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 необходим для жизни, но его избыток — часто из-за использования удобрений, сжигания ископаемого топлива и ведения сельского хозяйства — попадает в реки и озёра. Такая перегрузка может привести к вредоносному цветению водорослей, потере кислорода, гибели рыбы и долгосрочному ущербу для экосистем. Учёным давно известно, что микробы играют важнейшую роль в удалении азота из воды, но как эти процессы различаются в зависимости от ландшафта, оставалось неясным.
В исследовании, опубликованном в журнале Nitrogen Cycling, учёные проанализировали 30 крупных речных водно-болотных угодий, расположенных на 3500-километровом участке от юга до севера Китая. Используя передовые методы изотопного анализа и генетические инструменты, исследователи измерили два ключевых микробных процесса: денитрификацию, при которой нитраты превращаются в газообразный азот, и анаммокс (анаэробное окисление аммония), при котором аммоний и нитриты превращаются в газообразный азот без образования парниковых газов. Оба процесса обеспечивают постоянное удаление азота из экосистем.
Результаты показали поразительные пространственные закономерности. Скорость денитрификации была выше в северных реках, чем в южных, что свидетельствует о сильной широтной тенденции. Анаммокс, напротив, был в меньшей степени связан с географией, но оказался особенно важным в более глубоких прибрежных почвах, где он часто доминировал в процессе удаления азота.
«Денитрификация долгое время считалась основным способом удаления азота, но наши результаты показывают, что анаммокс играет не менее важную роль, особенно в песчаных почвах вдоль берегов рек», — сказал старший автор исследования Вэньчжи Лю из Китайской академии наук.
Команда обнаружила, что на долю денитрификации приходится 56–64 % образования газообразного азота. В то же время в прибрежных почвах преобладает анаммокс, на долю которого приходится до 58 %. Ключевыми факторами, влияющими на эти процессы, являются такие условия окружающей среды, как содержание углерода и железа в почве и доступность нитратов.
«Данные свидетельствуют о том, что в моделях круговорота азота в реках необходимо учитывать как денитрификацию, так и анаммокс, — пояснил Лю. — Чем лучше мы понимаем, как микробы функционируют в различных средах обитания, тем точнее мы можем прогнозировать качество воды и разрабатывать стратегии сохранения окружающей среды».
Исследование также подчёркивает недооценённую роль естественных водно-болотных угодий в смягчении последствий антропогенного воздействия на качество воды. Поскольку сельское хозяйство и урбанизация продолжают приводить к попаданию азота в реки, понимание того, как и где микробы его удаляют, будет иметь жизненно важное значение для борьбы с загрязнением и защиты биоразнообразия.
[Фото: Danli Deng, Di Xu, Gang He, Bangjing Ding & Wenzhi Liu / Shenyang Agricultural University]
