Скрытые помощники рек: как микробы очищают реки Китая от азота

Новое исследование показало, как крошечные микробы в реках и водно-болотных угодьях по всему Китаю помогают очищать воду от избыточного азота, давая новое представление о здоровье пресноводных экосистем и глобальном цикле азота.

Азот необходим для жизни, но его избыток — часто из-за использования удобрений, сжигания ископаемого топлива и сельского хозяйства — попадает в реки и озёра. Это вызывает вредоносное цветение водорослей, потерю кислорода, гибель рыбы и долгосрочный ущерб экосистемам. Учёные давно знали, что микробы играют ключевую роль в удалении азота из воды, но как эти процессы различаются в разных ландшафтах, оставалось неясным.

В исследовании, опубликованном в Nitrogen Cycling, учёные изучили 30 крупных речных водно-болотных угодий вдоль трансекты протяжённостью 3500 километров от юга до севера Китая.

С помощью передовых методов изотопного мечения и генетических инструментов они измерили два ключевых микробных процесса:

• Денитрификацию, которая превращает нитрат в газообразный азот (N₂).
• Анаммокс (анаэробное окисление аммония), который превращает аммоний и нитрит в газообразный азот без образования парниковых газов.

Оба процесса навсегда удаляют азот из экосистем.

Результаты выявили поразительные пространственные закономерности:

• Скорость денитрификации была выше в северных реках, чем в южных, демонстрируя сильную широтную тенденцию.
• Анаммокс был менее привязан к географии, но оказался особенно важен в более глубоких прибрежных почвах, где он часто доминировал в удалении азота.

«Денитрификация долгое время считалась основным путём удаления азота, но наши данные показывают, что анаммокс играет не менее важную роль — особенно в песчаных почвах вдоль речных берегов», — заявил старший автор Вэньчжи Лю из Уханьского ботанического сада Китайской академии наук.

В речных отложениях и почвах команда обнаружила, что:

• Денитрификация была ответственна за большую часть удаления азота в донных отложениях и почвах, связанных с корнями, внося 56–64% в производство газообразного азота.
• Анаммокс доминировал в основной массе прибрежных почв, составляя до 58%.

Ключевыми факторами, определяющими эти процессы, были такие условия окружающей среды, как содержание углерода и железа в почве, а также доступность нитратов.

«Эти результаты показывают, что и денитрификация, и анаммокс должны быть включены в модели круговорота азота в реках», — пояснил Лю. — «Лучше понимая, как микробы работают в разных средах обитания, мы можем улучшить прогнозы качества воды и разработать более эффективные природоохранные стратегии».

Исследование также подчёркивает недооценённую роль естественных речных водно-болотных угодий в смягчении антропогенного воздействия на качество воды. Поскольку сельское хозяйство и урбанизация продолжают добавлять азот в реки, понимание того, как и где микробы его удаляют, будет жизненно важным для управления загрязнением и защиты биоразнообразия.