由污水喂养的沙漠河床中的生物多样性复兴

在整个19世纪后期，美国西南部的河流被分割开了，水流通过灌溉渠分流并被困在大坝后面。不断增长的人口对地下水源提出了新的要求。加上不断变化的气候条件，地下水位沉没，多年生溪流开始枯竭。

亚利桑那州东南部的圣克鲁斯河的命运没什么不同。

探险家朱利叶斯·弗罗贝尔(Julius Froebel)在1855年将其描述为“被白杨树和柳树，水曲柳和车前草，橡树和胡桃树所覆盖”的河岸，到1940年代后期将变得不可识别。

在历史悠久的圣克鲁斯河市区枯竭后将近70年，水以图森市的圣克鲁斯河遗产项目每天释放的280万加仑再生水的形式返回。

当水阀打开时，来自亚利桑那大学自然资源与环境学院的研究人员在那里见证了这一机会。他们的驱动问题是：水生生物多样性何时以及如何恢复?

农业与生命科学学院自然资源助理教授迈克尔·博根说：“在第一天，我们看到了七种不同的蜻蜓。”

10个月后，研究小组发现了40多个物种。

博根说：“您会在一个流动时间很长的网站上看到什么。”

在经过一年多的废水补给后，本周发表在以环境科学为重点的开放获取期刊PeerJ上的“大规模实验”的结果很简单：只需加水即可。

博根说：“如果您能将水重新注入已经基本脱水的河流系统，水生生物就会做出反应。” “即使经过很长一段时间，它也会回来，就像图森市中心的河流一样。”

善，恶和臭：

从历史上看，依赖废水的河流被广泛认为是退化的生态系统，其生物多样性要比天然河流低得多。

迈克尔·博根(Michael Bogan)和一只蜻蜓在圣克鲁斯河的岸边。图片提供：克莱尔·祖格迈尔/索诺兰研究所

自然资源与环境学院的研究生哈姆达尼说：“这是由于相对较差的水质从废水处理设施排放到溪流中。”

哈姆达尼(Hamdhani)领导了一项关于全球污水喂养溪流水质的综述研究，该研究最近发表在《淡水生物学》杂志上。

Hamdhani说：“它表明，某些关键的水质参数通常会在部分溪流中受到负面影响，这些部分通常最靠近污水排放口。” “一些常见的问题包括温度升高，营养，微量有机污染物和低溶解氧。”

但是，许多废水处理厂已经进行了升级，以提供更好的再生水质量，而且这种更好的水现在正支持出乎意料的高水平生物多样性，就像圣克鲁斯河一样。

博根说：“其中很大一部分是因为该县八年前对两个养料厂进行了改动，这两个养料厂都为该河的北部地区提供了食物。” “在2012年之前，它们排放的水质较差。在I-10上行驶时，您曾经能够闻到河水的味道。”

两家污水处理厂都在2010年代初进行了重大升级，改善了水处理工艺。

“在那之后，气味消失了，”博根说。“生物多样性又回来了。”

越过边界，改变方向：

圣克鲁斯河是吉拉河的支流，全长约184英里。它源于亚利桑那州巴塔哥尼亚以东的圣拉斐尔山谷的草原，是美国唯一两次过境的河流。向南延伸到墨西哥大约10英里，它改变航向并向北转弯，再次穿过诺加莱斯以东的边界。

干旱土地资源科学的博士生德鲁·埃佩希默(Drew Eppehimer)说：“河道一直流向凤凰地区南部的吉拉河汇合处。” “传统上，它从未真正流过这么远。也许是在巨大的季风洪水事件中发生的，但是河水的原是多年生的部分，这里靠近城镇，在1900年代初由于抽水干dried了。”

Eppehimer研究了边境地区的水管理，尤其侧重于处理后的污水流和河流系统，将其作为沙漠中水生生物新的生境的潜在来源。

在亚利桑那州，大约有十几个依赖废水的河流和溪流系统，构成了大约90英里的废水流。

位于图森以北的两个废水处理厂释放的再生水帮助圣克鲁斯流向Pinal County线。从2017年开始，埃佩希默(Eppehimer)深入研究了圣克鲁斯河北部这些地区有时深在腰部的水域，以研究水生生物的复兴。

博根说：“在那条河的上游没有太多的历史研究，但是有一些。当他们看到它们的发现时，他们会看到很少的昆虫，有五到十种。” “德鲁(Drew)在那里发现了150多种不同种类。这全都归功于这些处理厂的升级以及我们现在更高的水质。”

Eppehimer说：“河的那部分中的花粉和地衣很丰富，这让我们感到震惊。” “您认为这种废水的质量可能不如自然溪流系统，而且许多其他研究都认为经过处理的废水对水生环境有害，但这是我们唯一能够维持全年水流的水。河。”

依赖污水的圣克鲁斯河北部的生物多样性令人鼓舞;研究人员认为，地蝇和may虫不仅是水系统相当健康的指标，而且是卷土重来的迹象。

新途径，新起点：

新的圣克鲁斯河遗产项目是图森附近，市区以南和上游更远的沿河的第三个排放点。Eppehimer在河流北部的发现为进一步研究奠定了基础。

“市区到达区域使我们有机会说，好，从第一天起，谁首先到达，哪种物种做得好，以及我们在北部区域看到的相同水平的生物多样性需要多长时间才能建立新的触角?在蜻蜓的情况下，实际上在一年之内就成为了最理想的情况。”

诸如圣克鲁斯河遗产项目之类的利用废水来恢复河流流量的创新性新项目几乎立即显示出对生物多样性的积极影响，在很长的干旱之后，物种返回这些河流的速度可能非常快。

尽管如此，问题仍然存在。尽管改进了废水处理技术，但痕量污染物(例如全氟烷基物质和多氟烷基物质和药品)仍通过处理并持续存在。

UArizona环境科学部助理研究员David Walker说：“还有其他问题围绕着我们尚不容易观察到的事物，或者是尚未由处理过程调节和滑动的环境持久性化合物的混合物。”

沃克补充说，这些化合物可能对生物体和水生生物具有累积的生物学和行为影响，并说通常是这些微量污染物在排放入河流的经处理废水中的混合物是最大的未知数。

汉达尼说：“废水仍可能造成水质损害，可能导致生物群落退化。” “但是，当废水处理标准很高时，由废水供给的水流可以作为水生生物多样性和生态连通走廊的避难所，特别是在自然流已被耗尽的半干旱和干旱地区。”

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