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Pourquoi l'oxygène est-il utilisé dans l'eutrophisation?

Pourquoi l'oxygène est-il utilisé dans l'eutrophisation?


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Cela semble probablement assez stupide, mais les proliférations d'algues ne produiraient-elles pas beaucoup d'oxygène ? Bien qu'ils s'éteignent et que les décomposeurs consomment de l'oxygène, est-ce plus que ce que les algues produisent ?


Les algues produisent de l'O2 dans la couche supérieure d'eau, mais lorsqu'elles meurent, elles cessent de produire de l'O2. Ils coulent sur le fond marin et la plupart sont décomposés par les bactéries présentes sur le fond marin. Dans ce processus, les bactéries utilisent l'O2 contenu dans la couche d'eau inférieure, ce qui diminue la concentration d'O2 dissous dans l'eau inférieure.

Ces concepts (et bien plus encore !) sont bien décrits dans l'excellent article en libre accès de Rabalais et al. (2010) Dynamique et distribution de l'hypoxie naturelle et d'origine humaine. Il comprend également des études de cas de zones touchées par l'hypoxie et l'eutrophisation dans le monde. A lire absolument si ce sujet vous intéresse !


Comme vous le supposez, l'oxygène est consommé par les décomposeurs. De la page Wikipédia sur l'eutrophisation :

Le phosphore est un nutriment nécessaire à la vie des plantes et constitue le facteur limitant de la croissance des plantes dans de nombreux écosystèmes d'eau douce. L'ajout de phosphore augmente la croissance des algues, mais tous les phosphates ne nourrissent pas réellement les algues.[2] Ces algues assimilent les autres nutriments nécessaires aux plantes et aux animaux. Lorsque les algues meurent, elles coulent au fond où elles sont décomposées et les nutriments contenus dans la matière organique sont transformés sous forme inorganique par les bactéries. Le processus de décomposition utilise de l'oxygène et prive les eaux plus profondes d'oxygène qui peut tuer les poissons et autres organismes.


Eutrophisation

Eutrophisation (du grec eutrophos, "bien nourri") [1] est le processus par lequel une masse d'eau entière, ou des parties de celle-ci, s'enrichit progressivement de minéraux et de nutriments. Les plans d'eau avec des niveaux de nutriments très faibles sont appelés oligotrophes et ceux avec des niveaux de nutriments modérés sont appelés mésotrophes. L'eutrophisation avancée peut également être appelée dystrophique et hypertrophique conditions. [2]

Avant l'intervention humaine, il s'agissait et continue d'être un processus naturel très lent au cours duquel les éléments nutritifs, en particulier les composés phosphorés et la matière organique, s'accumulent dans les plans d'eau. [3] Ces nutriments proviennent de la dégradation et de la dissolution des minéraux dans les roches et de l'effet des lichens, des mousses et des champignons qui nettoient activement les nutriments des roches. [4] L'eutrophisation anthropique ou culturelle est souvent un processus beaucoup plus rapide dans lequel des nutriments sont ajoutés à un plan d'eau à partir d'une grande variété d'intrants polluants, y compris les eaux usées non traitées ou partiellement traitées, les eaux usées industrielles et les engrais issus des pratiques agricoles. Pollution par les nutriments, une forme de pollution de l'eau, est une cause principale d'eutrophisation des eaux de surface, dans laquelle un excès de nutriments, généralement de l'azote ou du phosphore, stimule la croissance des algues et des plantes aquatiques.

L'effet visible de l'eutrophisation est souvent la prolifération d'algues nuisibles qui peuvent entraîner une dégradation écologique substantielle des plans d'eau et des cours d'eau associés. [5] Ce processus peut entraîner un appauvrissement en oxygène du plan d'eau après la dégradation bactérienne des algues. [6]

L'eutrophisation dans les systèmes d'eau douce est presque toujours causée par un excès de phosphore. [7] L'humanité a multiplié par quatre le taux de cycle du phosphore sur Terre, principalement en raison de la production et de l'application d'engrais agricoles. Entre 1950 et 1995, environ 600 000 000 de tonnes de phosphore ont été appliquées à la surface de la Terre, principalement sur les terres cultivées. [8]


Qu'est-ce que l'eutrophisation ?

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VIDÉO : Qu'est-ce que l'eutrophisation ? Voici un aperçu en une minute. Transcription

L'eutrophisation est un grand mot qui décrit un gros problème dans les estuaires du pays. Les proliférations d'algues nuisibles, les zones mortes et la mortalité des poissons sont le résultat d'un processus appelé eutrophisation, qui se produit lorsque l'environnement s'enrichit de nutriments, augmentant la quantité de plantes et d'algues qui poussent dans les estuaires et les eaux côtières.

Soixante-cinq pour cent des estuaires et des eaux côtières des États-Unis contigus qui ont été étudiés par les chercheurs sont modérément à gravement dégradés par des apports excessifs de nutriments. Des nutriments excessifs entraînent des proliférations d'algues et des eaux pauvres en oxygène (hypoxiques) qui peuvent tuer les poissons et les herbiers marins et réduire les habitats essentiels du poisson. Bon nombre de ces estuaires abritent également des populations de mollusques bivalves (p.

L'eutrophisation déclenche une réaction en chaîne dans l'écosystème, à commencer par une surabondance d'algues et de plantes. L'excès d'algues et de matières végétales finit par se décomposer, produisant de grandes quantités de dioxyde de carbone. Cela abaisse le pH de l'eau de mer, un processus connu sous le nom d'acidification des océans. L'acidification ralentit la croissance des poissons et des crustacés et peut empêcher la formation de coquilles chez les mollusques bivalves. Cela conduit à une réduction des prises pour les pêches commerciales et récréatives, ce qui signifie des récoltes plus petites et des fruits de mer plus chers.

Le saviez-vous?

En septembre 2017, le gouverneur de New York, Andrew M. Cuomo, a annoncé un effort de 10,4 millions de dollars pour améliorer la qualité de l'eau de Long Island et renforcer les économies et la résilience des communautés côtières en restaurant les populations de coquillages indigènes dans les eaux côtières. L'État prévoit d'établir cinq nouveaux sites sanctuaires dans les comtés de Suffolk et de Nassau pour transplanter des palourdes et des huîtres ensemencées, et d'étendre les écloseries publiques de coquillages dans les deux comtés grâce à un programme de subventions dédié. L'eutrophisation a eu des répercussions économiques importantes sur le détroit de Long Island, où les pêcheries commerciales de coquillages ont perdu des millions de dollars par an depuis 1985. Des projections récentes indiquent que sans intervention, le détroit pourrait perdre tous ses herbiers marins d'ici 2030, et que les deux tiers du détroit pourrait manquer d'assez d'oxygène pour que les poissons survivent.

Ces dernières années, les National Centers for Coastal Ocean Science (NCCOS) de la NOAA, en collaboration avec le Northeast Fisheries Science Center de la NOAA, ont recruté des résidents indigènes des estuaires, à savoir des mollusques bivalves, pour aider à ralentir et, dans certains cas, à inverser le processus d'eutrophisation. , car ils éliminent efficacement les nutriments de l'eau car ils se nourrissent de phytoplancton et de détritus.

Un projet de modélisation révolutionnaire dans le détroit de Long Island a montré que l'industrie ostréicole du Connecticut fournit entre 8,5 et 23 millions de dollars par an en réduction des éléments nutritifs. Le projet a également montré qu'une expansion raisonnable de l'ostréiculture pourrait réduire autant les éléments nutritifs que l'investissement comparable de 470 millions de dollars dans les mesures traditionnelles de réduction des éléments nutritifs, telles que l'amélioration du traitement des eaux usées et les meilleures pratiques de gestion agricole.

Les scientifiques de la NOAA ont utilisé des outils de modélisation de l'aquaculture pour démontrer que la conchyliculture se compare favorablement aux stratégies de gestion des éléments nutritifs existantes en termes d'efficacité de l'élimination des éléments nutritifs et de coût de mise en œuvre. La documentation des avantages de la qualité de l'eau fournis par la conchyliculture a augmenté l'acceptation par les communautés et les régulateurs de la conchyliculture, non seulement dans le Connecticut mais dans tout le pays. Dans la baie de Chesapeake, par exemple, les politiques d'élimination des nutriments incluent la récolte de tissus d'huîtres comme méthode approuvée, et à Mashpee Bay, Massachusetts, la culture et la récolte d'huîtres et de palourdes font partie du plan officiel de gestion des nutriments.


Journal of Introductory Biology Investigations

Lorsqu'un plan d'eau augmente ses niveaux de nutriments, notamment en tenant compte du phosphore et de l'azote, qui favorisent la croissance et la mort ultérieure des algues, on parle d'eutrophisation (Olatunji et al., 2015). L'eutrophisation est un problème majeur auquel est confrontée la communauté agricole. L'azote est généralement le facteur limitant de la croissance des plantes (y compris les algues) car les agriculteurs ajoutent de l'engrais à leurs champs (Chapin et al., 1987). Les applications excessives d'engrais liées à la pluie provoquent le ruissellement des engrais dans les sources d'eau, ce qui conduit à l'eutrophisation (Diaz, 2008). L'expérience compare différents niveaux de nutriments de l'effet de l'eau sur les engrais et l'effet des engrais sur le cycle de vie des algues. En mettant de l'engrais dans l'eau, l'oxygène dissous diminuera avec le temps, car les décomposeurs décomposeront la prolifération d'algues causée par l'engrais et utiliseront tout l'oxygène dissous dans l'eau, quels que soient les niveaux de nutriments dans l'eau. Bien que d'autres aient tenté de prouver les effets des engrais dans l'eau et trouvé des données adéquates, nous avons pris une direction différente en essayant de voir les effets des différents niveaux de nutriments des engrais dans l'eau. Cette information est importante car savoir comment les engrais réagissent dans différents niveaux de nutriments de l'eau aidera à prédire l'impact des engrais sur l'écosystème dans l'eau.

Texte intégral:

Les références

Chapin, F.S., III, Bloom, A.J., Field, C.B., Waring, R.H. (1987). Réponse des plantes à de multiples facteurs environnementaux. Biosciences. 37(1), 49-57.

Diaz, R.J. Rosenberg, R. (2008). Propagation des zones mortes et conséquences des écosystèmes marins. Science. 321(5891), 1-6. doi : 10.1126/science.1156401.


Contenu

L'eutrophisation est un processus d'augmentation de la production de biomasse dans un plan d'eau causé par des concentrations croissantes de nutriments végétaux, le plus souvent de phosphate et de nitrate. [6] L'augmentation des concentrations de nutriments entraîne une augmentation de la fécondité des plantes aquatiques, à la fois des macrophytes et du phytoplancton. [7] À mesure que de plus en plus de matériel végétal devient disponible en tant que ressource alimentaire, il y a une augmentation associée des invertébrés et des espèces de poissons. Au fur et à mesure que le processus se poursuit, la biomasse de la masse d'eau augmente mais la diversité biologique diminue. [9] Avec une eutrophisation plus sévère, la dégradation bactérienne de l'excès de biomasse entraîne une consommation d'oxygène, ce qui peut créer un état d'hypoxie au moins dans les sédiments de fond et les couches d'eau plus profondes. Les zones hypoxiques se trouvent généralement dans les lacs d'eau profonde pendant la saison estivale en raison de la stratification dans l'hypolimnion froid pauvre en oxygène et l'épilimnion chaud riche en oxygène. Les eaux douces fortement eutrophes peuvent devenir hypoxiques sur toute leur profondeur à la suite de fortes proliférations d'algues ou de proliférations de macrophytes.

Selon l'Encyclopédie d'Ullmann, [10] "le principal facteur limitant de l'eutrophisation est le phosphate". La disponibilité du phosphore favorise généralement une croissance et une décomposition excessives des plantes, ce qui entraîne une grave réduction de la qualité de l'eau. Le phosphore est un nutriment nécessaire à la vie des plantes et constitue le facteur limitant de la croissance des plantes dans la plupart des écosystèmes d'eau douce. [11] Le phosphate adhère étroitement aux particules du sol, il est donc principalement transporté par l'érosion et le ruissellement. Une fois délocalisé vers les lacs, l'extraction du phosphate dans l'eau est lente, d'où la difficulté d'inverser les effets de l'eutrophisation. [12] Dans les systèmes marins, l'azote et le fer sont les principaux nutriments limitants pour l'accumulation de la biomasse algale. [13]

Les sources d'excès de phosphate sont les phosphates contenus dans les détergents, les eaux de ruissellement industrielles/domestiques et les engrais. Avec l'élimination progressive des détergents contenant du phosphate dans les années 1970, le ruissellement industriel/domestique et l'agriculture sont devenus les principaux contributeurs à l'eutrophisation. [dix]

Eutrophisation naturelle Modifier

Bien que l'eutrophisation soit généralement causée par les activités humaines, elle peut aussi être un processus naturel, en particulier dans les lacs. Les paléolimnologues reconnaissent maintenant que le changement climatique, la géologie et d'autres influences externes sont également essentiels pour réguler la productivité naturelle des lacs. Quelques lacs démontrent également le processus inverse (méiotrophisation), devenant moins riches en éléments nutritifs avec le temps, car les apports pauvres en éléments nutritifs éluent lentement la masse d'eau plus riche en éléments nutritifs du lac. [14] [15] Ce processus peut être observé dans les lacs artificiels et les réservoirs qui ont tendance à être très eutrophes lors du premier remplissage, mais peuvent devenir plus oligotrophes avec le temps. La principale différence entre l'eutrophisation naturelle et anthropique est que le processus naturel est très lent et se produit à des échelles de temps géologiques. [16]

Eutrophisation culturelle Modifier

L'eutrophisation culturelle ou anthropique est le processus qui accélère l'eutrophisation naturelle en raison de l'activité humaine. [17] En raison du défrichement des terres et de la construction de villes, le ruissellement des terres est accéléré et davantage de nutriments tels que les phosphates et les nitrates sont fournis aux lacs et aux rivières, puis aux estuaires côtiers et aux baies. L'eutrophisation culturelle se produit lorsque des nutriments excessifs provenant des activités humaines se retrouvent dans les plans d'eau, créant une pollution par les nutriments et accélérant également le processus naturel d'eutrophisation. [17] Le problème est devenu plus apparent suite à l'introduction des engrais chimiques dans l'agriculture (révolution verte du milieu des années 1900). [18] Le phosphore et l'azote sont les deux principaux nutriments qui provoquent l'eutrophisation culturelle car ils enrichissent l'eau, permettant à certaines plantes aquatiques, en particulier les algues, de se développer rapidement. Les algues ont tendance à fleurir en forte densité et lorsqu'elles meurent, leur dégradation par les bactéries élimine l'oxygène, générant des conditions anoxiques. Cet environnement anoxique tue les organismes aérobies (par exemple les poissons et les invertébrés) dans le plan d'eau. Cela affecte également les animaux terrestres, limitant leur accès à l'eau affectée (par exemple, en tant que sources d'abreuvement). La sélection d'espèces d'algues et de plantes aquatiques qui peuvent prospérer dans des conditions riches en nutriments peut provoquer des perturbations structurelles et fonctionnelles d'écosystèmes aquatiques entiers et de leurs réseaux trophiques, entraînant une perte d'habitat et de biodiversité des espèces. [19]

Il existe plusieurs sources de nutriments excessifs provenant de l'activité humaine, notamment le ruissellement des champs fertilisés, des pelouses et des terrains de golf, les eaux usées et les eaux usées non traitées et la combustion interne de carburants. [7] L'eutrophisation culturelle peut se produire dans les plans d'eau douce et d'eau salée, les eaux peu profondes étant les plus sensibles. Dans les rives et les lacs peu profonds, les sédiments sont fréquemment remis en suspension par le vent et les vagues, ce qui peut entraîner la libération de nutriments dans l'eau sus-jacente, augmentant ainsi l'eutrophisation. [20] La détérioration de la qualité de l'eau causée par l'eutrophisation culturelle peut donc avoir un impact négatif sur les utilisations humaines, y compris l'approvisionnement en eau potable pour la consommation, les utilisations industrielles et les loisirs. [21]

Effets dans les systèmes d'eau douce Modifier

Une réponse aux quantités ajoutées de nutriments dans les écosystèmes aquatiques est la croissance rapide d'algues microscopiques, créant une prolifération d'algues. Dans les systèmes d'eau douce, la formation de proliférations d'algues flottantes sont généralement des cyanobactéries fixatrices d'azote (algues bleu-vert). Ce résultat est favorisé lorsque l'azote soluble devient limitant et que les apports en phosphore restent importants. [11] La pollution par les éléments nutritifs est une cause majeure de prolifération d'algues et de croissance excessive d'autres plantes aquatiques, entraînant une compétition de surpopulation pour la lumière du soleil, l'espace et l'oxygène. Une concurrence accrue pour les nutriments ajoutés peut entraîner une perturbation potentielle d'écosystèmes et de réseaux trophiques entiers, ainsi qu'une perte d'habitat et de biodiversité des espèces. [19]

Lorsque les macrophytes et les algues meurent dans des lacs, rivières et ruisseaux eutrophes sur-productifs, ils se décomposent et les nutriments contenus dans cette matière organique sont convertis en une forme inorganique par des micro-organismes. Ce processus de décomposition consomme de l'oxygène, ce qui réduit la concentration d'oxygène dissous. Les niveaux d'oxygène épuisés peuvent à leur tour entraîner la mort de poissons et une série d'autres effets réduisant la biodiversité. Les nutriments peuvent se concentrer dans une zone anoxique et ne peuvent être à nouveau disponibles qu'à l'automne ou dans des conditions d'écoulement turbulent. Les algues mortes et la charge organique portées par les apports d'eau dans un lac se déposent au fond et subissent une digestion anaérobie libérant des gaz à effet de serre tels que le méthane et le CO2. Une partie du méthane gazeux peut être oxydée par des bactéries anaérobies d'oxydation du méthane telles que Methylococcus capsulatus qui à son tour peut fournir une source de nourriture pour le zooplancton. [22] Ainsi, un processus biologique autonome peut avoir lieu pour générer une source de nourriture primaire pour le phytoplancton et le zooplancton en fonction de la disponibilité d'oxygène dissous adéquat dans le plan d'eau. [23]

La croissance accrue de la végétation aquatique, du phytoplancton et des proliférations d'algues perturbe le fonctionnement normal de l'écosystème, provoquant divers problèmes tels qu'un manque d'oxygène nécessaire à la survie des poissons et des crustacés. L'eutrophisation diminue également la valeur des rivières, des lacs et du plaisir esthétique. Des problèmes de santé peuvent survenir lorsque des conditions eutrophes interfèrent avec le traitement de l'eau potable. [24]

Les activités humaines peuvent accélérer la vitesse à laquelle les nutriments pénètrent dans les écosystèmes. Les eaux de ruissellement provenant de l'agriculture et du développement, la pollution des fosses septiques et des égouts, l'épandage de boues d'épuration et d'autres activités liées à l'homme augmentent le flux de nutriments inorganiques et de substances organiques dans les écosystèmes. Des niveaux élevés de composés atmosphériques d'azote peuvent augmenter la disponibilité de l'azote. Le phosphore est souvent considéré comme le principal coupable dans les cas d'eutrophisation des lacs soumis à une pollution « ponctuelle » provenant des canalisations d'égout. La concentration d'algues et l'état trophique des lacs correspondent bien aux niveaux de phosphore dans l'eau. Des études menées dans la région des lacs expérimentaux en Ontario ont montré une relation entre l'ajout de phosphore et le taux d'eutrophisation. Les stades ultérieurs d'eutrophisation conduisent à des proliférations de cyanobactéries fixatrices d'azote limitées uniquement par la concentration de phosphore. [25]

Effets dans les eaux côtières Modifier

L'eutrophisation est un phénomène courant dans les eaux côtières. Contrairement aux systèmes d'eau douce où le phosphore est souvent le nutriment limitant, l'azote est plus communément le nutriment limitant clé des eaux marines. Par conséquent, les niveaux d'azote ont une plus grande importance pour comprendre les problèmes d'eutrophisation dans l'eau salée. [26] Les estuaires, en tant qu'interface entre l'eau douce et l'eau salée, peuvent être à la fois limités en phosphore et en azote et présentent généralement des symptômes d'eutrophisation. L'eutrophisation dans les estuaires entraîne souvent une hypoxie/anoxie des eaux de fond, entraînant la mort de poissons et la dégradation de l'habitat. [27] L'upwelling dans les systèmes côtiers favorise également une productivité accrue en transportant des eaux profondes et riches en nutriments vers la surface, où les nutriments peuvent être assimilés par les algues. Des exemples de sources anthropiques de pollution riche en azote des eaux côtières comprennent la pisciculture en mer et les rejets d'ammoniac provenant de la production de coke à partir de charbon. [28]

Les Institut des ressources mondiales a identifié 375 zones côtières hypoxiques dans le monde, concentrées dans les zones côtières d'Europe occidentale, les côtes orientales et méridionales des États-Unis et l'Asie de l'Est, en particulier le Japon. [29]

En plus du ruissellement terrestre, des déchets de la pisciculture et des rejets industriels d'ammoniac, l'azote fixé dans l'atmosphère peut être une importante source de nutriments en haute mer. Une étude réalisée en 2008 a révélé que cela pourrait représenter environ un tiers de l'apport d'azote externe (non recyclé) de l'océan et jusqu'à 3 % de la nouvelle production biologique marine annuelle. [30] Il a été suggéré que l'accumulation d'azote réactif dans l'environnement peut s'avérer aussi grave que de mettre du dioxyde de carbone dans l'atmosphère. [31]

Écosystèmes terrestres Modifier

Les écosystèmes terrestres sont soumis à des effets négatifs similaires de l'eutrophisation. [32] L'augmentation des nitrates dans le sol est souvent indésirable pour les plantes. De nombreuses espèces végétales terrestres sont menacées par l'eutrophisation des sols, comme la majorité des espèces d'orchidées en Europe. [33] Les prairies, les forêts et les tourbières se caractérisent par une faible teneur en éléments nutritifs et des espèces à croissance lente adaptées à ces niveaux, de sorte qu'elles peuvent être envahies par des espèces à croissance plus rapide et plus compétitives. Dans les prairies, les herbes hautes qui peuvent profiter de niveaux d'azote plus élevés peuvent modifier la zone et entraîner la disparition d'espèces naturelles. Les fens riches en espèces peuvent être dépassés par les espèces de roseau ou de roseau. Le sous-bois forestier affecté par le ruissellement d'un champ fertilisé voisin peut être transformé en fourré d'orties et de ronces. [ citation requise ]

Les formes chimiques de l'azote sont le plus souvent préoccupantes en ce qui concerne l'eutrophisation, car les plantes ont des besoins élevés en azote, de sorte que les ajouts de composés azotés stimuleront la croissance des plantes. L'azote n'est pas facilement disponible dans le sol parce que N2, une forme gazeuse d'azote, est très stable et indisponible directement pour les plantes supérieures. Les écosystèmes terrestres dépendent de la fixation microbienne de l'azote pour convertir le N2 sous d'autres formes telles que les nitrates. Cependant, il y a une limite à la quantité d'azote qui peut être utilisée. Les écosystèmes recevant plus d'azote que les plantes n'en ont besoin sont dits saturés en azote. Les écosystèmes terrestres saturés peuvent alors contribuer à la fois à l'azote inorganique et organique dans l'eutrophisation des eaux douces, côtières et marines, où l'azote est également généralement un élément nutritif limitant. [34] C'est également le cas avec des niveaux accrus de phosphore. Cependant, comme le phosphore est généralement beaucoup moins soluble que l'azote, il est lessivé du sol à un rythme beaucoup plus lent que l'azote. Par conséquent, le phosphore est beaucoup plus important en tant que nutriment limitant dans les systèmes aquatiques. [9]

Eaux usées brutes Modifier

Les eaux usées brutes contribuent largement à l'eutrophisation culturelle, car les eaux usées sont très riches en nutriments. Le rejet d'eaux usées brutes dans un grand plan d'eau est appelé déversement d'eaux usées, ce qui constitue un problème majeur dans la société d'aujourd'hui, même dans les pays développés. Il existe de nombreuses façons différentes de résoudre l'eutrophisation culturelle, les eaux usées brutes étant une source ponctuelle de pollution. La collecte, l'incinération et le traitement des déchets sont devenus des pratiques courantes dans les régions industrialisées du monde. [35] Une usine de traitement des eaux usées est l'endroit où l'eau sera filtrée en eau ordinaire avant d'être rejetée dans un grand plan d'eau. Dans certaines régions, l'incinération est utilisée lorsque les déchets solides sont exposés à des températures élevées qui les transforment en cendres. Les systèmes d'incinération des boues par convection chargent principalement les boues déshydratées directement dans l'incinérateur. [36] La génération d'un environnement anaérobie est également une autre méthode où les micro-organismes dégradent les déchets sans utiliser d'oxygène. Un système anaérobie peut être utilisé pour le prétraitement avant le rejet dans une usine municipale de traitement des eaux usées. [37] La ​​méthode d'incinération et les méthodes anaérobies sont les plus respectueuses de l'environnement par rapport aux autres. [35] Le traitement anaérobie utilise considérablement moins d'énergie, nécessite moins de produits chimiques et entraîne des coûts de traitement des boues inférieurs à ceux des traitements aérobies. De plus, le biogaz produit est une source d'énergie renouvelable pour produire de l'électricité. [37] De même, l'incinération d'une tonne de déchets produit une énergie électrique équivalente à 52,1 kWh/tonne de déchets combustibles dans la production combinée de chaleur et d'électricité, cette quantité remplace l'électricité qui serait fournie par une centrale électrique utilisant des combustibles fossiles en Corée. [35]

Agriculture Modifier

Depuis le boom agricole des années 1910 et à nouveau dans les années 1940 pour répondre à l'augmentation de la demande alimentaire, la production agricole repose fortement sur l'utilisation d'engrais. [35] L'engrais est une substance naturelle ou modifiée chimiquement qui aide le sol à devenir plus fertile. Ces engrais contiennent des quantités élevées de phosphore et d'azote, ce qui entraîne des quantités excessives de nutriments entrant dans le sol. L'azote, le phosphore et le potassium sont les principaux éléments nutritifs des « 3 grands » dans les engrais commerciaux, chacun de ces éléments nutritifs fondamentaux joue un rôle clé dans la nutrition des plantes. [38] Lorsque l'azote et le phosphore ne sont pas pleinement utilisés par les plantes en croissance, ils peuvent être perdus dans les champs agricoles et avoir un impact négatif sur la qualité de l'air et de l'eau en aval. [39] Ces nutriments peuvent éventuellement se retrouver dans les écosystèmes aquatiques et contribuent à l'augmentation de l'eutrophisation. [27] Lorsque les agriculteurs épandent leurs engrais, qu'ils soient organiques ou synthétiques, la plupart des engrais se transformeront en ruissellement qui s'accumule en aval, générant une eutrophisation culturelle.

Il existe de nombreuses façons d'aider à corriger l'eutrophisation culturelle causée par l'agriculture. Des pratiques agricoles sûres sont le moyen numéro un de résoudre le problème. Certaines précautions de sécurité sont : [39]

  1. Techniques de gestion des éléments nutritifs - Toute personne utilisant des engrais doit appliquer l'engrais en quantité correcte, au bon moment de l'année, avec la bonne méthode et le bon emplacement.
  2. Couvre-sol toute l'année - une culture de couverture empêchera les périodes de sol nu, éliminant ainsi l'érosion et le ruissellement des nutriments même après la saison de croissance.
  3. Planter des zones tampons de champ - En plantant des arbres, des arbustes et des herbes le long des bords des champs pour aider à capter le ruissellement et absorber certains nutriments avant que l'eau n'atteigne un plan d'eau à proximité.
  4. Travail du sol de conservation - En réduisant la fréquence et l'intensité du travail du sol, vous augmenterez les chances d'absorption des nutriments dans le sol.

L'eutrophisation a été reconnue comme un problème de pollution de l'eau dans les lacs et réservoirs européens et nord-américains au milieu du 20e siècle. [40] Depuis, elle s'est généralisée. Des enquêtes ont montré que 54% des lacs d'Asie sont eutrophes en Europe, 53% en Amérique du Nord, 48% en Amérique du Sud, 41% et en Afrique, 28%. [41] En Afrique du Sud, une étude du CSIR utilisant la télédétection a montré que plus de 60 % des réservoirs étudiés étaient eutrophes. [42] Certains scientifiques sud-africains pensent que ce chiffre pourrait être plus élevé [43], la principale source étant les stations d'épuration dysfonctionnelles qui produisent plus de 4 milliards de litres par jour d'effluents d'eaux usées non traités, ou au mieux partiellement traités, qui se déversent dans les rivières et réservoirs. [44] Même avec un bon traitement secondaire, la plupart des effluents finaux des stations d'épuration contiennent des concentrations substantielles d'azote sous forme de nitrate, de nitrite ou d'ammoniac. L'élimination de ces nutriments est un processus coûteux et souvent difficile.

De nombreux effets écologiques peuvent découler de la stimulation de la production primaire, mais il existe trois impacts écologiques particulièrement préoccupants : la diminution de la biodiversité, les changements dans la composition et la dominance des espèces et les effets de toxicité.

  • Augmentation de la biomasse du phytoplancton
  • Espèces phytoplanctoniques toxiques ou non comestibles
  • Augmentation des blooms de zooplancton gélatineux
  • Augmentation de la biomasse des espèces benthiques et épiphytes
  • Changements dans la composition et la biomasse des espèces de macrophytes
  • Diminution de la transparence de l'eau (augmentation de la turbidité)
  • Épuisement des problèmes de couleur, d'odeur et de traitement de l'eau
  • Augmentation du nombre de morts de poissons
  • Perte d'espèces de poissons désirables
  • Réductions de poissons et de crustacés exploitables
  • Diminution de la valeur esthétique perçue du plan d'eau

Diminution de la biodiversité Modifier

Lorsqu'un écosystème connaît une augmentation des éléments nutritifs, les producteurs primaires en récoltent d'abord les bénéfices. Dans les écosystèmes aquatiques, des espèces telles que les algues connaissent une augmentation de leur population (appelée prolifération d'algues). Les proliférations d'algues limitent la lumière du soleil disponible pour les organismes des fonds marins et provoquent de grandes variations dans la quantité d'oxygène dissous dans l'eau. L'oxygène est nécessaire à toutes les plantes et animaux à respiration aérobie et il est reconstitué à la lumière du jour par la photosynthèse des plantes et des algues. Dans des conditions eutrophes, l'oxygène dissous augmente considérablement au cours de la journée, mais est considérablement réduit après la tombée de la nuit par les algues qui respirent et par les micro-organismes qui se nourrissent de la masse croissante d'algues mortes. Lorsque les niveaux d'oxygène dissous chutent à des niveaux hypoxiques, les poissons et autres animaux marins suffoquent. En conséquence, des créatures telles que les poissons, les crevettes et en particulier les habitants des fonds immobiles meurent. [45] Dans les cas extrêmes, des conditions anaérobies s'ensuivent, favorisant la croissance des bactéries. Les zones où cela se produit sont appelées zones mortes.

Invasion de nouvelles espèces Modifier

L'eutrophisation peut provoquer une libération compétitive en rendant abondant un nutriment normalement limitant. Ce processus provoque des changements dans la composition des espèces des écosystèmes. Par exemple, une augmentation de l'azote pourrait permettre à de nouvelles espèces compétitives d'envahir et de supplanter les espèces habitantes d'origine. Il a été démontré que cela se produisait [46] dans les marais salés de la Nouvelle-Angleterre. En Europe et en Asie, la carpe commune vit fréquemment dans des zones naturellement eutrophes ou hypereutrophes, et est adaptée à vivre dans de telles conditions. L'eutrophisation des zones en dehors de son aire de répartition naturelle explique en partie le succès des poissons à coloniser ces zones après leur introduction.

Toxicité Modifier

Certaines proliférations d'algues résultant de l'eutrophisation, autrement appelées « proliférations d'algues nuisibles », sont toxiques pour les plantes et les animaux. Les composés toxiques peuvent remonter dans la chaîne alimentaire, entraînant la mortalité animale. [47] Les proliférations d'algues d'eau douce peuvent constituer une menace pour le bétail. Lorsque les algues meurent ou sont mangées, des neurotoxines et des hépatotoxines sont libérées, ce qui peut tuer les animaux et constituer une menace pour l'homme. [48] ​​[49] Un exemple de toxines algales pénétrant l'homme est le cas de l'empoisonnement par les coquillages. [50] Les biotoxines créées lors des proliférations d'algues sont absorbées par les coquillages (moules, huîtres), ce qui conduit ces aliments humains à acquérir la toxicité et à empoisonner les humains. Les exemples incluent les intoxications paralysantes, neurotoxiques et diarrhéiques par les mollusques. D'autres animaux marins peuvent être vecteurs de telles toxines, comme dans le cas de la ciguatera, où c'est généralement un poisson prédateur qui accumule la toxine et empoisonne ensuite l'homme.

Aux niveaux les plus extrêmes, l'eutrophisation est identifiable par la vue et l'odorat.

Lorsque les conditions deviennent répugnantes et que des mesures drastiques sont nécessaires pour contrôler les croissances odieuses d'algues, il n'est plus nécessaire de faire appel à des experts ou à du matériel scientifique pour expliquer ce qui s'est passé.

Cependant, à mesure que les masses d'eau changent d'état chimique et biologique, l'identification de l'échelle et des causes du problème sont des conditions préalables à l'identification d'une stratégie d'assainissement.

Dans les masses d'eau eutrophes, les éléments nutritifs sont en flux constant et une détermination des concentrations de N et de P peut ne pas fournir de bonnes preuves de l'état eutrophe actuel. Dans les premières études sur les Grands Lacs, les solides totaux, le calcium, le sodium, le potassium, le sulfate et le chlorure ont fourni de bonnes preuves à l'appui de l'eutrophisation même s'ils n'étaient pas eux-mêmes impliqués. Ces ions étaient révélateurs d'apports anthropiques généraux et fournissaient de bons substituts pour les apports de nutriments [4]

Les évaluations qualitatives de l'eau basées sur des signes évidents d'eutrophisation tels que des changements dans les espèces d'algues présentes ou leur abondance relative seront généralement trop tardives pour éviter les dommages causés par l'eutrophisation à la diversité biotique [4]

Des évaluations quantitatives à intervalles réguliers d'indicateurs chimiques et biologiques clés peuvent fournir des données statistiquement valables pour identifier le début le plus précoce de l'eutrophisation et suivre ses progrès. Les paramètres typiques utilisés comprennent la chlorophylle-a, l'azote total, le phosphore total et dissous, la demande biologique ou chimique en oxygène et le niveau de profondeur de secchi. [51]

L'eutrophisation pose un problème non seulement aux écosystèmes, mais aussi aux humains. La réduction de l'eutrophisation devrait être une préoccupation majeure lors de l'examen des politiques futures, et une solution durable pour tous, y compris les agriculteurs et les éleveurs, semble possible. While eutrophication does pose problems, humans should be aware that natural runoff (which causes algal blooms in the wild) is common in ecosystems and should thus not reverse nutrient concentrations beyond normal levels. Cleanup measures have been mostly, but not completely, successful. Finnish phosphorus removal measures started in the mid-1970s and have targeted rivers and lakes polluted by industrial and municipal discharges. These efforts have had a 90% removal efficiency. [52] Still, some targeted point sources did not show a decrease in runoff despite reduction efforts.

Minimizing nonpoint pollution Edit

Nonpoint pollution is the most difficult source of nutrients to manage. The literature suggests, though, that when these sources are controlled, eutrophication decreases. The following steps are recommended to minimize the amount of pollution that can enter aquatic ecosystems from ambiguous sources.

Riparian buffer zones Edit

Studies show that intercepting non-point pollution between the source and the water is a successful means of prevention. [8] Riparian buffer zones are interfaces between a flowing body of water and land, and have been created near waterways in an attempt to filter pollutants sediment and nutrients are deposited here instead of in water. Creating buffer zones near farms and roads is another possible way to prevent nutrients from traveling too far. Still, studies have shown [53] that the effects of atmospheric nitrogen pollution can reach far past the buffer zone. This suggests that the most effective means of prevention is from the primary source.

Prevention policy Edit

Laws regulating the discharge and treatment of sewage have led to dramatic nutrient reductions to surrounding ecosystems, [9] but it is generally agreed that a policy regulating agricultural use of fertilizer and animal waste must be imposed. In Japan the amount of nitrogen produced by livestock is adequate to serve the fertilizer needs for the agriculture industry. [54] Thus, it is not unreasonable to command livestock owners to collect animal waste from the field, which when left stagnant will leach into ground water.

Policy concerning the prevention and reduction of eutrophication can be broken down into four sectors: Technologies, public participation, economic instruments, and cooperation. [55] The term technology is used loosely, referring to a more widespread use of existing methods rather than an appropriation of new technologies. As mentioned before, nonpoint sources of pollution are the primary contributors to eutrophication, and their effects can be easily minimized through common agricultural practices. Reducing the amount of pollutants that reach a watershed can be achieved through the protection of its forest cover, reducing the amount of erosion leeching into a watershed. Also, through the efficient, controlled use of land using sustainable agricultural practices to minimize land degradation, the amount of soil runoff and nitrogen-based fertilizers reaching a watershed can be reduced. [56] Waste disposal technology constitutes another factor in eutrophication prevention. Because a major contributor to the nonpoint source nutrient loading of water bodies is untreated domestic sewage, it is necessary to provide treatment facilities to highly urbanized areas, particularly those in underdeveloped nations, in which treatment of domestic waste water is a scarcity. [57] The technology to safely and efficiently reuse waste water, both from domestic and industrial sources, should be a primary concern for policy regarding eutrophication.

The role of the public is a major factor for the effective prevention of eutrophication. In order for a policy to have any effect, the public must be aware of their contribution to the problem, and ways in which they can reduce their effects. Programs instituted to promote participation in the recycling and elimination of wastes, as well as education on the issue of rational water use are necessary to protect water quality within urbanized areas and adjacent water bodies.

Economic instruments, "which include, among others, property rights, water markets, fiscal and financial instruments, charge systems and liability systems, are gradually becoming a substantive component of the management tool set used for pollution control and water allocation decisions." [55] Incentives for those who practice clean, renewable, water management technologies are an effective means of encouraging pollution prevention. By internalizing the costs associated with the negative effects on the environment, governments are able to encourage a cleaner water management.

Because a body of water can have an effect on a range of people reaching far beyond that of the watershed, cooperation between different organizations is necessary to prevent the intrusion of contaminants that can lead to eutrophication. Agencies ranging from state governments to those of water resource management and non-governmental organizations, going as low as the local population, are responsible for preventing eutrophication of water bodies. In the United States, the most well known inter-state effort to prevent eutrophication is the Chesapeake Bay. [58]

Nitrogen testing and modeling Edit

Soil Nitrogen Testing (N-Testing) is a technique that helps farmers optimize the amount of fertilizer applied to crops. By testing fields with this method, farmers saw a decrease in fertilizer application costs, a decrease in nitrogen lost to surrounding sources, or both. [59] By testing the soil and modeling the bare minimum amount of fertilizer are needed, farmers reap economic benefits while reducing pollution.

Organic farming Edit

There has been a study that found that organically fertilized fields "significantly reduce harmful nitrate leaching" compared to conventionally fertilized fields. [60] However, a more recent study found that eutrophication impacts are in some cases higher from organic production than they are from conventional production. [61]

Shellfish in estuaries Edit

One proposed solution to stop and reverse eutrophication in estuaries is to restore shellfish populations, such as oysters and mussels. Oyster reefs remove nitrogen from the water column and filter out suspended solids, subsequently reducing the likelihood or extent of harmful algal blooms or anoxic conditions. [62] Filter feeding activity is considered beneficial to water quality [63] by controlling phytoplankton density and sequestering nutrients, which can be removed from the system through shellfish harvest, buried in the sediments, or lost through denitrification. [64] [65] Foundational work toward the idea of improving marine water quality through shellfish cultivation was conducted by Odd Lindahl et al., using mussels in Sweden. [66] In the United States, shellfish restoration projects have been conducted on the East, West and Gulf coasts. [67] See nutrient pollution for an extended explanation of nutrient remediation using shellfish.

Seaweed farming Edit

Seaweed aquaculture offers an opportunity to mitigate, and adapt to climate change. [68] Seaweed, such as kelp, also absorbs phosphorus and nitrogen [69] and is thus useful to remove excessive nutrients from polluted parts of the sea. [70] Some cultivated seaweeds have a very high productivity and could absorb large quantities of N, P, CO2, producing large amount of O2 have an excellent effect on decreasing eutrophication. [71] It is believed that seaweed cultivation in large scale should be a good solution to the eutrophication problem in coastal waters.

Geo-engineering in lakes Edit

Geo-engineering is the manipulation of biogeochemical processes, usually the phosphorus cycle, to achieve a desired ecological response in the ecosystem. [72] Geo-engineering techniques typically uses materials able to chemically inactivate the phosphorus available for organisms (i.e. phosphate) in the water column and also block the phosphate release from the sediment (internal loading). [73] Phosphate is one of the main contributing factors to algal growth, mainly cyanobacteria, so once phosphate is reduced the algal is not able to overgrow. [74] Thus, geo-engineering materials is used to speed-up the recovery of eutrophic water bodies and manage algal bloom. [75] There are several phosphate sorbents in the literature, from metal salts (e.g. alum, aluminium sulfate, [76] ) minerals, natural clays and local soils, industrial waste products, modified clays (e.g. lanthanum modified bentonite) and others. [77] [78] The phosphate sorbent is commonly applied in the surface of the water body and it sinks to the bottom of the lake reducing phosphate, such sorbents have been applied worldwide to manage eutrophication and algal bloom. [79] [80] [81] [82] [83] [84]

Breakthrough research carried out at the Experimental Lakes Area (ELA) in Ontario, Canada in the 1970s [85] provided the evidence that freshwater bodies are phosphorus-limited. ELA is a fully equipped, year-round, permanent field station that uses the whole ecosystem approach and long-term, whole-lake investigations of freshwater focusing on cultural eutrophication. ELA was earlier co-sponsored by the Canadian Departments of Environment and Fisheries and Oceans, with a mandate to investigate the aquatic effects of a wide variety of stresses on lakes and their catchments [86] [7] and is now managed by the International Institute for Sustainable Development.

The United Nations framework for Sustainable Development Goals recognizes the damaging effects of eutrophication upon marine environments and has established a timeline for creating an Index of Coastal Eutrophication and Floating Plastic Debris Density (ICEP). [87] The Sustainable Development Goal 14 specifically has a target to prevent and significantly reduce pollution of all kinds including nutrient pollution (eutrophication) by 2025. [88]


What Are Signs of Oxygen Stress?

In the natural environment, it may be difficult to identify oxygen stress in hard clams. Clams have the ability to close their valves in response to hypoxic or anoxic conditions and can keep their valves closed for several days. Long-term responses may include gaping of the valves. Signs of adverse environmental conditions in juvenile or adult hard clams may go unnoticed because they are infaunal, which means that they live buried in the sediment. However, stressed clams may rise to the surface of the sediment or fail to bury. These signs are not necessarily specific indications of oxygen stress they may also be associated with infectious or noninfectious diseases or other adverse environmental conditions such as high temperature and low salinity.


Effects on Life

Besides being ugly, when an algal bloom occurs, it has a devastating effect on aquatic animals. As large populations of algae and other organisms reproduce, many also die off, and their bodies sink to the bottom of the lake or ocean. Over time, a substantial layer of dead and decomposing organisms fills the bottom.

Microbes that decompose these dead organisms use oxygen in the process. The result is the depletion of oxygen in the water, a condition known as hypoxia. Since most fish, crabs, mollusks, and other aquatic animals depend on oxygen as much as land-based animals, the end result of eutrophication and algal blooms is the creation of an area where no aquatic animals can live—a dead zone.

Dead zones resulting from eutrophication are a growing problem worldwide. According to some sources, 54 percent of the lakes in Asia are eutrophic. The numbers are similar for lakes in Europe, while in North America, almost half the lakes suffer from eutrophication.

This loss of aquatic life has a devastating effect on fisheries and the fishing industry. According to researchers at Carlton College who have studied the immense dead zone in the Gulf of Mexico, that body of water is a major source area for the seafood industry.

The impact goes beyond the fishing industry. Recreational fishing, which is a significant driver of the tourism industry, also suffers from a loss of revenue. Algal blooms can have a severe impact on human health. Humans can become seriously ill from eating oysters and other shellfish contaminated with the red tide toxin. The dinoflagellate that causes red tides can cause eye, skin and respiratory irritation, as well as an allergic reaction (coughing, sneezing, tearing, and itching) to swimmers, boaters, and residents of those coastal areas.


The Process of Eutrophication

The Earth’s population grew exponentially in the past century. To meet the food demands of so many people, agricultural practices were intensified. Field size is increased, heavy machinery is used, and pesticides are added in order to produce more food. These new methods, however, led to negative consequences such as deforestation, and pollution. A particular detrimental consequence is the process of eutrophication which is caused by the use of fertilizers in order to increase crop yield.
Many steps lead to eutrophication. First of all, fertilizers are added to crops to increase plant size and growth rate. This is possible because fertilizers have nutrients, such as nitrogen and phosphate, which help plants grow. Whenever it rains, some the fertilizer is washed along with rain water as runoff water into streams and other water bodies. This step is magnified due to deforestation. Trees roots are very large, normally they would be able to absorb some of the runoff water and nutrients. Agricultural areas often have very few trees, in order to maximize crop planting area, so the nutrient-rich water simply continues to flow.
The runoff water will eventually fall into a body of water. At the bottom of the water, there is algae, an aquatic plant, initially benefited by the nutrient rich water. It will absorb the nutrients and that will promote its growth. Due to the excess of phosphates and nitrates, algae can increase in size considerably. It might become so large that it will block other plants and photosynthesizing organisms from the sunlight who then die. Ultimately, those oxygen producing organisms will die which leads to the decrease of the oxygen level in the bottom of the water. The algae that grew very fast will also die. It is important to note that algae and photosynthesizing plants are essential in an ecosystem because they produce the oxygen that so many other animals need. When all of these plants are dead, they will need to be decomposed, and the decomposers are bacteria who require oxygen to perform their ecological role. These bacteria will decompose these plants, but will also use up a lot of the oxygen in water in doing so since the algae was significantly larger.
When the deep water is removed of oxygen, much of the fauna and flora at the bottom of the water will start dying. When the oxygen content is less than 2 milligrams per liter, the water is called hypoxic, and the depth becomes a dead zone. Fortunately, if waste and nutrient runoff is prevented from entering the water, the dead zone can eventually decrease and become viable again.

LA SOURCE:
DE BELLIS, T. Environmental Biology. Lecture 7: Pollution. Dawson College. Fall 2014.


Scientists Say: Eutrophication

This canal may look lovely, but all that green algae blooming on the surface is a sign of eutrophication, which could eventually suffocate any animals living below.

Sahehco/Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0)

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Eutrophication (noun, “Yu-TRO-fih-CAY-shun”)

This is a process in which a body of water receives a large bounty of nutrients, especially phosphates. These chemicals can enter the ecosystem naturally or through pollution such as fertilizer runoff. Algae and plants in the water respond to the extra phosphates by growing rapidly. But when the algae and plants die, bacteria break them down. As the bacteria go to work, they use up the oxygen in the water. Without dissolved oxygen in the water, many fish and other animals may suffocate.

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In a sentence

When fertilizer runoff causes eutrophication, the lack of oxygen can kill other animals.

Mots de pouvoir

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algues Single-celled organisms, once considered plants (they aren’t). As aquatic organisms, they grow in water. Like green plants, they depend on sunlight to make their food.

bactérie (plural bacteria) A single-celled organism. Ceux-ci habitent presque partout sur Terre, du fond de la mer aux animaux à l'intérieur.

décomposition Le processus par lequel les composés des êtres autrefois vivants sont décomposés et renvoyés dans l'environnement, le processus par lequel quelque chose se décompose ou pourrit.

écosystème A group of interacting living organisms — including microorganisms, plants and animals — and their physical environment within a particular climate. Examples include tropical reefs, rainforests, alpine meadows and polar tundra.

eutrophisation The process by which a body of water becomes full of nutrients, which stimulate the growth of plants and algae. When these organisms die, bacteria decompose them and use up the water’s dissolved oxygen in the process. Without oxygen, animals cannot live in the water and the ecosystem may collapse.

oxygène A gas that makes up about 21 percent of the atmosphere. All animals and many microorganisms need oxygen to fuel their metabolism.

phosphate A chemical containing one atom of phosphorus and four atoms of oxygen. C'est un composant des os, de l'émail dentaire blanc dur et de certains minéraux tels que l'apatite. It is a primary ingredient in most plant fertilizers.

nutriments Vitamins, minerals, fats, carbohydrates and proteins needed by organisms to live, and which are extracted through the diet.

ruissellement The water that runs off of land into rivers, lakes and the seas. As that water travels over land, it picks up bits of soil and chemicals that it will later deposit as pollutants in the water.

sediment Material (such as stones and sand) deposited by water, wind or glaciers.

À propos de Bethany Brookshire

Bethany Brookshire était une rédactrice de longue date à Actualités scientifiques pour les étudiants. Elle a un doctorat. en physiologie et pharmacologie et aime écrire sur les neurosciences, la biologie, le climat et plus encore. Elle pense que les Porgs sont une espèce envahissante.

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Why is oxygen used up in eutrophication? - La biologie

I'l bet you are wondering that because you already know that plants can make oxygen. You probably already know that in photosynthesis, plants take CO2 from the air, water (H2O) from their roots, and energy from the sun, and make sugar (C6H12O6).

What a lot of people don't realize is that when there's little or no light, plants do the same thing we do. The break down the sugar to release CO2, water, and energy. This requires oxygen. The reason is pretty complex, but basically, electrons get passed around, and oxygen has to pick them up at the end of the process.

If you measured the amount of oxygen and CO2 dissolved in a lake, how do you think the daytime levels would compare to the nighttime levels? Would a plant need oxygen if it were under lights 24 hours a day?

Plants respire, just like we do. When a plant doesn't have access to light, it burns sugar to make energy, consuming energy. It's just that plants use sugars to build their bodies as well as an energy storage, so over the course of a plant's life, as it grows, it makes more sugar than it burns, and so releases more oxygen than it consumes.

Plants need oxygen for the same reason you and Ido -- without oxygen we can't convert the carbohydrates, fats, and proteins we eat into energy. We call this process respiration, and the formula for this sort of reaction is like this:

sugar + oxygen --> carbon dioxide + water + energy

Donc we breathe in oxygen and eat food, and we exhale carbon dioxide and excrete water.

This exact same reaction goes on in every living cell, including all plant cells. But of course plants don't have to eat food, because they make their own food using photosynthesis.

The formula for photosynthesis is basically this:

carbon dioxide + water + sunlight --> sugar + oxygen

You can see that this is basically the reverse of respiration, but plants convert the energy in sunlight into the chemical bonds of the sugar. When cells respire, they break those bonds and get the energy out of them. Anyway, you can see that photosynthesis produces oxygen as a waste product, so for the most part plants don't have to breathe in extra oxygen -- they can just use the oxygen that they produce during photosynthesis. Cependant, plants only perform photosynthesis in the green parts, like leaves and stems, but all plant cells need oxygen to respire. Cells in the leaves get plenty of oxygen from photosynthesis, but cells in the roots often need to get oxygen from the environment to stay alive. Even though roots are buried, they can absorb oxygen from the small air spaces in soil. This is why it's possible to 'drown' plants by watering them too much.

If the soil is way too wet, the roots are smothered, the roots can't get any oxygen from the air, and the cells in the roots die. Without those root cells, the rest of the plant dies. Some plants have evolved adaptations to deal with extremely wet soil.

Mangroves are trees that live in swampy environments along the coast in the tropics. The roots of mangroves are often entirely under saltwater, so they have special structures called pneumatophores (Greek for "air carrier") that act like snorkels, sticking up out of the water to get a oxygen for the roots.


Voir la vidéo: Eutrofeerumine (Mai 2022).


Commentaires:

  1. Usi

    D'accord, une pièce utile

  2. Wanjala

    Je suis sûr que cela ne me convient pas du tout. Qui d'autre peut suggérer?

  3. Tiernay

    Quels mots ... Phrase super différente

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