Stigningen i nitrogen har forvandlet sargassum til verdens største skadelige algeopblomstring

I århundreder, pelagisk Sargassum, flydende brun tang, er vokset i vand med lavt næringsindhold i Nordatlanten, understøttet af naturlige næringsstoffer som ekskretioner fra fisk og hvirvelløse dyr, opwelling og nitrogenfiksering. Ved at bruge en unik historisk baseline fra 1980'erne og sammenligne den med prøver indsamlet siden 2010, forskere fra Florida Atlantic University's Harbor Branch Oceanographic Institute og samarbejdspartnere har opdaget dramatiske ændringer i kemien og sammensætningen af ​​Sargassum, transformerer denne levende levende organisme til en giftig "død zone".

Deres fund, udgivet i Naturkommunikation , tyder på, at øget kvælstoftilgængelighed fra naturlige og menneskeskabte kilder, herunder spildevand, støtter opblomstring af Sargassum og gør et kritisk planteskolehabitat til skadelig algeopblomstring med katastrofale konsekvenser for kystnære økosystemer, økonomier, og menneskers sundhed. Globalt set skadelig algeopblomstring er relateret til øget næringsstofforurening.

Studiet, ledet af FAU Havneafdeling, i samarbejde med University of South Florida, Woods Hole Oceanographic Institution, University of Southern Mississippi, og Florida State University, blev designet til bedre at forstå virkningerne af nitrogen- og fosforforsyning på Sargassum. Forskere brugte et baseline vævsdatasæt af kulstof (C), nitrogen (N) og fosfor (P) og molære C:N:P forhold fra 1980'erne og sammenlignede dem med nyere prøver indsamlet siden 2010.

Resultater viser, at procentdelen af ​​vævs-N steg signifikant (35 procent) samtidig med et fald i procentdelen af ​​fosfor (42 procent) i Sargassum-væv fra 1980'erne til 2010'erne. Grundstofsammensætningen varierede betydeligt over langtidsstudiet, ligesom C:N:P-forholdene. Især den største ændring var nitrogen:fosfor-forholdet (N:P), som steg markant (111 procent). Kulstof:fosfor-forhold (C:P) steg også tilsvarende (78 procent).

"Data fra vores undersøgelse understøtter ikke kun en primær rolle for fosforbegrænsning af produktiviteten, men antyder også, at fosfors rolle som begrænsende næringsstof bliver styrket af de relativt store stigninger i miljømæssig kvælstofforsyning fra landjordisk afstrømning, atmosfæriske input, og muligvis andre naturlige kilder såsom nitrogenfiksering, " sagde Brian Lapointe, Ph.d., senior forfatter, en førende ekspert i Sargassum og en forskningsprofessor ved FAU Havneafdeling.

I alt 488 vævsprøver af Sargassum blev indsamlet under forskellige forskningsprojekter og krydstogter i det nordatlantiske bassin mellem 1983-1989 og for nylig mellem 2010-2019, og omfattede sæsonbestemt prøvetagning ud for Looe Key-revet i det nedre Florida Keys (1983 og 1984) og en bredere geografisk prøveudtagning (1986 og 1987) ud for Florida Keys, Golfstrømmen (Miami, Charleston og Cape Fear), og Belize, Mellemamerika. Oceaniske stationer omfattede de nordlige, det centrale og sydlige Sargassohav.

Den højeste procentdel af væv N forekom i kystnære farvande påvirket af nitrogenrig terrestrisk afstrømning, mens lavere C:N- og C:P-forhold forekom om vinteren og foråret under høje flodudledninger. Det overordnede interval for N:P-forhold var 4,7 til 99,2 med den højeste middelværdi i det vestlige Florida Bay (89,4) efterfulgt af steder i Den Mexicanske Golf og Caribien. De laveste N:P-forhold blev observeret i det østlige Caribien ved St. Thomas (20,9) og Barbados (13,0).

På grund af menneskeskabte emissioner af nitrogenoxider (NO _x ), NEJ _x aflejringshastigheden er omkring fem gange større end den før-industrielle tid, hovedsagelig på grund af energiproduktion og biomasseafbrænding. Produktionen af ​​syntetisk gødning nitrogen er ni-doblet, mens den for fosfat er tredoblet siden 1980'erne, hvilket har bidraget til en global stigning i N:P-forhold. Især 85 procent af alle syntetiske nitrogengødninger er blevet fremstillet siden 1985, hvilket var kort efter, at baseline Sargassum prøveudtagning begyndte ved Looe Key i 1983.

"Over sin brede udbredelse, det nydannede Great Atlantic Sargassum Bælte kan understøttes af nitrogen- og fosfortilførsler fra en række forskellige kilder, herunder udledninger fra Congo, Amazon og Mississippi floder, opsving ud for Afrikas kyst, lodret blanding, ækvatorial opstrømning, atmosfærisk aflejring fra Saharas støv, og biomasseafbrænding af vegetation i det centrale og Sydafrika, " sagde Lapointe.

Langsigtede satellitdata, numeriske partikelsporingsmodeller, og feltmålinger indikerer, at det store atlantiske Sargassum-bælt er gentaget årligt siden 2011 og udvidet til 8, 850 kilometer fra Afrikas vestkyst til den Mexicanske Golf, toppede i juli 2018.

"I betragtning af de negative virkninger, som Det Store Atlantiske Sargassum-bælt har på kystsamfundene i Afrika, Caribien, Den Mexicanske Golf og det sydlige Florida, der er et presserende behov for mere forskning for bedre at informere samfundets beslutningstagning vedrørende afbødning og tilpasning af de forskellige terrestriske, oceanisk, og atmosfæriske drivere af Sargassum-blomstringen, " sagde Lapointe.

Sargassum fjernelse fra Texas strande under tidligere, mindre alvorlige oversvømmelser blev anslået til 2,9 millioner dollars om året, og Floridas Miami-Dade County alene anslåede nylige fjernelsesudgifter på 45 millioner dollars om året. Den caribiske oprydning i 2018 kostede 120 millioner dollars, som ikke omfatter faldende indtægter fra tabt turisme. Sargassum-strandinger påvirker også livet i havet og forårsager luftvejsproblemer fra forrådnelsesprocessen og andre menneskers sundhedsproblemer, såsom øget fækale bakterier.

"Menneskelige aktiviteter har i høj grad ændret det globale kulstof, nitrogen, og fosforkredsløb, og nitrogentilførsler betragtes nu som 'højrisiko' og over en sikker planetarisk grænse, " sagde Lapointe. "Baseret på videnskabelig forskning, befolkningstilvækst og ændringer i arealanvendelsen har øget kvælstofforurening og nedbrydning af flodmundinger og kystvande siden mindst 1950'erne. På trods af fald i kvælstofbelastningen i nogle kystnære vandskel, N:P-forhold forbliver forhøjede i mange floder sammenlignet med historiske værdier. Tendensen mod højere N:P-forhold i de store floder i Atlanterhavsområdet er parallel med de øgede N:P-forhold, vi nu ser i Sargasum."