Veel meren en vijvers veranderen van kleur - van aangenaam blauw of helder tot troebel bruin of groen, veroorzaakt door afvoer van nutriënten en koolstof, in combinatie met warmere temperaturen.

Wetenschappers en waterbeheerders werken aan het voorspellen van omstandigheden die kleurveranderingen en algenbloei veroorzaken, maar dat is makkelijker gezegd dan gedaan.

Onderzoekers zijn er meestal van uitgegaan dat de ecosysteemrelaties die tot deze verschuivingen leiden lineair zijn, zodat het toevoegen van meer fosfor aan een meer, bijvoorbeeld, direct en proportioneel tot meer algengroei zou leiden.

Maar een nieuwe wereldwijde studie van meren vindt dat deze relaties veel complexer zijn, onderling samenhangend en niet-lineair.

"Onze studie geeft aan dat we niet nauwkeurig kunnen voorspellen hoe meren reageren op toegevoegde koolstof en voedingsstoffen zonder niet-lineaire dynamiek op te nemen en beide inputs samen te beschouwen, " zei Meredith Holgerson, assistent-professor bij de afdeling Ecologie en Evolutionaire Biologie van het College of Agriculture and Life Sciences, en eerste auteur van de studie, "Integratie van ecosysteemmetabolisme en consumentenallochtonie onthult niet-lineaire drijfveren in de verwerking van organische stoffen in het meer, " die op 6 augustus in het tijdschrift werd gepubliceerd Limnologie en oceanografie .

Meren en vijvers zijn steeds meer onderhevig aan eutrofiëring, een proces waarbij toegevoegde voedingsstoffen de groei van planten en algen bevorderen die meren groen maken, lager zuurstofgehalte in het water en kan giftig zijn. Een andere verandering van het gezicht van meren is "bruin worden, " waar een toename van organische koolstof het meer donkerder maakt en de ontbinding verhoogt. Klimaatverandering kan deze omstandigheden verergeren omdat frequentere en intensere stormen de afvoer van voedingsstoffen en organisch materiaal uit het terrestrische landschap vergroten.

De studie onderzoekt hoe de toevoer van fosfor en koolstof naar meren op elkaar inwerkt en de plantengroei beïnvloedt, ademhaling en voedselweb allochtonie - hoeveel van de biomassa van een organisme is afkomstig van bronnen op het land versus bronnen in het water.

In de studie, een team van acht onderzoekers beoordeelde de wetenschappelijke literatuur om datasets samen te stellen van het ecosysteemmetabolisme (bruto primaire productie en ademhaling in een meer) en voedselweballochtonie (hoeveel terrestrische bronnen het voedselweb voeden) van meren over de hele wereld. Terwijl eerdere studies metabolisme of allochtonie onafhankelijk onderzochten, deze studie is de eerste die ze tegelijkertijd vergelijkt over een groot aantal meren. Door de twee statistieken samen te brengen, de onderzoekers hadden een beter begrip van hoe meren reageren op veranderingen in zowel voedingsstoffen als koolstof.

"We ontdekten dat de meerderheid van onze relaties niet-lineair waren voor zowel metabolisme als allochtonie, ' zei Holgerson.

Bijvoorbeeld, de bruto primaire productie (de totale snelheid waarmee plantaardig materiaal wordt geproduceerd) nam lineair alleen toe bij tussenliggende niveaus van totaal fosfor. Op lage en hoge niveaus, toevoeging van fosfor veranderde de bruto primaire productie niet significant.

Vroeger, conventionele wijsheid zei dat een hogere externe input van terrestrische koolstof zou leiden tot meer allochtonie in het voedselweb. "Maar in plaats daarvan, we ontdekten dat de hoogste allochtonie intermediaire niveaus van koolstof en fosfor vereiste, Holgerson zei. "Om te voorspellen hoe meren zullen reageren op veranderingen in nutriënten- en koolstofbelastingen, we moeten de vormen van deze relaties begrijpen."

Omdat de dynamiek van meer niet lineair is, ze zei, het onderzoek wijst op mogelijke drempels voor verandering.

"Zonder rekening te houden met deze drempelverschuivingen en mogelijke interacties tussen koolstof en voedingsstoffen, we zouden de reactie van een meer op verandering onjuist voorspellen, " ze zei.

uiteindelijk, Holgerson zei, oplossingen voor eutrofiëring en bruin worden zullen inhouden dat de nutriënten- en koolstofbelasting naar meren wordt verminderd, die, hoewel in theorie eenvoudig, zijn moeilijk uit te voeren.