Азык заттардын айлануусу (nutrient cycling) — азот жана фосфор сыяктуу заттардын эстуарий экосистемасына кириши, системанын ичинде өзгөрүшү жана биологиялык өндүрүш процесстерине катышуусу менен байланышкан негизги экосистемалык функция. Бул изилдөө Түштүк Африканын Algoa Bay аймагындагы Swartkops жана Sundays River эстуарийлеринин эриген органикалык эмес фосфаттын (DIP) жана эриген органикалык эмес азоттун (DIN) жүктөмдөрүн азайтуу функциясын акчалай баалоо үчүн жергиликтүү саркынды сууларды тазалоочу жайлардын (wastewater treatment works, WWTW) чыгымдары жана заттарды кетирүү боюнча маалыматтарын кыйыр көрсөткүч катары пайдаланат. Изилдөөчүлөр 1994–2022-жылдардагы эстуарий суусунун сапаты боюнча маалыматтарды WWTW чыгымдары менен бириктирип, ушундай эле көлөмдөгү азык заттарды жасалма тазалоо инфраструктурасы аркылуу кетирүү коомго канчага турарын болжолдошкон.

Натыйжалар эки эстуарийде бири-биринен кыйла айырмаланган багыттарда өзгөргөн. Swartkops River эстуарийинде азык заттардын айлануусунун болжолдуу наркы 1994-жылы ZAR8,6 миллион болсо, 2022-жылы ZAR123,4 миллионго жеткен. Sundays River эстуарийинде болсо ошол эле мезгилде нарк ZAR29,9 миллиондон ZAR7,9 миллионго түшкөн. Эки эстуарий чогуу каралганда булактын 3-таблицасындагы жалпы көрсөткүч 1994-жылы ZAR38,5 миллион, 2022-жылы ZAR131,4 миллион болгон. 2022-жыл үчүн колдонулган USD1 = ZAR18,4519 курсу боюнча жалпы нарк болжол менен USD7,12 миллионду түзөт.

Бул көрсөткүчтөр эстуарийлердин базарда сатылган кандайдыр бир өнүмүнүн баасы эмес. Эсептелген экономикалык нарк — эстуарийлер DIP менен DINди кетирүү аркылуу аткарган экологиялык ишти WWTW инфраструктурасы менен ошол эле өлчөмдө аткарууга кетчү чыгым боюнча бааланган акчалай эквивалент. Мындан тышкары жогорку нарк экосистеманын сөзсүз ден соолугу жакшыраак экенин билдирбейт; айрыкча Swartkops-тагы өсүш азык заттардын жүктөмүнүн жогорулашы жана антропогендик басымдын күчөшү менен бирге каралган.

Эстуарийлерде Азык Заттардын Айлануусу Деген Эмне?

Эстуарийлердеги азык заттардын айлануусу — органикалык жана органикалык эмес заттардын тузсуз суу менен деңиз чөйрөсү кошулган системаларга ташылышы, азот жана фосфор сыяктуу заттардын ар кандай химиялык жана биологиялык процесстерден өтүшү жана организмдердин өндүрүмүнө катышуусу. Изилдөө үчүн негизги жагдай — көп көлөмдөгү эриген органикалык эмес азот менен фосфордун эстуарий боюнча азайышы жана ошентип жээктеги сууларга ташылган азык заттардын жүктөмүнүн чектелиши.

DIP жана DIN эмне үчүн маанилүү?

DIP эриген органикалык эмес фосфатты, ал эми DIN эриген органикалык эмес азотту билдирет. Булак DIN курамындагы азот формаларын NO₃⁻ + NO₂⁻ жана NH₄⁺ катары карайт.

Жетишсиз тазаланган же тазаланбаган саркынды суулардын эстуарийлерге түшүшү DIP жана DIN концентрацияларын көбөйтүшү мүмкүн. Булак азык заттардын жогорку деңгээли температуранын жогору болушу жана суу тилкесинин катмарланышы сыяктуу башка шарттар менен коштолгондо зыяндуу балырлардын көбөйүшүнө жана кычкылтеги аз шарттарга өбөлгө түзүшү мүмкүн экенин; жээк сууларындагы кычкылтектин сарпталышы жана деңиз организмдеринин жоголушу сыяктуу натыйжалар менен байланыштуу болушу мүмкүн экенин түшүндүрөт.

Бул жерде эстуарийлердин экологиялык функциясы экономикалык талдоо менен бириктирилет: WWTW саркынды суулардагы азык заттарды азайтуу үчүн капиталдык, эксплуатациялык жана тейлөө чыгымдарын талап кылат, ал эми эстуарийдин ичиндеги табигый процесстер азык заттардын жүктөмүн өзгөртүү жана азайтуу кызматын да аткарат. Изилдөөнүн негизги суроосу — бул табигый функциянын жергиликтүү тазалоо чыгымдары менен берилген болжолдуу акчалай наркы канча экендиги.

Изилдөөдөгү боштук

Булакка ылайык, Түштүк Африканын эстуарийлеринде эс алуу, суунун сапаты, тузсуз суунун агымы жана башка экосистемалык кызматтар үчүн экономикалык баалоолор жүргүзүлгөнү менен, эстуарийлердеги азык заттардын айлануусу кызматына байланышкан белгилүү жергиликтүү экономикалык баалоо болгон эмес. Мындай маалымат жетишсиздигинен башка өлкөлөрдө эсептелген экосистемалык кызматтардын наркын жергиликтүү системага көчүрүү, башкача айтканда нарк трансфери ыкмасы колдонулушу мүмкүн.

Бирок булак бул ыкма контекстке байланыштуу олуттуу көйгөйлөрдү жаратышы мүмкүн экенин көрсөтөт. Улуу Британияда билдирилген азык заттардын айлануусунун наркы USD579.632/ha болсо, Нидерланддагы мисалда USD2.661/ha деңгээлинде. Географиялык жактан салыштырмалуу жакын эки европалык шартта да абдан чоң айырманын болушу экологиялык түзүлүш, экономикалык шарттар жана ыкмалык айырмачылыктар жыйынтыкка күчтүү таасир этерин көрсөтөт.

Наркты Көчүрүүнүн Ордуна Жергиликтүү WWTW Маалыматтарын Колдонуу Эмне Үчүн Маанилүү?

Жергиликтүү WWTW маалыматтары башка өлкөнүн экологиялык жана экономикалык шарттарынан алынган гектар башындагы наркты түз колдонбостон, ошол эле аймактагы тазалоо чыгымдарын жана кетирүү натыйжалуулугун колдонуп, эстуарий кызматынын акчалай наркын жергиликтүү шарттарга байланыштырат. Ыкма кемчиликсиз эмес жана толук эмес экологиялык убакыт катарларына негизделет; бирок изилдөөчүлөр бул ыкма нарк трансферине салыштырмалуу жергиликтүү шартка көбүрөөк ылайык кыйыр баалоо экенин айтышат.

Изилдөө аймактары

Эки изилдөө аймагы тең Түштүк Африканын Eastern Cape аймагындагы Algoa Bay булуңунун айланасында жайгашкан жана дайыма ачык, толкун таасир эткен эстуарийлер катары сүрөттөлөт. Swartkops River эстуарийи болжол менен 33°50′G, 25°36′D координаттарында, Gqeberha шаарына жакын, Swartkops River дарыясы Algoa Bay булуңуна куйган жерде жайгашкан. Sundays River эстуарийи болсо Colchester жанында болжол менен 33°42′53″G, 25°50′54″D координаттарында турат.

Swartkops системасында туздуу саздар, суунун ташкындап-кайтуусунда ачылган ылайлуу түздүктөр жана кум тилкелери сыяктуу ар түрдүү жашоо чөйрөлөрү бар. Sundays River эстуарийи булакта өзгөчө эс алуу, кайык менен жүрүү жана кайырмак менен балык уулоо жагынан айтылат. Жашоо чөйрөлөрүнүн курамы экономикалык баалоодо маанилүү, анткени ар кандай экотиптер азык заттардын айлануусуна ар башка өлчөмдө салым кошушу мүмкүн.

Гектар Башындагы Нарк Эмне Үчүн Аянттын Аныктамасына Көз Каранды?

Эстуарий үчүн бир эле өзгөрүлгүс аянт бөлгүчү жок. Ачык суунун аянтын гана алууга болот же туздуу саздар, камыштар, суу астындагы макрофиттер, кум-ылай тилкелери, суу ташкыны каптаган түздүктөр жана жээктеги жашоо чөйрөлөрү да киргизилиши мүмкүн. Ошондуктан жалпы экономикалык нарк бирдей болсо да, мейкиндиктик камтуу өзгөргөндө гектар башына туура келген сумма өзгөрөт.

Изилдөөчүлөр 2022-жыл үчүн баса белгилеген гектар башындагы нарктар эң кичине бөлгүч — ачык суунун аянты менен эсептелген. Ага ылайык, Swartkops үчүн жылдык нарк ZAR344.692/ha, башкача айтканда USD18.681/ha; Sundays River үчүн ZAR32.245/ha, башкача айтканда USD1.747/ha.

Изилдөөнүн Ыкмасы жана Жыйынтыктары

Бул Изилдөөдө Азык Заттардын Айлануусунун Экономикалык Наркы Кантип Эсептелген?

Изилдөө эстуарийдин жогорку бөлүгү менен оозундагы DIP жана DIN концентрацияларынын айырмасынын негизинде бир жылда кетирилген азык заттардын жүгүн болжолдойт; андан кийин ошол эле өлчөмдү жергиликтүү WWTW жайларында кетирүүнүн килограмм башына чыгымын эсептеп, бирдик чыгымды эстуарий кетирген деп болжолдонгон жалпы азык заттардын көлөмүнө колдонот. Ошентип алынган акчалай нарк базар баасы эмес, WWTW чыгымдары аркылуу эсептелген эстуарийдин экосистемалык кызматынын кыйыр экономикалык наркы болуп саналат.

Үч маалымат тобу

Ыкма негизги үч маалымат тобун бириктирет:

• Algoa Bay аймагындагы WWTW жайларынын эксплуатациялык жана капиталдык чыгымдары,
• эстуарийлер жыл сайын кетирген деп болжолдонгон азык заттардын көлөмү,
• Algoa Bay аймагындагы беш WWTW жыл сайын кетирген деп болжолдонгон азык заттардын көлөмү.

Эстуарийлердеги азык заттардын жүктөмү боюнча база 1994–2022-жылдары жарыяланган изилдөөлөрдөн түзүлгөн. Изилдөөчүлөр эстуарийдин жогорку бөлүгү үчүн Swartkops-та 12, Sundays River-де 5 орточо DIP/DIN концентрациясын; эстуарий ооздору үчүн убакыт боюнча Swartkops-та 5 жана Sundays River-де 3 орточо байкоону топтошкон.

Маалыматтар топтому толук эмес. Айрым жылдар үчүн маалымат жок; өлчөөлөр µM, mg/L жана kg/yıl сыяктуу ар башка бирдиктерде берилген. Үлгү алуу пункттарынын так жайгашуусу, орточо көрсөткүчтөр канча үлгүгө таянары жана жыл ичинде үлгү алуу убактысы да ар башка изилдөөлөрдө өзгөргөн. Бул ар түрдүүлүк изилдөөнүн эң маанилүү белгисиздик булактарынын бири.

Сегиз убакыт катары

Маалымат базасы төмөнкү сегиз катардан турат:

1. Swartkops эстуарийинин жогорку бөлүгүндөгү DIP,
2. Swartkops эстуарийинин оозундагы DIP,
3. Swartkops эстуарийинин жогорку бөлүгүндөгү DIN,
4. Swartkops эстуарийинин оозундагы DIN,
5. Sundays River эстуарийинин жогорку бөлүгүндөгү DIP,
6. Sundays River эстуарийинин оозундагы DIP,
7. Sundays River эстуарийинин жогорку бөлүгүндөгү DIN,
8. Sundays River эстуарийинин оозундагы DIN.

Бардык орточо концентрациялар салыштырууга жарактуу болушу үчүн µM бирдигине айландырылып, андан соң эстуарийдин жогорку бөлүгү менен оозунун ортосундагы айырма эсептелген.

Теңдеме 1: Эстуарий кетирген DIP жүктөмү

Булактын DIP үчүн колдонгон негизги байланышы төмөнкүдөй:

\[ \text{kg DIP removed} = \frac{DIP_{\mu M}^{Head}-DIP_{\mu M}^{Mouth}}{10^{6}} \times \frac{\text{Molar Mass}_{P}}{1000} \times MAR(L) \]

Теңдеме эмнени эсептейт? Эстуарийдин жогорку бөлүгү менен оозундагы эриген органикалык эмес фосфаттын орточо концентрацияларынын айырмасын колдонуп, система бир жыл ичинде кетирген деп кабыл алынган DIP көлөмүн килограмм менен болжолдойт.

Өзгөрмөлөрдүн мааниси: \(DIP_{\mu M}^{Head}\) — эстуарийдин жогорку бөлүгүндөгү, ал эми \(DIP_{\mu M}^{Mouth}\) — оозундагы орточо концентрация. Molar Mass_P фосфордун молярдык массасын, \(MAR(L)\) болсо литр менен берилген орточо жылдык агымды билдирет. \(10^6\) жана 1000 — булак теңдемесиндеги концентрация менен массаны айландыруу кадамдары.

Ушул эле эсептөө логикасы DIN үчүн да колдонулат. DIN эсебинде нитрат, нитрит жана аммоний азоту чогуу эске алынат.

Толук эмес убакыт катарларын иштетүү

Сегиз маалымат катарынын ар бири бар байкоо чекиттери боюнча чийилип, эң жакшы дал келген ийри сызыктар түзүлгөн. Изилдөөчүлөр бул ийри сызыктарды жарыяланган орточо маанилерге таянып өткөн мезгилдердеги азык заттардын концентрацияларынын өзгөрүшүн эсептөөдө колдонушкан. Демек, ар бир жыл түз өлчөнгөн маалымат чекиттери менен гана берилген эмес; моделдөө жана дал келтирүү ийри сызыгы аркылуу толукталган бөлүктөр да бар.

WWTW жайларында килограмм башына кетирүү чыгымы

Экинчи этапта изилдөөчүлөр WWTW жайларында бир килограмм DIP же DIN кетирүүнүн чыгымын эсептешкен. Булакта DIP үчүн берилген Теңдеме 2 төмөнкүдөй:

\[ \frac{ZAR}{\text{kg DIP removed}} = \frac{ZAR}{L_{\text{treated}}} \Bigg/ \left( \frac{\text{kg DIP in}}{L_{\text{treated}}} - \frac{\text{kg DIP out}}{L_{\text{treated}}} \right) \]

Бул теңдеме тазаланган суунун бирдик көлөмүнө чыгымды кирүү жана чыгуу агымдарынын ортосундагы DIP кетирүү тыгыздыгына бөлөт. Ошентип WWTW бир килограмм DIPди кетирүүгө короткон акча алынат. DIN үчүн дагы ушундай эле эсептөө түзүмү колдонулат.

Акыркы этапта WWTWнин ушул бирдик кетирүү чыгымы эстуарий кетирген деп болжолдонгон DIP жана DINдин жалпы көлөмүнө колдонулат. Натыйжа — эстуарийде табигый жүргөн азык заттардын айлануусун коом жасалма тазалоо инфраструктурасы менен алмаштырса келип чыга турган чыгымдын болжолдуу эквиваленти.

Экономикалык нарк убакыт өткөн сайын кандай өзгөрдү?

Булактын ичиндеги сандык эскертүү: 3-таблицада 2001 жана 2002-жылдар үчүн жалпы суммалар көрүнгөн компоненттерди ондук үлүшкө чейин түз кошуудан бир аз айырмаланат. Verianla таблицасы булакта жарыяланган жалпы көрсөткүчтөрдү өзгөртпөй сактайт; көрүнбөгөн аралык тактык же тегеректөө боюнча жаңы божомол жасалган эмес.

Swartkops эстуарийиндеги ZAR8,6 миллиондон ZAR123,4 миллионго өсүү болжол менен %1330 жогорулаш катары билдирилген. USD эквиваленти 1994-жылы USD466.076 болсо, 2022-жылы болжол менен USD6,7 миллионду түзгөн.

Sundays River эстуарийинде багыт тескерисинче: 1994-жылдагы ZAR29,9 миллион нарк 2022-жылы болжол менен ZAR7,9 миллионго түшкөн. Булакта бул сандар болжол менен USD1,6 миллион жана USD428.140 катары берилген.

WWTW жана эстуарийдин кетирүү көрсөткүчтөрү

Булак WWTW кетирүү көрсөткүчүнүн 1994-жылы 43,9дан 2022-жылы 23,4кө түшүшүн болжол менен %47 азайыш, ал эми эки эстуарий үчүн тиешелүү көрсөткүчтүн 0,2ден 1,5ке өсүшүн төмөн баштапкы деңгээлден болжол менен %650 көбөйүү катары чечмелейт.

Өлчөө бирдиктеринин бүтүндүгү жөнүндө эскертүү: Жогорудагы таблицада “mL/yıl” жана “kg/mL” жазуулары булактын 4-таблицасында басылгандай сакталган. Булак бул белгилер көлөмдүн башка масштабын билдиреби же жокпу түшүндүрбөгөндүктөн Verianla бирдиктерди өз алдынча өзгөртпөйт.

Swartkops-тагы Жогорку Экономикалык Нарк Эстуарийдин Саламаттыгы Жакшыраак Дегенди Билдиреби?

Жок. Изилдөөнүн экономикалык нарк көрсөткүчү эстуарий кетирген деп болжолдонгон азык заттардын жүгүн WWTW чыгымдары аркылуу акчалай баалайт; ошондуктан азык заттардын жүгү жогорулап, аларды кетирүү иши көбөйсө акчалай нарк да өсүшү мүмкүн. Авторлор Swartkops-тагы күчтүү өсүштү DIP жана DIN концентрацияларынын жогорулашы, WWTW натыйжалуулугунун төмөндөшү менен бирге карап, системага адамдын таасири күчөп жатканын белгилешет.

Swartkops боюнча чечмелөө

Булак Swartkops-та азык заттардын айлануусунун наркы 1994–2022-жылдар арасында кескин өсүшүн DIP жана DIN концентрацияларынын жогорулашы менен байланыштырат. Авторлор бул өсүш Gqeberha шаарындагы өнөр жайдын кеңейиши жана расмий эмес конуштардын көбөйүшү менен байланыштуу болушу ыктымал деп белгилешет. Бул көзөмөлдөнгөн себеп-натыйжа талдоосунун жыйынтыгы эмес, макаланын талкуу бөлүгүндөгү илимий чечмелөө.

Sundays River боюнча чечмелөө

Изилдөө Sundays River эстуарийинде нарктын төмөндөшүнө бири-бирин жокко чыгарбаган үч ыктымал түшүндүрмө берет:

• айыл чарба эрежелеринин күчөтүлүшү жана алардын аткарылышы айыл чарбасынан келген булгоочу заттарды азайткан болушу мүмкүн,
• Orange–Fish–Sundays Rivers суу өткөрүү системасы агымды өзгөртүп, азык заттардын концентрациясын суюлткан болушу мүмкүн,
• Addo Elephant National Park аймагынын кеңейиши жана 2018-жылы жарыяланган Marine Protected Area камтылган коргоо чаралары азык заттардын киришин азайткан болушу мүмкүн.

Изилдөө бул үч механизмдин ар биринин үлүшү канчалык экенин ажыраткан себептик талдоо жүргүзбөйт.

Нарк трансферин салыштыруудан алынган сабак

Эл аралык изилдөөлөрдөн түз көчүрүлгөн нарктар USD2.661/ha менен USD579.632/ha арасында өтө кеңири аралыкты берет. Булак аянттын аныктамаларын ачык суу аянтына ылайыкташтырса да салыштырма аралык USD4.624/ha менен USD9.377/ha экенин билдирет. Swartkops-тын USD18.681/ha наркы жогорку чектен болжол менен эки эсе жогору, ал эми Sundays River-дин USD1.747/ha наркы төмөнкү чектин болжол менен %37сине барабар.

Бул айырмачылык бир эл аралык гектардык наркты башка эстуарийге түз өткөрүү жергиликтүү шарт үчүн ишенимдүү баа бербеши мүмкүн экенин көрсөтөт. Экологиялык түзүлүш, азык заттардын жүгү, жергиликтүү тазалоо инфраструктурасы, калк, өнөр жай жана башкаруу шарттары экономикалык жыйынтыкка биргелешип таасир этет.

Изилдөө тастыктаган жана тастыктабаган жыйынтыктар

Негизги методологиялык чектөөлөр

Изилдөөнүн натыйжаларын чечмелөөдө маалымат чектөөлөрү негизги мааниге ээ. Идеалдуу баалоо үчүн эстуарийдин жогорку бөлүгүндө жана оозунда экологиялык жактан салыштырууга мүмкүн болгон чекиттерден көп жылдар бою үзгүлтүксүз алынган көп сандагы DIP жана DIN өлчөөлөрү; WWTWнин кирүү жана чыгуу агымдарында азык заттардын концентрацияларын үзгүлтүксүз өлчөө; тазалоо көлөмдөрүнүн өзгөрүшү жана килограмм башына кетирүү чыгымдары боюнча убакытка жараша ишенимдүү жазуулар зарыл болмок.

Мындай деңгээлдеги бириктирилген маалымат базасы жок. Колдонулган экологиялык өлчөөлөр ар башка жылдардан, ар башка үлгү алуу жерлеринен, ар башка мезгилдерден жана ар кандай бирдик системаларынан алынган. Айрым жылдар таптакыр жок. Ошондуктан изилдөө чектелүү маалыматтарды жергиликтүү WWTW маалыматтары менен бириктирген практикалык ыкманы сунуш кылат; натыйжаларды өтө так түз экологиялык эсеп катары кабыл албоо керек.

Булактын өз билдирүүсү боюнча, нарк трансфери тез жана арзан болгону менен контекст айырмачылыктарынан улам начар божомолдорду бериши мүмкүн. Жергиликтүү WWTW кыйыр баалоо ыкмасы да толук эмес жазуулар менен чектелет, бирок изилдөөчүлөр аны жергиликтүү шартка көбүрөөк ылайыктуу деп эсептешет.

Булак жана Ыкма Жөнүндө Эскертүү

Каржылоо: Изилдөө Algoa Bay Marine Spatial Planning Community of Practice алкагында South African National Research Foundation тарабынан 129498 номерлүү грант, Belmont Forum MARISCO долбоору тарабынан 03F0836A номерлүү грант жана One Ocean Hub тарабынан NE/S008950/1 номерлүү грант аркылуу каржыланган.

Авторлордун салымдары: Rozanne Peacock изилдөө, методология, формалдуу талдоо, алгачкы кол жазманы даярдоо жана карап чыгуу/редакциялоо иштерин; Matthew A. Orolowitz концепцияны түзүү, визуалдаштыруу, формалдуу талдоо жана алгачкы кол жазманы даярдоону; James N. Blignaut концепцияны түзүү, текшерүү, көзөмөлдөө жана карап чыгуу/редакциялоону; Bernadette Snow долбоорду башкаруу, каржылоо табуу жана карап чыгуу/редакциялоону аткарган.

Булак ичиндеги шайкештик эскертүүсү: 3-таблицада 2001 жана 2002-жылдар үчүн жалпы сандар менен көрүнгөн тегеректелген компоненттердин суммасынын ортосунда майда арифметикалык айырмачылыктар бар. Мындан тышкары натыйжа текстинде 1994-жыл үчүн жалпы сумма болжол менен ZAR38,4 миллион жана USD2,08 миллион деп берилсе, 3-таблицада жана натыйжа бөлүмүнүн уландысында болжол менен ZAR38,5 миллион жана USD2,09 миллион да келтирилет. Verianla бул айырмачылыктарды байкатпай бир санга айландырган жок; таблицада булактын 3-таблицасындагы маанилер сакталды.

Бирдиктер боюнча эскертүү: Булактын 4-таблицасында көлөм жана кетирүү көрсөткүчтөрү “mL/year” жана “kg/mL” деп жазылган. Булак алардын масштабы тууралуу кошумча түшүндүрмө бербегендиктен бирдиктер өзгөртүлбөй сакталган жана чечмелөө чеги ачык айтылган.

Методологиялык чек:Натыйжалар ар башка жылдардагы жана изилдөөлөрдөгү суунун сапаты боюнча түрдүү жазууларга, дал келтирүү ийри сызыктарына жана WWTW чыгымдары менен кетирүү маалыматтарын кыйыр көрсөткүч катары пайдаланууга негизделет. Ошондуктан экономикалык нарктарды түз базар бүтүмү, толук биофизикалык азык заттар балансы же себептик таасирдин өлчөөсү катары түшүндүрүүгө болбойт.