De senaste 10 åren har sett en ökning av användningen av små ämnen som kallas nanomaterial i jordbrukskemikalier som bekämpningsmedel och fungicider. Tanken är att ge mer sjukdomsskydd och bättre skörd för grödor, samtidigt som man minskar mängden gifter som sprayas på jordbruksfält.

Men i kombination med näringsavrinning från gödslad åkermark och gödselfyllda betesmarker, dessa "nanopesticider" kan också betyda mer giftiga algelutbrott för närliggande vattendrag, sjöar och våtmarker, en ny studie finner.

Resultaten visas den 25 juni i tidningen Ekologiska tillämpningar .

För liten för att se med alla utom de mest kraftfulla mikroskopen, konstruerade nanomaterial är ämnen som tillverkas för att vara mindre än 100 nanometer i diameter, många gånger mindre än en hårsmån.

Deras nanoskala ger dem andra kemiska och fysikaliska egenskaper än deras bulkmotsvarigheter, inklusive mer yta för reaktioner och interaktioner.

Dessa interaktioner kan intensifiera skadliga algblomningar i våtmarker, enligt experiment ledda av Marie Simonin, en postdoktor med biologiprofessor Emily Bernhardt vid Duke University.

Kolnanorör och små, små partiklar av silver, titandioxid och andra metaller är redan tillsatta i hundratals kommersiella produkter för att göra allt från snabbare, lättare elektronik, självrengörande tyger, och smartare livsmedelsförpackningar som kan övervaka mat för att bli förstörd. De används också på gårdar för långsam eller kontrollerad frisättning av växtgödselmedel och bekämpningsmedel och mer målinriktad leverans, och för att de är effektiva vid lägre doser än konventionella produkter.

Dessa och andra applikationer har genererat ett enormt intresse och investeringar i nanomaterial. Men de potentiella riskerna för människors hälsa eller miljön är inte helt klarlagda, sa Simonin.

De flesta av de 260, 000 till 309, 000 metriska ton nanomaterial som produceras över hela världen varje år slängs så småningom på deponier, enligt en tidigare studie. Men av resten, upp till 80, 400 ton per år släpps ut i jordar, och upp till 29, 200 ton hamnar i naturliga vattendrag.

"Och dessa nya föroreningar hamnar inte bara i vattendrag, Simonin sa. "De förekommer förmodligen tillsammans med näringsavrinning. Det finns sannolikt flera stressorer som interagerar."

Algenutbrott plågar redan förorenat vatten världen över, sa Steven Andersson, en forskningsanalytiker vid Bernhardt Lab på Duke och en av författarna till forskningen.

Kväve- och fosforföroreningar tar sig in i våtmarker och vattendrag i form av avrinning från jordbruket och orenat avloppsvatten. De överdrivna näringsämnena gör att alger växer utom kontroll, skapa en tjock matta av grönt avskum eller slem på vattenytan som hindrar solljus från att nå andra växter.

Dessa näringsdrivna "blomningar" minskar så småningom syrenivåerna till den punkt där fiskar och andra organismer inte kan överleva, skapa döda zoner i vattnet. Vissa algblomningar släpper också ut gifter som kan göra husdjur och människor som sväljer dem sjuka.

För att ta reda på hur de kombinerade effekterna av näringsämnesavrinning och förorening av nanopartiklar skulle påverka denna process, kallas eutrofiering, forskarna satte upp 18 separata 250-liters tankar med sandiga lutande botten för att efterlikna små våtmarker.

Varje friluftstank fylldes med vatten, jord och en mängd olika våtmarksväxter och djur som vattentång och myggfisk.

Under det nio månader långa experimentet, vissa tankar fick en veckodos av algfrämjande nitrater och fosfater som de som finns i gödningsmedel, vissa tankar fick nanopartiklar – antingen koppar eller guld – och vissa tankar fick båda.

Längs vägen övervakade forskarna vattenkemin, växt- och algertillväxt och ämnesomsättning, och ackumulering av nanopartiklar i växtvävnader.

"Resultaten var överraskande, " sa Simonin. Nanopartiklarna hade små effekter individuellt, men när de tillsätts tillsammans med näringsämnen, även låga koncentrationer av guld- och kopparnanopartiklar som används i fungicider och andra produkter gjorde det en gång klara vattnet till en grumlig ärtsoppafärg, dess yta täckt med klargröna illaluktande mattor av flytande alger.

Under experimentets gång, stora algblomningar var mer än tre gånger mer frekventa och mer ihållande i tankar där nanopartiklar och näringsämnen tillsattes än när näringsämnen tillsattes enbart. Algöverväxterna minskade också löst syre i vattnet.

Det är ännu inte klart hur exponeringen av nanopartiklar förändrar den känsliga balansen mellan växter och alger när de konkurrerar om näringsämnen och andra resurser. Men resultaten tyder på att nanopartiklar och andra "metallbaserade syntetiska kemikalier kan spela en underskattad roll i de globala trenderna med ökande övergödning, " sa forskarna.