Efeitos do nitrogênio e fósforo na clorofila A em lagos da China: uma metanálise (2024)

Se a clorofila A (CHLA) é ou não limitada pelo nitrogênio (N) ou fósforo (P), ou ambos, permanece altamente debatida.Em parte, isso se deve à falta de um estatístico robusto raramente considerado usando um método estatístico em estudos de pesquisas de revisão por pares de lagos.Estudos individuais usaram apenas o uso da relação entre CHLA e nutrientes para julgar os efeitos de N e P, ignorando a heterogeneidade espacial do ambiente ecológico.Aqui, avaliamos os efeitos do nitrogênio e do fósforo no CHLA por meio de uma meta-análise.O conjunto de dados consiste em 1024 observações de 34 lagos na China.Os resultados mostram que o CHLA é um dos indicadores mais importantes de eutrofização da água, ambos os nutrientes foram relacionados ao estado trófico do Chla e que o TP desempenha um papel importante sobre o TN, especialmente nas condições hipereutróficas do CHLA.Com o aumento do TN/TP, a concentração de CHLA diminui, o que pode ser o co-limitado de TN e TP.Esses três valores explicaram amplamente o incremento do CHLA de eutrofização, embora os efeitos relativos diferissem entre os nutrientes, com alterações no TN total contribuindo com 5,2% do incremento no CHLA, enquanto a mudança de TP contribuiu com 272,0% do incremento no CHLA.Em escalas espaciais, a taxa de resposta transformada em logaritmo (Efeitos do nitrogênio e fósforo na clorofila A em lagos da China: uma metanálise (1)) do CHLA indicou que o lago muda da limitação de N (64,0%> 28,0%) na limitação oligo-mesotrófica para P (170,0%> 99,0%) na limitação eutrófica e co-limitação (66,0% e 46,0%) por n & p in emhipereutrófico.Esses resultados demonstram que a redução de TP pode mitigar a eutrofização na maioria dos lagos grandes, mas uma redução dupla de TN e TP pode ser necessária nos lagos eutróficos, especialmente em estados hipereutróficos.Este estudo destaca os efeitos diferenciais da concentração de três fatores, que podem oferecer implicações importantes para um melhor gerenciamento da resposta dos lagos de eutrofização aos nutrientes (N e P) no futuro.

1.Introdução

A eutrofização é um fenômeno generalizado nas águas do lago em todo o mundo e é um dos maiores problemas ambientais que a humanidade enfrenta (Schindleret al 2016, Lianget al 2020, Wanget al 2020).A poluição de N e P difusiva é a principal força motriz da eutrofização (Beusenet al 2015).A entrada excessiva de nutrientes pode estimular as flores de algas, levando à diminuição da permeabilidade da luz e aos baixos níveis de oxigênio (Jetooet al 2015), que então geram um grande número de algas prejudiciais e aceleram o processo de eutrofização na coluna de água (Kastet al 2021).Portanto, é necessário quantificar o impacto do aumento de nutrientes na biomassa fitoplâncton e determinar quais nutrientes restringem o crescimento do fitoplâncton é um passo importante na formulação de estratégias eficazes para o gerenciamento de lago e bacia hidrográfica (Dinget al 2021, Janssenet al 2021).

Em vários habitats aquáticos, existe uma relação consistente entre o fósforo total (P) e a biomassa de fitoplâncton (usando clorofila-A como indicador) (Schindler1977, Smith2003, Liu2017, Liuet al 2019, Wanget al 2019, Raoet al 2021).Além disso, em alguns ecossistemas de água doce, particularmente nos diversos grandes ecossistemas dos lagos, N pode ser o principal nutriente limitante para a biomassa do fitoplâncton (Xuet al 2010, Liu2017, Yaoet al 2018).A concentração de clorofila-A (CHLA) é um método de medição de biomassa de fitoplâncton amplamente utilizado (Oliveret al 2017, Liet al 2018).A medição microscópica paralela da biomassa de fitoplâncton é consistente com os resultados do CHLA (ZHAOet al 2002, Yanet al 2003).O CHLA é um bom indicador da resposta de biomassa fitoplâncton em bioensaios.Portanto, o CHLA é frequentemente usado para refletir o verdadeiro crescimento da biomassa fitoplâncton (Zhaoet al 2002, Yanet al 2003).A maneira mais comum de controlar a eutrofização é reduzir a carga de nutrientes dentro e fora do reservatório, especialmente P e N, reduzir a biomassa de algas (Vinçon-Leite e Casenave2019).

Por um longo tempo, o fósforo tem sido considerado o principal nutriente que restringe o crescimento do fitoplâncton em ecossistemas de água doce, e os esforços de gerenciamento geralmente se concentram no controle da carga de fósforo (Smith2003).A clorofila de algas em sistemas de água doce é afetada principalmente pelo fósforo total (Liuet al 2021).A clorofila de algas em sistemas costeiros e marinhos é geralmente controlada pela TN, e alguns sistemas aquáticos são restritos em conjunto, especialmente em áreas montanhosas altas (Smith e Schindler2009, Dodds e Smith2016).Por exemplo, com base em 37 anos de dados experimentais, Smith e Schindler (2009) mostraram que o nitrogênio é o principal fator que controla a eutrofização dos lagos de água doce e não pode ser controlado pela redução da entrada de nitrogênio.

No entanto, outros estudos mostraram que a limitação de N e a limitação articular de nitrogênio e fósforo são mais comuns do que se pensou anteriormente (Elseret al 1990, Maberlyet al 2002, Pearlet al 2016, Hampelet al 2018).Entre eles, Howarthet al(2006) propuseram que o nitrogênio é o principal fator que controla a eutrofização.Em uma revisão de experimentos de bioensaio de água doce na América do Norte, Elseret al(1990) relataram que a co-limitação de nitrogênio e fósforo é a resposta mais comum das comunidades fitoplâncton à adição de nutrientes que ocorre com mais frequência do que limitar o nitrogênio ou fósforo sozinho.Da mesma forma, Maberlyet al(2002) relataram que a frequência percentual de n, p e co-limitação foi de 13%, 24%e 63%.A maioria dos autores reconhece que o nitrogênio pode restringir o crescimento do fitoplâncton, mas as previsões do que a restrição de nitrogênio acontecerão são inconsistentes e até vagas (Lewis e Wurtsbaugh2008).A faixa de conversão de restrição de nitrogênio e restrição de fósforo também forneceu diferentes proporções de nitrogênio e fósforo em muitos estudos (Paerlet al 2016, Mamunet al 2020).

Geralmente, o debate se concentra se os lagos são apenas P limitados ou n limitados ou co-limitados por P e N. Maet al(2015) mostraram que a limitação de n ocorre quando a relação TN: TP é menor que 21,5-24,7, e a limitação de P ocorre acima disso.Xuet al(2015) constataram que os limiares de concentração de TN e TP devem ser direcionados abaixo de 0,80 mg l-1e 0,05 mg l-1, respectivamente, para limitar as taxas de crescimento intrínseco de flores dominadas por Microcystis.Portanto, é crucial entender as proporções de nutrientes dos lagos eutróficos, esclarecer a relação entre nitrogênio e fósforo e limites de nutrientes e quantificar os fatores drivers do lago eutrofização.

Neste estudo, nossos objetivos são (a) para examinar como o CHLA é afetado por TN, TP e TN/TP;(b) quantificar a interação entre nitrogênio/fósforo e CHLA e (c) para explorar a limitação de nutrientes da eutrofização em uma escala macro.Aqui, avaliamos os efeitos de TN e TP no CHLA de 34 lagos na China e investigamos as relações entre diferentes limiares de nutrientes (TN, TP) e CHLA.A análise ajudará no estabelecimento da relação entre reduzir o fósforo (ou reduzir o nitrogênio) e a concentração de CHLA, para que os formuladores de políticas possam se familiarizar com os fatores de influência da eutrofização.As descobertas fornecem uma base científica e certas orientações teóricas para o futuro gerenciamento ambiental da água.Estava especialmente formulando uma entrada razoável de nutrientes.

2.Materials e métodos

2.1. coleção de dados

Selecionamos estudos experimentais que avaliaram os efeitos dos nutrientes (fósforo total, nitrogênio total), TN/TP no CHLA do lago na China.Em primeiro lugar, realizamos uma pesquisa de literatura usando a Web da ciência com a seguinte sequência de termos -chave: (ts = (fósforo* ou 'fósforo total' ou tp ou nitrogênio* ou 'nitrogênio total' ou tn) e ts = eutrofização e ts =(Chl-A ou 'clorofila A') e ad = China).Esta pesquisa produziu 805 hits.

Achamos com os seguintes critérios para evitar preconceitos na seleção de publicações.Primeiro, incluímos apenas dados de experimentos de campo.Segundo, todos os limites de nitrogênio na eutroficação continham pelo menos TN e TP.Terceiro, o CHLA teve que ser explicitamente relatado com os dados publicados.Se os dados foram apresentados em um gráfico, digitalizamos os dados usando o GetData Graph Digitizer (versão 2.24, Federação Russa).Finalmente, incluímos apenas relatórios no lago na China.Para precisão, nossa análise exigiu os seguintes detalhes nas publicações selecionadas: localização (longitude/latitude), a localização da pesquisa, a nutrição (TN, TP e TN/TP).Um total de 61 trabalhos revisados ​​por pares foram produzidos durante o processo de triagem com base em resumos, gráficos, tabelas e texto completo, bem como a remoção de duplicatas (figura1, referências de informações suplementares (SI)).Representando 42 sites compunham o conjunto de dados final (Figura2, Se a Tabela S1).

Efeitos do nitrogênio e fósforo na clorofila A em lagos da China: uma metanálise (2)

Efeitos do nitrogênio e fósforo na clorofila A em lagos da China: uma metanálise (3)

2.2.. Análise estatística

Em uma meta-análise, resulta na forma de um ou mais tamanhos de efeito são extraídos de cada estudo.Os tamanhos dos efeitos são projetados para combinar os resultados de diferentes estudos na mesma escala e usar um conjunto de indicadores para comparação (Gurevitchet al 2018).Isso é essencial para indicadores de tamanho de efeito passado.Neste estudo, usamos a taxa de resposta (RR) como tamanho do efeito.A taxa de resposta transformada em logaritmo naturalEfeitos do nitrogênio e fósforo na clorofila A em lagos da China: uma metanálise (4)é geralmente usado como um indicador no campo da ecologia (hedgeset al 1999) Usando oEfeitos do nitrogênio e fósforo na clorofila A em lagos da China: uma metanálise (5), podemos dar uma previsão mais robusta de como o CHLA varia com uma mudança em um determinado motorista de nutrientes.Todas as análises estatísticas foram realizadas com R v3.5.4 (R Core Team 2020).

2.3. Razão de resposta

De acordo com (Lajeunesse2015), calcule a taxa de respostaEfeitos do nitrogênio e fósforo na clorofila A em lagos da China: uma metanálise (6)e sua variação (v) da transformação logarítmica natural de unidades experimentais individuais:

Efeitos do nitrogênio e fósforo na clorofila A em lagos da China: uma metanálise (7)

Efeitos do nitrogênio e fósforo na clorofila A em lagos da China: uma metanálise (8)

ondeYdenota significa chla,Sé o desvio padrão dessa média eNé o tamanho da amostra para o tratamento (subscrito t) e os grupos de referência (Subscript R).

Calculamos a média ponderadaEfeitos do nitrogênio e fósforo na clorofila A em lagos da China: uma metanálise (9)Usando o modelo de efeitos mistos com a metáfora do pacote R.

A média ponderada (M) e sua variação (V) foram calculados como

Efeitos do nitrogênio e fósforo na clorofila A em lagos da China: uma metanálise (10)

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ondeké o número total de unidades experimentais,Efeitos do nitrogênio e fósforo na clorofila A em lagos da China: uma metanálise (12)é o tamanho do efeitoEfeitos do nitrogênio e fósforo na clorofila A em lagos da China: uma metanálise (13)em unidade experimentalj, eEfeitos do nitrogênio e fósforo na clorofila A em lagos da China: uma metanálise (14)é o fator de ponderação, que é o inverso da variação.O intervalo de confiança de 95% (IC) para a média ponderado foi calculado como:

Efeitos do nitrogênio e fósforo na clorofila A em lagos da China: uma metanálise (15)

Na apresentação deste artigo, o valor deEfeitos do nitrogênio e fósforo na clorofila A em lagos da China: uma metanálise (16)é convertido reversa e a variação percentual do CHLA causada por nutrientes foi calculada com base na taxa de resposta ponderada (equação (6))

Efeitos do nitrogênio e fósforo na clorofila A em lagos da China: uma metanálise (17)

Eles são considerados estatisticamente significativos se o IC de 95% não se sobrepor a zero.

3. Resultados

3.1.Effeitos de TN e TP no Chla em lagos da China

Nossos resultados indicaram que a resposta de TN e TP ao CHLA foi positiva nos lagos da China (figura3) com valores de RR de 5,5% e 272,0%, respectivamente.Como mostrado na figura3, TN e TP entram principalmente no ecossistema através do escoamento da terra, o que leva a flores de água, ou grandes concentrações de algas, e até os peixes morrem.Este estudo revelou o efeito de TN e TP no CHLA em três níveis de concentração: menor, média a alta (TN: 64,0%, 99,0%e 66,0%, TP: 28,0%, 170,0%e 46,0%).

Efeitos do nitrogênio e fósforo na clorofila A em lagos da China: uma metanálise (18)

3.1.1.Effeitos de TN no CHLA

O efeito médio no TN dos lagos na China foi de 5,5% (figura3).Nosso modelo quantificou a resposta da RR às mudanças no TN foi positiva e significativa entre os estudos (Figura4(b)).Observamos uma relação positiva entre o TN e o Chla (figura5(a), SI Figura S1) (Phillipset al 2008, Ossoet al 2014).Ao analisar estudos individuais, observamos que TN (0,75 -1) ter a maior flexibilidade de RR (r= 99% [60, 147],n= 602,P<0,001) seguido de tn> 1,4 mg l-1(r= 66% [34, 106],n= 250,P<0,001) e TN (0,75 -1) (r= 64% [27, 113],n= 172,P<0,001) no lago (figura4(b), SI Tabela S2).Geralmente, o efeito do TN no CHLA nos lagos mostrou uma tendência positiva de relacionamento na China.O RR detalhado do CHLA no TN de diferentes concentrações foi listado na Tabela S2.

Efeitos do nitrogênio e fósforo na clorofila A em lagos da China: uma metanálise (19)

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3.1.2.Effeitos de TP no CHLA

Nos nutrientes coletados dos lagos na China, o CHLA foi o mais eficaz no grupo de TP.Especialmente, a concentração de TP no nível médio (0,025 -1) foi de 170%e o impacto total atingiu 272%.Comparado com baixo (TN ⩽ 0,025 mg l-1, Assim,n= 197) ou níveis altos (TP> 0,05 mg l-1, Assim,n= 154), pesquisa no nível médio (n= 673) foi mais para os lagos da China.No intervalo tp> 0,05 mg l-1As mudanças no CHLA foram de 46% (46% [19, 78],P<0,001) no lago.No entanto, o TN ⩽ 0,025 mg l−1(0,28, [-3,89, 0,71],n= 197,P> 0,05, Tabela S2) não foi estatisticamente significativo no lago.Com o aumento da concentração de TP, descobrimos que o impacto no CHLA será maior (figura5(b), Si Figura S2), enquanto o RR de alta concentração (TP> 0,05 mg l-1, 46%) é menor que a concentração média de RR (0,025 -1, 170%).Está de acordo com a constatação anterior de que a concentração de clorofila aumentou lentamente em altas concentrações de TP (FilStrupet al 2014, Filstrup e Downing2017).Para diferentes concentrações de TP, as alterações no CHLA mostraram variação entre níveis baixos, médios e altos.O RR mostrou uma tendência decrescente (46% <154%) com o aumento da concentração de TP, o que é consistente com os dados de concentração de TP e CHLA instalados pela FilStrupet al(2014).

3.1.3.Effeitos de TN/TP no CHLA

TN/TP é um dos indicadores amplamente utilizados para explicar a limitação de nutrientes do fitoplâncton.Como mostrado na figura4(a), o total da resposta RR às alterações no TN/TP é negativo (-0,5%, [-0,7, -0,3],P<0,05) (Tabela S2).TN/TP ⩾ 16 tem um maior RR (213%, [161, 275],n= 663,P<0,001) e negativo para tn/tp <16 (-12%, [-23, −5],n= 361,P<0,05) no lago.

Para quantificar os efeitos interativos do TN e TP nas variações no CHLA nos lagos da China, TN e TP foram usados ​​como variáveis ​​preditores, e o CHLA foi escolhido como a variável de resposta na análise de regressão (figura5).O mesmo padrão foi observado para TN e TP em lagos (TN:Efeitos do nitrogênio e fósforo na clorofila A em lagos da China: uma metanálise (21)= 0,16,p<0,001;TP:Efeitos do nitrogênio e fósforo na clorofila A em lagos da China: uma metanálise (22)= 0,34,p<0,001,n= 1024).Como mostrado na tabela1, os resultados de nosso estudo são consistentes com os de estudos anteriores de corpos d'água eutróficos na escala macroscópica (Spearset al 2013, Filstrup e Downing2017, Seriaet al 2020).Por exemplo, os resultados do filtrup e downing (2017) Estudo de 139 lagos no meio -oeste dos Estados Unidos e Zouet al(2020) O estudo de 39 lagos na China Eastern Plains Ecoregion é consistente com nossas descobertas.No entanto, existem diferenças com alguns estudos individuais, que podem ser devido a diferenças espaciais e temporais, e a quantidade de dados (Minglianget al 2012, Queet al 2013, S Funi 2018).

Tabela 1.Comparação do nosso estudo com outros estudos.

ReferênciasRegião e dadosParâmetro R2 p-valor
Filstrup e Downing (2017)Centro -Oeste dos Estados UnidosTn0,39<0,001
139 lagosTp0,29<0,001
Lançaset al(2013)Reino UnidoTnN / DN / D
95 lagosTp0,81<0,001
Cunni (2018)Northern Lake Taihu, ChinaTn0,48<0,01
1 lagoTp0,58<0,01
Seriaet al(2020)Eastern Plains Ecoregion, ChinaTn0,24<0,001
39 lagosTp0,43<0,001
Ming doiset al(2012)À vista de algoTn0,04N / D
1 lagoTp0,06N / D
Isso éet al(2013)Lagos Ecorregionários Plain Eastern, ChinaTn0,09<0,01
7 lagosTp0,18<0,01
Presente estudoChinaTn 0,34 <0,001
34 lagosTp 0,16 <0,001

N/a = não aplicável.Observação: O valor em negrito significa resultados no presente estudo.

3.2.A concentração de TN e TP afeta o CHLA nos principais lagos da China

Resposta dos estados tróficos do CHLA sob diferentes combinações de concentrações de TN e TP são mostradas na figura6.Em primeiro lugar, comparamos a resposta do estado trófico do CHLA quando os dois nutrientes estão em níveis baixos (figura6(a)) e quando ambos os nutrientes estão nos níveis intermediários (figura6(e)) ou altos níveis de estados nutrientes (figura6(eu)).Quando TN e TP estão em baixos níveis de estados nutrientes, oEfeitos do nitrogênio e fósforo na clorofila A em lagos da China: uma metanálise (23)de Chla eutrófico é alto (2,41) e oEfeitos do nitrogênio e fósforo na clorofila A em lagos da China: uma metanálise (24)de Chla oligo-mesotrófico é baixo (0,83).No entanto, se o estado de concentração de TN se tornar níveis médios ou altos, oEfeitos do nitrogênio e fósforo na clorofila A em lagos da China: uma metanálise (25)do CHLA oligo-mesotrófico diminui bastante para 0,65 e 0,64, respectivamente.Por um lado, a resposta do CHLA oligo-mesotrófica é de 0,66 quando ambos os nutrientes (TN e TP) estão nos níveis médios e 1,28 para o CHLA eutrófico.Por outro lado, quando o TN e TP estão em altos níveis, oEfeitos do nitrogênio e fósforo na clorofila A em lagos da China: uma metanálise (26)aumentou com o CHLA aumentado (Figura6(eu)).Portanto, os níveis de TN e TP são muito importantes para o efeito dos lagos Chla.Isso mostra que o CHLA é limitado por nutrientes em macroscales.

Efeitos do nitrogênio e fósforo na clorofila A em lagos da China: uma metanálise (27)

Em seguida, discutimos a questão de saber se um único nutriente (TN ou TP) ou ambos (TN e TP) afeta o estado trófico do CHLA, porque estabelecemos que os nutrientes são importantes para a resposta do CHLA.Mantivemos os níveis da outra constante de nutrientes para que possamos explorar o efeito de um nutriente independente do outro.Por exemplo, podemos determinar o efeito do TN no CHLA comparando figuras6(a) - (c).Quando definimos os níveis de TP como menor, alterando os níveis de TN de menor (figura6(a)) para o meio (figura6(b)) ou alto (Figura6(c)) levará a uma diminuição noEfeitos do nitrogênio e fósforo na clorofila A em lagos da China: uma metanálise (28)do CHLA (um declínio de 0,83 quando TP é menor para 0,64 quando TN é alto).Simultaneamente, vemos um aumento noEfeitos do nitrogênio e fósforo na clorofila A em lagos da China: uma metanálise (29)do CHLA (um aumento de 2,41 quando o TN é menor para 2,49 quando TN está no meio), enquanto os dados são menos convincentes quando a concentração de TN está em alto nível.Quando mantemos o estado de TP no meio (figuras6(d) - (f)) ou hiper (figuras6(g) - (i)) Níveis, obtemos resultados semelhantes aos resultados que o efeito do TN no CHLA.Para determinar o efeito do TP no CHLA, mantemos os níveis de concentração de TN.Se os níveis de concentração de TN forem mais baixos (números6(a), (d) e (g)), a alteração dos níveis de TP de menor para o meio ou hiper causará um efeito de mudança para o CHLA baseado em estados tróficos oligo-mesotróficos e eutróficos (0,83 quando TP está em níveis mais baixos, 0,91Quando o TP é de níveis médios e 0,10 quando o TP é de altos níveis).Se os níveis de concentração de TN forem médios (números6(b), (e) e (h)), os estados tróficos oligo-mesotróficos das alterações do CHLA são pequenos (0,65 quando o TP está em níveis mais baixos, 0,66 quando o TP está nos níveis médios e 0,77 quando o TP é de altos níveis).Se os níveis de concentração de TN forem altos (números6(c), (f) e (i)), os estados tróficos eutróficos das alterações do CHLA diminuem (2,49> 1,28> 1,21).Portanto, de acordo com o efeito de TN ou TP em diferentes estados tróficos do CHLA, TN e TP podem influenciar o CHLAEfeitos do nitrogênio e fósforo na clorofila A em lagos da China: uma metanálise (30), mostrando que TN e TP podem ser limitantes.

Para determinar a importância relativa do TN e TP, pois ambos os nutrientes podem afetar o CHLA.Assumimos que as concentrações de TN e TP estão em níveis mais baixos e, em seguida, mudamos os níveis de concentração para a concentração média ou alta.As alterações na concentração de TP para um nível médio ou alto serão de 72,9% (0,825-0,096) dos estados trofic oligo-mesotróficos do CHLA e 88,0% (2,41-1,53) dos estados tróficos eutróficos do Chla (figuras6(a), (d) e (g)).Por outro lado, oEfeitos do nitrogênio e fósforo na clorofila A em lagos da China: uma metanálise (31)da concentração de TN para um nível médio ou alto, apenas causa uma mudança para 18,5% (0,825-0,64) e 8,0% (2,49-2,41) do CHLA (figuras6(a) - (c)).Além disso, não temos dados suficientes para avaliar mudanças emEfeitos do nitrogênio e fósforo na clorofila A em lagos da China: uma metanálise (32)para estados trofic hipereutróficos do CHLA.Portanto, embora TN e TP influenciem o estado trófico do CHLA, o TP (72,9%> 18,5% e 88,0%> 8,0%) é mais importante que o TN.Considerando as enormes mudanças deEfeitos do nitrogênio e fósforo na clorofila A em lagos da China: uma metanálise (33)Entre o efeito TN e TP e o grande efeito do TP no CHLA, o TP geralmente domina na determinação do estado trófico do CHLA, indicando que o TP é mais importante que o TN na limitação do CHLA.

Finalmente, examinamos se TN e TP poderiam afetar interativamente o estado trófico do CHLA.Descobrimos que quando a concentração de TN estava em níveis mais baixos, a alteração da concentração de TP de níveis mais baixa para média ou alta causaria um aumento na mudança de Chla sendo hipereutrófico (figuras6(a), (d) e (g)).No entanto, quando os níveis de concentração de TN foram médios ou altos, a resposta de CHLA sendo eutrófica ou hipereutrófica aumentou ao alterar os níveis de concentração de TP de menor para o meio ou alto (figuras6(d) - (f)) em um nível intermediário, figuras6(g) - (i) em altos níveis).Ou seja, o impacto da concentração de TP no CHLA é muito maior quando os níveis de concentração de TN são médios ou altos, indicando que TN e TP têm uma interação positiva na determinação do eutrófico ou hipereutrófico do CHLA.Há uma diminuição relativa na alteração para o CHLA ser hipereutrófico quando o TN ou TP muda de níveis médios ou altos para níveis mais baixos.Portanto, ambos os nutrientes (TN, TP) são importantes e sugerem co-limitação, quando o CHLA é eutrófico ou hipereutrófico.

4.Discusão

4.1.O efeito de TN e TP no CHLA

Resumimos se o CHLA dos lagos na China é limitado por TN, TP ou ambos em uma escala macro.Embora o TN e o TP afetem o CHLA, o TP geralmente desempenha um papel mais importante (272%> 5,5%), o que é consistente com a maioria dos estudos anteriores de síntese (Xuet al 2013, Assim,2015, Schindleret al 2016). As fases iniciais da eutrofização nos lagos podem ser geridas apenas através da redução do fósforo (Guildford e Hecky2000, MAet al 2015).Nossos resultados mostraram que os efeitos de n são limitados quando o estado trófico do CHLA é oligo-mesotrófico (TP: 64,4% vs TN: 9,6%) e a co-limitação de P e N quando o estado trófico de Chla é eutrófico (TP: 110% vs tn tn tn: 121%) ou hipereutrófico (TP: 240%vs TN: 173%).Como mostrado na tabela2, uma descoberta consistente com os achados de muitos estudos anteriores.

Tabela 2.Comparação do nosso estudo com outros estudos eutróficos de limitação de TN e TP.

ReferênciasStatus do CHLALimitação de nutrientesNome do lago
Yanet al(2019)Oligo-mesotróficoTpLago Cheng ainda
Xuet al(2013)O lago T ama
Pérolaet al(2011)Eutrófico ou hipereutróficoTP & TNO lago T ama
Wuet al(2017)Lago Dian Eat
MAet al(2015)O lago T ama
Presente estudoOligo-mesotróficoTp34 lagos, China
(TP: 64,4%
TN: 9,6%) um
EutróficoTP & TN34 lagos, China
(TP: 110%
TN: 121%)
HipereutróficoTP & TN34 lagos, China
(TP: 240%
TN: 173%)

TP: Limitação de P;TP & TN: N&P Co-limitação;(TP: 64,4% TN: 9,6%).umEfeito de TN e TP na clorofila.

Como índice representativo de eutrofização, o nível do CHLA sempre foi um indicador crucial monitorado pelos gerentes ambientais.É importante ressaltar que o TN/TP é um dos indicadores mais amplamente utilizados para explicar a limitação de nutrientes para o fitoplâncton (Liebig1842, Redfield1958, Lianget al 2020).Na maioria dos casos, as relações entre CHLA e TN/TP são fundamentais para orientar o gerenciamento de eutrofização do lago.Nossos resultados mostraram uma tendência significativa decrescente do TN/TP com o aumento da concentração de CHLA para os lagos em nosso banco de dados (linha de regressão linear ajustada para figurar7).Como mostrado na figura7, Assim,Efeitos do nitrogênio e fósforo na clorofila A em lagos da China: uma metanálise (34)eEfeitos do nitrogênio e fósforo na clorofila A em lagos da China: uma metanálise (35)ter uma relação de diminuição linear.As relações lineares entre dados logaritmicamente transformados de TN/TP e CHLA têm sido amplamente utilizados por gerentes ambientais que procuram governança de eutrofização (Tonget al 2018).A condição de limitação de nutrientes muda da limitação P para essa co-limitação P e N, quando o TN/TP se aproxima da ração do campo vermelho (7,2 por massa, como mostrado na figura7linha horizontal tracejada).Três tróficos de eutrofização foram digitalizados com duas linhas sólidas que definiram a concentração do CHLA como 7mg l−1e 30mg l−1(oligo-mesotrófico e eutrófico, eutrófico e hipereutrófico).Estimamos que o TN/TP é 16,7 (oligo-mesotrófico e eutrófico), que é próximo da proposta de 16 por (Tonget al 2018).Neste momento, o TN/TP estimado é de 24,4 (eutrófico e hipereutrófico), que fica próximo da proposta de 22 por (Guildford e Hecky2000).

Efeitos do nitrogênio e fósforo na clorofila A em lagos da China: uma metanálise (36)

Geralmente, P e N estão mais relacionados ao estado trófico do CHLA no lago.A liberação de P do sedimento e a decomposição do fitoplâncton foi o processo principal para a liberação de P. no entanto, o ciclo N possui mecanismos de remoção natural no corpo d'água, como a desnitrificação, que podem diminuir as entradas N.A desnitrificação aumenta com o aumento da eutrofização da água devido ao aumento da matéria orgânica.Portanto, as entradas P são frequentemente retidas em proporções mais altas que as entradas N.Globalmente, o TN/TP está diminuindo a tendência com o aumento da concentração de CHLA.Yanet al(2016) encontraram uma relação negativa semelhante entre o TN/TP e o CHLA a partir de 157 dados de publicações.Além disso, Lianget al(2020) encontraram uma relação negativa semelhante entre o TN/TP e o CHLA analisou dados de 1382 lagos em 17 estados dos EUA com um método probabilístico de aprendizado de máquina, rede bayesiana.Da mesma forma, o TN/TP diminuiu com a eutrofização em lagos como Taihu, Dianchi e alguns lagos americanos ou canadenses (Dove e Chapra2015, Yanet al 2016, Tonget al 2018).

No geral, nossa meta-análise foi realizada usando 61 dados de pesquisa individuais que uma ampla gama de estados tróficos e porque nossos resultados são suportados por estudos de lago único.Portanto, nossas descobertas são significativas para entender as limitações de TN ou TP e fornecer alguma referência aos gerentes de eutrofização.Por exemplo, podemos decidir se devemos limitar N ou P sob diferentes estados tróficos do CHLA de acordo com o limiar de concentração de TN e TP.

4.2. Significância para o gerenciamento do lago eutrofização

Como mostrado na figura8, analisamos quantitativamente a resposta do CHLA a diferentes concentrações de TN e TP.No entanto, considerando as variações temporais e espaciais das informações do lago, é impossível ter uma estratégia que possa ser adequada para o gerenciamento de eutrofização de todos os lagos.Portanto, nossos resultados não são onipotentes, mas podem ser aplicados a diretrizes gerais para muitos lagos.Ele pode fornecer informações anteriores importantes para o gerenciamento de eutrofização, especialmente para lagos que possuem poucos dados.

Efeitos do nitrogênio e fósforo na clorofila A em lagos da China: uma metanálise (39)

Por um lado, quando mantemos a concentração de TN inalterada.Nossos resultados mostraram que diminuir a concentração de TN e TP é útil para a recuperação de lagos hipereutróficos.A resposta do CHLA sendo hipereutrófica reduziu um grande quando a concentração de TP do nível médio para o meio (54,0%, 2,4-1,56, figura8(um)).Da mesma forma, oEfeitos do nitrogênio e fósforo na clorofila A em lagos da China: uma metanálise (40)de Chla ser eutrófico reduziu uma grande quando a concentração de TP do nível médio ao nível médio (29,0%, 1,39-1,1, figura8(um)).Para a recuperação de lagos hipereutróficos, as concentrações decrescentes de TN também podem reduzir oEfeitos do nitrogênio e fósforo na clorofila A em lagos da China: uma metanálise (41)de Chla sendo hipereutrófico quando mantemos a concentração de TP inalterada.OEfeitos do nitrogênio e fósforo na clorofila A em lagos da China: uma metanálise (42)de Chla ser hipereutrófico seria reduzido em 17,0% (1,73-1,56, figura8(b)) Quando a concentração de TN se torna um nível médio.Em outras palavras, o lago eutrófico ou hipereutrófico é mais adequado para controlar simultaneamente a entrada de N e P, ou reduzir a entrada de P sozinho.

4.3. A importância grande conjunto de dados e o uso de uma metanálise

A novidade de nossa pesquisa está examinando os efeitos de N e P em 41 lagos (61 estudos) na China.Enfatizamos a importância de usar um conjunto de dados com um grande número de lagos e uma variedade de contextos ecológicos e, em seguida, quantificamos o efeito de TN e TP no CHLA com métodos de meta-análise.A análise de nosso banco de dados nacional de eutrofização do lago revelou que diferentes concentrações de TN e TP influenciam o status do CHLA, embora a consistência e a magnitude do efeito variem em todo o lago.

Nosso trabalho também destaca a aplicação inovadora da metanálise na exploração do efeito de TN e TP no CHLA em macroscales.Como mostrado em figuras4e5, sob certos níveis de concentração, oEfeitos do nitrogênio e fósforo na clorofila A em lagos da China: uma metanálise (43)do CHLA não é determinístico.Felizmente, a meta-análise pode obter resultados quantitativos coletando artigos revisados ​​por pares.Como hedgeset al(1999) Disse que a meta-análise é a síntese científica quantitativa dos resultados da pesquisa.Também argumentamos que a meta-análise pode ser incentivada como uma ferramenta eficaz para uso em estudos de macrossistema.Em primeiro lugar, a variação entre os grupos no modelo de efeitos mistos explica o impacto da heterogeneidade espacial do ambiente ecológico e reduz o viés.Em segundo lugar, nossas descobertas podem fornecer estratégias direcionadas para o gerenciamento de eutrofização, mas ainda precisamos ser cautelosos porque alguns dados são raros.Finalmente, a ciência aberta e o big data enfatizaram o acesso imparcial aos dados de pesquisa, o que é de longa importância na meta-análise.Nesta base, podemos obter mais metadados de revisão por pares, para que os resultados sejam mais robustos.Isso fornecerá uma referência importante para formular estratégias de eutrofização de uma perspectiva macro.

Apesar de sua utilidade atual e potencial futuro, a metanálise tem várias limitações como uma ferramenta.Por exemplo, este estudo avaliou os efeitos de TN, TP e TN/TP no estado trófico do CHLA em lagos em macroscales na China.As previsões de seus efeitos líquidas são difíceis de generalizar, porque esses fatores podem depender da profundidade do Secchi, tipo de vegetação/composição e escala de tempo.Nossa análise não abordou o impacto desses fatores adicionais.Portanto, o trabalho futuro precisa ser realizado mais fatores.

5.Clusão

Os resultados deste estudo têm implicações extensas para a avaliação e gerenciamento da qualidade da água em lagos.Com base nos resultados dessa metanálise, concluímos que os efeitos do TP no CHLA são significativamente maiores que os da TN em 34 lagos na China.Neste estudo, a resposta média do CHLA a TP (272,0%) foi superior a TN (5,5%) e TN/TP (-0,5%) coletados dos metadados.Especialmente quando o estado trófico do CHLA muda de hipereutrófico para eutrófico, em comparação com a TN, a redução do TP pode reduzir significativamente o CHLA (54,0% vs. 17,0%).O efeito relativo dos três fatores variou temporalmente e diferiu nas concentrações de CHLA.A TN tem o maior impacto no CHLA dos lagos em concentrações mais baixas, e a entrada de nitrogênio deve ser controlada primeiro para o gerenciamento de eutrofização.A mudança no TP é o contribuinte dominante para a eutrofização (170,0%) nas concentrações médias.Além disso, TN e TP contribuíram para a eutrofização (TN 66,0% e TP 46,0%) em altas concentrações e, em seguida, precisam de controle da entrada de TN e TP no gerenciamento de eutrofização.Esses resultados sugerem que o gerenciamento da eutrofização pode ter que considerar o efeito das interações N e P no Chla e no gerenciamento de eutrofização em vários corpos d'água.Nossas descobertas aumentam o entendimento da limitação de nutrientes no CHLA, o que poderia facilitar a formulação de estratégias de gerenciamento para a eutrofização e fornecer informações anteriores para o gerenciamento de eutrofização em vários corpos d'água.

Agradecimentos

Esta pesquisa foi apoiada financeiramente pelo Projeto de Desenvolvimento de Integração do Governo Universitário para Yantai (Grant No. 2020xdrHxmpt10), o Programa de Desenvolvimento de Talentos 2115 da Universidade Agrícola da China, pesquisa e demonstração do sistema de monitoramento preciso em tempo real para peixes em estágio inicial em recirculaçãoSistema de Aquicultura (2019YFE0103700).

Declaração de disponibilidade de dados

Os dados que suportam as conclusões deste estudo estão disponíveis abertamente no seguinte URL/DOI:https://github.com/GhuangHui/article-code-and-data.

Efeitos do nitrogênio e fósforo na clorofila A em lagos da China: uma metanálise (2024)
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