Många sjöar och dammar ändrar färg - från behagligt blått eller klart till grumligt brunt eller grönt, orsakas av avrinning av näringsämnen och kol, i kombination med varmare temperaturer.

Forskare och vattenförvaltare arbetar med att förutsäga förhållanden som skapar färgförändringar och algblomning, men det är lättare sagt än gjort.

Forskare har mestadels antagit att de ekosystemrelationer som leder till dessa förändringar är linjära, så att mer fosfor läggs till i en sjö, till exempel, skulle direkt och proportionellt leda till mer algtillväxt.

Men en ny global studie av sjöar finner att dessa relationer är mycket mer komplexa, sammanhängande och olinjära.

"Vår studie indikerar att vi inte exakt kan förutsäga hur sjöar reagerar på tillsatt kol och näringsämnen utan att införliva olinjär dynamik och överväga båda insatserna tillsammans, "sa Meredith Holgerson, biträdande professor vid Institutionen för ekologi och evolutionär biologi vid College of Agriculture and Life Sciences, och första författare till studien, "Integrering av ekosystemmetabolism och konsument Allochthony avslöjar olinjära drivrutiner i Lake Organic Matter Processing, "som publicerades den 6 augusti i tidningen Limnologi och oceanografi .

Sjöar och dammar utsätts alltmer för övergödning, en process där tillsatta näringsämnen främjar växt- och algtillväxt som gör sjöarna gröna, lägre syrehalt i vattnet och kan vara giftigt. En annan förändring av sjöarnas ansikte är "brunning, "där en ökning av organiskt kol mörknar sjön och ökar sönderdelningen. Klimatförändringar kan förvärra dessa förhållanden eftersom mer frekventa och intensiva stormar ökar avrinningen av näringsämnen och organiskt material från det landliga landskapet.

Studien undersöker hur tillförsel av fosfor och kol till sjöar interagerar och påverkar växternas tillväxt, andning och livsmedelsalloktoni - hur mycket av en organism biomassa härstammar från landkällor kontra vattenkällor.

I studien, ett team av åtta forskare granskade den vetenskapliga litteraturen för att sammanställa datamängder för ekosystemmetabolism (bruttoprimiproduktion och andning i en sjö) och matvävalloktoni (hur mycket markbundna källor bränner matväven) från sjöar runt om i världen. Medan tidigare studier undersökt metabolism eller alloktoni oberoende, denna studie är den första att jämföra dem samtidigt över en stor uppsättning sjöar. Genom att sammanföra de två mätvärdena, forskarna hade en tydligare förståelse för hur sjöar reagerar på förändringar i både näringsämnen och kol.

"Vi fann att majoriteten av våra relationer var olinjära för både metabolism och alloktoni, "Sa Holgerson.

Till exempel, bruttoprimärproduktionen (den totala hastigheten som växtmaterial produceras) ökade linjärt endast vid mellanliggande nivåer av totalt fosfor. På låga och höga nivåer, tillsats av fosfor förändrade inte den primära bruttoproduktionen väsentligt.

Förr, konventionell visdom sa att högre externa tillförsel av markkol skulle leda till mer alloktoni i livsmedelsbanan. "Men istället, vi fann att den högsta alloktonen krävde mellanliggande halter av kol och fosfor, "Holgerson sa." För att förutsäga hur sjöar kommer att reagera på förändringar i närings- och kolbelastningar, vi måste förstå formerna för dessa relationer. "

Eftersom sjödynamiken inte är linjär, Hon sa, studien pekar på möjliga trösklar för förändring.

"Utan att ta hänsyn till dessa tröskelförskjutningar och potentiella interaktioner mellan kol och näringsämnen, vi skulle felaktigt förutsäga en sjö reaktion på förändring, " Hon sa.

I sista hand, Holgerson sa, lösningar för övergödning och brunfärgning kommer att innebära minskning av närings- och kolbelastningar till sjöar, som, medan det är enkelt i teorin, är svåra att genomföra.