Überschüssige Nährstoffe führen zu dramatischen Ökosystemveränderungen in der Waquoit Bay von Cape Cod

Als die COVID-19-Pandemie im Jahr 2020 mit den damit verbundenen Reisebeschränkungen zuschlug, dachte Matthew Long, seine Studenten könnten ihre Forschungsprojekte im Ausland verlagern, um stattdessen das Ökosystem der Seegraswiesen in Waquoit Bay zu untersuchen. Es handelt sich um eine flache Mikro-Gezeitenmündung an der Südseite von Cape Cod in Massachusetts, in der Nähe der Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), wo Long als assoziierter Wissenschaftler in der Abteilung für Meereschemie und Geochemie tätig ist.

Als Long und seine Schüler jedoch nach Seegraswiesen suchten, wo er sie in den Vorjahren gesehen hatte, gab es nur ein paar Triebe des sterbenden Seegrases Zostera marina, einer Seegrasart.

Dies veranlasste Long und Jordan Mora, einen Ökologen für die Wiederherstellung von Cape Cod, dazu, jahrzehntelange lokale Umweltüberwachungsdaten zu analysieren, um herauszufinden, was mit der Flussmündung passiert ist. Sie stellten fest, dass sich die Waquoit Bay aufgrund menschlicher Ursachen, einschließlich eines übermäßigen Eintrags von Nährstoffverschmutzung zusammen mit dem Klimawandel, von einem benthischen zu einem pelagisch dominierten Ökosystem gewandelt hat.

Diese Störung des Ökosystems von Waquoit Bay gibt laut den Forschern Anlass zu großer Besorgnis über das Schicksal der Küstenmündungen weltweit.

Darüber hinaus weisen die Forscher darauf hin, wie wichtig es ist, Langzeitüberwachungsdaten zu nutzen und zu analysieren, um die Veränderungen in der Waquoit Bay und möglicherweise auch in anderen Flussmündungen besser zu verstehen.

Die Wasserqualität und die allgemeine Gesundheit von Flussmündungen verschlechtern sich weiterhin aufgrund überschüssiger Nährstoffe aus ausgelaugten Abwassersystemen, landwirtschaftlichem Abfluss und anderen anthropogenen Quellen, stellen die Forscher fest. Darüber hinaus verschärfen sich erwärmende Wassertemperaturen aufgrund des Klimawandels, insbesondere im Nordosten der Vereinigten Staaten, das Problem der Stickstoffbelastung, indem sie den Gehalt an gelöstem Sauerstoff verringern und den mikrobiellen Stoffwechsel beschleunigen, wodurch der Sauerstoffgehalt weiter verringert wird.

„Diese Verschiebung hin zu einer pelagischen Dominanz in der Waquoit Bay könnte darauf hindeuten, dass andere eutrophe und sich erwärmende Flussmündungen in Zukunft ebenfalls zu einer pelagischen Dominanz wechseln könnten, da sich der Nordosten der USA am schnellsten erwärmt“, heißt es in „Deoxygenation, Acidification and Warming in Waquoit Bay“. , US, and a Shift to Pelagic Dominance“, ein von Long und Mora gemeinsam verfasster Artikel, veröffentlicht in Mündungen und Küsten.

„Die Bandbreite der Stickstoffbelastung in den Wassereinzugsgebieten der Waquoit Bay ist vergleichbar mit der Bandbreite der Stickstoffbelastung in 90 % der Mündungsgebiete der Welt, was es zu einem idealen Standort für die Untersuchung der Auswirkungen der Eutrophierung macht.“

Die Wissenschaftler stellen fest, dass ihre Forschungsergebnisse in der Waquoit Bay „die Beiträge des globalen Wandels oder der Eutrophierung zum Rückgang der Flussmündungen nicht entwirren können. Sie weisen jedoch auf einen möglichen kombinierten Effekt hin, der dazu führen könnte, dass andere ähnliche Flussmündungen in Zukunft vom pelagischen Stoffwechsel dominiert werden. und die daraus resultierenden schädlichen Auswirkungen von schädlichen Algenblüten, Hypoxie und dem Verlust der Artenvielfalt und der Ökosystemfunktion.

Die Analysen der Forscher zeigten kürzliche und unerwartet große Anstiege der Chlorophyll a-Konzentration, ein Indikator für Mikroalgenblüten, in der Wassersäule im gesamten Mündungsgebiet, was mit einer anhaltenden Abnahme der Makroalgendichte auf dem Grund des Mündungsgebiets zusammenfiel. Darüber hinaus zeigten die Analysen unter anderem einen Temperaturanstieg in den letzten 20 Jahren und einen signifikanten Rückgang des Sauerstoff- und pH-Werts.

Die Analysen stützten sich auf Langzeitüberwachungsdaten, die über Jahrzehnte aus zwei Überwachungsprogrammen gesammelt wurden, die vom Waquoit Bay National Estuarine Research Reserve koordiniert wurden, einschließlich des systemweiten Überwachungsprogramms des Reservats und der Waquoit BayWatchers, von denen letzteres eine bürgerwissenschaftliche Wasserqualitätsüberwachung ist Programm.

Eines der Hauptziele der aktuellen Studie war laut dem Papier die Anwendung von Zeitreihenanalysetechniken und umfangreichem Wissen über die Geschichte der Überwachungsprogramme, um langfristige Trends in der Wasserqualität aufzudecken. „Diese Methoden können auf andere Überwachungsdaten angewendet werden, um das aus ähnlichen Überwachungsprogrammen gewonnene Wissen zu erweitern, unser Verständnis der Biogeochemie der Mündungsgebiete zu verbessern und die Reaktionen der Mündungsgebiete auf langfristige Veränderungen zu untersuchen“, heißt es in dem Papier.

Laut Long bietet Seegras eine Reihe von Vorteilen für das Ökosystem, darunter die Stabilisierung von Sedimenten und das Angebot von Lebensraum für eine Vielzahl von Organismen. Darüber hinaus ist Seegras ein guter Indikator für eine gute Wasserqualität in Mündungsgebieten und dient auch als Kohlenstoffsenke.

„Die Kohlenstoffspeicherung ist weltweit äußerst wichtig, und wir versuchen aktiv, Wege zu finden, Kohlenstoff zu speichern und zu binden. Seegraswiesen stellen eine wirklich bedeutende und effiziente Kohlenstoffspeichersenke dar“, sagte Long. „Lassen Sie uns die Seegraswiesen und die Kohlenstoffbindung, die wir bereits eingerichtet haben, nicht verlieren, und lassen Sie uns die Seegraswiesen aktiv erhalten und wiederherstellen. Mit dem Verlust von Seegraswiesen, wie wir ihn in Waquoit Bay gesehen haben, geben wir aktiv ab dieser Kohlenstoff zurück in die Atmosphäre.“

Long fügte hinzu, dass die Verwendung von Umweltüberwachungsdaten dazu beigetragen habe, die Geschichte des Wechsels von einem von Seegras dominierten System zu einem von Makroalgen dominierten System von den 1980er Jahren bis heute in Waquoit Bay zusammenzusetzen. Ohne die Langzeitdaten seien allmähliche Änderungen am System schwieriger zu erkennen, sagte er.

„Dieses Papier ist nicht nur bedeutsam, weil es zeigt, dass die Flussmündungen im Süden von Cape Cod und allgemeiner im Nordosten der USA in eine neue Stufe der Degradation eintreten, auf der nicht einmal Makroalgen oder Algen überleben können, sondern auch, weil es klare Beweise dafür liefert Langzeitüberwachungsprogramme sind äußerst wichtig und es lohnt sich, sie aufrechtzuerhalten“, sagte Mora, der 10 Jahre lang im Waquoit Bay National Estuarine Research Reserve arbeitete und mit Gastwissenschaftlern, Freiwilligen und anderen Mitarbeitern Daten zur Wasserqualität und zur Unterwasservegetation sammelte und Zeuge der schrittweisen Rückgang der Lebensraumqualität aus erster Hand.

„Meine Hoffnung ist, dass dieses Papier durch das Aufzeigen der Auswirkungen steigender Temperaturen auf bereits geschädigte Systeme dazu beitragen wird, lokale und regionale Managementdiskussionen zu erleichtern und die Entscheidungsfindung zu beschleunigen, die erforderlich ist, um die Nährstoffüberlastung in unseren Flussmündungen zu mindern“, fügte Mora hinzu.

Das Papier stellt fest, dass „es dringend erforderlich ist, sich mit der Abwasserentsorgung zu befassen, um das Mündungsgebiet zu verbessern, insbesondere angesichts globaler Veränderungen.“

Long sagte jedoch, wenn lokale Stressoren, einschließlich Nährstoffverschmutzung, angegangen werden können und wenn wir die Kohlenstoffemissionen reduzieren und die globale Erwärmung und die Menge an Kohlenstoff, die in den Ozean diffundiert, verlangsamen können, „könnten wir diese Situation umkehren, bevor sie passiert viele ähnliche Mündungssysteme auf der ganzen Welt, erhalten die wertvollen ökologischen Funktionen von Seegraswiesen und ermöglichen ihr Potenzial zur Kohlenstoffspeicherung.