science >> Wetenschap >  >> Natuur

Heldere meren verhullen een verminderde waterkwaliteit

Luchtfoto van een meertje in de buurt van de stad Clear Lake, Iowa, die typische landschappen rond de meren in deze studie vertegenwoordigt. Ongeveer 92 procent van het land in Iowa is in productielandbouw en gewassen op deze gronden krijgen grote hoeveelheden stikstof in de vorm van watervrije ammoniak en fosfor. Overmatige algengroei veroorzaakt door deze nutriëntentoevoer heeft veel van de meren in deze regio heldergroen gemaakt. Verrassend genoeg, een aantal meren in dit onderzoek waren helderder en blauwer dan verwacht, zijn echter verre van gezond. De auteurs van het onderzoek veronderstellen dat zeer hoge stikstofniveaus, vaak> 10mg/L, onderdrukken hoge chlorofyl (algen) concentraties. Krediet:John A. Downing

Schijn bedriegt. Kijk naar honderd meren in het agrarische hart van de Verenigde Staten en je zult waarschijnlijk groene meren zien omringd door groene velden. De stikstof en fosfor in landbouwmeststoffen die gewassen helpen groeien, voeden ook de groei van algen en cyanobacteriën die in overmaat meren de kleur van erwtensoep kunnen maken.

Maar toen wetenschappers 13 jaar aan gegevens van 139 meren in intensief agrarische gebieden van Iowa bekeken, zagen ze meren die ondanks extreem hoge nutriëntenconcentraties verrassend helder waren.

In een studie gepubliceerd op 9 oktober 2017 in het journaal Binnenwateren wetenschappers van de University of Minnesota Duluth en Minnesota Sea Grant melden dat de meren zo overmatig bemest waren dat de meeste van die algen en cyanobacteriën die het groene pigment chlorofyl bevatten, werden gedood.

"Een van de gevaren hier is dat de helderheid van het water wordt verward met een betere waterkwaliteit. " zei Chris Filstrup, hoofdauteur van de studie en een onderzoeksmedewerker bij het UMD Large Lakes Observatory en Minnesota Sea Grant. "In feite, de waterkwaliteit is in deze gevallen slechter dan in meren met meer algen, maar toch lagere niveaus van voedingsstoffen."

Regelgevende instanties hebben de helderheid van het water vaak gebruikt als een indicator van de waterkwaliteit. De resultaten van deze studie suggereren dat de aanpak niet noodzakelijk in alle regio's werkt.

De buitensporige nutriëntenniveaus treden op wanneer regen en sneeuwsmelt fosfor en stikstof uit landbouwvelden wassen, veel voeren, voorstedelijke gazons en stedelijke centra in meren en andere waterlichamen. Dit nieuwe fenomeen tart de generalisatie dat zelfs extreme concentraties van fosfor en stikstof de algengroei blijven voeden.

"In sommige van de Iowa-meren in onze studie hebben we fosforniveaus vastgesteld die tien keer zo hoog zijn als wat we zouden verwachten in een meer in het noorden van Minnesota, " zei Filstrup. "We waren verbaasd om te zien dat de stikstofniveaus meer dan 30 keer hoger waren."

Dergelijke extreme nutriëntenniveaus lijken bestaande algen en cyanobacteriën te vernietigen, wat resulteert in een toename van de helderheid van het water. Het concept is vergelijkbaar met de manier waarop te veel kunstmest op het land schade kan toebrengen, zo niet doden, planten en de grond onvruchtbaar maken.

"We dachten dat het lage voorkomen van algen bij hoge stikstofconcentraties te wijten zou kunnen zijn aan onevenwichtigheden van andere voedingsstoffen, of te veel schaduw voor algen om te groeien, of dat sommige algen minder groen zijn of dat zoöplankton meer algen eet als er veel stikstof is, " zei co-auteur John A. Downing, directeur van Minnesota Sea Grant, een wetenschapper aan het UMD Large Lakes Observatory en een professor in de UMD-afdeling Biologie. "Maar geen van die hypothesen kwam uit. De enige verklaring die logisch is, tot dusver, is dat een hoog stikstofgehalte slecht is voor algen."

De vermindering van algen is waarschijnlijk het gevolg van het samenspel van fosfor, stikstof, het landschap en het zonlicht, die, wanneer ze worden gecombineerd, ervoor zorgen dat de overmatige nitraatdeeltjes in de waterkolom reactieve zuurstofsoorten vormen die algen beschadigen of doden door hun celwanden en membranen te laten barsten, zeg Filstrup en Downing.

"Je zou het kunnen zien als waterstofperoxide, " zei Filstrup. "Door waterstofperoxide op een snee te gieten, barsten bacteriën. Daarom bruist het. in meren, de reactieve zuurstofsoorten die zich uit nitraat kunnen vormen, bruisen niet, maar ze kunnen organisch materiaal vernietigen, mogelijk inclusief fytoplankton."

Omdat de vraag naar landbouwproducten blijft groeien en daarmee het gebruik van meststoffen, de auteurs hopen dat deze studie een leerzaam voorbeeld zal zijn voor andere landbouwregio's die te maken hebben met of het risico lopen op extreme nutriëntenbelasting.

"Te veel stikstof toedienen aan velden, gazons en tuinen verspillen geld, leidt tot ongezonde meren en beschadigt zelfs de Golf van Mexico. Het telen van gewassen en het beheren van dierlijk afval volgens de beste managementpraktijken is essentieel, ' zei Downing.