Ученые ищут способы борьбы с засолением рек

Загрязнение пресной воды солью становится все более серьезной глобальной проблемой. Избыток соли вредит растениям, ухудшает качество почвы и воды. В городских районах дорожная соль, используемая для борьбы с обледенением зимой, часто попадает в ливневые системы, создавая угрозу для здоровья и проблемы для инфраструктуры.

В частности, соли могут влиять на процессы фильтрации и загрязнять накопительные бассейны, которые используются для управления и очистки городских ливневых стоков. Меган Риппи, доцент кафедры гражданского и экологического строительства, занимается изучением того, как соль влияет на растения в ливневых накопительных бассейнах, и оценивает, могут ли определенные растения смягчить солевое загрязнение посредством процесса, называемого фиторемедиацией.

Риппи отмечает, что растения играют важную роль в эффективности зеленой инфраструктуры, но только 1 процент растений, известных как галофиты, могут справляться с сильно засоленной средой. Это, по ее словам, подчеркивает важность определения угрозы, которую соли представляют для зеленой инфраструктуры, а также потенциала солеустойчивых видов для смягчения этой угрозы.

Риппи руководила годичным исследованием, финансируемым в рамках программы Национального научного фонда «Растущие конвергентные исследования». Она изучала ливневые накопительные бассейны в Северной Вирджинии, исследуя влияние дорожных солей на растения, почву и качество воды в системах зеленой инфраструктуры. Эти бассейны, предназначенные для управления ливневыми стоками и улучшения качества воды, сталкиваются с проблемами, связанными с дорожными солями, используемыми в зимние месяцы.

Исследование, опубликованное в журнале Science of the Total Environment, показывает, что количество соли, присутствующей в системах зеленой инфраструктуры, действительно достигает уровней, угрожающих растительным сообществам. Однако, полагаться на солеустойчивые растения для решения проблемы вряд ли будет эффективно, потому что они просто не усваивают достаточное количество соли.

Исследование показало, что в бассейнах, дренирующих дороги, наблюдается самый высокий уровень соли, что вызывает значительный стресс у растений. Парковки оказались на втором месте с умеренным уровнем соли, в то время как бассейны, дренирующие травянистые участки, практически не испытывали солевого стресса.

Из 255 видов растений, идентифицированных в бассейнах, 48 местных видов продемонстрировали способность переносить высокие концентрации соли. Некоторые растения, в частности рогоз, поглощали значительное количество соли, значительно большее, чем другие виды.

Исследователи сосредоточились на 14 накопительных бассейнах в Северной Вирджинии, измеряя уровень соли в воде, почве и тканях растений в течение четырех сезонов. Пробы воды были проанализированы в лаборатории мониторинга водосбора Occoquan на предмет электропроводности и основных ионов солей. Бассейны обеспечивают дренаж для различных типов земель, включая дороги, парковки и травянистые участки.

Хотя солеустойчивые растения, такие как рогоз, и показали многообещающие результаты, их влияние на общее удаление соли оказалось ограниченным. Даже в бассейне, густо засаженном рогозом, можно было удалить лишь около 5–6 процентов дорожной соли, примененной зимой. Это говорит о том, что фиторемедиация сама по себе не может решить проблему солевого загрязнения, но может дополнить более широкие стратегии управления соленостью, которые также касаются применения зимней соли.

Риппи объясняет, что количество соли, удаляемое рогозом, примерно эквивалентно массе одного-двух взрослых людей. Она считает, что это ничтожно мало по сравнению с количеством, которое фактически применяется на дорогах и парковках, и предполагает, что не стоит ожидать, что растения станут универсальным решением проблемы засоления.

Изменение климата также может изменить динамику солевого стресса в ливневых системах. Поскольку зимы в переходных климатических зонах становятся мягче, с большим количеством дождя и меньшим количеством снега, количество соли, применяемой на дорогах, может уменьшиться. Этот сдвиг может привести к тому, что уровень соли в бассейнах будет больше соответствовать способности растений поглощать и перерабатывать засоление.

Однако регионы с постоянным снежным покровом могут столкнуться с другими проблемами, такими как задержка смыва противогололедных реагентов и появления растений, что может повлиять на профили солевого стресса и способность к фиторемедиации.

Это исследование дает ценную информацию о взаимодействии между растениями, загрязнением солью и зеленой инфраструктурой. Понимая, как растения переносят и перерабатывают соль, Риппи делает еще один шаг к разработке устойчивых решений для защиты пресноводных экосистем. Хотя растения сами по себе не могут решить проблему загрязнения солью, их роль в интегрированных стратегиях управления имеет решающее значение. Результаты исследования могут помочь градостроителям, инженерам и специалистам по окружающей среде в разработке более эффективных ливневых систем для управления стоками, снижения солевого загрязнения и создания более зеленых и устойчивых городов.