Orkanoversvømmelser påvirker Lumbee River Basin

Da den globale befolkning er eksploderet i løbet af det sidste århundrede, nitrogen er blevet en af ​​de mest almindelige vandforurenende stoffer i verden.

Nitrogenforurening stammer hovedsageligt fra menneskerelaterede kilder såsom bilemissioner, gødning, husdyraffald og byafstrømning. I årtier, Forskere har observeret nitrogenkoncentrationer stigende i vandområder rundt om i verden, men især i udviklede lande. Overfloden af ​​kvælstof i naturligt vand fører til negative indvirkninger på vandkvaliteten, herunder skadelig algeopblomstring og fiskedræbning, som har negative virkninger på downstream-økonomier og økosystemer.

Heldigvis, mange akvatiske og vådområders økosystemer kan fjerne noget af dette kvælstof, før det bliver til gene for nedstrøms miljøer. Planterne og mikroorganismerne i disse økosystemer fjerner naturligt nitrogen fra floder og vandløb, til gavn for kystfiskeri og flodmundinger. Imidlertid, disse organismer kan være følsomme over for miljøforstyrrelser. Ved store oversvømmelser, for eksempel, vegetation kan rives op med rode fra vådområder og mikrobielle måtter kan skures fra åsenge. Disse og andre forstyrrelser kan have store konsekvenser for nitrogenkredsløbet.

Oversvømmelser påvirker nitrogenforarbejdning i Lumbee River Basin

I 2016 Orkanen Matthew bragte enorme og ødelæggende oversvømmelser til Lumbee-floden, beliggende i det sydøstlige North Carolina. Da oversvømmelsesvandet spredte sig langt ud over den eksisterende flodslette, både byer og landbrugsjord blev oversvømmet. Ukendte mængder af affald og forurenende stoffer blev transporteret nedstrøms.

Fordi oversvømmelser fra orkanen Matthew var så meget større end noget andet, som Lumbee-floden havde oplevet i observationsregistret, eller i lokale beboeres mundtlige og skriftlige historier, oversvømmelsen havde ukendte konsekvenser for flodens nitrogenkredsløb. Sammen med min rådgiver, Ryan Emanuel, Jeg antog, at økosystemer, der er ansvarlige for fjernelse af nitrogen fra overfladevand, kan være blevet beskadiget eller ændret på måder, der påvirkede hastigheden af ​​nitrogenfjernelse.

For at teste vores hypotese, vi sporede ændringer i flodens evne til at fjerne nitrogen i en af ​​dens uorganiske former, nitrat. Vi målte nitratkoncentrationer i vandprøver, der blev opsamlet langs tre områder af floden i flere måneder før og efter orkanen Matthew. Vi kombinerede disse målinger med andre data fra floden for at beregne nitrogenoptagelseshastigheder for undersektioner af hver rækkevidde. For to af rækkevidde, gennemsnitlige nitrogenoptagelseshastigheder ændrede sig ikke nævneværdigt efter orkanen Matthew. For den tredje rækkevidde, den gennemsnitlige hastighed for kvælstofoptagelse faldt en smule efter oversvømmelsen.

Mere interessant, vi fandt, at variationen i nitrogenoptagelse inden for hver rækkevidde steg væsentligt efter orkanen Matthew. Vi mener, at disse forskelle kan stamme fra forstyrrelser påført vådområders vegetation og mikrobielle måtter, som aktivt fjerner kvælstof fra vandløbet. Disse samfund blev ikke helt skuret væk af stormen, men oversvømmelser kan have påvirket dem nok til at skabe pletter langs floden, der var særligt effektive (eller ineffektive) til at fjerne nitrat. Som tiden gik, variabiliteten i nitrogenoptagelse syntes at falde inden for hver rækkevidde. Den ændrede adfærd af nitrogenoptagelse efter orkanen Matthew rejser interessante spørgsmål for fremtidig forskning.

Efter store oversvømmelser som dem forårsaget af orkanen Matthew og, for nylig, Orkanen Firenze, lokale og føderale regeringer lægger større vægt på sårbare samfund, der bor på oversvømmelsesområder eller i andre lavtliggende områder. Denne opmærksomhed er passende rettet, da disse samfund ofte er utilstrækkeligt rustet til at komme sig efter oversvømmelser og tilpasse sig skiftende klima.

Imidlertid, orkanrelaterede oversvømmelser kan også påvirke usete økosystemprocesser, der er ansvarlige for at afbøde nitrogenforurening i overfladevand. Det er derfor bydende nødvendigt, at vi forstår, hvordan store oversvømmelser kan påvirke behandlingen af ​​kvælstof og andre forurenende stoffer.

Dette gælder især i lyset af nuværende fremskrivninger om, at orkaner som Matthew og Florence vil blive mere almindelige, bringer katastrofale oversvømmelser med sig. Når vi forstår ekstreme oversvømmelser og deres påvirkninger mere fuldt ud, vi kan få et klarere billede af, hvordan økologiske processer, herunder nitrogenfjernelse fra vandløb, opføre sig i de efterfølgende måneder og år. Vil nitrogenbehandling vende tilbage til tilstanden før orkanen eller skifte til en alternativ tilstand? Fremtidig forskning vil hjælpe med at besvare dette og andre spørgsmål relateret til vandkvalitet i en æra med globale forandringer.