Ett nytt sätt att mäta den relativa beboeligheten av sötvattensmiljöer för fiskar och vatteninsekter tyder på att New Jerseys standarder för vattenövervakning och behandling skulle kunna öka.

Med hjälp av en standard som de skapade för att mäta potentiellt skadliga näringsnivåer i sötvattenströmmar genom att mäta förekomsten av encelliga alger, kallas kiselalger, forskare från Academy of Natural Sciences vid Drexel University analyserade miljödata från 95 flod- och bäckplatser i sex ekologiska regioner i New Jersey.

Teamets resultat avslöjade att New Jerseys nuvarande tillåtna tröskel för lösta näringsämnen i dess strömmar sannolikt är för hög.

Dessa näringsämnen, såsom fosfor och kväve, hittar ofta in i vattendrag från ytavrinning från jordbruksområden och direkta utsläpp från kommunala reningsverk.

I vattenmiljöer, höga näringsnivåer kan ha skadliga effekter, inklusive tillväxt av algmattor och låga nivåer av löst syre – vilket gör miljön obeboelig för fiskar och makroinvertebrater, som sötvattensmusslor och vatteninsekter.

Baserat på deras nyutvecklade tillvägagångssätt – med kiselalger som en vattenkvalitetsindikator – som en del av standardsystemet för biologisk tillståndsgradient, forskarna fann att New Jerseys totala fosforparameter på 100 mikrogram per liter inte skyddar platser från att bli ekologiskt försämrade. Deras forskning tyder på att tröskeln för en frisk sötvattenförekomst i New Jersey inte bör vara högre än 50 mikrogram per liter, för att bibehålla, eller återställa, de flesta platser i ett opåverkat tillstånd.

Forskningen, som använde kiselalger Biological Condition Gradient som teamet utvecklade för drygt två år sedan, publicerades i Ekologiska indikatorer . Medförfattare Donald Charles, Andrew P. Tuccillo, en tidigare forskare vid Akademien, och Thomas Belton, en forskarassistent vid akademin men som tidigare arbetade vid New Jersey Department of Environmental Protection, genomförde forskningen. Don Charles, Ph.D., huvudförfattaren är senior vetenskapsman vid akademin och tidigare professor vid Drexels avdelning för biologisk mångfald, geo- och miljövetenskap.

"Vi har lärt oss från tidigare studier att kiselalger Biological Condition Gradient (BCG) kan identifiera skillnader i näringskoncentrationsgradientskillnader för att klassificera oskadade från nedsatta platser, ", sa Charles. "Och nu kan vi använda kiselalger TP (totalt fosfor) och TN (totalt kväve) mått som vi utvecklat i tidigare studier som, när man samarbetar med BCG-nivåtilldelningar, kan avgöra om näringskriterier är uppfyllda i en viss vattenförekomst."

"I enlighet med lagen om rent vatten, United States Environmental Protection Agency och/eller staterna måste utveckla kriterier för vattenkvalitet för föroreningar för att säkerställa att omgivande vatten är fiskbart, simbar och säker att dricka, ", sa Belton. "New Jersey är en av endast en handfull stater med "numeriska kriterier" för näringsämnen som fosfor och kväve. De ursprungliga New Jersey-kriterierna var en kvalificerad gissning som utvecklades på 1970-talet baserat på en analys av befintliga övervakningsdata för vattenkvalitet."

Att följa Clean Water Acts krav på återställande och underhåll av den "biologiska integriteten i nationens vatten, " U.S. Environmental Protection Agency skapade den biologiska tillståndsgradienten - en skala med sex "tillstånd, " används för att kategorisera den relativa kvaliteten hos en vattenförekomst - nivå sex är den mest ekologiskt stressade och nivå ett är "orörd."

Skalan är tänkt att skapa en standard för användning av vattenlevande organismer som en indikator på hälsan i sötvattenmiljöer. Statliga tillsynsorgan använder BCG för att gradera och övervaka sitt vatten på ett jämförbart sätt.

"Medan det finns biologiska tillståndsgradienter för fiskar och makroryggradslösa djur - detta är den första BCG-skalan som använder kiselalger, sade Charles. Kiselalger har en kiseldioxid, glasliknande infrastruktur och uppvisar en stor del av ekologisk känslighet, vilket är det som gör dem till den bästa indikatorn på näringsföroreningar."

Kiselalger är den absolut vanligaste gruppen alger i floder och vattendrag. Och, som matbas för fisk och makroryggradslösa djur, de är mycket viktiga för att upprätthålla sunda ekosystem.

Det akademibaserade teamet fastställde att förekomsten av kiselalgerarter korrelerade med New Jerseys vattenkvalitetsstandarder enligt BCG-systemet - och att denna korrelation var konsekvent över en mängd olika ekoregioner i de bergiga norra och sandiga södra kustslätterna. Vilket innebär att en statlig anpassning till den acceptabla nivån av näringsämnen i vatten vore lämplig.

Deras resultat kan nu användas som en resurs för statliga beslutsfattare för att ta itu med vattenkvalitetsbedömning och anta nödvändiga justeringar för bättre övervakning och behandling av bäckar och floder.

"De flesta stater har bara "narrativa kriterier" som varnar mot nivåer av näringsämnen i vattendrag som resulterar i "stötande mängder alger", men, specificera inte vilka nivåer det kan vara, sade Belton. Men, vår studie gör precis det."

Det kan finnas ett visst motstånd mot att ändra de befintliga numeriska kriterierna för vattenkvalitet – eftersom det kommer att innebära att utsläppet av näringsämnen begränsas, sådana som kommer från kommunala reningsverk. Dessa industrier skulle behöva införa mer avancerade och dyra reningsprocesser för att möta den strängare standarden.

Forskarna drar slutsatsen att "det finns en potentiell utbredd tillämpning av BCG-metoden för att utveckla näringskriterier och för att övervaka efterlevnaden i hela USA med hjälp av kiselalgersammansättningar."