz različitih izvora. Poljoprivredna đubriva mogu se spirati sa zemljišta nakon padavina, dok dodatno opterećenje dolazi iz kanalizacionih voda i industrijskog otpada. Kada ga u vodi ima previše, azot podstiče nekontrolisani rast algi. Njihovo razlaganje troši kiseonik, mijenja uslove u vodi i može postepeno dovesti do nestanka osjetljivih biljnih i životinjskih vrsta u nizvodnim područjima.
Rijeke, međutim, imaju sopstvene biološke mehanizme kojima ublažavaju takvo opterećenje. Određeni mikroorganizmi mogu da prerade azotna jedinjenja i pretvore ih u bezopasan gas, koji se zatim oslobađa u atmosferu umjesto da ostane u vodi i nastavi da narušava ekosistem.
Istraživači su u rijeci Jinshui pratili dva procesa koja imaju važnu ulogu u tom prirodnom prečišćavanju. Prvi je denitrifikacija, tokom koje mikroorganizmi pretvaraju nitrate u gasovite oblike azota.
Drugi je manje poznati proces nazvan anamoks, skraćeno od anaerobne oksidacije amonijuma. I on dovodi do uklanjanja azota iz vode, ali se odvija bez prisustva kiseonika i oslanja se na drugačije grupe mikroorganizama.
„Naši rezultati pokazuju da se uklanjanje azota u rijekama ne može objasniti jednim faktorom životne sredine“, kazao je vodeći autor istraživanja Hao Jiang iz Botaničke bašte u Wuhanu.
Kako je objasnio, dominantni uticaji mijenjaju se sa godišnjim dobima, zbog čega uspješno upravljanje riječnim slivovima mora obuhvatiti i uslove u širem predjelu i mikroskopske procese koji se odvijaju u riječnom sedimentu.
Istraživanje duž 18 lokacija
Da bi utvrdili kako se ovi procesi odvijaju u stvarnim uslovima, naučnici su uzeli uzorke vode i sedimenta na 18 mjesta duž rijeke Jinshui. Uzorkovanje je obavljeno tokom ljeta, a zatim ponovljeno zimi, kako bi se uporedile sezonske razlike.
Sliv ove rijeke prostire se na približno 730 kvadratnih kilometara. Obuhvata područja na različitim nadmorskim visinama, dok je više od 95% većeg dijela gornjeg toka prekriveno šumom. Istraživači su koristili podatke daljinskih istraživanja i metodu praćenja stabilnog izotopa azota-15. Istovremeno su analizirali hemijski sastav vode i sedimenta, kao i mikrobne gene, kako bi utvrdili koje grupe mikroorganizama učestvuju u uklanjanju azota i pod kojim uslovima postaju najaktivnije.
Rezultati su pokazali da je denitrifikacija daleko najvažniji mehanizam prirodnog uklanjanja azota iz rijeke Jinshui. Tokom ljeta bila je odgovorna za približno 90% ukupno uklonjenog azota, dok je zimi njen udio dostizao oko 95%. Iako je njen relativni doprinos bio nešto veći zimi, sam proces odvijao se znatno brže tokom toplijih mjeseci, kada su mikroorganizmi aktivniji.
Anamoks nije imao glavnu ulogu ni u jednom dijelu godine, ali nije ni prestajao. Njegov doprinos bio je manji, ali stabilan, što pokazuje da ovaj proces predstavlja trajni dio riječnog sistema prečišćavanja.
Ljeti ključnu ulogu imaju mikroorganizmi i sediment
Najizraženije sezonske razlike pojavile su se kada su istraživači pokušali da utvrde šta zapravo kontroliše denitrifikaciju i anamoks. Tokom ljeta denitrifikacija je bila snažno povezana sa količinom i aktivnošću odgovarajućih mikrobnih gena, kao i sa neposrednim uslovima u sedimentu.
Posebno su bili važni ukupna količina azota, sadržaj organskog ugljenika, odnos ugljenika i azota i vlažnost sedimenta. Ti faktori određivali su koliko su mikroorganizmi imali dostupne hrane i koliko su uslovi bili povoljni za njihovu aktivnost.
Hemijski sastav vode imao je određeni uticaj, ali uglavnom posredno. Umjesto da direktno upravlja denitrifikacijom, voda je mijenjala osobine sedimenta u kojem mikroorganizmi žive i obavljaju najveći dio procesa.
Anamoks je tokom ljeta pokazao drugačiji obrazac. Na njega su više uticali nadmorska visina i način korišćenja zemljišta nego lokalni hemijski uslovi u sedimentu. Istraživanje je pokazalo i da veća pokrivenost šumom odgovara većoj aktivnosti anamoksa. Naučnici pretpostavljaju da je razlog to što šumska područja obezbjeđuju manje lako dostupnog organskog ugljenika.
Manjak organskog ugljenika ograničava mikroorganizme koji obavljaju denitrifikaciju, jer je njima taj materijal potreban kao izvor energije. Time se smanjuje konkurencija i ostavlja više prostora anamoks bakterijama.
Zimi kontrolu preuzima hemijski sastav vode
Sa dolaskom zime sistem se znatno mijenja. Umjesto osobina sedimenta i strukture mikrobnih zajednica, hemijski sastav vode postaje glavni faktor koji određuje intenzitet i denitrifikacije i anamoksa. Najveći uticaj imali su temperatura vode i koncentracije amonijuma i nitrata.
Hladna voda usporava mikroorganizme i slabi prirodno kruženje azota unutar riječnog sedimenta. Kada se taj unutrašnji sistem recikliranja uspori, mikroorganizmi postaju zavisniji od azotnih jedinjenja koja im donosi voda koja protiče iznad sedimenta. Tokom ljeta rijeka nije morala da ima tako neposrednu ulogu u snabdijevanju mikroorganizama, jer su azotna jedinjenja efikasnije kružila i obnavljala se unutar sedimenta.
Istraživači su tokom ljetnjih mjeseci uočili i snažnu vezu između nitrifikacije i denitrifikacije. Nitrifikacija stvara nitrate koje denitrifikacioni mikroorganizmi zatim mogu da koriste, pa dva procesa funkcionišu gotovo kao povezani djelovi istog lanca.
Zimi ta veza slabi. Niske temperature usporavaju biološke reakcije, dok se hemijska jedinjenja teže prenose između različitih mikroskopskih djelova sedimenta. Zbog toga razmjena između procesa postaje manje pouzdana i manje efikasna.
Upravljanje rijekama mora pratiti sezonske promjene
Iako je istraživanje sprovedeno na rijeci Jinshui, njegovi zaključci imaju širi značaj. Pokazalo se da sposobnost rijeke da uklanja azotno zagađenje nije moguće razumjeti posmatranjem samo okolnog predjela ili samo mikrobnih zajednica. Potrebno je pratiti oba nivoa, od korišćenja zemljišta i šumske pokrivenosti do hemijskog sastava vode i uslova u nekoliko centimetara riječnog sedimenta.
Koji će faktor biti najvažniji zavisi od godišnjeg doba. Ljeti se veći dio procesa oslanja na mikroorganizme i lokalne uslove u sedimentu, dok zimi temperatura i hemijski sastav vode preuzimaju dominantnu ulogu. Takvi rezultati mogli bi pomoći u unapređenju modela globalnog kruženja azota, koji pokušavaju da procijene koliko azota rijeke zadržavaju ili uklanjaju prije nego što on dospije do jezera, mora i okeana.
Studija ukazuje i na potrebu drugačijeg pristupa upravljanju riječnim slivovima. Umjesto pretpostavke da rijeka tokom cijele godine jednako reaguje na zagađenje, mjere zaštite morale bi da uzmu u obzir sezonske promjene u vodi, sedimentu i aktivnostima mikroorganizama.
Jasmin Murić
Naslovna fotografija: Dino Jahdadić
