Rieky nie sú len „potrubím“, ktorým voda tečie z bodu A do bodu B. Podľa novej štúdie majú vlastný, prekvapivo premenlivý systém sebaočisty – a to, ako presne funguje, sa mení podľa ročného obdobia.

Rieka ako čistička

Výskumníci sa zamerali na Jinshui, zalesnenú riečku v centrálnej Číne, a sledovali, ako mikroorganizmy v jej sedimentoch odbúravajú prebytočný dusík skôr, než sa dostane do jazier či pobrežných vôd. Nadbytok dusíka sa do riek dostáva z hnojív, splaškov a priemyselného odpadu a spôsobuje premnoženie rias, úbytok kyslíka vo vode a v konečnom dôsledku aj úhyn organizmov.

Rieky sa tomu bránia pomocou baktérií, ktoré dusík premenia na neškodný plyn unikajúci do ovzdušia. Vedci sledovali dva hlavné procesy: denitrifikáciu a menej známy anamox (anaeróbnu oxidáciu amónia).

Výskum na 18 miestach

Tím odobral vzorky vody a sedimentu z 18 lokalít pozdĺž toku, raz v lete a raz v zime. Povodie má približne 730 kilometrov štvorcových a vo väčšine horných úsekov je z viac ako 95 % pokryté lesom. Na analýzu použili kombináciu diaľkového prieskumu Zeme, izotopového značenia dusíka-15 a genetickej analýzy mikróbov.

Ukázalo sa, že denitrifikácia je hlavným ťahúňom celého procesu – v lete zabezpečila zhruba 90 % a v zime až 95 % celkového odstránenia dusíka, pričom v teplejších mesiacoch prebiehala rýchlejšie. Anamox nikdy nebol dominantný, no fungoval stabilne po celý rok ako menší, no stály prispievateľ.

V lete rozhodujú mikróby

Zaujímavé je, že to, čo tieto procesy riadi, sa mení podľa sezóny. V lete denitrifikácia úzko súvisela s aktivitou mikrobiálnych génov a s priamym prostredím sedimentu – teda s obsahom celkového dusíka, organického uhlíka, pomerom uhlíka k dusíku a vlhkosťou. Chémia vody hrala len nepriamu úlohu, formovala podmienky, v ktorých mikróby žili.

Anamox sa naopak riadil skôr geografiou – nadmorskou výškou a využitím okolitej krajiny než dianím priamo v sedimente. Viac lesného porastu znamenalo vyššiu aktivitu anamoxu, pravdepodobne preto, že v zalesnených oblastiach je menej organického uhlíka, čo znižuje konkurenciu zo strany denitrifikačných baktérií a dáva anamoxu viac priestoru.

V zime preberá vládu chémia vody

Príchodom zimy sa systém prekonfiguroval. Rozhodujúcim faktorom pre oba procesy sa stala chémia vody – najmä teplota a hladiny amónia a dusičnanov. Studená voda spomaľuje mikroorganizmy a oslabuje recykláciu dusíka priamo v sedimente. Keďže vnútorná recyklácia slabla, hlavným zdrojom dusíka sa stala samotná pretekajúca riečna voda – úloha, ktorú v lete nemusela plniť.

V lete tiež existovala tesná väzba medzi nitrifikáciou a denitrifikáciou, ktoré fungovali takmer ako štafeta – jeden proces odovzdával produkty ďalšiemu. V zime bola táto väzba oveľa slabšia, pretože chlad spomalil všetko a sťažil presun chemických látok medzi jednotlivými časťami sedimentu.

Prečo je to dôležité

Hlavné ponaučenie presahuje samotnú rieku Jinshui: spôsob, akým rieka spracúva znečistenie dusíkom, nemožno vysvetliť len krajinou alebo len mikróbmi – vždy záleží na oboch a od ročného obdobia závisí, ktorý faktor práve prevláda. Podľa autorov, vrátane vedúceho autora Hao Jianga z Wuchanskej botanickej záhrady, môžu tieto zistenia spresniť globálne modely kolobehu dusíka a podnietiť riadenie povodí, ktoré bude brať do úvahy sezónne zmeny namiesto predpokladu, že rieka sa čistí rovnako po celý rok.

Štúdia bola publikovaná v časopise Nitrogen Cycling.