Aangezien de wereldbevolking de afgelopen eeuw is geëxplodeerd, stikstof is een van de meest voorkomende waterverontreinigingen ter wereld geworden.

Stikstofverontreiniging is voornamelijk afkomstig van mensgerelateerde bronnen zoals auto-emissies, meststoffen, veeafval en stedelijk afvalwater. Al decenia, wetenschappers hebben waargenomen dat stikstofconcentraties in waterlichamen over de hele wereld stijgen, maar vooral in ontwikkelde landen. De overvloed aan stikstof in natuurlijke wateren leidt tot negatieve effecten op de waterkwaliteit, inclusief schadelijke algenbloei en vissterfte, die nadelige gevolgen hebben voor stroomafwaartse economieën en ecosystemen.

Gelukkig, veel aquatische en wetland-ecosystemen kunnen een deel van deze stikstof verwijderen voordat het hinderlijk wordt voor stroomafwaartse omgevingen. De planten en micro-organismen van deze ecosystemen verwijderen op natuurlijke wijze stikstof uit rivieren en beken, kustvisserij en estuaria ten goede komen. Echter, deze organismen kunnen gevoelig zijn voor omgevingsverstoringen. Tijdens grote overstromingen, bijvoorbeeld, vegetatie kan worden ontworteld uit wetlands en microbiële matten kunnen worden geschuurd uit beekbeddingen. Deze en andere verstoringen kunnen grote gevolgen hebben voor de stikstofcyclus.

Overstromingseffecten op stikstofverwerking in het stroomgebied van de Lumbee

in 2016, Orkaan Matthew bracht enorme en verwoestende overstromingen naar de rivier de Lumbee, gelegen in het zuidoosten van Noord-Carolina. Omdat het overstromingswater zich ver buiten de bestaande uiterwaarden verspreidde, zowel steden als landbouwgrond kwamen onder water te staan. Onbekende hoeveelheden puin en verontreinigingen werden stroomafwaarts getransporteerd.

Omdat de overstromingen van orkaan Matthew zoveel groter waren dan alles wat de Lumbee River had meegemaakt in het waarnemingsverslag, of in de mondelinge en schriftelijke geschiedenis van omwonenden, de overstroming had onbekende gevolgen voor de stikstofcyclus van de rivier. Samen met mijn adviseur Ryan Emmanuel, Ik veronderstelde dat ecosystemen die verantwoordelijk zijn voor het verwijderen van stikstof uit oppervlaktewateren mogelijk zijn beschadigd of veranderd op een manier die de snelheid van stikstofverwijdering beïnvloedde.

Om onze hypothese te testen, we volgden veranderingen in het vermogen van de rivier om stikstof te verwijderen in een van zijn anorganische vormen, nitraat. We hebben de nitraatconcentraties gemeten in watermonsters verzameld langs drie uitlopers van de rivier gedurende enkele maanden voor en na orkaan Matthew. We combineerden deze metingen met andere gegevens van de rivier om de stikstofopnamesnelheden te berekenen voor subsecties van elk bereik. Voor twee van de bereiken, de gemiddelde snelheid van stikstofopname veranderde niet merkbaar na orkaan Matthew. Voor het derde bereik de gemiddelde stikstofopname nam na de overstroming licht af.

interessanter, we ontdekten dat de variabiliteit in stikstofopname binnen elk bereik aanzienlijk toenam na orkaan Matthew. Wij zijn van mening dat deze verschillen het gevolg kunnen zijn van verstoringen die zijn toegebracht aan wetlandvegetatie en microbiële matten, die actief stikstof uit de stroom verwijderen. Deze gemeenschappen waren niet helemaal weggevaagd door de storm, maar overstromingen hebben hen misschien voldoende getroffen om plekken langs de rivier te creëren die bijzonder effectief (of ineffectief) waren bij het verwijderen van nitraat. Naarmate de tijd verstreek, variabiliteit in stikstofopname bleek binnen elk bereik af te nemen. Het veranderende gedrag van stikstofopname na orkaan Matthew roept interessante vragen op voor toekomstig onderzoek.

Na grote overstromingen zoals die veroorzaakt door orkaan Matthew en, onlangs, orkaan Florence, lokale en federale overheden besteden meer aandacht aan kwetsbare gemeenschappen die in uiterwaarden of in andere laaggelegen gebieden leven. Deze aandacht is terecht gericht, aangezien deze gemeenschappen vaak onvoldoende zijn toegerust om te herstellen van overstromingen en zich aan te passen aan het veranderende klimaat.

Echter, orkaangerelateerde overstromingen kunnen ook van invloed zijn op onzichtbare ecosysteemprocessen die verantwoordelijk zijn voor het verminderen van stikstofvervuiling in oppervlaktewateren. Het is daarom absoluut noodzakelijk dat we begrijpen hoe grote overstromingen de verwerking van stikstof en andere verontreinigingen kunnen beïnvloeden.

Dit geldt vooral in het licht van de huidige projecties dat orkanen zoals Matthew en Florence meer gemeengoed zullen worden, catastrofale overstromingen met zich meebrengen. Zodra we extreme overstromingen en hun gevolgen beter begrijpen, kunnen we een duidelijker beeld krijgen van hoe ecologische processen, inclusief stikstofverwijdering uit stromen, gedragen in de maanden en jaren die volgen. Zal de stikstofverwerking terugkeren naar de staat van vóór de orkaan of verschuiven naar een alternatieve staat? Toekomstig onderzoek zal helpen bij het beantwoorden van deze en andere vragen met betrekking tot waterkwaliteit in een tijdperk van wereldwijde verandering.