Strømme kan være sensorer

Forskere ved Michigan State University har vist, at vandløb kan være vigtige sundhedsindikatorer for en regions landskab, men måden, de overvåges på, kan forbedres.

Ny forskning præsenteret i Økologibreve viser, hvordan vandløb kan bruges som sensorer til at diagnosticere et vandskels følsomhed eller modstandsdygtighed over for ændringer i arealanvendelsespraksis, herunder langvarig brug af kunstgødning. Brug af strømme som sensorer - specifikt, nær hovedvandene - kan tillade videnskabsmænd, landbrugsforvaltere og landmænd til at diagnosticere, hvilke vandskel der kan udvikles mere bæredygtigt til fødevareproduktion, sagde Jay Zarnetske, MSU jord- og miljøforsker og medforfatter til undersøgelsen.

"Vi var overraskede over at se, at vandløbene var gode sensorer for langsigtede næringsstofforhold, " sagde han. "Vores metoder viser, at vi kan lære meget af et relativt lille antal prøver, hvis de indsamles mere strategisk, end den nuværende praksis for forvaltning af vandskel tilsiger. Denne forståelse er afgørende for at beskytte akvatiske økosystemer og sikre menneskelig vandsikkerhed."

Menneskelig aktivitet, især landbruget, har forurenet ferskvandsøkosystemer over hele planeten, forårsager massiv økologisk og økonomisk skade. Overskydende næringsstoffer fra gødning og fossilt brændstof kan udløse giftige cyanobakterieopblomstringer og ekspansive hypoksiske døde zoner, underminere økosystemernes kapacitet til at levere den mad og vand, der opretholder menneskelige samfund, Zarnetske tilføjede.

Til studiet, Ben Abbott, tidligere på MSU og nu på Brigham Young University, ledet et internationalt hold i en kulturelt og historisk vigtig region i Frankrig. Området, som har set næsten et årtusinde med landbrugsaktivitet, fungerer som en model for, hvordan stigende brug af kvælstof og fosforgødning har varige indvirkninger på vandskel.

"Manipulationen af ​​fosfor og nitrogen i landskabet er en af ​​de største trusler mod menneskehedens skæbne og resten af ​​livet på denne planet, " sagde Zarnetske. "De fleste mennesker har ingen idé om, at den menneskelige manipulation af fosfor- og nitrogenkredsløbet finder sted, påvirker næsten alle steder på planeten og er en af, hvis ikke den største, nuværende trussel mod menneskehedens skæbne."

Der er dramatiske luftfotos af algeopblomstringer, der vokser ved mundingen af ​​vandløb, der løber ud i vandmasser, såsom Lake Erie. Imidlertid, det meste kulstof og næringsstoffer kommer ind i vandvejene opstrøms, ved udløbene. Så i stedet for at prøve at diagnosticere problemer ved munden, en mere effektiv måde at løse problemet på ville være at prøve mange områder tættere på udspringene.

"I bund og grund, i stedet for at stå i en stor å langt fra udspringene og observere, hvad der flyder forbi os gennem tiden, "Zarnetske sagde, "Vi illustrerer, at det kan være meget mere informativt periodisk at rejse rundt i regionen og tage prøver fra de mindste til de største vandløb i vandskellet."

Holdet fandt ud af, at hver lille strøms kemi svingede meget på grund af ændringer i temperatur, vandgennemstrømning og andre faktorer. Der var orden i variabiliteten, imidlertid, da der var synkronisering i adfærden for hver lille strøm og dens rolle i kemien i det større flodsystem.

"Det var uventet, " sagde Abbott. "Noget overraskende, vi fandt ud af, at en enkelt prøveudtagning af udspring på et hvilket som helst tidspunkt af året giver en masse information om, hvor næringsstoffer kommer fra, og hvor man kan målrette genopretningsindsatsen."

Fremtidig forskning vil anvende disse metoder globalt, til forskellige landbrugsvandskel og skovklædte landskaber, der oplever skiftende nedbørsmønstre. For eksempel, Zarnetske vil studere udspring i det nordvestlige Stillehav og de hurtigt opvarmende og tøende landskaber i Arktis.

De nye metoder kan også hjælpe med at styre indsatsen med at udvælge de mest passende steder for bæredygtigt landbrugsjord og udvikling eller identificere vandskelreaktioner på global opvarmning, som dem i Arktis.

arktiske landskaber, hvor jorden overvejende er frossen, tøer hurtigt op på grund af hurtig klimatisk opvarmning. Når arktisk is og permafrost smelter, de frigiver sediment og næringsstoffer til floder og have. Mens virkningerne af disse stadig mere grumsede vand og næringsstoffer er ukendte, deres nye tilgang kan udvikle en baseline for at begynde at overvåge deres indvirkning.