A patakok hiporheikus zónáiról – azon régióról, ahol a patak- és talajvizek különböző típusú környezetben keverednek – az előzetes kutatási eredmények azt mutatják, hogy a hiporheás aktivitás a patakok légzésének akár 70 százalékát, mint oxigénigényét, és 10 százalékát tette ki. 50 százaléka a nitrátfelvételnek. Az eredmények arra utalnak, hogy a nitrát visszatartása a patakban növekszik a hiporheás zóna méretével. Steven A. Thomas, a Virginia Tech biológiával foglalkozó kutatója és kollégái a Virginia Technél, az Új-Mexikói Egyetemen és az Oak Ridge National Laboratory Környezettudományi Osztályán vizsgálták a patakok alatti hiporheikus zónát, ahol a felszíni és felszín alatti vizek keverd össze.Ez a régió "forró pont" - mondta Thomas, mert a biológiai aktivitás jelentős szerepet játszhat az áramlási nitrogén dinamikájában.
Thomas és kutatótársai a National Science Foundation hároméves ösztöndíjának felénél járnak, és eredményeik általában azt mutatják, hogy a patakokban visszatartott nitrogén körülbelül fele a hiporheás zónákban található. Azt vizsgálják, hogy az ilyen területek képesek-e kivonni a nitrogént a vízből. "Azok a patakok, amelyekben nagy a felszín-felszín csere, általában több nitrogént tartanak vissza" - mondta Thomas.
Bár a visszatartás átmeneti lehet, végső soron kívánatos, hogy a nitrogént gáz halmazállapotú dinitrogénné alakítsák vissza, mondta. A visszatartás késlelteti az anyagok lefelé irányuló seprését, de ha nem történik denitrifikáció, akkor az anyag lefelé kerül szállításra, ahol megváltoztathatja a környezeti feltételeket. "Megpróbáljuk meghatározni, hogy a hiporheás zónák fontos denitrifikációs területek-e, és ezért fontosak-e a globális nitrogénciklusban" - mondta.
Például a mezőgazdasági területeken gyakran használnak nitrogént és foszfort tartalmazó műtrágyát, amely végül a közeli patakokba kerül. Ez a folyamat magasabb nitrogénszintet eredményez, mint a patakokban természetesen előfordul, és fajok eltolódását vagy olyan szervezetek növekedését okozhatja, amelyek nem reprezentatívak az adott területen.
Ezenkívül, ha ez a nitrogén bejut a part menti területekbe és a tavakba, eutrofizációt vagy túlzott gyomnövekedést okozhat, ami sokféle vízminőségi problémát okoz.
Thomas és kollégiumai-H. Maurice Valett és Jackson R. Webster, a Virginia Tech biológia tanszékéről, Clifford Dahm az Új-Mexikói Egyetemről és Patrick J. Mulholland, az Oak Ridge National Laboratory munkatársa a nitrogén stabil izotópját adták hozzá nátrium-nitrát és klorid formájában négy izotóphoz. patakok. Kettő Észak-Karolina és Tennessee mesic erdőiben, kettő pedig Új-Mexikó félszáraz régiójában volt.
A nátrium-nitrát nehezebb izotópjának, a Na15NO3-nak a használata lehetővé tette a kutatóknak, hogy megkülönböztessék a bevitt nitrogén-nitrátokat a vízben előforduló természetben előforduló formáktól, és elkerüljék a nitrogénkészlet nagyságának megváltoztatását.A nitrát és a klorid arányát használták a nitrátfelvétel számszerűsítésére, vagy a patak által szükséges nitrátok mennyiségének meghatározására, és annak meghatározására, hogy ez a felvétel a patak felszínén és felszín alatti területén történt-e.
A patakok és a hozzájuk kapcsolódó élőhelyek, azaz a hiporheikus zónák fontos ellenőrző pontok lehetnek az emberi tevékenység által termelt nitrogénfelesleg helyreállításában – mondta Thomas. A denitrifikáció egy anaerob folyamat, amely nagyon alacsony oxigénszint mellett megy végbe, és gyakori lehet bizonyos vízi környezetben, mondta Thomas. A baktériumok ilyen környezetben élhetnek, ha oxigén helyett nitrátot használnak a légzéshez. Ebben a tevékenységben a nitrát dinitrogéngázzá (N2) alakul, ezt a folyamatot denitrifikációnak nevezik.
Thomas és munkatársai a hiporheás zóna nitrogéndinamikáját mérik fel. "Ha sok denitrifikációt találunk a felvízben, ez arra utal, hogy különös figyelmet kell fordítanunk ezekre a területekre, amikor fejlesztést tervezünk" - mondta Thomas.A tanulmányok befolyásolhatják az említett régiók fejlesztési prioritásait – mondta. "Ezek kulcsfontosságú ökológiai területek lehetnek, amelyek magasabb szintű védelmet érdemelnek, ha kiderül, hogy jelentős denitrifikációs zónák." Thomas és munkatársai azt gyanítják, hogy a kis patakok nagyon fontosak lehetnek, mivel olyan sok van, és olyan nagy területet fednek le.
Thomas bemutatta az első év kutatási eredményeit az Amerikai Geológiai Társaság novemberi renói találkozóján.
