Колоїдний азот - важлива і високо рухлива форма скидання азоту в лагуну Великого Бар’єрного рифу

Предмети

Анотація

Грунтові колоїди пов’язані з перенесенням радіонуклідів, металів (жирів) та поживних речовин на великі відстані. Азот, пов'язаний з колоїдами (N), матиме різні механізми біогеохімічного кругообігу та потенціал для транспортування через воду на більші відстані порівняно з розчиненим N. Роль, яку колоїди відіграють у забезпеченні та рухливості N у водозборах, що скидаються у Великий Бар'єрний риф ( GBR) лагуна не досліджена. Тут ми досліджуємо вододисперсну глину (WDC) із зразків ґрунту, зібраних із перекатів та сільськогосподарських стоків у межах трьох різних видів землекористування (цукровий очерет, несільськогосподарські угіддя та випас худоби) в районі Таунсвіля. Частка ґрунту N, асоційована з WDC, була обернено корельована із загальним N ґрунтом, при цьому до 45% від загального N ґрунту було колоїдно-асоційованим у ґрунтах з низьким N яругом. В межах 0,45 мкм). Отримані дані свідчать про те, що управління ерозією ґрунту також може сприяти управлінню азотом

Вступ

З часу заселення Австралії в Європі наприкінці 18 століття 1 навантаження та поживні речовини морської зони Великого Бар'єрного рифу (ГБР) різко зросли в результаті змін у землекористуванні, таких як урбанізація, видобуток корисних копалин та інтенсифікація сільського господарства 1,2, 3. За цей проміжок часу загальна кількість зважених твердих речовин (TSS), загального азоту (N) та загального фосфору (P) до лагуни GBR зросла у 5,5, 5,7 та 8,9 рази відповідно 3. Ці втрати особливо великі під час повені, коли викиди поживних речовин та осадів зростають до 100 разів порівняно з незаплавованими умовами 4. Цей потік пов’язаний з евтрофікацією, втратою морського біорізноманіття, спалахами морських зірок, що мають терновий вінець, зниженням продуктивності риболовлі та різким зменшенням коралового покриву GBR 3,5,6 .

У дослідженнях Уілкінсона та ін. (2013), відстеження відкладень, що сприяють випаданню радіонуклідів, припускає, що до 77–95% осаду 2 Північного Квінсленда) було отримано в основному від підводного яру та ерозії берегів 7,8. Наскільки ступінь цього експортованого осаду складається з колоїдів, в даний час є ключовим пробілом у знаннях. Колоїди, визначені Міжнародним союзом чистої та прикладної хімії (IUPAC) як стійкі суспензії добре диспергованих частинок 9,10,11,12. Стійкі колоїдні суспензії утворюються в ґрунті через випадання вторинних фаз, виділення колоїдних частинок в результаті розчинення цементуючих речовин, фізичних руйнувань в результаті опадів або інших потоків води 12 та електростатичного підвищення стійкості частинок через зміни в хімії грунту 12. Згодом стабільні колоїди доступні для участі у вертикальному транспортуванні неорганічного та органічного матеріалу через ґрунтовий профіль або доставляються до поверхневих вод шляхом ерозії та стоку 12,13,14 .

При міграції в межах водозбірних колоїдів колоїди можуть бути дуже стабільними та транспортуватися на великі відстані 9,12. Наприклад, Льюїс та ін. (2013) вивчали ефективність захоплення дамби Бурдекін-Фоллз як функцію розміру частинок, визначаючи, що ніяких частинок 15. Бейнбрідж та ін. (2012) досліджували експорт осаду та поживних речовин з прибережного місця на річці Бурдекін у лагуну GBR в результаті повені 16. Тонкий мул (3,9–15,6 мкм) і глина (17, що потрапляє в лагуну ГБР і, можливо, сприяє погіршенню якості води та здоров’ю екосистеми 5,6,18 .

Дослідження транспорту азоту у водозбірному басейні GBR зазвичай досліджують зразки води, розділені на фракції 0,45 мкм, для оперативного визначення «розчиненої» та твердих частинок (загальний N мінус 0,45 мкм відфільтрований). Цей підхід значною мірою є результатом експлуатаційних аналітичних проблем, оскільки дослідження -1 (37% від загального навантаження DIN) та випас худоби, що вносить 2952 тонн рік -1 (28% від загального навантаження DIN) 19,20. У регіоні Бурдекін, за останніми доступними звітами, оцінюється, що випас худоби та вирощування цукрового очерету становлять 36 та 44% від загального навантаження DIN відповідно. Розчинений N (DN) з цих різних видів землекористування має різні характеристики, причому DN від пасовищ, що існують переважно як DON (38% від загального навантаження азоту (TN) до лагуни GBR 19), а DN від вирощування цукрового очерету, що існує переважно як DIN (25% навантаження TN до лагуни GBR 19) 21,22. Чи вивозиться більше DIN із пасовищної савани, ніж з невипасаної савани, все ще досліджується. У попередніх роботах, які розглядали невипасану землю, концентрація DIN у стоках із пасових земель була вдвічі більша, ніж у стоках з невипасаної землі 23 .

Моделювання експорту твердих частинок поживних речовин із водозбірних баз базується на вимірюваних концентраціях поживних речовин у ґрунті, але неодноразово спостерігалося тенденція до завищеної оцінки експорту поживних речовин у вигляді твердих частинок щодо даних моніторингу річкового навантаження 3,23. Хоча ця надмірна оцінка може бути пов’язана з неправильними оцінками концентрацій поживних речовин у ґрунті, фактично доставленому до потоків, внесок ґрунтових колоїдів (колоїдів, що утворюються з компонентів ґрунту) на сьогоднішній день не враховувався в моделюванні та моніторингу навантаження і може забезпечити альтернативне пояснення розбіжностей між моделюванням та даними моніторингу.

Тут ми досліджуємо, чи переносяться грунтом колоїди є важливим компонентом азоту на окремих ділянках зразків у районі басейну річки Бурдекін. Басейн річки Бурдекін, вперше заселений європейцями в 1862 році 1, осушує 129 700 км 2 північного Квінсленда, зачіпаючи приблизно 246 24 коралових рифів і становить 34% від загального водозбору GBR, управління яким є вирішальним для майбутнього здоров'я GBR 20. Землекористування в Бурдекіні складається з 2% вирощування цукрового очерету та 91% випасу худоби, що є основним джерелом доходу для регіону 20. Раніше Бурдекін характеризувався як високий ризик для якості води GBR та здоров'я екосистеми в результаті сільськогосподарського стоку, що включає гербіциди, DIN та дрібні осади 20 .

У цьому дослідженні ми характеризуємо елементарний склад, мінералогію та вміст N у вододисперсійній глині (WDC) у зразках ґрунту, відібраних із цукрового очерету, пасовищ та несільськогосподарських зон, а також