用eDNA追踪水流

为特定地区的人们提供饮用水的水来自哪里?是什么滋养了这些水源?地下水需要多长时间才能回到地表?这种水文循环是各种因素复杂的相互作用。更好地掌握该系统使我们能够理解，例如，为什么某些地方的污染比其他地方更严重，它可以帮助我们实施可持续的水资源管理政策和实践。

环境 DNA (eDNA) 提供了一些重要数据来提高我们的理解。结合对其他天然示踪剂(例如惰性气体)的评估，这些微生物数据提供了对复杂地下水系统 的流动、循环和功能的重要一瞥。

“这是一个庞大的工具箱，对我们的研究领域来说是全新的，”巴塞尔大学和瑞士联邦水产科学与技术研究所水文地质学教授 Oliver Schilling 说。定量水文地质学绘制出新地下水聚集的位置和速度。

从 2018 年开始，席林对日本富士山进行了各种测量，以确定泉水的来源——即地下水在回到地表之前流过的地方，形成了散布在周围的数百个原始天然泉水。富士山。他的成果发表在刚刚 出版的第一版《自然水》杂志上。

从 eDNA 确定水源

选择这座特殊的山峰并非巧合：“富士山的地质环境在地球上是独一无二的，因为它是唯一三个构造板块像这样相遇的地方。这使得地下水系统非常复杂，因此不适合使用调查标准方法，”Oliver Schilling 解释说。

多亏了一位日本同事，他才有了检查该地区微生物 eDNA 的想法。“他告诉我富士山上的 水源表现出值得注意的特征，即水中所含的 eDNA 表明存在只能在 500 到 1,000 米深处生长的生物，”他回忆道。

这表明部分源水来自深层地下水。“这是第一个迹象表明，当微生物 eDNA 与惰性气体等其他独立示踪剂结合使用时，可能会提供一些关于地下水流动轨迹的线索，”Schilling 继续说道。

他的好奇心被勾起来了。在魁北克拉瓦尔大学做博士后期间，他利用假期前往日本，与日本同事一起进行了各种测量。他还深入研究了主要是日语的现有科学文献。除了 eDNA，水文地质学家还分析了由于富士山独特的地质环境而具有较高发生率的两种地下水示踪剂：惰性气体氦和微量元素钒。

“所有三种天然示踪剂都讲述了同一个故事：富士山内有系统的深层水循环。这种分析是理解该系统的关键，”席林总结道。

瑞士的潜在发现

示踪剂的这种新应用可用于检查全世界的地下水系统。例如，在瑞士，它可用于确定从地下抽出饮用水的水源。“例如，来自地下水中嗜冷微生物的大部分 eDNA 表明来自雪和冰川的融水构成了来源地下水的很大一部分，”席林解释道。

“如果我们知道这些天然水资源的重要性，我们就可以提前寻找替代方案，以尽可能地保护受影响地区免受季节性缺水的影响，”这位水文地质学家继续说道。

由于气候变化，瑞士的冰川正在融化，积雪正在减少，这意味着溪流和地下水的这些重要水源正在慢慢消失。这将对供水产生负面影响，尤其是在越来越频繁的炎热干燥夏季。

防止夏季严重缺水的一种可能性是在冬半年将更多雨水收集到水库中，例如通过人工加强地下水库或调整地上水库的管理方式。

“对微生物 eDNA 的分析为我们提供了一种新工具，可以更好地校准用于地下水管理的水文模型，”Schilling 解释说。这反过来又是对水质和可用性做出现实预测的重要组成部分，并允许对地下水管理进行可持续的长期规划——我们最宝贵和最丰富的饮用水源。