De nombreux lacs et étangs changent de couleur - du bleu agréable ou clair au brun ou vert sombre, causée par le ruissellement de nutriments et de carbone, couplé avec des températures plus chaudes.

Les scientifiques et les gestionnaires de l'eau s'efforcent de prédire les conditions qui créent des changements de couleur et des proliférations d'algues, mais c'est plus facile à dire qu'à faire.

Les chercheurs ont principalement supposé que les relations écosystémiques qui conduisent à ces changements sont linéaires, tel qu'ajouter plus de phosphore à un lac, par exemple, conduirait directement et proportionnellement à une croissance plus importante des algues.

Mais une nouvelle étude mondiale des lacs révèle que ces relations sont beaucoup plus complexes, interdépendants et non linéaires.

"Notre étude indique que nous ne pouvons pas prédire avec précision comment les lacs réagissent à l'ajout de carbone et de nutriments sans incorporer une dynamique non linéaire et sans considérer les deux intrants ensemble, " a déclaré Meredith Holgerson, professeur adjoint au Département d'écologie et de biologie évolutive du Collège d'agriculture et des sciences de la vie, et premier auteur de l'étude, "L'intégration du métabolisme des écosystèmes et de l'allochtonie des consommateurs révèle des facteurs non linéaires dans le traitement de la matière organique des lacs, " qui a été publié le 6 août dans le journal Limnologie et Océanographie .

Les lacs et étangs sont de plus en plus sujets à l'eutrophisation, un processus où les nutriments ajoutés favorisent la croissance des plantes et des algues qui verdissent les lacs, niveaux d'oxygène inférieurs dans l'eau et peuvent être toxiques. Un autre changement auquel les lacs sont confrontés est « le brunissement, " où une augmentation du carbone organique assombrit le lac et augmente la décomposition. Le changement climatique peut exacerber ces conditions car des tempêtes plus fréquentes et plus intenses augmentent le ruissellement de nutriments et de matière organique du paysage terrestre.

L'étude examine comment les apports de phosphore et de carbone dans les lacs interagissent et affectent la croissance des plantes, respiration et allochtonie du réseau trophique :quelle proportion de la biomasse d'un organisme provient de sources terrestres par rapport à des sources aquatiques.

Dans l'étude, une équipe de huit chercheurs a examiné la littérature scientifique pour compiler des ensembles de données sur le métabolisme des écosystèmes (production primaire brute et respiration dans un lac) et l'allochtonie du réseau trophique (combien les sources terrestres alimentent le réseau trophique) des lacs du monde entier. Alors que des études antérieures examinaient indépendamment le métabolisme ou l'allochtonie, cette étude est la première à les comparer simultanément sur un large ensemble de lacs. En réunissant les deux métriques, les chercheurs avaient une meilleure compréhension de la façon dont les lacs réagissent aux changements de nutriments et de carbone.

"Nous avons trouvé que la majorité de nos relations étaient non linéaires pour le métabolisme et l'allochtonie, " a déclaré Holgerson.

Par exemple, la production primaire brute (le taux total de production de matériel végétal) n'a augmenté linéairement qu'à des niveaux intermédiaires de phosphore total. À des niveaux bas et élevés, l'ajout de phosphore n'a pas modifié de manière significative la production primaire brute.

Autrefois, la sagesse conventionnelle a déclaré que des apports externes plus élevés de carbone terrestre conduiraient à plus d'allochtonie dans le réseau trophique. "Mais plutôt, nous avons constaté que l'allochtonie la plus élevée nécessitait des niveaux intermédiaires de carbone et de phosphore, " a déclaré Holgerson. " Afin de prédire comment les lacs réagiront aux changements dans les charges de nutriments et de carbone, nous devons comprendre les formes de ces relations."

Puisque la dynamique du lac n'est pas linéaire, elle a dit, l'étude indique des seuils possibles de changement.

"Sans tenir compte de ces changements de seuil et des interactions potentielles entre le carbone et les nutriments, nous prédirons à tort la réaction d'un lac au changement, " elle a dit.

Finalement, Holgerson a dit, les solutions à l'eutrophisation et au brunissement consisteront à réduire les charges de nutriments et de carbone dans les lacs, lequel, bien que simple en théorie, sont difficiles à mettre en œuvre.