Skenet kan bedra. Titta på hundra sjöar i jordbrukets hjärta i USA och du kommer sannolikt att se gröna sjöar omgivna av gröna fält. Kvävet och fosforn i jordbruksgödselmedel som hjälper grödor att växa underblåser också tillväxten av alger och cyanobakterier som i överskott kan göra sjöar till färgen som ärtsoppa.

Men när forskare tittade på 13 års data från 139 sjöar i områden med intensivt jordbruk i Iowa såg de sjöar som var förvånansvärt klara trots extremt höga näringsämneskoncentrationer.

I en studie publicerad den 9 oktober, 2017 i tidningen Inlandsvatten forskare från University of Minnesota Duluth och Minnesota Sea Grant rapporterar att sjöarna var så överdrivet befruktade att de flesta av algerna och cyanobakterierna som innehöll det gröna pigmentet klorofyll dödades.

"En av farorna här är att missta ökad vattenklarhet för förbättrad vattenkvalitet, sa Chris Filstrup, huvudförfattare till studien och en forskarassistent med UMD Large Lakes Observatory och Minnesota Sea Grant. "Faktiskt, vattenkvaliteten i dessa fall är sämre än i sjöar som har fler alger, ändå lägre nivåer av näringsämnen."

Tillsynsmyndigheter har ofta använt vattnets klarhet som en indikator på vattenkvaliteten. Resultaten av denna studie tyder på att tillvägagångssättet inte nödvändigtvis fungerar i alla regioner.

De överdrivna näringshalterna uppstår när regn och snösmälta tvättar fosfor och kväve från jordbruksmarker, mata massor, förorts gräsmattor och stadskärnor till sjöar och andra vattendrag. Detta nya fenomen trotsar generaliseringen att även extrema koncentrationer av fosfor och kväve fortsätter att underblåsa algtillväxt.

"I några av Iowasjöarna i vår studie noterade vi fosfornivåer 10 gånger vad vi skulle förvänta oss att se i en norra Minnesotasjö, ", sa Filstrup. "Vi blev förvånade över att se att kvävehalterna var mer än 30 gånger högre."

Sådana extrema näringsnivåer verkar förstöra befintliga alger och cyanobakterier vilket resulterar i en ökning av vattnets klarhet. Konceptet liknar sättet att applicera för mycket gödselmedel på land kan skada, om inte döda, planterar och gör jorden karg.

"Vi trodde att det låga utseendet av alger vid höga kvävekoncentrationer kan bero på obalanser av andra näringsämnen, eller för mycket skugga för alger att växa, eller att vissa alger är mindre gröna eller att djurplankton äter mer alger när det finns mycket kväve, " sa medförfattaren John A. Downing, direktör för Minnesota Sea Grant, en forskare vid UMD Large Lakes Observatory och en professor vid UMD Department of Biology. "Men ingen av dessa hypoteser sprang ut. Den enda förklaring som är vettig, än så länge, är att högt kväve är dåligt för alger."

Minskningen av alger är sannolikt resultatet av samspelet mellan fosfor, kväve, landskapet och solljuset, som när de kombineras gör att de överflödiga nitratpartiklarna i vattenpelaren bildar reaktiva syrearter som skadar eller dödar alger genom att spränga deras cellväggar och membran, säger Filstrup och Downing.

"Du kanske tänker på det som väteperoxid, ", sade Filstrup. "Att hälla väteperoxid på ett snitt får bakterier att brista. Det är därför det brusar. I sjöar, de reaktiva syretyper som kan bildas från nitrat fräser inte men de kan förstöra organiskt material, potentiellt inklusive växtplankton."

I takt med att efterfrågan på jordbruksprodukter fortsätter att öka och därmed en ökad användning av gödningsmedel, författarna hoppas att denna studie kommer att fungera som ett lärorikt exempel för andra jordbruksregioner som upplever eller riskerar att drabbas av extrem näringsbelastning.

"Att tillföra för mycket kväve på åkrar, gräsmattor och trädgårdar slösar pengar, leder till ohälsosamma sjöar och skadar till och med Mexikanska golfen. Att odla grödor och hantera animaliskt avfall enligt bästa förvaltningspraxis är viktigt, sa Downing.