آلودگی نیترات به یکی از چالشهای روبهگسترش در بسیاری از مناطق کشاورزی جهان تبدیل شده است. رودخانهها، کانالها و آبهای زیرزمینی اغلب نیتروژن حاصل از فعالیتهای انسانی را دریافت میکنند. این آلودگی، برخلاف تصور رایج، محدود به یک نقطه خاص باقی نمیماند.
زمانی که نیترات وارد منابع آبی میشود، میتواند مسافتهای طولانی را طی کند و در نهایت به دریاچههایی برسد که برای تأمین آب شرب یا ماهیگیری مورد استفاده قرار میگیرند.
سطوح بالای نیترات به حیات آبزیان آسیب میزند و خطرات جدی برای سلامت انسان ایجاد میکند. یک پژوهش جدید نشان میدهد که نیترات چگونه در سامانههای آبی مناطق ترکیبی کشاورزی و شهری در شرق چین حرکت میکند.
منطقه مورد مطالعه؛ همزیستی کشاورزی، آبزیپروری و شهرنشینی
این تحقیق بر دلتای رود یانگتسه تمرکز دارد؛ منطقهای که در آن کشاورزی زراعی، پرورش ماهی، روستاها و شهرهای در حال گسترش در کنار یکدیگر قرار گرفتهاند.
در این چشمانداز، آب پیش از رسیدن به دریاچه تایهو، یکی از بزرگترین دریاچههای آب شیرین چین، از میان مزارع، استخرها، کانالها و لایههای زیرسطحی عبور میکند. درک مسیر حرکت نیترات در چنین محیط پیچیدهای کمک میکند مشخص شود چرا کنترل آلودگی همچنان دشوار است.
چرا نیترات بهراحتی گسترش پیدا میکند؟
نیترات زمانی تشکیل میشود که نیتروژن حاصل از کود دامی، کود شیمیایی یا پسماند با اکسیژن موجود در خاک یا آب واکنش میدهد. بارندگی و آبیاری، نیترات را به آبهای سطحی مجاور میشویند. آبهای زیرزمینی نیز نیترات را بهصورت آهسته از میان لایههای خاک منتقل میکنند.
در عمل، آبهای سطحی و آبهای زیرزمینی مسیرهایی بههمپیوسته هستند که نیتروژن را از زمین به سمت دریاچهها جابهجا میکنند.
«آلودگی نیترات از یک منبع واحد ناشی نمیشود و در یک مکان ثابت باقی نمیماند.»
— یانهوا وانگ، استاد دانشگاه نرمال نانجینگ
او توضیح میدهد:
«هدف ما این بود که نهتنها منشأ نیترات را شناسایی کنیم، بلکه نحوه حرکت، تغییر شکل و تجمع آن را در مسیر جریان آب از مزارع و روستاها به سمت دریاچههای بزرگ بررسی کنیم.»
روش پژوهش؛ ردیابی دقیق منابع نیترات
این مطالعه دو شبکه رودخانهای در بالادست دریاچه تایهو را بررسی کرد. یکی نماینده مناطق کشاورزی سنتی با کشت محصولات زراعی و دامداری بود. منطقه دیگر فعالیت شدید آبزیپروری و صنعت را نشان میداد.
نمونهبرداری فصلی در دورههای کمآبی، پرآبی و جریان عادی انجام شد تا تغییرات زمانی ثبت شود.
استفاده از رویکرد چندردیابه
تیم پژوهشی از یک رویکرد یکپارچه چندردیابه استفاده کرد:
- شیمی آب برای تعیین سطوح نیتروژن
- ایزوتوپهای پایدار دوگانه نیتروژن و اکسیژن بهعنوان اثر انگشت منابع نیترات
- مدل ترکیبی بیزی برای محاسبه سهم هر منبع
- مدل آبشاری نیتروژن در مقیاس شهرستان برای پیوند آلودگی آب با تغییرات بلندمدت کاربری زمین
این روش دقت بالاتری دارد، زیرا نیترات معمولاً از منابع متعدد مخلوط میشود و در طول مسیر تغییر شکل میدهد. آزمایش ساده آب بهتنهایی قادر به آشکارسازی این پیچیدگی نیست.
منابع اصلی نیترات در آب
نتایج نشان داد آلودگی نیترات بهطور گسترده در رودخانهها و آبهای زیرزمینی وجود دارد. در بیشتر نمونهها، نیترات شکل غالب نیتروژن بود.
نقش کود دامی در مناطق کشاورزی سنتی
در مناطق کشاورزی سنتی، کود دامی بزرگترین منبع آلودگی نیترات شناخته شد. پسماند دام و فاضلاب خانگی روستایی نیتروژن را وارد خاک و آب میکند.
کود دامی در حدود ۷۰ درصد نیترات آبهای سطحی و نزدیک به ۶۰ درصد نیترات آبهای زیرزمینی در فصلهای مختلف سهم داشت.
آبزیپروری؛ منبع کمتر دیدهشده آلودگی
در مناطق با تمرکز بالای آبزیپروری، فاضلاب استخرهای پرورش ماهی به منبع مهم نیترات تبدیل شد. خوراک ماهی، فضولات و تخلیه آب استخرها بار نیتروژن بالایی را وارد کانالها میکند. این مسیرهای آلودگی اغلب کمتر از مصرف کود شیمیایی مورد توجه قرار میگیرند.
«یافتههای ما نشان میدهد کود دامی و آبزیپروری محرکهای اصلی آلودگی نیترات هستند، اما در مقایسه با کودهای شیمیایی اغلب نادیده گرفته میشوند.»
— یانهوا وانگ
وقتی نیترات تجزیه میشود
نیترات در طول جابهجایی پایدار باقی نمیماند. در آبهای سطحی، فرآیند نیتریفیکاسیون نقش کلیدی دارد.
در این فرآیند، میکروارگانیسمها آمونیوم را در شرایط غنی از اکسیژن به نیترات تبدیل میکنند. این پدیده بهویژه در فصلهای خشک، کانالهای کمعمق و مناطقی با ارتباط قوی با زمینهای کشاورزی شدت میگیرد.
در آبهای زیرزمینی، دنیتریفیکاسیون اهمیت بیشتری پیدا میکند. شرایط کماکسیژن به میکروبها اجازه میدهد نیترات را به شکلهای دیگر نیتروژن تبدیل کنند.
این واکنشها در برخی نقاط باعث کاهش غلظت نیترات میشود، اما همزمان اکسید نیتروژن تولید میکند؛ گازی گلخانهای بسیار قوی که بُعد اقلیمی جدیدی به آلودگی آب اضافه میکند.
کشاورزی چگونه جریان آلودگی را هدایت میکند؟
مدل آبشاری نیتروژن نشان داد تغییرات کاربری زمین چگونه جریان نیتروژن را دگرگون کرده است. گسترش آبزیپروری و کشت محصولات تجاری در برخی شهرستانها، تلفات نیتروژن به منابع آبی را افزایش داده است.
در مناطق دیگر، کاهش زمینهای زراعی و تغییر در دامداری مسیرهای انتقال نیتروژن را جابهجا کرده است، نه اینکه آلودگی را بهطور کامل حذف کند.
«آبهای سطحی و آبهای زیرزمینی سامانههایی جدا از هم نیستند. آنها با هم بهعنوان مسیرهای اصلی انتقال نیتروژن از زمین به دریاچهها عمل میکنند.»
— یانهوا وانگ
پیوند زمین و آب؛ ضرورت مدیریت یکپارچه
این مطالعه بر نیاز به مدیریت هماهنگ حوضههای آبریز تأکید میکند. کاهش آلودگی نیترات مستلزم بهبود مدیریت کود دامی، کنترل بهتر فاضلاب آبزیپروری و استفاده هوشمندانهتر از کودهای شیمیایی است.
قطعهقطعه بودن زمینهای کشاورزی و دامداریهای کوچکمقیاس، کنترل آلودگی را دشوارتر میکند.
چارچوب چندردیابه استفادهشده در این پژوهش ابزاری قدرتمند برای برنامهریزیهای آینده فراهم میکند. سیاستگذاران میتوانند با این روش، منابع غالب آلودگی را شناسایی کنند و راهکارهای هدفمند طراحی نمایند.
حفاظت از دریاچههایی مانند تایهو به ایجاد تعادل میان تولید غذا و حفاظت محیطزیست وابسته است؛ بهویژه در مناطقی که با رشد سریع شهری مواجه هستند.
این پژوهش در نشریه علمی Nitrogen Cycling منتشر شده است.
اگر به موضوع آلودگی آب و مدیریت پایدار کشاورزی علاقهمند هستید، مقالات مرتبط ما را بخوانید یا دیدگاه خود را در بخش نظرات با ما به اشتراک بگذارید.
