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2018
04-26

溪流下的薄皮可以提高水质的显着改善


最近的美国地质调查局的研究发现,水流中的天然生物化学过程在水流和底层沉积物之间来回移动对于从伊利诺斯河流域(世界上集约化程度最高的养殖区之一)的河流中去除硝酸盐具有重要意义。

美国地质调查局对含氮污染物进行的研究发现,水流通过非常薄的沉积物区域会增强化学反应,从而减少硝酸盐输送到沿海地区,在那里氮燃料形成低氧“死亡地带”。

“水和科学部副部长助理Lori Caramanian说:”在我们国家水域的整体质量中,最棘手的问题之一是在我们的许多河流和河流中硝酸盐和其他营养物质含量相对较高。 “更好地了解减少河流和河流养分的自然过程将有助于我们更有效地管理我们的水道。”

在所有溪流和河流之下是一层沉积物,沉积物表面。科学家们认为,这个水流世界与河流之间的界限是希腊语中“流动之下”的意思,“hyporheic”区域可以被认为是流的“皮肤”,因为它服务于至关重要的功能,如去除水流中的溶解和微粒污染物。

先前的研究已经在实验室条件下建立了低渗流应该是引发反应,提高溪流水质的关键,但现场研究一般不能揭示低流量对减少污染物流向敏感的下游水域的贡献。

这个实地研究确定,在夏末夏季,一个非常薄的沉积物仅有四厘米(1.6英寸)的皮层能够有效地清除伊利诺伊河流域的硝酸盐。关键的调查方法是用同位素示踪剂标记硝酸盐中的硝酸盐,在沉积物中可以非常细小地跟踪,同时追踪下游的千米。

这项研究的科学家发现,亚硝酸盐流动通过更新提供的溶解有机碳和硝酸盐的专业细菌在进行反硝化作用,将溶解的硝酸盐转化为气态氮,从而永久性地从流动的水中去除硝酸盐的沉淀物中提供硝酸盐去除。

除了最高水平的亚低温流量以外,最高四厘米的沉积物中反硝化细菌数量最多。该薄层中的沉积物特性也有助于形成反应发生所需的无氧微区。

“美国地质调查局的水文研究主要集中在提高对我们水道工作中生物化学过程的了解,从而为决策者提供有助于做出更明智决策的信息。”美国地质调查局代理Jerad Bales水务副总监。 “这项工作是科学如何有效解决我们这个时代重要的环境问题至关重要的一个很好的例子。”

流恢复在美国是一个价值十亿美元的产业,虽然它的水质好处没有被广泛证实。大多数的恢复结构的设计方式,造成相对较深的低亚低温流动,这项研究表明,与单独的浅亚低温流动相比,这只是最低限度地增加了亚低温流动和氮的去除。

这项研究建议如何修改恢复结构,以保护自然功能hyporheic区和如何增加hyporheic流动,以刺激更大的脱硝反硝化流硝酸盐。

这些发现对美国环境保护局正在进行的评估联邦管辖水源,池塘和湿地的工作具有直接的重要性,在这些地方,过程流量等过程可能会对水质产生积极的影响, 有利于河流和河口的下游生态健康和娱乐价值。

该研究发表在水资源研究2013年10月版。 结果被提交了12月11日在美国地球物理联盟的秋季会议。

来源:USGS