Wetenschappers van de Michigan State University hebben aangetoond dat stromen belangrijke gezondheidsindicatoren kunnen zijn voor het landschap van een regio. maar de manier waarop ze worden gecontroleerd kan worden verbeterd.

Nieuw onderzoek in Ecologie Brieven laat zien hoe stromen kunnen worden gebruikt als sensoren om de gevoeligheid of veerkracht van een stroomgebied voor veranderingen in landgebruikspraktijken te diagnosticeren, inclusief het langdurig gebruik van meststoffen. Streams gebruiken als sensoren - in het bijzonder, in de buurt van de bovenloop - kunnen wetenschappers toestaan, landgebruikbeheerders en boeren om te diagnosticeren welke stroomgebieden duurzamer kunnen worden ontwikkeld voor voedselproductie, zei Jay Zarnetske, MSU aarde- en milieuwetenschapper en co-auteur van de studie.

"We waren verrast om te zien dat de stromen goede sensoren waren voor de voedingstoestand op lange termijn, " zei hij. "Onze methoden laten zien dat we veel kunnen leren van een relatief klein aantal monsters als ze strategischer worden verzameld dan de huidige beheerspraktijken van stroomgebieden dicteren. Dit begrip is van cruciaal belang voor het beschermen van aquatische ecosystemen en het waarborgen van de menselijke waterveiligheid."

Menselijke activiteit, vooral landbouw, heeft zoetwaterecosystemen over de hele planeet vervuild, veroorzaakt enorme ecologische en economische schade. Overtollige voedingsstoffen uit kunstmest en fossiele brandstoffen kunnen giftige cyanobacteriënbloei en uitgebreide hypoxische dode zones veroorzaken, het ondermijnen van het vermogen van ecosystemen om het voedsel en water te leveren dat de menselijke samenlevingen in stand houdt, voegde Zarnetske toe.

Voor de studie, Ben Abbott, voorheen aan de MSU en nu aan de Brigham Young University, leidde een internationaal team in een cultureel en historisch belangrijke regio van Frankrijk. Het gebied, die bijna een millennium van landbouwactiviteit heeft gekend, dient als model voor de manier waarop het toenemende gebruik van stikstof- en fosformeststoffen blijvende gevolgen heeft voor stroomgebieden.

"De manipulatie van fosfor en stikstof in het landschap is een van de grootste bedreigingen voor het lot van de mensheid en de rest van het leven op deze planeet, "Zei Zarnetske. "De meeste mensen hebben geen idee dat de menselijke manipulatie van de fosfor- en stikstofcycli plaatsvindt, beïnvloedt bijna elke plaats op de planeet en is een van, zo niet de grootste, huidige bedreiging voor het lot van de mensheid."

Er zijn dramatische luchtfoto's van algenbloei die groeit aan de monding van beken die in watermassa's stromen, zoals Lake Erie. Echter, de meeste koolstof en voedingsstoffen komen stroomopwaarts in de waterwegen terecht, bij de bovenloop. Dus in plaats van problemen aan de mond te diagnosticeren, een efficiëntere manier om het probleem aan te pakken zou zijn om veel gebieden dichter bij de bovenloop te bemonsteren.

"In principe, in plaats van in een grote stroom ver van de bovenloop te staan ​​en te observeren wat langs ons heen stroomt door de tijd, "Zarnetske zei, "We illustreren dat het veel informatiever kan zijn om periodiek door de regio te reizen en monsters te nemen van de kleinste tot de grootste stroompjes in het stroomgebied."

Het team ontdekte dat de chemie van elke kleine stroom sterk fluctueerde als gevolg van veranderingen in temperatuur, waterstroom en andere factoren. Er was orde in de variabiliteit, echter, omdat er synchronie was in het gedrag van elke kleine stroom en zijn rol in de chemie van het grotere riviersysteem.

"Dat was onverwachts, "Zei Abbott. "Enigszins verrassend, we ontdekten dat een enkele bemonstering van bovenloop op elk moment van het jaar veel informatie geeft over waar voedingsstoffen vandaan komen en waar herstelinspanningen moeten worden gericht."

Toekomstig onderzoek zal deze methoden wereldwijd toepassen, naar verschillende landbouwstroomgebieden en beboste landschappen met veranderende neerslagpatronen. Bijvoorbeeld, Zarnetske gaat de bovenloop in de Pacific Northwest en de snel opwarmende en ontdooiende landschappen in het noordpoolgebied bestuderen.

De nieuwe methoden kunnen ook helpen bij het richten van inspanningen bij het selecteren van de meest geschikte locaties voor duurzame landbouwgrond en ontwikkeling of het identificeren van stroomgebieden die reageren op het broeikaseffect, zoals die in het noordpoolgebied.

Arctische landschappen, waar de bodem overwegend bevroren is, ontdooien snel door de snelle klimaatopwarming. Terwijl poolijs en permafrost smelten, ze laten sediment en voedingsstoffen vrij in rivieren en zeeën. Hoewel de effecten van deze steeds troebeler wordende wateren en voedingsstoffen onbekend zijn, hun nieuwe aanpak kan een basislijn ontwikkelen om hun impact te gaan monitoren.