Onderzoekers gebruiken IT om de milieuduurzaamheid van het watersysteem 'Living Filter' te bestuderen

Onderzoekers gebruiken IT om de milieuduurzaamheid van het watersysteem 'Living Filter' te bestuderen

Anonim

door Julie Eble, Pennsylvania State University

Image

Heather Gall spuit een paar druppels tekenspray rond haar gezicht en armen, trekt haar babyblauwe waterdichte steltlopers aan en past de riemen aan haar petite frame aan voordat ze knie-diep in een vijver waadt bij een van Penn State's Living Filter-spuitvelden.

De plas water is gedeeltelijk het resultaat van gezuiverd afvalwater van de universiteit dat op boslocaties en landbouwgewassen is gesproeid, ongeveer een kilometer ten noorden van de campus van het University Park. De grond en de vegetatie van de sites in eigendom van de Penn State en aangrenzende wildlanden bevinden zich binnen vier mijl van de rioolwaterzuiveringsinstallatie waar het water vandaan komt en fungeren als een "levend filter" om verontreinigingen in het behandelde afvalwater verder te verwijderen.

De geïrrigeerde vijvers in de Living Filter zijn de thuisbasis van onderscheidende planten en amfibieën, en Gall, een universitair docent landbouw en biologische engineering, was er om vier testbehuizingen te controleren dat elk huis 30 kikkervisjes uit een niet-geïrrigeerde controleplaats uitkwam mijlen verwijderd van de Living Filter.

Het amfibieënonderzoek maakt deel uit van een zaadsubsidie ​​die zij en haar collega's hebben ontvangen van Penn State Institutes of Energy and the Environment en aanvullende financiering die zij heeft ontvangen van het Office of Physical Plant. De subsidies hebben Gall in staat gesteld om veldstudies uit te voeren om de effecten van irrigatiepraktijken op afvalwater op de vijvers en zijn froggy bewoners te volgen.

"Zoals je je kunt voorstellen, bevat het water een cocktail van verontreinigingen, " zei Gall terwijl ze een van haar voetvormige, cilindrische gaasbehuizingen uit het water trok om een ​​kijkje naar binnen te nemen.

Ze verwijst naar opkomende contaminanten zoals vrij verkrijgbare medicijnen, voorgeschreven medicijnen en alles in de persoonlijke verzorgingsproducten die door Penn State worden gebruikt. Deze synthetische en natuurlijk voorkomende verontreinigingen worden niet vaak in het milieu gemonitord en blijven vaak in het afvalwater achter, omdat ze in het effluent blijven, zelfs nadat het is verwerkt. Dergelijke onzuiverheden zijn vermoedelijke hormoonontregelaars en kunnen het hormoonsysteem bij dieren verstoren en ervoor zorgen dat amfibische populaties scheef staan.

De Living Filter is al meer dan 50 jaar operationeel en wordt gebruikt als een kosteneffectieve, duurzame manier om het grondwaterniveau te herstellen en te voldoen aan de vereisten voor het beheersen van vervuiling. De Penn State-studie is een van de eerste om te proberen de effecten van opkomende verontreinigende stoffen in de tijdelijke waterlichamen die kritieke amfibieën broedplaatsen zijn te bepalen. Het onderzoek van Gall en andere studies die plaatsvinden op het terrein van Living Filter, zullen een belangrijke invloed hebben op de ontwikkeling van de beste beheerpraktijken en conserveringsstrategieën op lokale, regionale, nationale en mondiale schaal.

Om te helpen met deze oorzaak, Odette Mina, een derdejaars Ph.D. student studeerde landbouw- en biologische engineering, geholpen bij de vijverstudie door het bepalen van de niveaus van hormoonontregelende stoffen die in het water voorkomen.

Image

Sensoren bevestigd aan een datalogger aangedreven door zonnepanelen werden in de vijver geplaatst om continu veranderingen in de watercondities te scannen en vast te leggen. Elke dag bezocht Mina de site om de gegevens op haar computer te downloaden en watermonsters te nemen voor hormoonanalyse.

"Ik concentreerde me specifiek op oestrogenen en ontdekte dat meer dan 99 procent van de monsters die ik verzamelde hormonen bevatten, " zei Mina.

Tijdens de eerste week van de studie in het late voorjaar vond Mina in haar analyse sporen van een synthetische oestrogeenverbinding die werd gebruikt in anticonceptiepillen, pleisters en andere voorbehoedsmiddelen. Ze zag echter geen sporen van dergelijke synthetische verbindingen tijdens de zomermaanden, wanneer de meeste studenten weg zijn van de campus. De meeste verbindingen die ze in die tijd vond, waren natuurlijke hormonen, niet synthetisch.

"De omstandigheden van de vijver hebben echt invloed op wat er gebeurt met deze hormonen; of ze zullen blijven bestaan ​​of dat ze zullen transformeren, " zei Mina.

De real-time monitoringgegevens die Mina verzamelde, toonden aan dat de vijvers, die een dikke laag eendekroos groeiden, zeer lage concentraties opgeloste zuurstof hadden. Als gevolg hiervan bleven zowel de natuurlijke als synthetische hormonen de hele studie bestaan ​​en degradeerden niet tussen irrigatiesprays bij de Living Filter.

"In stromen is bekend dat hormonen een relatief korte halfwaardetijd hebben, dus het feit dat ze aanhielden vanwege de lage opgeloste zuurstofconcentraties die we gedurende het grootste deel van onze studie hebben gemeten, suggereert dat de kikkervisjes continu werden blootgesteld aan hormonen gedurende hun hele metamorfose, "zei Gall.

Image

Voor nu zullen de exacte gevolgen van deze hormonen en andere opkomende verontreinigingen voor de gezondheid van amfibieën echter onduidelijk blijven. Het kikkervisje van de studie staat stil omdat de niet-geïrrigeerde vijvers op de controleplaats opdrogen. Dientengevolge had Gall geen controlegegevens om haar testkikkervisjes te vergelijken.

Aan de andere kant begonnen de testkikkervisjes in de gaasbehuizingen bij de Living Filter de benen te laten groeien die ze in de volgende fase van hun leven zouden gebruiken. Hierdoor liet Gall ze terug naar hun oorspronkelijke vijvers.

"Het is een beetje een vreemde gang van zaken om te denken dat de irrigatie-activiteiten van het afvalwater bij de Living Filter die amfibieën daadwerkelijk hebben gered, " zei Gall.

Image

Hoewel het kikkervisje van de studie geen uitsluitsel gaf, is Gall tevreden dat zij en haar collega's in staat waren om baseline waterchemiegegevens te ontwikkelen voor een onderzoeksvoorstel dat ze van plan zijn in te dienen bij de National Science Foundation, waarmee ze hun amfibieonderzoek kunnen voortzetten in de toekomst.

"Een van de overkoepelende vragen die we willen bepalen, is of de aanwezigheid van hormonen, in het bijzonder oestrogenen, in deze geïrrigeerde vijvers mogelijk geslachtsveranderingen veroorzaakt bij de amfibieënpopulatie, " zei Gall. "Uiteindelijk willen we de kikkers kunnen volgen en vergelijkingen kunnen maken met een controlegroep via een punt waar we kunnen zien welk geslacht ze zijn."

Dus hoewel de eerste kikkervisjes in de testgroep geen inzicht konden bieden in de duurzaamheid van het watersysteem van de Living Filter, kunnen hun nakomelingen misschien het antwoord in de komende jaren ontgrendelen.