Een onderzoek onder leiding van onderzoekers van de Université de Montréal kwantificeert voor het eerst de maximale hoeveelheid voedingsstoffen, met name fosfor - dat zich kan ophopen in een stroomgebied voordat extra vervuiling wordt geloosd in stroomafwaartse ecosystemen.

Dat gemiddelde drempelbedrag is 2,1 ton per vierkante kilometer land, schatten de onderzoekers in hun studie die vandaag is gepubliceerd in Natuur Geowetenschappen . "Achter dit, verdere fosforinvoer naar stroomgebieden veroorzaakt een aanzienlijke versnelling van (fosfor)verlies in afvoer."

Dit bedrag is schrikbarend laag, zeggen de onderzoekers; gezien de huidige toedieningssnelheden van nutriënten in de meeste landbouwstroomgebieden over de hele wereld, kantelpunten kunnen in sommige gevallen in minder dan tien jaar worden bereikt.

De studie werd geleid door Jean-Olivier Goyette, een doctoraatsstudent biologie aan de UdeM, en begeleid door UdeM aquatisch ecosysteem-ecoloog Roxane Maranger in samenwerking met duurzaamheidswetenschapper Elena Bennett van McGill University.

Fosfor, een element in kunstmest, is essentieel voor de groei van plantaardig voedsel. Maar het mineraal is ook schadelijk bij overmatig gebruik. Als het in het oppervlaktewater komt, het kan leiden tot overmatige plantengroei in meren en rivieren en de verspreiding van giftige algen, schadelijk zijn voor de gezondheid van mens en dier.

23 stroomgebieden bestudeerd

Gericht op 23 stroomgebieden die de St. Lawrence-rivier in Quebec voeden, de onderzoekers reconstrueerden historische landgebruikspraktijken om te berekenen hoeveel fosfor zich de afgelopen eeuw op het land heeft opgehoopt.

De twee belangrijkste bronnen van fosfor voor stroomgebieden, het land grenzend aan zijrivieren, afkomstig zijn van de landbouw (kunstmest en dierlijke mest) en van de menselijke bevolking (via voedselbehoeften en afvalwater).

Met behulp van overheidsgegevens van Quebec, de onderzoekers hebben de geschatte accumulatie vergeleken met de fosforconcentraties die de afgelopen 26 jaar in het water zijn gemeten. Omdat de stroomgebieden die ze bestudeerden een verschillende geschiedenis hadden - sommige werden al tientallen jaren intensief gebruikt voor landbouw, terwijl andere bebost en ongerept waren - stelde deze methode de onderzoekers in staat om een ​​gradiënt van verschillende fosforophopingen tussen locaties vast te stellen. Door dit te doen, ze konden zien op welk punt het stroomgebied "tikte" of een drempel bereikte en aanzienlijk meer fosfor in het water begon te lekken.

"Zie het land als een spons, ' zei Maranger. 'Na een tijdje, sponzen die te veel water opnemen, gaan lekken. In het geval van fosfor, het landschap absorbeert het jaar na jaar na jaar, en na een tijdje, zijn retentiecapaciteit is verminderd. Op dat moment dragen historische fosforinputs meer bij aan wat ons water bereikt."

Tot nu, niemand was in staat om een ​​getal te geven aan de hoeveelheid geaccumuleerd fosfor op de schaal van het stroomgebied die nodig is om een ​​omslagpunt te bereiken in termen van het versnellen van de hoeveelheid mineraal die in het aquatische ecosysteem stroomt.

'Echt belangrijke bijdrage'

"Dit is een zeer belangrijke bevinding, " Zei Bennett. "Het vereist onze kennis op boerderijniveau van meststoffen en vervuiling en schaalt het op om te begrijpen hoe hele stroomgebieden reageren binnen een historische context."

Landbouw op grote schaal begon in Quebec pas in de jaren vijftig, maar sommige van de meer historische landbouwstroomgebieden van de provincie waren in de jaren twintig al over het kantelpunt heen. de studie gevonden.

Zelfs als de toevoer van fosfor onmiddellijk stopte, het elimineren van de geaccumuleerde fosfor in verzadigde stroomgebieden van Quebec zou tussen 100 en 2 duren, 000 jaar, schatten de onderzoekers.

In sommige landen, inclusief China, Canada, en de VS, fosfor wordt nu zo intensief gebruikt dat het verzadigingspunt in slechts vijf jaar wordt bereikt.

"Strategieën voor het beheer van voedingsstoffen die zijn ontwikkeld met behulp van nieuwe creatieve benaderingen ... zijn dringend vereist voor de duurzaamheid van watervoorraden op lange termijn, ’ dringen de onderzoekers in hun studie aan.

Recyclen en hergebruiken

"Een mogelijke verzachtende maatregel zou zijn om te doen wat in sommige Europese landen al wordt gedaan:in plaats van steeds meer toe te voegen om planten te helpen groeien, fosfor dat al in de bodem is opgeslagen, toegankelijk is met behulp van nieuwe praktijken en benaderingen, ' zei Goyette.

"Verder, fosfor kan worden gerecycled en hergebruikt als meststof in plaats van toegang te krijgen tot meer van het ruwe gewonnen materiaal."

Het dilemma is dit:mensen moeten eten, maar hebben schoon water nodig, maar het verbouwen van voedsel vereist fosfor dat het water vervuilt wanneer te veel het stroomgebied verlaat en aangrenzende aquatische ecosystemen vervuilt.

"Zijn sommige van onze meer extreme (agrarische) stroomgebieden onmogelijk te repareren?" vroeg Maranger. "Ik kan daar geen antwoord op geven. Het is een maatschappelijk probleem en er zijn oplossingen. We moeten nooit wanhopen, maar het is een wicked problem."