English
Przegląd piśmiennictwa w świątecznym wydaniu „Wodnych Spraw” rozpoczynamy od intrygującego doniesienia o poszerzaniu się polskiego zasięgu kotewki wodnej – gatunku uznanego dotąd za rzadki i chroniony. Czy to dobra wiadomość? – przeczytajcie sami. Prezentujemy też prace metodyczne na temat nowych technik monitoringu, modelowania i oceny środowiska wodnego. Będzie o dronach i drzewach decyzyjnych. Dowiedzcie się też o nowej technologii odzyskiwania nawozów z odpadów hodowlanych oraz zagrożeniach, jakie dla wody pitnej może nieść stosowanie plastikowych rur do jej dystrybucji.
1. Native recovery or expansive threat? Past and predicted distribution of Trapa natans L. s. l. on northern limit of species’ range – Handout for species management
Walusiak E., Krztoń W., Cieślak E., Szczepaniak M., Wilk-Woźniak E. (2024). Ecological Indicators, 158, 111349,
Coraz częściej słyszymy, że na skutek presji człowieka kolejne gatunki wycofują się lub wymierają. Jeśli już pojawiają się doniesienia, że któryś rozprzestrzenia się, to zazwyczaj chodzi o obcy gatunek inwazyjny. Informacje o niespodziewanej ekspansji gatunków rodzimych, do tego chronionych i rzadkich, należą do zjawisk niespotykanych, jak słońce w listopadzie. Tym bardziej zatem cieszą doniesienia zespołu polskich naukowców z Instytutu Ochrony Przyrody Polskiej Akademii Nauk o zwiększającym się zasięgu rzadkiego i ściśle chronionego gatunku rośliny wodnej – kotewki Trapa natans. Na podstawie analizy publikowanych danych o rozmieszczeniu tego gatunku w Polsce w czterech okresach (przed 1950 r., 1950-1980, 1980-2000 oraz od 2000 do teraz), autorzy stwierdzili jego szybkie rozprzestrzenianie się, co wiążą ze wzrostem temperatur. Modele predykcyjne, opracowane dla trzech 20-letnich interwałów do roku 2080 pozwalają prognozować dalsze rozprzestrzenianie się kotewki w wodach Europy i Azji. Praca wskazuje na nieprzewidywalne skutki zmiany klimatu, które mogą prowadzić do zmiany trendów zachowania gatunków, a w konsekwencji konieczności weryfikacji statusu ich zagrożenia.
2. Drones in fish fauna assessment of rivers. Ecohydrology & Hydrobiology
Suska K., (2023). Drones in fish fauna assessment of rivers. Ecohydrology & Hydrobiology,
Potrzeba podglądania, eksplorowania i monitorowania środowiska wodnego wiąże się z rozwojem nowych metod i technologii badawczych. Jedną z obiecujących technik, która w ostatnich latach zyskuje budzi coraz większe zainteresowanie i z powodzeniem może być stosowana do pozyskiwania danych o środowisku, jest stosowanie bezzałogowych statków powietrznych, tzw. dronów. W czasopiśmie „Ecohydrology & Hydrobiology” właśnie ukazała się publikacja na temat możliwości wykorzystania ich do identyfikacji siedlisk ichtiofauny w dużych rzekach nizinnych. Praca ta ma szczególne znaczenie w kontekście konieczności odbudowy ekosystemu rzecznego po katastrofie ekologicznej, która dotknęła Odrę latem 2022 r.
W pracy analizowane są dane teledetekcyjne pozyskiwane za pomocą dronów z obszaru dolnego odcinka Wisły przy trzech różnych poziomach wody, uzupełniane pomiarami głębokości i prędkości przepływu z łodzi, metodą Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP). Na podstawie pozyskanych zdjęć tworzona jest ortofotomozaika, która wraz z obserwacjami hydrologicznymi służy do identyfikacji w środowisku GIS rozmieszczenia jednostek hydromorfologicznych zgodnie z zasadami metody Mesohabitat Simulation (MesoHABSIM). Opracowany i opisany algorytm procedury umożliwił skartowanie siedlisk w dużej, głębokiej rzece o nieprzezroczystej wodzie. Drony dostarczają informacji obrazowej o wysokiej rozdzielczości, których nie można uzyskać przy użyciu dostępnych materiałów kartograficznych. Potwierdzono także zasadność stosowania nieporównywalnie tańszej technologii ADCP w stosunku do technologii laserowej. Zaproponowana technika zdecydowanie zasługuje na uwagę i powszechniejsze wdrożenie w monitoringu jakości środowiska, szczególnie w dużych rzekach nizinnych, bardzo trudnych do monitorowania metodami tradycyjnymi. Ma też ogromny potencjał dla prac nad odtwarzaniem i zarządzaniem ichtiofauną rzek.
3. New tools and recommendations for a better management of harmful algal blooms under the European Marine Strategy Framework Directive
Sagarminaga Y., Garcés E., Francé J., et al. (2023) New tools and recommendations for a better management of harmful algal blooms under the European Marine Strategy Framework Directive. Front. Ocean Sustain.
Pozostając jeszcze przez chwilę w tematach związanych z narzędziami do oceny stanu i zarzadzaniem zasobami wodnymi, warto przedstawić interesujące podejście do wsparcia realizacji celów Ramowej Dyrektywy w sprawie Strategii Morskiej (RDSM) dla zapewnienia dobrego stanu ekologicznego (ang. GES), zaprezentowane na łamach „Frontiers in Ocean Sustainability”. Kilkudziesięcioosobowy zespół naukowców zaproponował narzędzie do zarządzania zjawiskiem szkodliwych zakwitów glonów (tzw. HAB od ang. harmful algal blooms) w wodach morskich. Jest ono oparte na dwóch komponentach: drzewie decyzyjnym GES4HABs (GES for HABs) i macierzy wspomagania decyzji MAMBO (environMental mAtrix for the Management of BlOoms). Drzewo decyzyjne GES4HAB definiuje sekwencję kroków, które mają na celu identyfikację strategii zarządzania HAB zgodnie z ich intensywnością oraz przyczynami. Z kolei dwuwymiarowa matryca MAMBO, określająca relacje między stanem troficznym a poziomem presji antropogenicznej, pozwala zdefiniować obszary morskie o różnej efektywności zarządzania. Praca przedstawia i analizuje także szereg wskaźników, metod monitorowania i inicjatyw, które mogą być istotne dla wsparcia oceny HAB, wywołujących je presji i skutków środowiskowych w kontekście raportowania RDMS. Praca ta dostarcza nowych kompleksowych rozwiązań wspierających zarzadzanie jakością środowiska morskiego i zdecydowanie zasługuje na uwagę gospodarzy wód.
4. What happens when salinization meets eutrophication? A test using stream microcosms
Moyano Salcedo A.J., Prat N., Bertrans-Tubau L., et al. (2024). What happens when salinization meets eutrophication? A test using stream microcosms. Science of The Total Environment, 912, 168824.
Wszystkim, którzy śledzą problem wpływu soli na środowisko wodne, polecam kolejną pracę, zgłębiającą zagadnienie interaktywnego wpływu eutrofizacji i zasolenia na funkcjonowanie ekosystemów wodnych. Z uwagi na antropogeniczny charakter oddziaływań, takich jak rolnictwo czy urbanizacja, te dwie presje zazwyczaj wpływają na wody jednocześnie i dla efektywnego zarządzania niezbędne jest zrozumienie ich interakcji. Zjawisko to zbadał zespół naukowców z Hiszpanii w eksperymencie obejmującym 18 rzecznych mikrokosmosów, z zastosowaniem sześciu kombinacji różnych stężeń składników odżywczych (azot amonowy i fosfor fosforanowy) i soli (jony chlorku). Analizowano ich wpływ na zespół fitobentosu (biofilm) oraz makrobezkręgowców bentosowych. Po 14 dniach ekspozycji naukowcy stwierdzili wzrost stężenia chlorofilu a biofilmu we wszystkich kombinacjach, chociaż zależność ta nie była liniowa. Nastąpiła też zmiana składu taksonomicznego – okrzemki i zielenice zostały zastąpione sinicami. Wzrost stężenia składników odżywczych sprzyjał rozwojowi glonów, podczas gdy sól wydawała się go hamować, co sugeruje potencjalne efekty interaktywne, chociaż naukowcy wskazują potrzebę dalszych badań na poziomie gatunków biofilmu. Zanieczyszczenie solą miało wpływ głównie na makrobezkręgowce bentosowe i doprowadziło do bardzo silnego spadku bogactwa i różnorodności tego zespołu. Skutki oddziaływania soli były mniejsze przy wyższej żyzności wód, tj. wyższe stężenia składników odżywczych wydają się mitygować negatywny wpływ zasolenia. Zjawisko to mogło być związane bezpośrednio z reakcją biofilmu, ponieważ większa różnorodność i jakość bazy pokarmowej sprzyja zwiększeniu odporności zwierząt na toksyczne działanie zasolenia. Potwierdziły to zarówno modele równań strukturalnych, jak i sieci interakcji biotyczno-abiotycznych, wskazując, że złożone interakcje gatunkowe mogą modulować reakcję zespołów biologicznych na oddziaływania środowiskowe. Autorzy pracy podkreślają, że kluczem do zrozumienia wpływu składników odżywczych i zasolenia na zbiorowiska są interakcje ekologiczne między różnymi poziomami troficznym.
5. Electrochemical ammonia recovery and co-production of chemicals from manure wastewater
Wang R., Yang K., Wong C., et al. (2023). Electrochemical ammonia recovery and co-production of chemicals from manure wastewater. Nat Sustain
Każdego roku gospodarstwa hodowlane na świecie generują ponad 3 mld t odchodów zwierzęcych. Ścieki tego pochodzenia zawierają duże ilości amoniaku, są znaczącym źródłem zanieczyszczenia wód i stwarzają poważne zagrożenie dla ekosystemów wodnych. Amoniak jest ważnym nawozem azotowym, dlatego też jego efektywne odzyskiwanie ze ścieków z obornika przyniosłoby wiele korzyści, zarówno z punktu widzenia kontroli zanieczyszczeń, jak i ponownego użycia składników odżywczych. Okazuje się, że możliwe jest opracowanie technologii recyklingu, która pozwoli zmniejszyć to obciążenie środowiskowe, jednocześnie generując zyski.
Naukowcy z University of Wisconsin-Madison w Stanach Zjednoczonych opracowali metodę rozkładu organicznych składników odżywczych z odchodów zwierzęcych na cenne substancje z wykorzystaniem energii elektrycznej. Zastosowali jonoselektywną elektrodę z heksacyjanożelazianem potasu i niklu (KNiHCF), która utlenia materię organiczną i wychwytuje jony amonowe (NH4+) i potasu (K+) w ściekach z obornika. Następnie, w procesie regeneracji elektrody KNiHCF, na drodze elektrosyntezy wodoru H2 lub nadtlenku wodoru H2O2, azot i potas są wyłapywane i zagęszczane, co prowadzi do powstawania cennych nawozów. Wstępne prognozy, opublikowane w „Nature Sustainability”, sugerują, że w większości przypadków wartość odzyskanych chemikaliów jest wyższa niż koszty zastosowania tej technologii, co zapewnia opłacalność jej wdrażania w rolnictwie. Podejście to oczywiście ma także słabe strony. Elektrody KNiHCF ulegają degradacji w wyniku wielokrotnego użycia i jest to problem, który nadal wymaga rozwiązania. Ponadto, opłacalność metody jest silnie uzależniona od kosztów energii elektrycznej. Naukowcy zakładają, że mogą one zostać obniżone dzięki stosowaniu źródeł energii odnawialnej. Farmy wiatrowe i słoneczne często wytwarzają więcej energii elektrycznej, niż jest w stanie obsłużyć sieć przesyłowa, co mogłoby zostać wykorzystane w prezentowanej technologii. W analizie ekonomicznej trzeba też uwzględnić korzyści dla środowiska, wynikające ze zmniejszenia jego obciążenia substancjami biogennymi. Jak twierdzą autorzy, biorąc pod uwagę efektywność całego procesu, obróbka elektrochemiczna może wychwycić prawie 70 proc. amoniaku zawartego w oborniku i o taką ilość zmniejszyć emisję tego związku z gospodarstw do środowiska.
6. Chemical and microbiological safety of drinking water in distribution networks made of plastic pipes
Świetlik J., Magnucka M., (2023). Chemical and microbiological safety of drinking water in distribution networks made of plastic pipes. WIREs Water, e1704.
Zapewnienie dostępu do dobrej jakości wody to oczywiście nie tylko kwestia utrzymania właściwego stanu środowiska, ale także zapewnienie odpowiedniej infrastruktury. W ostatnich latach stopy metali stosowane w dystrybucji wody pitnej są stopniowo zastępowane rurami z PVC i HDPE. Jednak na obszarach sieci dystrybucyjnych wykonanych z tworzyw sztucznych często odnotowuje się skargi konsumentów, którzy wskazują na pogorszenie się parametrów organoleptycznych wody. Dostępne w literaturze przedmiotu badania na temat zagrożeń wynikających z eksploatacji rur PE i PVC opierają się głównie na analizach modelowych. Brakuje natomiast prac, które komplementarnie ujmowałyby wszystkie zjawiska zachodzące w rurach wodociągowych wykonanych z tworzyw sztucznych. Uzupełnienia tej luki w wiedzy podjęły się dwie chemiczki z Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu, które na łamach „WIRES Water” przedstawiły wyniki obszernego przeglądu piśmiennictwa na temat aktualnego stanu wiedzy o zjawiskach i procesach zachodzących w eksploatowanych rurach PE i PVC. Opublikowane doniesienia wskazują na niepokojące zjawiska zachodzące w rurach z tworzyw sztucznych, takie jak starzenie oksydacyjne polimerów, degradacja powłok przeciwutleniających, uwalnianie związków organicznych do wody oraz uszkodzenia powierzchni i osadzanie się kamienia, które sprzyjają powstawaniu cząsteczek mikroplastiku. Sieci PE i PVC są również podatne na powstawanie biofilmu. W wyniku procesów chemicznych i biologicznych zachodzących na wewnętrznych ścianach rur przesyłowych jakość wody ulega pogorszeniu. Rury z tworzyw sztucznych charakteryzują się także dużą awaryjnością, związaną ze starzeniem się materiałów polimerowych w warunkach eksploatacyjnych. Dokonany przegląd wskazuje na znaczenie jakości materiałów stosowanych w produkcji rur dla bezpieczeństwa i jakości wody pitnej w sieciach dystrybucyjnych, a także identyfikuje obszary, które wymagają dalszej analizy w celu zapewnienia konsumentom produktu o odpowiednio wysokiej jakości.
