Wodny przegląd publikacji (19)

Bieżący przegląd wodnego piśmiennictwa rozpoczynamy od niezwykle aktualnego zagadnienia negatywnego wpływu przegród poprzecznych na rzekach na populacje ryb. Chińscy naukowcy opisują, jak kaskada tam na Jangcy przyczyniła się do spadku liczebności pięciu kluczowych dla tej rzeki gatunków. Przedstawiamy też wyniki badań nad tempem akumulacji węgla w małych kotłowych torfowiskach w Polsce. Ekosystemy te stanowią ważne miejsca sekwestracji tego pierwiastka, ale ich rola w tym procesie jest nadal niedoceniana.

Również problem wiecznych zanieczyszczeń, takich jak związki PFAS, nie przestaje zajmować naukowców – okazuje się, że istotnym źródłem tych substancji w wodach powierzchniowych jest depozycja atmosferyczna, czego dowodzą badania wód Wielkich Jezior. Dwa kolejne prezentowane artykuły mówią o wpływie zmian wzorców temperatury i dostępności wody zachodzących na skutek zmiany klimatu na owady – jeden w kontekście zagrożenia dla zapylaczy, drugi – zmian zasięgu obszarów dogodnych do namnażania się komarów przenoszących malarię w Afryce. Przegląd kończymy dwoma artykułami dotyczącymi gospodarki ściekowej. Bardzo interesujący jest przegląd aktualnej wiedzy na temat innych niż kanalizacja zbiorcza metod sanitacji ścieków na obszarach zurbanizowanych.

Wykorzystanie systemów niekanalizacyjnych jest niezbędne w sytuacjach, kiedy cele gospodarki ściekowej nie mogą zostać zrealizowane za pomocą jednego rozwiązania technologicznego. Drugi artykuł stanowi wprowadzenie do numeru tematycznego poświęconego wykorzystaniu ścieków do analizy zagrożeń epidemiologicznych w oparciu o biomarkery.

1. Dams trigger exponential population declines of migratory fish

Huang Z., Li H. (2024). Dams trigger exponential population declines of migratory fish. Sci. Adv. 10, eadi6580.

Wpływ przegród poprzecznych na światowe zasoby ryb migrujących jest ogromny i poważnie niedoceniany. Jeśli ktoś nie wierzy, że tak jest, polecam pracę chińskich naukowców na temat wpływu tam na rzece Jangcy na populacje pięciu sztandarowych dla tej rzeki gatunków: jesiotra chińskiego (Acipenser sinensis), wiosłonosa chińskiego (Psephurus gladius), jesiotra Jangcy (j. Dabry’ego, Acipenser dabryanus), czukuczana chińskiego (Myxocyprinus asiaticus) oraz Coreius guichenoti. Chiny zainicjowały kilkanaście programów ratowania tych ryb, ale pomimo 40 lat wysiłków, gatunki te są obecnie na skraju wyginięcia.

Przyczyn tego stanu naukowcy upatrują w niedostatecznym rozpoznaniu faktycznego wpływu zmian hydromorfologicznych rzek na funkcjonowanie ryb. Zaproponowali oni narzędzie analityczne uwzględniające cały szereg modeli, w tym trójpoziomowy system klasyfikacji migracji, sześć opisowych modeli cyklu życia, koncepcję nieprawidłowych stad (takich, które nie mogą się rozmnażać ze względu na bariery), współczynnik oddziaływania tam (ang. dam impact coefficient, DIC) oraz uproszczony model populacji. Na jego podstawie określili wzór migracji i cykl życia każdego analizowanego gatunku, oddziaływanie tam na jego cykl życiowy oraz mechanizmy leżące u podstaw spadku populacji. Przedstawili też sześć błędnych ocen naukowych, będących przyczyną porażek wdrażanych dotychczas programów oraz zalecany kierunek reformy chińskiej strategii ratowania ryb. Lektura obowiązkowa dla wszystkich zarządców wód.

2. Kettle-hole peatlands as carbon hot spots: Unveiling controls of carbon accumulation rates during the last two millennia

Karpińska-Kołaczek M., Kołaczek P., Marcisz K. et al. (2024). Kettle-hole peatlands as carbon hot spots: Unveiling controls of carbon accumulation rates during the last two millennia. CATENA, 237, 107764.

Rozpoznanie wzorców sekwestracji dwutlenku węgla w czasie i przestrzeni ma kluczowe znaczenie dla opracowania modeli i przyszłych prognoz jego absorpcji. Torfowiska odgrywają zasadniczą rolę w obiegu węgla na Ziemi. Grupa polskich naukowców zrekonstruowała tempo akumulacji węgla torfowego (PCAR od ang. peat carbon accumulation rates) w okresie ostatnich ±1500 lat na trzech polskich torfowiskach kotłowych (Jaczno, Głęboczek i Pawski Ług). Celem ich pracy było ustalenie czynników odpowiedzialnych za zmiany w akumulacji węgla w tych ekosystemach. Wyniki PCAR powiązano z danymi dotyczącymi pozostałości pyłków, ameb skorupkowych, makroszczątek roślin i węgla drzewnego.

Badania wykazały, że analizowane torfowiska były zróżnicowane pod względem lokalnych warunków środowiskowych (np. poziomu wody), stopnia rozwoju torfu, dynamiki roślinności i aktywności pożarów. Ogólnie rzecz biorąc, wartości PCAR były wyższe w sekcjach profili zdominowanych przez mchy z rodzaju Sphagnum, z dużym udziałem miksotroficznych ameb skorupkowych oraz bez incydentów pożarowych. Wyniki wskazują na prawie trzykrotnie wyższą wartość PCAR (średnio >70 g C/m²/rok) w profilach torfowisk Jaczno i Pawski Ług w porównaniu z europejską średnią akumulacji węgla dla holocenu (22,9±2,0 g C/m²/rok według danych literaturowych).

Można to wytłumaczyć wyjątkowymi warunkami lokalnymi tych torfowisk, które przez ostatnie 1500 lat charakteryzowały się stabilnym i wysokim poziomem wody. Takie niewielkie, rozproszone w krajobrazie europejskim, ale dobrze zachowane torfowiska kotłowe mogą być ważnymi pochłaniaczami dwutlenku węgla, zasługują zatem na więcej uwagi w zakresie badań, monitoringu i ochrony. Praca podkreśla ogromny potencjał małych torfowisk (<10 ha) jako swoistych hot spotów akumulacji węgla.

3. The Ins and Outs of Per- and Polyfluoroalkyl Substances in the Great Lakes: The Role of Atmospheric Deposition

Xia Ch., Capozzi S.L., Romanak K.A., et al. (2024). The Ins and Outs of Per- and Polyfluoroalkyl Substances in the Great Lakes: The Role of Atmospheric Deposition. Environmental Science & Technology.

Substancje perfluoroalkilowe i polifluoroalkilowe, znane również jako PFAS lub wieczne chemikalia, stały się trwałymi i stałymi zanieczyszczeniami wody, gleby i powietrza. Ponieważ są one bardzo stabilne, krążą w całym cyklu wodnym i wraz z opadem przedostają się do źródeł wody pitnej. Spożywanie PFAS wiąże się z negatywnymi skutkami dla zdrowia, dlatego też monitoring ich ilości w zbiornikach stanowiących źródło zaopatrzenia w wodę do spożycia jest szczególnie istotne. Badanie takie przeprowadzili naukowcy z Uniwersytetu w Indianie oraz Environment and Climate Change w Ontario dla Wielkich Jezior, które są głównym źródłem wody dla mieszkańców ich zlewni w USA i Kanadzie.

Według ustaleń opublikowanych w czasopiśmie Environmental Science & Technology opady atmosferyczne wprowadzają do każdego z Wielkich Jezior podobne ilości PFAS, jednakże poszczególne zbiorniki eliminują chemikalia w różnym tempie. Wyniki badań przeprowadzonych w latach 2021-2023 wskazują, że głównym źródłem PFAS w jeziorach jest depozycja atmosferyczna. Najwyższe stężenia tych związków stwierdzono w jeziorze Ontario (11,0 ng/l), następnie w Michigan, Erie i Huron (3,5-8,5 ng/l), a najniższe w Jeziorze Górnym (1,3 ng/l).

Obliczenia budżetu mas wskazują, że jeziora położone najbardziej na północ (Superior, Michigan i Huron) akumulują PFAS, podczas gdy dwa pozostałe je eliminują z wód na drodze sedymentacji lub wraz z odpływem. Badania te potwierdzają wszechobecność wiecznych zanieczyszczeń, ale rozpoznanie dróg ich krążenia w środowisku może pomóc w kształtowaniu działań ograniczających ich obecność przyszłości.

4. What are the main reasons for the worldwide decline in pollinator populations?

Brunet J., Fragoso F.P. (2024). What are the main reasons for the worldwide decline in pollinator populations? CABI Reviews.

Niedawno obchodziliśmy Światowy Dzień Pszczoły, co było okazją do przypomnienia Czytelnikom o tych pożytecznych owadach. Niestety, pszczoły, podobnie jak wiele innych zapylaczy, są szczególnie narażone na negatywne skutki zmiany klimatu, o czym donoszą dwie naukowczynie w przeglądzie opublikowanym na łamach CABI Reviews. Produkcja 85 proc. gatunków roślin kwiatowych i 87 wiodących światowych upraw opiera się na pracy zapylaczy. Badania naukowe potwierdzają spadek liczebności zapylaczy na całym świecie, co ma wpływ na ochronę różnorodności biologicznej, zmniejsza plony i zagraża bezpieczeństwu żywnościowemu. Według Międzyrządowej Platformy Naukowo-Politycznej ds. Różnorodności Biologicznej i Usług Ekosystemowych (IPBES) około 16 proc. zapylaczy kręgowych, takich jak ptaki i nietoperze, oraz 40 proc. zapylaczy bezkręgowych, takich jak pszczoły i motyle, jest zagrożonych wyginięciem.

Praca w sposób syntetyczny przedstawia różnorodność zapylaczy, omawia główne czynniki powodujące spadek ich liczby (takie jak utrata siedlisk, stosowanie pestycydów, główne szkodniki i patogeny, zanieczyszczenia środowiska czy zmiana klimatu) oraz różne strategie mające na celu ograniczenie tych oddziaływań. Porusza też problem negatywnego wpływu pszczół miodnych (hodowanych) na dzikich zapylaczy. Wyniki przeglądu wskazują, że skutki zmiany klimatu stanowią najważniejsze, a jednocześnie najtrudniejsze do kontrolowania, zagrożenie dla tej grupy organizmów. Zmiany wzorców temperatury i dostępności wody mogą obniżyć ilość i jakość dostępnych dla nich zasobów, zmodyfikować ich siedliska oraz ograniczyć przeżywalność larw lub postaci dorosłych. Zrozumienie czynników powodujących spadek liczebności zapylaczy może pomóc w opracowaniu strategii i planów działania mających na celu ich ochronę i zachowanie dostarczanych przez nie usług ekosystemowych.

5. Future malaria environmental suitability in Africa is sensitive to hydrology

Smith M.W., Willis T., Mroz E., et al. (2024). Future malaria environmental suitability in Africa is sensitive to hydrology. Science 384, 697-703.

Wraz ze zmianą klimatu zmieniają się zasięgi geograficzne gatunków, a tym samym obszarów narażonych na działanie przenoszonych przez nie patogenów. Dotychczasowe prognozy rozmieszczenia malarii w Afryce opracowywane były na podstawie modeli opadów i temperatury, bez uwzględnienia wielu istotnych procesów hydrologicznych. Uwzględnienie w nich informacji o tym, gdzie i w jaki sposób woda przepływa i retencjonuje, tworząc dogodne miejsca do rozrodu różnych gatunków komarów przenoszących malarię, jest warunkiem udoskonalenia przyszłych scenariuszy przeciwdziałania rozprzestrzenianiu się tej choroby.

Brytyjscy naukowcy z Uniwersytetu w Leeds zastosowali zestaw modeli hydrologicznych i klimatycznych do oszacowania obecnych i przyszłych scenariuszy rozmieszczenia obszarów sprzyjających rozrodowi komarów i przenoszeniu malarii w Afryce Zachodniej. Zastosowane modele wskazują, że po początkowym umiarkowanym wzroście zasięgu tych obszarów (<0,5 mln km² w okresie 2006-2025), od 2075 do 2100 r. przewiduje się ich kurczenie. Zmieni się również czas transmisji w sezonie, na niektórych obszarach wydłużając się nawet do 9 miesięcy. Badania podkreślają rolę zjawisk hydrologicznych w modelach rozmieszczenia gatunków, których cykle życiowe są zależne od wody. Czy jeśli na skutek zmian klimatu zasięg malarycznych komarów w Afryce będzie się kurczył, to w innych częściach świata się poszerzy?

6.    Integrating recent scientific advances to enhance non-sewered sanitation in urban areas

Strande L. Integrating recent scientific advances to enhance non-sewered sanitation in urban areas. Nat Water (2024).

Niemal połowa światowej populacji nie jest obecnie podłączona do sieci kanalizacyjnej, a liczba ta rośnie dwukrotnie szybciej niż liczba ludności podłączonej. Na obszarach miejskich na całym świecie odsetek ten sięga 37 proc., przy czym jest wyższy w krajach o niskich i średnich dochodach (60-90 proc.), a niższy w krajach wysoko rozwiniętych (5-30 proc.). Od ponad 20 lat toczy się dyskusja na temat zmiany paradygmatu z kanalizacji na alternatywne opcje gromadzenia i utylizacji ścieków. Przegląd zagadnienia opublikowany w Nature Water prezentuje aktualny stan wiedzy w zakresie niekanalizacyjnych systemów sanitarnych na obszarach miejskich.

Koncentruje się na zagadnieniach dotyczących właściwości ścieków, różnych procesów biologicznych zachodzących podczas ich magazynowania, metod oczyszczania i monitoringu. W gęsto zabudowanych obszarach miejskich globalne cele w zakresie bezpiecznie zarządzanej infrastruktury sanitarnej nie zostaną osiągnięte za pomocą jednego rozwiązania technologicznego. Prezentowany przegląd stanowi dobry punkt wyjścia do uporządkowania dostępnej wiedzy na temat różnorodnych rozwiązań, technologii i procesów oczyszczania ścieków inaczej niż poprzez system kanalizacyjny.

7.    Wastewater-based epidemiology to assess environmentally influenced disease

Bowes D.A., Driver E.M., Choi P.M. et al. (2024). Wastewater-based epidemiology to assess environmentally influenced disease. J Expo Sci Environ Epidemiol.

Jeśli już jesteśmy przy zagadnieniu ścieków, to na koniec krótka zapowiedź ciekawego cyklu. Czasopismo Journal of Exposure Science and Environmental Epidemiology przygotowało specjalny numer pt. Wastewater-based Epidemiology to Assess Environmentally Influenced Disease, poświęcony zagadnieniom WBE (ang. wastewater based epidemiology). WBE, czyli epidemiologia oparta na ściekach, to szybko rozwijająca się dyscyplina nauki, która wykorzystuje ścieki komunalne do oceny stanu zdrowia populacji w czasie zbliżonym do rzeczywistego. Metoda polega na analizie biomarkerów, które wskazują na różne aspekty ludzkiego zdrowia, zachowania, narażenia i aktywności. Od początku XXI w. WBE jest wykorzystywane jako przydatne narzędzie do monitorowania stosowanych w populacji substancji psychoaktywnych, a ostatnio zyskała szerokie zastosowanie do wczesnego ujawniania ognisk infekcji SARS-CoV-2 podczas pandemii COVID-19.

W czasopiśmie opublikowany zostanie cykl artykułów przygotowanych przez ekspertów w dziedzinie epidemiologii ścieków i środowiska, nauki o narażeniu, inżynierii, gospodarki wodnej czy mikrobiologii środowiskowej. Obejmie on szereg zagadnień, badających wzajemne powiązania między ludźmi a środowiskiem z wykorzystaniem analizy ścieków. Poruszane tematy dotyczą m.in. problematyki ustalenia nowych celów w zakresie oceny zagrożeń płynących ze ścieków komunalnych, w szczególności w przypadku chorób zakaźnych; jednoczesnego prowadzenia monitoringu chemicznych i biologicznych wskaźników narażenia i związanego z nim wpływu na człowieka, a także oceny użyteczności danych pochodzących ze ścieków do podejmowania odpowiednich działań. Pouczająca lektura, która może wyznaczyć kierunki poszerzenia monitoringu ścieków i wód powierzchniowych o nowe wskaźniki związane ze zdrowiem publicznym.