Flussmündungen sind in Zukunft mit höheren Nährstoffbelastungen konfrontiert

Dec 20, 2023

Eine neue Studie kommt zu dem Ergebnis, dass die Atlantikküste und die östliche Golfküste der Vereinigten Staaten in den kommenden Jahrzehnten wahrscheinlich einen deutlichen Anstieg der Nährstoffbelastung verzeichnen werden, wodurch diese Gebiete einem erhöhten Risiko für schädliche Algenblüten ausgesetzt sind.

Nährstoffbelastungen sind vor allem deshalb von Interesse, weil sie maßgeblich zu Algenblüten beitragen, die Risiken für die menschliche Gesundheit und die Umwelt darstellen.

Abhängig von der Algenart können Blüten Giftstoffe produzieren, die sowohl menschliches als auch tierisches Leben schädigen. Algenblüten tragen auch zu „toten Zonen“ bei, in denen das Wasser nur wenig Sauerstoff enthält, um ein gesundes Ökosystem zu unterstützen. Darüber hinaus können Algenblüten auch die Kosten für die Trinkwasseraufbereitung und für Industriezweige erhöhen, die auf sauberes Wasser angewiesen sind. Und das Risiko von Algenblüten steigt aufgrund der wärmeren Temperaturen im Zusammenhang mit dem globalen Klimawandel.

„Wir wissen, wie wichtig Nährstoffbelastungen für die Gesundheit von Ökosystemen sind, deshalb wollten wir Flussmündungen in den 48 angrenzenden Staaten bewerten, um festzustellen, wie anfällig diese Flussmündungen für erhöhte Nährstoffbelastungen sind“, sagt Lise Montefiore, Mitautorin eines Artikels zu dieser Arbeit und Postdoktorand an der North Carolina State University. „Im Wesentlichen bestand unser Ziel darin, mithilfe prädiktiver Modelle die durchschnittliche jährliche Nährstoffbelastung für Flussmündungen zwischen den Jahren 2035 und 2065 abzuschätzen. Wir konnten Bewertungen aller wichtigen Flussmündungen in den unteren 48 Bundesstaaten durchführen, mit Ausnahme der Mississippi-Mündung. "

„Einer der Gründe für diese Studie ist, dass es außerordentlich schwierig ist, ein Mündungsgebiet wiederherzustellen, sobald es eine erhöhte Nährstoffbelastung aufweist“, sagt Natalie Nelson, Mitautorin der Studie und Assistenzprofessorin für Bio- und Agrartechnik an der North Carolina Zustand. „Es ist effektiver, hohe Nährstoffbelastungen von vornherein zu verhindern, als Nährstoffbelastungsprobleme anzugehen, wenn sie erst einmal aufgetreten sind. Wir wollten politischen Entscheidungsträgern dabei helfen, herauszufinden, welche Systeme am stärksten gefährdet sind und erheblich von Erhaltungsbemühungen zur Verhinderung erhöhter Nährstoffbelastungen profitieren könnten.“ Ladungen."

Für die Studie stützten sich die Forscher sowohl auf historische Daten als auch auf bestehende Forschungsergebnisse, die Landnutzung und Klimabedingungen für die kontinentalen USA zwischen 2035 und 2065 vorhersagten. Diese Daten wurden dann in ein Modell integriert, das die jährliche durchschnittliche Stickstoff- und Phosphorbelastung für 112 Flussmündungen im Jahr vorhersagte die unteren 48 Staaten.

Die Forscher wandten das Modell auf die Zeiträume zwischen 1990 und 2020 sowie zwischen 2035 und 2065 an.

„Unser Ziel bei dieser Modellierung war es nicht, die spezifischen Nährstoffbelastungen für ein bestimmtes Mündungsgebiet zu ermitteln – dieses Modell ist nicht darauf ausgelegt, diesen Detaillierungsgrad zu liefern“, sagt Nelson. „Vielmehr bestand unser Ziel darin, herauszufinden, in welchen Flussmündungen die Nährstoffbelastung am wahrscheinlichsten am stärksten zunimmt. Das ist etwas, was dieses Modell gut kann.“

„Wir haben herausgefunden, dass in fast allen Flussmündungen ein Anstieg der Nährstoffbelastung zu verzeichnen ist“, sagt Montefiore. „Aber die höchsten Zuwächse scheinen in der Nordatlantikregion – die sich von Neuengland bis Virginia erstreckt – zu verzeichnen, wobei die größten Zuwächse in den Küstenregionen nördlich der Chesapeake Bay zu verzeichnen sind.“

Um die Modellierungsergebnisse in einen Zusammenhang zu bringen, bewerteten die Forscher auch die Empfindlichkeit jedes Flussmündungsgebiets gegenüber erhöhten Nährstoffbelastungen. Die Forscher stützten sich auf bestehende Forschungsergebnisse, um Flussmündungen danach zu klassifizieren, inwieweit sich ihr Zustand voraussichtlich verschlechtern würde, wenn ihre Nährstoffbelastung zunimmt.

Die Forscher bewerteten auch die „Anpassungskapazität“ jeder Flussmündung und berücksichtigten im Wesentlichen die in jeder Flussmündung verfügbaren Ressourcen, die die Behörden nutzen könnten, um die Nährstoffbelastung sinnvoll zu bewältigen. Zu diesen Faktoren gehörten Dinge wie staatliche Gesetze und Vorschriften, die Verfügbarkeit von Überwachungsdaten und die Menge an Feuchtgebieten in der Flussmündung. Je mehr Ressourcen zur Verfügung stehen, desto höher ist die Anpassungsfähigkeit des Ästuars.

„Die Berücksichtigung von Empfindlichkeit, Anpassungsfähigkeit und vorhergesagtem Anstieg der Nährstoffbelastung ermöglicht eine komplexere – und vollständigere – Einschätzung, welche Flussmündungen am anfälligsten sind“, sagt Nelson.

„Zum Beispiel wird die Nordatlantikregion wahrscheinlich den stärksten Anstieg der Nährstoffbelastung verzeichnen“, sagt Montefiore. „Aber die Flussmündungen in der Nordatlantikregion verfügen auch über eine große Anpassungsfähigkeit. Dadurch verfügt die Region über mehr Ressourcen als viele andere Regionen, die genutzt werden könnten, um den vorhergesagten Anstieg der Nährstoffbelastung zu reduzieren, wenn die Behörden in der Region dies wünschen.“ handeln."

„Außerdem weisen viele Flussmündungen im Nordatlantik bereits hohe Nährstoffbelastungen auf – daher ist nicht klar, ob ein weiterer Anstieg erhebliche Auswirkungen hätte“, sagt Nelson.

Diese übergreifende Bewertung verdeutlicht jedoch auch die Gefährdung der Flussmündungen an der Südatlantikküste und entlang der Ostküste des Golfs von Mexiko.

„Unsere Modellierung legt nahe, dass in diesen Regionen die Nährstoffbelastung erheblich zunehmen wird und dass mehrere Bundesstaaten in diesen Regionen eine relativ geringe Anpassungsfähigkeit aufweisen“, sagt Montefiore.

„Allerdings verfügen alle Staaten im Südatlantik und im östlichen Golf über beträchtliche Feuchtgebiete, die eine wertvolle natürliche Ressource zur Reduzierung der Nährstoffbelastung sein können“, sagt Nelson. „Wenn diese Staaten Maßnahmen ergreifen und Feuchtgebiete schützen, können sie möglicherweise den vorhergesagten Anstieg der Nährstoffbelastung abmildern.“

„Eine der wichtigsten Erkenntnisse aus dieser Arbeit ist, dass die Landnutzung eine wichtige Rolle bei der Nährstoffbelastung spielt – vielleicht größer, als viele Menschen im Vergleich zum Klimawandel erwarten würden“, sagt Montefiore. „Staatliche und regionale Beamte haben nur begrenzte Möglichkeiten, den Klimawandel zu beeinflussen, aber sie haben die Befugnis, Landnutzungsentscheidungen zu kontrollieren. Das bedeutet, dass sie in der Lage sind, dazu beizutragen, zukünftige Nährstoffbelastungen zu begrenzen und ihre Wasserressourcen zu schützen.“

Der Artikel „Vulnerability of Estuarine Systems in the Contiguous United States to Water Quality Change Under Future Climate and Land Use“ ist Open Access in der Zeitschrift Earth's Future veröffentlicht. Das Papier wurde von Adam Terando mitverfasst, einem Forschungswissenschaftler am US Geological Survey (USGS) und außerordentlichem Fakultätsmitglied an der NC State; und von Michelle Staudinger, Ökologin bei USGS und außerordentliches Fakultätsmitglied an der University of Massachusetts Amherst.

Die Arbeit wurde mit Unterstützung des US Geological Survey Southeast Climate Adaptation Science Center durchgeführt; ein Science to Action Fellowship des National Climate Adaptation Science Center unter der Fördernummer G18AC00336; ein Early-Career Research Fellowship des Gulf Research Program der National Academies of Science, Engineering, and Medicine; und das Hatch-Projekt 1016068 des National Institute of Food and Agriculture des US-Landwirtschaftsministeriums.

-Schiffsmann-

Hinweis für Redakteure:Die Zusammenfassung der Studie folgt.

„Anfälligkeit von Flussmündungssystemen in den angrenzenden Vereinigten Staaten gegenüber Wasserqualitätsänderungen unter künftigem Klima und Landnutzung“

Autoren: LR Montefiore und NG Nelson, North Carolina State University; MD Staudinger, US Geological Survey und University of Massachusetts Amherst; A. Terando, US Geological Survey und North Carolina State University

Veröffentlicht: 23. Februar, Die Zukunft der Erde

DOI: 10.1029/2022EF002884

Abstrakt: Es wird erwartet, dass Änderungen im Klima sowie in der Landnutzung und Landbedeckung (LULC) den Oberflächenwasserabfluss und die Nährstoffeigenschaften von Flussmündungseinzugsgebieten beeinflussen. Es ist jedoch kaum bekannt, inwieweit Flussmündungen unter künftigen Bedingungen anfällig für veränderte Nährstoffbelastungen sind. Die vorliegende Arbeit zielt darauf ab, diese Lücke durch die Entwicklung eines neuen Rahmens zur Gefährdungsbeurteilung zu schließen, der (a) die Mündungsexposition gegenüber prognostizierten Änderungen der Gesamtstickstoff- (TN) und Gesamtphosphorbelastungen (TP) als Funktion von LULC und Klimawandel berücksichtigt mehrere Szenarien, (b) Empfindlichkeit und (c) Anpassungsfähigkeit. Der Rahmen wurde auf 112 Flussmündungen und die dazugehörigen Wassereinzugsgebiete in den angrenzenden USA angewendet, um insbesondere die regionale Variabilität der Anfälligkeit der Flussmündungen gegenüber Nährstoffbelastungen zu untersuchen. Die Studienergebnisse zeigten, dass der stärkste Anstieg der Nährstoffbelastung im Flussmündungsgebiet in den Nord- und Südatlantikregionen sowie im östlichen Golf von Mexiko zu erwarten ist, während der geringste Anstieg in den Nord- und Südpazifikregionen sowie im westlichen Golf von Mexiko zu erwarten ist. Allerdings verfügten der Nordatlantik und der Südpazifik über die höchste Anpassungsfähigkeit, was potenziell den Auswirkungen von LULC und Klimawandel auf die Nährstoffbelastung entgegenwirken könnte. Als Funktion der Klimamodellprojektionen wurden starke Schwankungen bei den vorhergesagten Nährstoffbelastungen im Flussmündungsgebiet beobachtet, während prognostizierte LULC-Änderungen konsistenter mit erhöhten Belastungen verbunden waren. Unsere Ergebnisse veranschaulichen die Vorteile der Integration natürlicher und sozioökologischer Faktoren, um Möglichkeiten zur Entwicklung von Anpassungsplänen und -richtlinien zur Eindämmung der ökologischen Verschlechterung in lebenswichtigen Flussmündungen zu identifizieren.