Изучая дикий рис в озерах и ручьях, группа исследователей под руководством Университета Миннесоты обнаружила, что сульфаты в водных путях превращаются в токсичные уровни сульфидов и увеличивают содержание других вредных элементов. Это включает метилртуть, единственную форму ртути, которая загрязняет рыбу.
Сульфат - это соединение, которое выбрасывается в пресную воду в результате добычи полезных ископаемых, сточных вод, удобрений, сжигания ископаемого топлива и другой деятельности человека, а также из природных геологических источников в некоторых частях штата. Исследователи недавно опубликовали три связанных исследования на тему содержания сульфатов в воде в Журнале геофизических исследований: Биогеонауки, издаваемом Американским геофизическим союзом..
«Дикий рис служит флагманским видом или эквивалентом нашей «канарейки в угольной шахте», давая нам предупреждение о том, как человеческая деятельность влияет на качество воды в Миннесоте», - сказала Эми Мирбо, научный сотрудник в LacCore/CDSCO Университета Миннесоты в Департаменте наук о Земле и ведущий автор двух из трех исследований. «Результаты наших исследований важны, потому что они показывают, что увеличение содержания сульфата в наших озерах и ручьях может иметь многочисленные негативные последствия для экосистем, хотя сам по себе сульфат относительно безвреден."
Дикий рис имеет культурное значение для многих групп в Миннесоте, особенно для коренных американцев. Дикий рис также обеспечивает среду обитания и пищу для водоплавающих птиц и других диких животных. Исследования 1940-х и 1950-х годов показали, что дикий рис лучше всего растет в озерах Миннесоты с низким содержанием сульфатов, но никто не знал, почему. Корреляция была загадкой, поскольку сульфат не очень токсичен для растений или животных.
Это новое исследование показывает, что проблема заключается в сульфиде, а не в сульфате. Сульфат может быть преобразован в токсичные уровни сульфида в почве водно-болотных угодий, таких как те, в которых прорастает и укореняется дикий рис. Дикий рис - это однолетнее растение, которое каждую весну должно прорастать из семян, брошенных прошлой осенью во влажную почву. Анаэробные микробы в почве производят сульфид из сульфата вышележащей воды. Озера, ручьи и водно-болотные угодья с высокой концентрацией растворенных сульфидов в отложениях, следовательно, имеют низкую вероятность наличия дикого риса.
В дополнение к выбросу сульфидов исследователи обнаружили, что ускоренное разложение растений в водоемах, вызванное сульфатами, приводит к высвобождению фосфора и азота, которые удобряют водоем и могут изменить растительное сообщество в экосистеме, включая усиление цветения водорослей.. Микробы, которые превращают сульфат в сульфид, также производят метилртуть, единственную форму ртути, которая загрязняет рыбу.
«Миннесота уникальна среди штатов США и канадских провинций тем, что в ней действует стандарт качества воды, регулирующий содержание сульфатов», - сказал Мирбо. «Речь идет не только о диком рисе. Теперь мы обнаружили, что добавление сульфатов в нашу воду имеет последствия в будущем, в том числе увеличение количества ртути в рыбе, изменение среды обитания уток и изменения в пищевой цепочке».
В течение трех лет в 2011, 2012 и 2013 годах исследователи изучали образцы воды и отложений из более чем 100 озер и ручьев в Миннесоте, где растет дикий рис или где, по их мнению, дикий рис должен расти. Многие из этих водных путей находились на северо-востоке Миннесоты, где сульфаты в природе не встречаются. Исследователи провели более 100 измерений на каждом участке, изучая керны отложений, воду в отложениях, поверхностные воды и различные растения. Они проанализировали такие вещи, как химический состав воды, глубина и прозрачность.
Почти во всех случаях в воде с самым высоким уровнем сульфатов не было дикого риса, хотя другие условия казались идеальными для роста водных растений. Полевые исследования группы, которые показали влияние сульфатов на качество воды, отражали исследования других исследователей в аквариумах.
«Наше исследование основано на точных научных данных и показало те же результаты, что и другие исследования в искусственной среде», - сказал Мирбо. «Мы знаем, что вопросы, касающиеся наших водных путей, могут быть очень сложными, но мы надеемся, что наша работа может быть использована для разработки хорошей государственной политики, которая уравновешивает экономические потребности нашего государства с продовольственным суверенитетом и защитой окружающей среды».
В дополнение к Myrbo, исследователи, участвующие в исследовании, включают Курта Поллмана, Aqua Lux Lucis, Inc. в Гейнсвилле, Флорида; Эд Суэйн, Агентство по контролю загрязнения Миннесоты; Натан Джонсон, инженерно-строительный факультет Миннесотского университета в Дулуте; Джон Пастор, факультет биологии, Миннесотский университет в Дулуте; Марта Шор, Школа общественного здравоохранения, Миннесотский университет городов-побратимов; и несколько других партнеров из St. Исследовательская станция Croix Watershed Музея науки Миннесоты, Университета Висконсин-Ривер-Фолс и Министерства здравоохранения Миннесоты, а также 20 студентов и сотрудников Университета Миннесоты, которые были частью полевой бригады.
Исследование финансировалось Фондом чистой воды штата Миннесота, созданным Поправкой к конституции штата Миннесота «Чистая вода, земля и наследие», и Национальным научным фондом через Университет Миннесоты LacCore Facility.
«Мы чувствуем, что это только начало нашего исследования вод Миннесоты и их воздействия на сообщества», - сказал Мирбо.
Мирбо и его коллеги из университета недавно получили награду Университета Миннесоты в размере 720 000 долларов за исследования в области использования дикого риса в качестве флагмана для обеспечения чистой воды и равноправия сообществ.