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Nov 06, 2023

Kartierung zeigt: Biberteiche mit mehr Sedimenten speichern mehr Stickstoff

Die Forscher maßen Größe, Form und Tiefe und analysierten Boden und Wasser

Forscher haben die Größe, Form und Tiefe eines Biberteichsystems in den Bear River Mountains nördlich von Salt Lake City gemessen und die Boden- und Wasserchemie analysiert.

Bildnachweis: Desneiges Murray

Biberteiche enthalten Stickstoff, einen essentiellen Nährstoff, der bei zu viel Stickstoff zu einem Schadstoff werden kann. Landverwalter müssen wissen, ob Biberteiche Stickstoff speichern oder freisetzen, chemische Tests können jedoch teuer sein. Eine neue Studie zeigt, wie eine einfache Kartierung der Tiefe und des Sediments eines Biberteichs den Managern Aufschluss darüber geben kann, ob es sich um eine Stickstoffquelle oder eine Stickstoffsenke handelt.

Die Studie wurde im Journal of Geophysical Research: Biogeosciences veröffentlicht, das Forschungsergebnisse zu den Wechselwirkungen zwischen biologischen, geologischen und chemischen Prozessen in den Ökosystemen der Erde veröffentlicht.

Stickstoff wird in synthetischen Düngemitteln verwendet und kommt natürlicherweise in Gülle vor. Daher haben Beweidung und Landwirtschaft zu einer erhöhten Stickstoffverschmutzung in den Flüssen im Westen der USA geführt, was zur Eutrophierung flussabwärts geführt hat. Frühere Studien haben ergeben, dass der Stickstoffgehalt stromabwärts von Biberteichen entweder höher oder niedriger sein kann. Doch nur wenige Studien haben genau untersucht, was mit dem Stickstoff in einem Biberteich geschieht, und lassen die Frage offen, ob Biberteiche tendenziell gut oder schlecht für die Stickstoffverschmutzung sind und ob Biber wieder in das Ökosystem eingeführt werden sollten.

„Das hängt vom Fluss ab, aber für Standorte wie den, den wir untersucht haben, könnte die Wiederansiedlung von Bibern eine kluge Entscheidung sein“, sagte Desneiges Murray, ein Biogeochemiker, der die Studie an der Utah State University leitete. (Sie ist jetzt an der University of New Hampshire.) „Diese Ökosysteme haben sich in erster Linie mit Bibern entwickelt. Also die kombinierten Auswirkungen von weniger Erosion, besserer Widerstandsfähigkeit gegen Waldbrände, mehr Wasserspeicherung bei Dürreperioden und jetzt der Vorteil von langer Lebensdauer.“ Langfristige Stickstoffspeicherung – es gibt viele Gründe, warum Menschen die Wiederbesiedlung von Bibern in ihren natürlichen Lebensräumen erleichtern sollten.“

Murrays Biberkomplex-Feldstelle in den Bear River Mountains, von oben in einer Bildcollage gesehen, mit von oben fließenden Bächen. Der Teich hielt etwa 15 % des Stickstoffabflusses zurück, der mit dem Bach in die sauerstoffarme Rückstauzone eingeflossen war.

Bildnachweis: Desneiges Murray

Zwischen 1600 und 1800 wurden in den angrenzenden Vereinigten Staaten zwischen 25 und 160 Millionen Biber so stark gejagt, dass sie fast ausgerottet waren. Bis Ende der 1980er Jahre hatte sich die Zahl der Biber auf 6 bis 12 Millionen erholt; Heutzutage gibt es in den gesamten Vereinigten Staaten Bemühungen, Biber wieder anzusiedeln, mit unterschiedlichem Erfolg und unterschiedlicher Beliebtheit.

Die neue Studie kartiert Zonen innerhalb eines Biberteichsystems, das als Komplex bezeichnet wird und in den Bear River Mountains nördlich von Salt Lake City liegt. Murray und ihre Co-Autoren definierten fünf Zonen basierend auf Wasserfluss, Teichtiefe sowie Sedimentdicke und Korngröße. Sie sammelten Daten darüber, wie viel Stickstoff und Sauerstoff im Wasser in verschiedenen Zonen vorhanden waren, sammelten Proben von Teichsedimenten und entnahmen lange Sedimentkerne, um Nährstoffveränderungen im Laufe der Zeit zu analysieren. Dann kartierten sie alles und achteten dabei besonders auf das Verhältnis von Sedimenttiefe und Wassertiefe.

„Dieser neue Ansatz, geomorphologische Einheiten innerhalb eines Biberkomplexes zu betrachten, wird hilfreich sein, um zu verstehen, warum Biber Stickstoff, Schwermetalle oder saure Minenentwässerung reduziert haben“, sagte Emily Fairfax, Hydrologin und selbsternannte „Biberologin“. wenn das eine Sache wäre" an der California State University-Channel Islands. Fairfax war an der Studie nicht beteiligt.

Der meiste Stickstoff gelangt als gelöster und partikulärer Stickstoff in Biberteiche. In den Sedimenten des Teichs kann Stickstoff chemische Umwandlungen in andere Formen durchlaufen, beispielsweise in Ammonium, inertes Stickstoffgas oder reaktives Stickstoffdioxidgas, das Ozon in der Atmosphäre abbauen kann.

Die Forscher fanden heraus, dass der Biberteich bis zu 15 % des eingedrungenen Stickstoffs speicherte, hauptsächlich in den Sedimenten der Rückstauzone. Die Rückstauzone weist dickere Sedimente mit hohem organischen Gehalt auf und weist niedrige Sauerstoffkonzentrationen auf, die für die Umwandlung von Stickstoff in inertes Stickstoffgas erforderlich sind, das gespeichert werden kann. Andere Zonen mit weniger Sediment oder mehr Sauerstoff konnten nicht so viel Stickstoff speichern. Es ist die erste derartige Korrelation zwischen der kleinräumigen Geomorphologie eines Biberteichs und dem Stickstoff und öffnet die Tür zu neuen Möglichkeiten der Nährstoffbewertung in Biberteichen.

Ein großer Vorteil für Murray ist, dass die Kartierung der Zonen von Biberteichen ein leistungsstarkes Werkzeug für sich ist – Landverwalter könnten die chemischen Analysen überspringen, wenn sie nur nach einer Schätzung des Stickstoffkreislaufs suchen. Teiche mit dickeren organischen Sedimenten und flachem, sauerstoffarmem Wasser speichern eher Stickstoff; Teiche mit schnellerer Bewegung, mehr Sauerstoff und weniger Sedimenten geben eher Stickstoff ab.

„Die von uns durchgeführten Experimente sind schwierig, zeitaufwändig und teuer“, sagte Murray, was die Kartierung zu einer einfacheren und kostengünstigeren Alternative mache. „Diese enge Beziehung, die wir zwischen der Form eines Biberteichs und seiner Chemie gefunden haben, ist wirklich überzeugend, und das sind grundlegende Messungen, die jeder mit einem naturwissenschaftlichen Hintergrund durchführen kann.“

Bei der neuen Forschung handelt es sich um eine Fallstudie zu einem bestimmten Standort, aber Fairfax glaubt, dass der Kartierungsansatz überall dort nützlich sein wird, wo Biber gefunden werden.

„Sie haben die wichtigen Zonen für Denitrifikation und Nährstoffverarbeitung identifiziert, und das hat großes Potenzial, weil Biber nicht genau die gleichen Dämme bauen“, sagte Fairfax. Sie betonte auch die Bedeutung lokaler Studien.

„Richtlinien werden sich nicht ändern, wenn Entscheidungsträger keine lokalen Daten sehen“, sagte Fairfax. „Ich habe nicht viele Studien über den Einfluss von Bibern auf die Nährstoffbelastung im Westen gesehen, daher ist dies eine wirklich wertvolle Fallstudie, die man der Literatur hinzufügen kann.“