Выступая сегодня (авг. 12) на ежегодном собрании Экологического общества Америки в Луисвилле, штат Кентукки, она объяснила, что она и ее коллеги из Корнельского университета изучали бассейны ливневой воды в районе Итаки, штат Нью-Йорк.
«Частично цель бассейнов для сбора ливневых вод – управлять потоком», – сказал Макфиллипс. «Мы все чаще пытаемся добиться от них большего количества целей по качеству воды."
Контроль за стоком дождя и улавливанием наносов всегда был целью этих вездесущих бассейнов, но новые методы могут сделать их пригодными и для удаления нитратов из воды.
Исследователи исследовали бассейны, расположенные в городских и пригородных районах, а нитраты образуются в результате атмосферных отложений на дорогах, сгорания автомобилей и удобрений для газонов.
«Эти бассейны всегда считались черными ящиками с точки зрения количества поступающей воды и процентной эффективности», – сказал Макфиллипс. «Однако разные конструкции этих бассейнов работают по-разному, и теперь мы изучаем характеристики и конкретные механизмы удаления азота."
Азот является целью, потому что, хотя наша атмосфера на 78% состоит из газообразного азота, другие формы этого элемента, такие как нитрат, вызывают чрезмерный рост водорослей в водоемах. Эта эвтрофикация удаляет кислород из воды и создает подводные пустыни, где рыба и другие водные существа не могут жить.
Как правило, ливневые бассейны представляют собой влажные бассейны или сухие бассейны. Вода проходит через сухие бассейны за несколько дней, в то время как во влажных бассейнах вода стоит намного дольше. С нитратами в бассейне может произойти множество вещей.
Может переходить в грунтовые воды, а затем в реки, ручьи и озера; может поглощаться растительностью; или он может быть преобразован в другие соединения микробами, живущими в бассейнах.
В то время как разложение растительности бассейна возвращает нитраты обратно в бассейн и грунтовые воды, некоторые микробные сообщества могут полностью преобразовать нитраты в газообразный азот, удаляя его. Исследователи взяли образцы бассейнов и проверили ДНК микробов на наличие гена, который может преобразовывать нитраты в газообразный азот. Этот ген вырабатывает фермент, который может превращать нитраты в газообразный азот.
«Обычно бассейны спроектированы так, чтобы быть сухими, но по мере накопления наносов от стока и растительности, которые растут в бассейнах, они могут стать влажными бассейнами», – сказал Макфиллипс.
Они обнаружили, что способность производить газообразный азот выше во влажных бассейнах, чем в сухих. Однако они также обнаружили, что при частичной конверсии образуются оксиды азота, а при потреблении органических веществ образуется метан, оба парниковых газа. Влажные бассейны показали более высокий уровень гена, который позволяет полностью преобразовать нитраты в газообразный азот.
По словам Макфиллипса, проектирование бассейнов для удержания воды с самого начала может снизить производство оксидов азота, потому что чем дольше бассейны удерживают воду, тем более полное преобразование нитратов в газообразный азот.
Что касается метана, Макфиллипс предполагает, что проектирование бассейнов так, чтобы водоудерживающий слой находился под землей, а не на поверхности бассейна, мог бы предотвратить выброс метана в атмосферу. Кислород, попавший в почву, разлагает метан.
McPhillips в настоящее время изучает водосборные бассейны для ливневых вод в кампусе Университетского парка Пенсильвании для дальнейших исследований.
Также над этим проектом работали M. Тодд Уолтер, профессор биологической и экологической инженерии Корнельского университета; и Натали Морс, недавно получившая докторскую степень Корнельского университета.
Национальный научный фонд поддержал эту работу.