Nahe der Grenze zwischen Florida und Georgia treffen die Flüsse Chattahoochee und Flint zusammen und werden zum Apalachicola River, der Süßwasser und Nährstoffe flussabwärts zur Apalachicola Bay transportiert.
Neue Forschungsarbeiten unter der Leitung von Ebrahim Ahmadisharaf, Assistenzprofessor am FAMU-FSU College of Engineering, untersuchten, wie sich Dürre und Wassermenge im Einzugsgebiet des Unterlaufs des Apalachicola River auf Stickstoff und Phosphor auswirken, wichtige Nährstoffe für ein gesundes aquatisches Ökosystem. Die Studie wurde veröffentlicht in Wasserforschung.
„In Wassereinzugsgebieten wie diesem, die flussaufwärts reguliert werden, hilft uns das Wissen, wie das Ökosystem auf Veränderungen reagiert, dabei, es effektiv zu managen“, sagt Ahmadisharaf, der auch Forscher am Resilient Infrastructure & Disaster Response Center (RIDER) ist. „Wir können das System regulieren, um negative Folgen zu vermeiden, darunter auch solche, die möglicherweise langanhaltend sind.“
Das Forschungsteam untersuchte 20 Jahre lang Nährstoffdaten, die vom Apalachicola National Estuarine Research Reserve gesammelt wurden, einer national geschützten Naturschutzorganisation, die von der National Oceanic and Atmospheric Administration finanziert und vom Florida Department of Environmental Protection verwaltet wird.
Die Forscher analysierten außerdem Daten zur Wasserabflussrate eines Messgeräts des US Geological Survey, um Dürre- und Flussströmungsbedingungen zu charakterisieren. Diese Daten verglichen sie mithilfe statistischer Analysen mit Aufzeichnungen über Nährstoffe im Wasser. So konnten sie die Auswirkungen von Dürren und Flussströmungsmustern auf Nährstoffe in verschiedenen Dürrephasen sowie in Kurz- und Langzeitperioden nach dem Ende von Dürren untersuchen.
Phosphorwerte
Einer der Nährstoffe, die die Forscher untersuchten, war gelöster anorganischer Phosphor. Zu Beginn von Dürren neigen die Phosphorwerte dazu, leicht anzusteigen, und die Spanne dieser Werte verringert sich normalerweise. Wenn Dürren andauern und schlimmer werden, nimmt die Variabilität der Phosphorwerte zu und der Durchschnittswert sinkt. Nach Dürren, wenn der Wasserdurchfluss zunahm, erholten sich die Phosphorwerte in den Flüssen aufgrund des „Spüleffekts“, bei dem Nährstoffe vom Land in die Flüsse gespült wurden, schnell wieder. Drei aufeinanderfolgende Dürren in den Flüssen innerhalb der letzten 20 Jahre hatten langfristige Folgen für den Phosphorexport. Beispielsweise stieg der Phosphorgehalt bei hohen Strömungen von 2003 bis 2021 um 35 %, was die flussabwärts gelegenen Flussmündungen mit übermäßigen Nährstoffwerten, erhöhtem Mikroorganismenwachstum und niedrigeren Werten an gelöstem Sauerstoff bedrohte.
Stickstoffwerte
Die Forscher untersuchten auch die Veränderungen des gelösten anorganischen Stickstoffs. Die Auswirkungen der Dürre auf den Stickstoffgehalt variierten stärker, wobei die Veränderungen eher mit der Schwere der Dürre und ihrem Zeitpunkt in der Regen- oder Trockenzeit zusammenhingen. Nach dem Ende der Dürre erholten sich die Stickstoffwerte wieder, aber ihre Dynamik innerhalb der Fließmuster der Flüsse änderte sich. So stiegen die Stickstoffwerte bei niedrigen Strömungen beispielsweise höher als bei hohen Strömungen. Vor und während Dürren beobachteten die Forscher das umgekehrte Muster.
In einem Ökosystem wie auch in der Medizin kommt es auf die richtige Dosis an. Stickstoff und Phosphor sind wichtige Nährstoffe für das Wachstum von Pflanzen und Tieren. Aber zu viel dieser Nährstoffe verursacht Probleme wie schädliche Algenblüten, die gelösten Sauerstoff verbrauchen und Giftstoffe produzieren.
Der schnelle Anstieg des Phosphorgehalts nach Dürreperioden könne zu einem vorübergehenden Überschuss im Ökosystem flussabwärts führen, der wiederum Algenblüten und Fischsterben zur Folge hätte und gesundheitliche Probleme mit sich bringen würde, sagte Ahmadisharaf.
Ihre Ergebnisse geben den Forschern ein detaillierteres Verständnis des Apalachicola River und seines Einzugsgebiets. Die Auswirkungen einer Dürre können örtlich spezifisch sein, daher ist eine detaillierte Untersuchung des Flusses von entscheidender Bedeutung.
„Diese Erkenntnisse geben uns ein besseres Verständnis dafür, wie wir den Nährstoffgehalt besonders während und nach Dürren sorgfältig steuern können, um ökologische Probleme zu vermeiden“, sagte Ahmadisharaf. „Da der Klimawandel den Zeitpunkt, die Schwere und die Dauer von Dürren beeinflusst, ist diese Studie wichtig, um die Klimaresilienz aus der Perspektive der Küstenwasserqualität zu untersuchen.“
Weitere Informationen:
Sumon Hossain Rabby et al., Dynamische Unterschiede im anorganischen Stickstoff- und Phosphorfluss in Ästuarsysteme unter verschiedenen Strömungsregimen und Abflussdürren, Wasserforschung (2024). DOI: 10.1016/j.watres.2024.122238