Op 6 juni, 2018, het Center for Limnology meldde dat een giftige algenbloei zich begon te verspreiden over Lake Mendota. Het leidde al snel tot de sluiting van de stranden rond het grootste meer van Madison.

Het viel ook samen met de lancering van een nieuwe, vierjarige inspanning van Dane County, genaamd Zuig de Muck, ontworpen om letterlijk een eeuw aan fosfor te zuigen uit 53 mijl aan stromen die de meren van de provincie voeden.

Fosfor, een voedingsstof die wordt aangetroffen in de mest die wordt gebruikt voor landbouwgronden, vindt zijn weg naar de wateren van Wisconsin (en waterwegen elders) in afvoer na regenstormen. Als het warm weer is, het kan leiden tot het stinkende water en giftige algenbloei die meren zoals Mendota teisteren, welke gelegen is in een agrarisch landschap.

Deze afvoer kan erger worden, volgens een recente studie van onderzoekers van het Water Sustainability and Climate Project aan de Universiteit van Wisconsin-Madison. Met een veranderend klimaat, de frequentie van regen met hoge intensiteit neemt toe. Deze stormen brengen in korte tijd zware regenval met zich mee en verergeren de afvoer van fosfor uit met mest bedekte landbouwgronden, meer dan wetenschappers hadden verwacht.

"Beide dingen zijn slecht voor de waterkwaliteit - te veel mest is slecht en te veel hevige stormen zijn slecht, te, " zegt hoofdauteur van de studie in Brieven voor milieuonderzoek , Melissa Motew. "Dit is een verhaal over hoe het ene probleem een ​​ander probleem echt verergert."

Inderdaad, de algenbloei van Lake Mendota kwam op de hielen van de op een na natste mei in de opgetekende geschiedenis van Madison, en de achtste warmste. De National Weather Service meldde dat mei 2018 de natste was ooit voor de aangrenzende Verenigde Staten.

Maar Motew begon niet met de vraag hoe zware stormen en mest synergetisch op elkaar inwerken om de waterkwaliteit te beïnvloeden. Het was tijdens het bestuderen van oude fosfor in bodems - de accumulatie van de voedingsstof in de loop van de tijd - dat zij en het onderzoeksteam iets interessants in de gegevens opmerkten.

"We wisten dat zware regenval veel fosfor van een veld transporteert en in 2014, (co-auteur Stephen Carpenter, emeritus hoogleraar en directeur van CFL) ontdekte dat een relatief klein aantal regenbuien per jaar de meeste fosfor aan de meren leverden, " legt ze uit. "We merkten toevallig dat het leek alsof we tijdens perioden van hevige regenval een slechtere waterkwaliteit zagen dan we hadden verwacht. Het was voor ons de aanleiding om dit onderzoek op te zetten."

Klimaatverandering zorgt voor meer intense regenval in de VS, vooral in het middenwesten en noordoosten. De studie van Carpenter en collega's uit 2014 toonde aan dat 74 procent van de fosforbelasting in Lake Mendota nu slechts 29 dagen per jaar wordt afgeleverd, en een studie uit 2016 van wetenschappers van de Marylhurst University in Oregon en UW-Madison toonde aan dat jaarlijkse neerslag in het stroomgebied van Yahara, waaronder Lake Mendota, tussen 1930 en 2010 elk jaar met 2,1 mm toegenomen.

Dit komt neer op een toename van ongeveer zeven centimeter extra regen vandaag, Motew legt het uit. Diezelfde studie toonde ook aan dat, hoewel de frequentie van grote stormen in de regio tussen 1930 en 1990 gemiddeld 9,5 gebeurtenissen per decennium was, tussen 1991 en 2010, het aantal grote stormgebeurtenissen bijna verdubbeld, het bereiken van 18 evenementen per decennium.

Met behulp van simulatiemodellen, Motew en het onderzoeksteam vroegen hoe meer extreme regenbuien kunnen interageren met de toevoer van mest en kunstmest op akkerlanden om de afvoer op het niveau van een individueel meer en de stromen die het voeden te beïnvloeden. Dat is, wat gebeurt er als een bepaalde hoeveelheid regen in de loop van twee uur op een veld valt in plaats van 24 uur?

"Met het model kunnen we opschalen en interessante waarnemingen doen van de schaal van één veld tot het hele stroomgebied, "zegt ze. "Modellen lieten ons thuis en bestudeerden het proces van hoe fosfor zich tot in detail beweegt."

Met behulp van twee 60-jarige klimaatscenario's, een die uitging van dagelijkse neerslag, maximum- en minimumtemperaturen, windsnelheden, relatieve vochtigheid en zonnestraling vergelijkbaar met de huidige gemiddelde jaarwaarden in Madison, en een andere uitgaande van extremere regenbuien, Het model van Motew onderzocht wat er gebeurt met de fosforconcentraties in Lake Mendota en zijn zijstromen bij lage en hoge intensiteit van neerslag.

Er werd rekening gehouden met de praktijk van boeren in het stroomgebied, inclusief hun typische bemestings- en mesttoepassingen en grondbewerkingspraktijken, de hoeveelheid fosfor die al is opgeslagen in de oppervlaktelagen van de bodem, en de samenstelling van het land rond Lake Mendota. Meer dan de helft van het land eromheen is agrarisch.

Motew ontdekte dat opgeloste fosfor – het soort dat in mest, in vergelijking met andere meststoffen en die in de bodem worden aangetroffen - synergetisch gecombineerd met zware regenval om de hoeveelheid fosfor die naar Lake Mendota en zijn stromen stroomt te vergroten.

"Hierdoor lopen we een nog groter risico op verslechtering van de waterkwaliteit, " zegt Christopher Kucharik, studie co-auteur en Motew's voormalige afgestudeerde adviseur. "Dit resultaat heeft ook verstrekkende implicaties omdat de synergetische relatie waarschijnlijk aanwezig zal zijn in veel landbouwstroomgebieden over de hele wereld, waar vee en oppervlaktewater naast elkaar bestaan."

Fosfor is een essentiële voedingsstof voor levende organismen zoals gewassen. Maar wat het doet op het land, het doet het ook in water:stimuleert de groei van organismen zoals planten en algen. Als ze sterven, deze organismen vallen op de bodem van een aangetaste waterweg, ontbinden en zuurstof verbruiken. Dit doodt wilde dieren en stimuleert de groei van cyanobacteriën, het organisme achter giftige algenbloei. In sommige delen van het land, het kan leiden tot dode zones, zoals in de Golf van Mexico.

Boeren in Dane County en elders passen al minder mest toe en doen dat preciezer, Motew zegt, en ze hoopt dat deze strategieën zullen helpen om de afvoer van fosfor uit hun akkers te verminderen.

Motew, die nu research fellow is bij The Nature Conservancy, vindt ook dat boeren deel moeten uitmaken van de voortdurende inspanningen om de waterkwaliteit te verbeteren. "We moeten meer samenwerken met boeren, zodat we niet alleen ons eigen onderzoek kunnen verbeteren door betere gegevens te gebruiken, maar zodat we kunnen samenwerken en voortbouwen op hun ideeën, ook." zegt ze. "Ze kennen de problemen van dichtbij en persoonlijk en kunnen inzichten geven waar we nog niet aan hebben gedacht. Wij als wetenschappers kunnen helpen onderzoeken waar die inzichten toe kunnen leiden."

Motew voegt toe:"Boeren zijn de sleutel tot het oplossen van het probleem, ook al krijgen ze vaak de schuld. We moeten allemaal verantwoordelijkheid nemen voor ons voedselsysteem en manieren vinden om boeren te ondersteunen bij een beter mestbeheer."