Avföringsbakterier - bakterier som finns i matsmältningssystemet hos människor och djur - är kända för att förorena vatten. De kan ibland vara en hälsorisk. Lite forskning har gjorts om spridning och distribution av avföringsbakterier i floder och, framför allt, in i deras input från det omgivande landskapet. Forskare från Leibniz-Institute of Freshwater Ecology and Inland Fisheries (IGB) och från Skottlands universitet i Aberdeen har utvecklat en indikatorbaserad modell som kan användas för att bedöma dynamiken hos avföringsbakterier som E. coli utifrån hydrologiska processer i landskapet och vattendragens anslutning - en viktig grund för hantering av akut eller ihållande mikrobiell kontaminering av vatten.

För att kunna förstå spridningen och ödet för avföringsbakterier i vatten, forskare måste också registrera ursprungsområdena, kvantiteten, och flodvägarna för vatten i landskapet, och ta hänsyn till ingångar till flodnätet. Baserat på ett studieområde i Skottland, Dörthe Tetzlaff från IGB, hennes doktorand Aaron Neill och deras kollegor från University of Aberdeen (Chris Soulsby och Norval Strachan) undersökte spridningen av märkta fekala indikatororganismer i ett upptagningsområde. De kopplade sedan data till hydrometriska värden (kvantitativ bestämning av den hydrologiska regimen) och stabila isotopspårare. "Att kombinera sådana uppgifter utgör en innovativ metod. Baserat på våra resultat, vi utvecklade en matematisk modell för spridning av avföringsbakterier, som också kan överföras till andra regioner ", förklarade Chris Soulsby från University of Aberdeen, studiens holistiska koncept.

Exakt förutsägelse av avföring av avföringsbakterier på sommaren av modellen

Både forskarnas fältförsök med indikatorbakterier och deras matematiska modell visade att graden av hydrologisk anslutning spelar en avgörande roll i fördelningen av avföringsbakterier.

Med denna metod, laget kunde kvantifiera exakt när, och varifrån, bakterier kommer in i systemet. "I vårt studieområde, koncentrationerna av avföringsbakterier i bäckar var högst på sommaren, vilket också kan förväntas i andra regioner. Sommaren är den mest populära tiden för fritidsbruk av floder och intensiva nederbördshändelser förekommer oftare, spola bakterier från omgivande områden till sötvattenekosystem. I sommar, därför, bakterier som inte härstammar från omedelbar närhet av strömmen kommer också in i vattnet, medan på vintern, bakterier som lagras i flodzonen mobiliseras huvudsakligen.

Modellen vi utvecklade lyckas fånga den faktiska spridningen av bakterier på sommaren, "sade Dörthe Tetzlaff, som beskriver resultaten av studien.

Forskarna måste anpassa den indikatorbaserade modellen för att förbättra dess prediktiva noggrannhet för vintermånaderna. Forskarna tror att orsaken till denna skillnad kan vara den förhöjda dödligheten hos bakterier vid lägre temperaturer och frysta markförhållanden, som modellen ännu inte fångar. "Att optimera en sådan tidsmässigt och rumsligt dynamisk matematisk modell är en mycket spännande, men mödosam uppgift. Det finns så många okända som måste tas med, "avslutade Dörthe Tetzlaff. Men forskarna är optimistiska att modellen, och dess senare versioner, kommer en dag att representera den vetenskapliga grunden för att bedöma spridningen av avföringsbakterier i vattendragens vattendrag.