浄化効果: 研究で確認されているように、畑の端にある溝や小川は、水中の農業汚染物質の削減に大きく貢献しています。小さな川に定着するバクテリアは主に硝酸塩の分解を促進するため、川や湖だけでなく地下水の窒素含有量にも大きな影響を与えます。
集約農業では、通常、硝酸塩を含む肥料が大量に使用されます。植物は硝酸塩の一部を使用しますが、土壌中で脱窒によって分解されなかった硝酸塩は濾過されずに地下水や周囲の川や湖に流れ込みます。これは、過剰な硝酸塩が飲料水も汚染することを意味します。
洗浄効果が過小評価されている
適用される肥料の量、植物、土壌の性質に加えて、地下水に放出される硝酸塩の量に影響を与える他の要因がある可能性があります。その 1 つは、いくつかの畑の端にある小さな溝や小川です。これは、農地から水を集めて再び流す排水システムとして機能するためであり、田畑の端にあるこれらの人工または再設計された水域は、水循環のつながりを表すためです。水の70パーセントが農業流域にあります。
しかし、畑の近くの川は水質にどのような影響を与えるのでしょうか?バイロイト大学の Zhe Wang 氏とその同僚は、この質問に取り組みました。これを行うために、彼らは農地の影響を受ける小川の堆積物を分析しました。一方では、水が流入または流出する場所を特定し、他方では、どのような特徴的な種類の細菌が河床に蓄積し、それが硝酸塩含有量にどのような影響を与えるかを特定しました。
さまざまな種の硝酸塩を「食べる人」が発見される
小さな水域のバランスは予想よりもはるかに良好でした。「水の浄化においてこれらの流れが果たす役割は、これまで研究者によって著しく過小評価されてきました」とバイロイト大学の主任著者ティルマン・リューダースは報告している。調査した水域の河床には大量の硝酸塩分解微生物が定着していることが判明した。 「環境に有害な硝酸塩を窒素ガスに還元します」とリューダース氏は説明します。硝酸塩呼吸としても知られるこのプロセス中に、窒素は大気中に逃げることができ、土壌や地下水を汚染することはなくなります。研究チームによると、この古典的な方法で硝酸塩を分解する細菌は、主に水が周囲に流れ込む小川の場所で主に発見されたという。
しかし、流入地点では、研究者らは、Sulfuricurvum属およびThiobacillus属に由来する、いわゆる化学合成独立栄養性硝酸塩分解物質の数が増加していることを発見した。これらの硫黄バクテリアは硫黄を酸化することができます。ただし、通常のように大気中の酸素は使用せず、硝酸塩を使用します。この反応では、硝酸塩も分解され、分子状窒素として大気中に放出される可能性があります。野原の小川で見つかった硝酸塩分解細菌の多様性は、窒素と硫黄の循環プロセスが農業用水路の河床で関連していることを示していると、王氏らは推測している。 1 つ確かなことは、耕作地の近くの小川が過剰な硝酸塩を分解するのに重要な役割を果たしているということです。
地下水にも恩恵がある
有害な硝酸塩を分解する生物が用水路に定着することは、研究者らが現在証明できている別の現象と密接に関係している。それは、小さな川が地形から水を吸収するだけでなく、周囲の地下水に水を放出しているというものだ。 。逆に、この地下水は下流の小川に逆流する可能性があります。これは、溝を流れる水の 80 パーセント以上が、数 100 メートルの流れの距離で交換できることを意味します。 「これらの溝や小川は、集水域全体の自浄力において重要な役割を果たしています」とワン氏は報告します。
硝酸塩分解微生物の浄化効果は、耕作地のすぐ隣の水域に限定されるものではなく、地下水や隣接する河川にも影響を及ぼします。したがって、この研究は、農業景観のより持続可能な設計のための重要な出発点を提供します。将来的には、農業からの硝酸塩汚染をより効率的に削減できるような方法で、農地の周縁部を特別に設計できるようになります。これは隣接する河川だけでなく、地下水や飲料水にも利益をもたらすでしょう。 「私たちは、水文学と微生物学のこれまで知られていなかった相互作用を発見しました。これは、生態学的景観設計において今後さらに注目されるべきです」とワン氏は言います。
出典: バイロイト大学;技術記事: Water Research、 doi: 10.1016/j.watres.2022.118334
