Pollution par l’azote: Trop d’une bonne chose

Par David A. Bainbridge

Traduction par Jocelyne Dickey

Domaines : écologie et environnement, histoire, mathématiques.

Concepts clés : pollution par l’azote dans les systèmes aquatiques et terrestres, écotoxicité, biodiversité, systèmes dynamiques, changement global, empreinte écologique.

Habiletés : utilisation de la méthode scientifique, utilisation de formules, réalisation d’expériences, observation, prise de mesures, synthèse et analyse de données.

Endroit : laboratoire, extérieur, serre.

Durée : Environ 1 jour pour la préparation, plusieurs semaines pour les tests, une heure de classe par semaine.

Matériel : graines de gazon indigène et envahissant (fournisseur de semences indigènes ou pépinière), sol sablonneux, engrais azoté, contenants à plantes d’un gallon, eau, bouteilles plastiques, sacs de papier, foret, scellant pour aquarium, tuyau de petit diamètre, très résistant  et transparent; perlite et graines de ray-grass dans une casserole de 10 cm x 20 cm; eau d’étang filtrée; kit d’expérience d’oxygène dissous « LaMotte » ou « Hach »; euglène, une espèce d’algue verte disponible dans les boutiques de science.

Nous entendons souvent des préoccupations exprimées sur des risques environnementaux exotiques comme les chlorofluorocarbones dans l’atmosphère, le plutonium dans les satellites, le mercure et le cadmium dans les bactéries ou des pesticides et des herbicides dans notre eau souterraine. Mais il est de plus en plus clair que les perturbations dans la majorité des processus de base peuvent causer des problèmes environnementaux également sévères. L’augmentation des niveaux de dioxyde de carbone dans l’atmosphère et la destruction de l’ozone stratosphérique en sont deux exemples. Un autre est la pollution par l’azote, qui semble être de plus en plus un désastre environnemental autant dans l’eau (où elle a été amplement reconnue) que sur le terrain.

Bien que l’azote atmosphérique ou diazote (N₂) constitue 78 % de l’air que nous respirons, il est fréquemment le facteur limitant à la croissance des plantes parce que cette vaste réserve d’azote atmosphérique ne peut pas être utilisée directement comme élément nutritif. Le gaz azote est converti dans des formes chimiques qui peuvent être utilisées par les plantes à travers un processus de fixation de l’azote décomposé par les bactéries. Ces bactéries incluent les cyanobactéries qui vivent librement dans le sol et dans l’eau, et les bactéries qui forment des nodules où elles vivent sur les rameaux de certaines plantes, (les bactéries Rhizobium sur les légumineuses comme les haricots, sur les petits pois et le trèfle ; les bactéries filamenteuses appelées actinomycètes sur les aulnes, les shépherdies (buffalo berries en anglais), les lilas de montagne et d’autres arbustes et herbes vivaces).  Si vous ouvrez un nodule sur la racine de trèfle ou de haricot et si cette plante peut fixer l’azote, elle sera rouge à l’intérieur. Ces partenaires symbiotiques convertissent l’azote atmosphérique en ammoniac (NH₃) biologiquement disponible. Les ions ammonium (NH₄⁺) doivent alors être convertis en nitrites (NO₂^–) et ensuite en nitrates (NO₃^–) par des bactéries aérobies.

Après que l’azote a rempli son rôle dans les organismes vivants, de grandes armées de décomposeurs convertissent de nouveau les composés organiques riches en azote, les déchets, les particules usées et les corps morts en composés plus simples qui sont disponibles pour d’autres plantes et les microorganismes.  D’autres bactéries spécialisées, en grande partie des bactéries anaérobiques du sol et des sédiments superficiels des lacs, des océans et des marécages, convertissent ensuite ces formes inorganiques d’azote de nouveau en diazote, lequel est libéré dans l’atmosphère pour recommencer le cycle. L’azote est aussi fixé par n’importe quel éclair, peut-être un kilogramme par éclair. Ceci constitue le cycle de l’azote, d’une importance vitale.

Au cours des temps préindustriels, on a assumé que l’azote cyclique était plus ou moins en équilibre : des mesures de protoxyde d’azote (N₂O) dans de vieilles bulles de gaz capturé dans l’eau des glaciers montrent des concentrations qui frisent les 285 parties par million (ppm). Il y a 200 ans, l’activité humaine a commencé à déséquilibrer ce système. Depuis que la Révolution industrielle a commencé, le niveau d’oxyde nitrique dans l’atmosphère a augmenté à environ 310 ppm.

Plusieurs facteurs sont responsables de l’augmentation dramatique de l’azote dans l’environnement. Au niveau global, la plus grande source d’azote ajouté est l’azote des engrais manufacturés en utilisant de grandes quantités de gaz naturel. Seulement en 2006, plus de 98 millions de tonnes d’engrais azoté ont été utilisés autour du monde pour augmenter la croissance des cultures. Ces cultures sont employées pour nourrir les animaux et les humains, créant des déchets riches en azote. Plus de deux billions de tonnes de fumier humide animal sont produits seulement aux États-Unis. Une grande partie n’est pas traitée et le mouvement vers la production industrielle de viande et d’œufs a pour résultat la concentration d’énormes quantités de ces déchets riches en azote dans de petites régions. Le défaut d’une seule fosse de stockage de déjections de porc en Caroline du Nord a libéré 25 millions de gallons de matériel riche en azote dans les cours d’eau locaux. Quand des accidents de cette sorte arrivent, ou quand les inondations envahissent les fosses à fumier ou drainent du matériel riche en azote des champs, il peut résulter une vaste pollution non seulement dans l’eau douce mais aussi dans des régions côtières plus basses. L’azote se concentre aussi dans les villes et les villages, aussi bien dans les déchets humains que ceux laissés par les animaux de compagnie et les engrais à gazon. La majorité des systèmes de traitement des eaux usées remuent seulement la moitié de l’azote des déchets humains et l’écoulement de l’eau de pluie des champs fertilisés et des terrains de golf n’est pas traité.  Comme l’écoulement des terres labourées fertilisées, cela conduit les composés d’azote directement vers les rivières et les lacs locaux. Ces sources non ponctuelles sont très difficiles à contrôler, même si l’usage de zones tampon de végétation naturelle et d’arbres le long des cours d’eau est très utile.

À une échelle globale, la plantation d’immenses étendues de cultures de légumineuses a aussi joué un rôle dans le problème de la pollution par l’azote en augmentant la fixation biologique de l’azote. On a calculé que des cultures comme les petits pois et les haricots ajoutent 34 millions de tonnes d’azote biologiquement disponible à l’environnement chaque année.

Le plus grand problème dans les régions développées est l’azote ajouté à l’environnement à partir de la brûlure de combustibles fossiles, estimé à 20 millions de tonnes métriques par an. Brûler du charbon et du bois mobilise l’azote du combustible, alors que brûler de l’essence, du diesel et du gaz naturel ajoute de grandes quantités d’azote en l’oxydant dans l’atmosphère. Aux États-Unis, plus de 3.2 millions de tonnes d’azote sont libérés de l’atmosphère chaque année comme dépôts humides dans la boue, la pluie et la neige ou comme dépôts secs dans les gouttelettes, les gaz et les particules. Les plus grandes sources d’oxyde nitrique en Amérique du Nord sont les usines d’énergie à base de charbon -et d’huile- et les industries qui pour plusieurs polluent de grandes régions selon la direction du vent. Localement, les automobiles, les camions, les avions, les souffleurs à feuilles, les tondeuses à gazon et les embarcations aquatiques sont souvent les sources les plus significatives. Les oxydes nitriques se combinent pour former des particules qui tombent comme poussière ou sont traînées et déposées dans la pluie. Une grande partie de la poussière noire qui s’accumule sur les autos dans les régions urbaines est composée de particules riches en azote. Ces petites particules s’additionnent. Le taux moyen de dépôt en Europe centrale  est maintenant de 15 kilogrammes par hectare annuellement. Des études dans le Royaume-Uni montrent qu’une espèce est perdue par 2.5 kilogrammes d’azote ajoutés par terrain de quatre mètres carrés. Dans les endroits dominés par l’automobile comme le sud de la Californie, le dépôt annuel d’azote peut atteindre presque 80 kilogrammes par hectare, considérablement plus que l’application moyenne mondiale d’engrais azotés sur les cultures.  Si vous parcourez 16 000 kilomètres par année, vous pourriez ajouter autant que 32 kilogrammes de pollution par l’azote à votre environnement local.

Tout comme les augmentations les plus amplement reconnues des gaz à effet de serre, des niveaux accrus d’azote peuvent à leur tour avoir de profonds effets sur le monde biologique ; mais parce que l’azote est un composant naturel des écosystèmes, il n’a pas été reconnu comme un problème durant beaucoup de temps. L’idée que plusieurs concentrations considérées comme élevées soient bénéfiques fut renforcée quand les études sur l’azote dans plusieurs systèmes ont démontré des augmentations dans la croissance et la productivité. Mais les études évaluent typiquement les changements sur cinq années seulement, une période trop courte pour révéler des changements lents et cumulatifs. Quand l’effet sur l’excès de l’azote a été étudié durant de longues périodes, on a démontré que son impact a été rien moins que catastrophique. En favorisant les plantes, les algues et les organismes qui répondent hautement à l’azote, l’excès d’azote réduit la diversité et limite la capacité des écosystèmes à gérer le stress.

Une étude entreprise dans les années mil huit cent cinquante à la station expérimentale de Rothamsted en Angleterre a démontré des déclins dramatiques dans la diversité des terrains ruraux dus à l’azote, à des niveaux biens inférieurs aux taux de dépôt actuels. Comme le montre la tableau 1, ces changements se sont produit lentement et il n’y aurait pas eu de changement notable si l’étude avait été réalisée seulement sur quelques années. Durant les premiers 15 ou 20 ans, la diversité des espèces a augmenté avec l’ajout d’azote dans la majorité des terrains. Mais à long terme, on a observé des impacts très négatifs, avec une diversité qui est passée de 30 à 3 espèces sur les terrains qui ont reçu la quantité d’azote la plus élevée.

Une étude qui a duré 12 ans sur des terrains du Minnesota a démontré des déclins semblables et des changements dans la composition de la communauté. La richesse des espèces a chuté de 50% et le gazon vivace a été remplacé par des mauvaises herbes envahissantes européennes. Des reportages récents de Suisse, où le dépôt excède les 100 kilogrammes par hectare sont également alarmants. Dans certaines régions, les bénéfiques mycorhizes ont produit des organismes stériles au cours des six dernières années, avec des effets profonds sur les écosystèmes des forêts.

Dans les écosystèmes aquatiques, les problèmes causés par l’excès d’azote sont également graves, malgré qu’ils aient pris plusieurs années à se développer. De hauts niveaux d’azote causent l’eutrophisation des cours d’eau, une condition dans laquelle les éléments nutritifs en excès causent la croissance rapide aussi bien des algues que des microbes qui s’en nourrissent. Quand ces organismes meurent, des bactéries décomposantes digèrent la matière organique morte et consomment de grandes quantités d’oxygène dans ce processus. Des niveaux plus bas d’oxygène peuvent, par contre, tuer les poissons et les microorganismes. Dans les eaux eutrophiques, la diversité des espèces a tendance à diminuer et des organismes moins désirables, comme des variétés toxiques d’algues, ont tendance à augmenter. Cet excès d’azote conduit directement ou indirectement à des problèmes comme l’éruption dangereuse du microbe toxique Pfiesteria piscicida dans la baie de Chesapeake et le long de la côte est des États-Unis. L’éruption semble être le résultat d’ajouts massifs d’azote des poulaillers et des porcheries, mais reflète aussi le dépôt d’azote provenant de l’air et du résidu des champs des fermes.

Que peut-on faire par rapport à l’azote ? Malheureusement, les solutions ne sont pas faciles. Nous pouvons réduire les émissions d’acide nitrique des usines d’énergie et des autos. Nous pouvons parcourir moins de milles, utiliser la bicyclette, déménager près de notre lieu de travail et éviter l’utilisation de machines avec des moteurs à deux temps comme les tondeuses, les motoneiges et les scooters.

Nous pouvons manger moins de viande et choisir la viande de bœuf et de poulet élevés en plein air au lieu de celle produite industriellement. Nous pouvons limiter l’utilisation d’engrais azotés et adopter des pratiques agricoles qui dépendent plus de la matière organique et de la fixation biologique de l’azote. Lorsqu’approprié, nous pouvons ajouter au sol des matériaux à décomposition lente riches en carbone (comme la sciure) pour contrecarrer l’azote ajouté. Nous pouvons aussi préserver et construire des terres humides pour filtrer l’excès de l’azote de l’eau.

Nous avons besoin de façon urgente d’études sur les effets à long terme de l’azote sur les écosystèmes et les cours d’eau, car ils représentent de nouveaux efforts pour réduire les impacts futurs. Il est aussi important que des équipes interdisciplinaires coopèrent aux études entre les pays où se produit la pollution causée par les dérives, comme entre le Canada et les États-Unis, les États-Unis et le Mexique et la Scandinavie et le Royaume-Uni. Dans le présent, cependant, les investissements pour de telles recherches sont minimes. Aux États-Unis, le programme d’investigation écologique à long terme de la Fondation nationale de sciences reçoit seulement 10 millions de dollars par année — moins du tiers de ce que cela coûte pour opérer un équipement médiocre de baseball des ligues majeures et environ la même chose pour réaliser un parcours international pour les autos durant un an. L’investissement devrait être au moins de 500 millions de dollars et pourrait augmenter si on imposait une amende sur les ventes d’essence, les opérations des aéroports et le trafic des bateaux. L’impôt de quelques sous par gallon d’essence fournirait des millions de dollars pour des études d’impact à long terme et la restauration environnementale et le traitement de la pollution par l’azote.

Le problème de la pollution par l’azote fournit un bon exemple pour enseigner sur la nature insidieuse de certains types de dommages environnementaux et fait ressortir l’importance de surveiller à long terme les changements et la nécessité de considérer la durabilité dans tout ce que nous faisons. Il démontre aussi l’impact cumulatif de plusieurs petites actions et la nécessité de considérer la pollution par l’azote comme faisant partie de notre empreinte écologique.  Finalement, il signale la valeur d`une investigation simple et peu dispendieuse en un temps où plusieurs personnes considèrent les super ordinateurs et les super collisionneurs à l’avant-garde de la science. La meilleure investigation que nous avons sur les impacts de l’azote a été réalisée avec un papier et un crayon et 100 ans d’observation minutieuse.

Notes

1. C. J. Stevens, N. B. Dise, J. O. Mountford and D. J. Cowing, “Impact of

Nitrogen Deposition on the Species Richness of Grasslands,” Science 303

(2004): 5665:1876–1879.

2. W. Brenchley, The Park Grass Plots, Rothamsted Experimental Station,

Hertfordshire, England, 1956.

3. D.A. Wedin and D. Tilman, “Influence of Nitrogen Loading and

Species Composition on the Carbon Balance of Grasslands,” Science 274

(1996), pp. 1720–1721.

Références

Allen, E. B., P.E. Padgett, A. Bytnerowicz and R. A. Minnich. “Nitrogen

deposition effects on coastal sage vegetation of southern California.” In

1. Bytnerowicz, M.J. Arbaugh and S. Schilling, eds. Proceedings of the

International Symposium on Air Pollution and Climate Change Effects on

Forest Ecosystems, Riverside, California. General Technical Report PSWGTR

164, Albany, California, Pacific Southwest Research Station, USDA

Forest Service, 1996.

Ayers, R.U., W.H. Schlesinger and R.H. Socolow. “Human Impacts on the

Carbon and Nitrogen Cycles.” In R. Socolow, C. Andrews, F. Berkhout

and V. Thomas, ed. Industrial Ecology and Global Change. Cambridge

University Press, 1997, pp. 121–156.

Investiguer sur la pollution par l’azote : activités et modèles

La pollution par l’azote depuis les navettes de l’école ; une étude d’analyse de l’impact

But : Les standards pour les émissions de gaz par les automobiles sont donnés en grammes de NO₂ par mille ou par kilomètre. Quant à son poids moléculaire, le NO₂ est constitué à 30 pour cent d’azote. Nous pouvons alors calculer la contribution des autos à la pollution par l’azote en estimant la distance parcourue par année. Aux États-Unis, le total annuel atteint la quantité ahurissante de 3.2 trillions de kilomètres (2 trillions de milles). Si vous conduisiez 16 000 kilomètres par année, vous ajouteriez autant que 32 kilogrammes de pollution par l’azote à votre environnement local.

Que les étudiants déterminent, à titre de projet de classe, combien d’azote leurs familles ajoutent à l’environnement local en conduisant leurs automobiles. Demandez aux étudiants de calculer combien de kilomètres leurs familles parcourent chaque année et, si c’est possible, de trouver combien de grammes de NO₂ produisent leurs autos par kilomètre. Les automobiles plus vieilles peuvent produire plus de 2 grammes par km, alors que pour les meilleures autos récentes la quantité peut être aussi petite que 0.12 grammes par km. Les étudiants utilisent le calcul ci-après pour déterminer leur impact individuel et ensuite la moyenne de kilomètres parcourus et les données des émissions pour déterminer la moyenne de l’impact de l’ensemble de la classe.

Grammes d’azote par année = (Nombre d’autos) x (moyenne de km parcourus par année) x (moyenne de grammes d’émissions de NO₂ par km) x 0.30

Réponse de l’azote sur des espèces indigènes et introduites

But : Au début, un excès d’azote peut paraître bénéfique pour les écosystèmes en augmentant leur productivité, mais à long terme il peut réduire leur biodiversité en favorisant les plantes, les algues et les organismes qui répondent hautement à l’azote. L’expérience suivante vérifie si certaines espèces locales répondent plus que d’autres à l’excès d’azote.

Matériel : 15 contenants de cinq litres (ou un gallon) ; sol sablonneux ; au moins 15 graines de deux arbustes ou d’herbe, une espèce indigène et une espèce introduite ; engrais pour plantes domestiques.

Méthode :

1. Remplir les contenants avec le sol sablonneux qui contient peu de nutriments.
2. Dans chaque récipient, semez trois graines d’arbuste ou d’herbe indigène et trois graines d’une espèce non indigène (six graines par récipient).
3. Divisez les récipients en cinq groupes de trois. Arrosez chaque groupe de trois récipients avec une des doses suivantes d’engrais : aucune (contrôle), la moitié de la dose recommandée, la dose recommandée, deux fois la dose recommandée et trois fois la dose recommandée.
4. Surveillez la germination et la croissance. Faites des tableaux de données sur des facteurs comme le taux de germination et le poids des plantes. À la fin de l’expérience, séchez et pesez les plantes pour obtenir des données sur la biomasse. Calculez la moyenne de chaque variable et analysez la signification de toutes les différences observées.
5. Discutez de l’impact potentiel de pollution par l’azote sur la biodiversité de votre région. Quelles espèces semblent être favorisées dans des conditions d’excès d’azote ?

Modèle de rejet d’éléments nutritifs

But : ce modèle de rejet d’éléments nutritifs illustre comment l’application d’engrais sur la terre influence la croissance des plantes et des algues dans les écosystèmes aquatiques à travers les résidus et l’infiltration. Le modèle permet aux étudiants de générer et d’investiguer des questions reliées à ce qui peut arriver aux écosystèmes aquatiques si les éléments nutritifs appliqués sur la terre sont directement rejetés dans une rivière ou un cours d’eau qui ne possède pas de zone d’amortissement de plantes de rivage pour les absorber. Le rejet de l’excès d’eau d’une bouteille réceptrice sur une section aplatie de gazon « rye grass » illustre les différences dans la croissance des plantes de marais qui reçoivent l’eau riche en éléments nutritifs. Enlever l’eau de l’expérience et contrôler les bouteilles pour l’analyse de l’oxygène dissous permet aux étudiants d’investiguer sur l’effet de l’enrichissement nutritif sur un paramètre chimique qui est extrêmement important pour les organismes aérobies aquatiques. Ceci peut servir comme point de discussion sur la façon que la végétation des rivages aide à contrecarrer l’impact potentiel sur les lacs et les rivières.

Matériel et équipement : trois bouteilles de soda en plastique transparent de deux litres ; foret, scellant pour aquarium, tuyau très résistant et transparent de ½ pouce de diamètre, perlite et graines de gazon « rye grass » dans une casserole de 10 cm x 20 cm ; eau d’étang filtrée; kit d’expérimentation d’oxygène dissous « LaMotte » ou « Hach » ; Euglène, une espèce d’algue verte disponible dans les magasins de sciences.

Construire les modèles : Réalisez au moins deux modèles, un pour les conditions de l’expérience et l’autre pour le contrôle. Pour chaque modèle, coupez et assemblez trois bouteilles comme ceci :

1. Coupez la partie supérieure de deux bouteilles, laissant un petit rebord de 3 cm sur la partie supérieure d’une des bouteilles (voir la section A du diagramme) et un rebord plus grand de 15 cm sur l’autre (section B). Perforez ou faites des trous dans les couvercles et placez-les dans le bec des parties supérieures coupées.
2. Insérez le petit rebord de la partie supérieure (section A) dans la partie qui a le grand rebord (section B), tel qu’illustré sur le diagramme.
3. Utilisez la moitié de la partie inférieure d’une bouteille coupée comme récepteur de la bouteille (section D). Percez un trou de trop-plein pour l’excès d’eau en employant un clou chauffé ou un simple foret. Positionnez le trou à environ 5 cm du bord supérieur de la bouteille réceptrice.
4. Pour élever la portion supérieure du modèle suffisamment haut pour que l’eau tombe à l’intérieur de la bouteille réceptrice, collez une section de 12 cm d’une troisième bouteille (voir section 3).
5. Créez un « marais » pour chaque modèle en plantant des graines de gazon rye grass dans un substrat de perlite placé dans une casserole de 10 cm x 20 cm. Insérez un bout de tuyau transparent dans le trou de trop-plein et posez le tuyau de telle sorte qu’il s’égoutte à l’intérieur de la casserole. Scellez le tuyau dans l’orifice de drainage avec un scellant pour aquarium.

Entrée d’éléments nutritifs

1. Mettez de la perlite lavée à l’intérieur de la moitié supérieure de chaque modèle. Plantez dans la perlite des graines de gazon rye grass qui ont trempé durant une heure pour accélérer la germination.
2. Couvrir chaque modèle avec un sac de papier durant trois jours. Maintenez les graines humides avec de l’eau distillée.
3. Lorsque les graines ont germé, enlevez les sacs de papier. Versez 60 ml d’eau d’étang dans l’entonnoir supérieur de chaque modèle de telle sorte qu’il s’égoutte à travers de la perlite dans le fond de la bouteille réceptrice. Si vous désirez accélérer la croissance des algues, polluez l’eau dans les bouteilles réceptrices avec des quantités égales de culture d’Euglène, une espèce d’algue verte.
4. Exposez les modèles à une source de lumière, comme une lampe de croissance ou une lampe fluorescente, ou si vous réalisez l’expérience durant le printemps, placez les modèles dans la fenêtre. Assurez-vous que les modèles de test et de contrôle reçoivent la même quantité de lumière.
5. Faites une solution d’engrais de réserve en ajoutant 2 grammes d’engrais pour plantes domestiques à un litre d’eau distillée. Ensuite faites une solution plus faible de réserve à 5 % (5:100). À tous les 2 ou 3 jours, ajoutez 20 ml d’eau distillée au modèle contrôle. Si vous avez de l’eau de pluie propre, vous pouvez l’utiliser au lieu de l’eau distillée aussi bien dans la solution d’engrais que dans le contrôle. Cela simulera une situation naturelle où l’eau de pluie entraîne l’engrais vers l’eau souterraine et ensuite vers les lacs, les rivières ou les marais. En trois ou cinq semaines, les algues auront poussé autant dans le modèle expérimental que dans le contrôle ; cependant, les modèles azotés auront une meilleure croissance. Discutez comment chaque modèle pourrait répondre sur une longue période. Comparez la croissance des plantes dans les marais et discutez de la façon dont les éléments nutritifs influencent les plantes du marais et ce que font les marais pour amortir le ruissellement des éléments nutritifs de la terre.

Test d’oxygène dissous : Les éléments nutritifs augmentent la croissance des algues. Comme toutes les cellules végétales, les algues produisent de l’oxygène par la photosynthèse durant le jour et elles utilisent aussi l’oxygène de l’eau pour effectuer la respiration aérobie. Durant la nuit et durant les jours nuageux, ces plantes utilisent plus d’oxygène qu’elles n’en produisent. Après que les plantes soient mortes, de l’oxygène additionnel est nécessaire pour les bactéries qui décomposent le matériel organique mort. Dans les lacs et les étangs enrichis d’éléments nutritifs où prolifèrent les algues, les niveaux d’oxygène dissous peuvent chuter si bas que les poissons et les autres organismes aquatiques ne peuvent pas survivre.

Quand une évidente croissance de plantes s’est produite dans la bouteille expérimentale enrichie d’éléments nutritifs (en 3-5 semaines), les modèles peuvent être utilisés pour illustrer comment les populations accrues de plantes aquatiques peuvent diminuer la quantité d’oxygène dissous dans l’eau :

1. Enlevez l’eau de la bouteille expérimentale et du contrôle en utilisant une seringue. Déchargez doucement l’eau à l’intérieur d’une BOD (Demande biochimique d’oxygène) de 60 ml ou plus petite pour investiguer l’oxygène dissous avec un kit expérimental de LaMotte ou Hach ou des bâtonnets de test Chemetrics.
2. Testez l’eau de chaque modèle après que tous aient été exposés un jour entier à la lumière du jour. Testez de nouveau après que les modèles aient été couverts ou placés à l’ombre durant 12 heures, en vous assurant qu’ils sont échantillonnés dès qu’ils sont enlevés de l’ombre.

Activité mathématique élargie : Pesez l’eau de l’étang dans chaque expérience. Filtrez et séchez les matériaux. Pesez les matériaux secs pour trouver leur biomasse. Quel est le ratio de la biomasse de l’eau polluée ?

Discussion : Comparez les changements dans les niveaux d’oxygène dissous pour chaque modèle. Dans quel modèle y a-t-il eu une diminution plus grande de l’oxygène dissous durant la période obscure ? Quel modèle a eu le niveau le plus élevé d’oxygène dissous après un jour complet de lumière ? Les étudiants doivent expliquer les différences qu’ils observent. Ils discutent des implications de la perte des marais, qui agissent comme amortisseurs en prenant les éléments nutritifs qui entrent dans les rivières et les lacs lors d’un trop-plein. Discutez comment les activités humaines sur la terre accélèrent le processus d’eutrophisation dans les cours d’eau.

« La pollution par l’azote à partir des navettes de l’école »   et « Réponse de l’azote chez des espèces indigènes et introduites » ont été développés par David A. Bainbridge. Le modèle d’apport d’éléments nutritifs a été développé par le Dr. Kevin Curry, biologiste au Collège Bridgewater State à Bridgewater, Massachusetts. L’accompagnement pour les instructions et activités a été développé par Barbara Waters et Faith Burbank pour le programme d’éducation pour l’enseignement de Masachusetts Bays Watershed.

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David A. Bainbridge est professeur adjoint et coordonnateur d’études environnementales à l’Université Internationale des États-Unis à San Diego, Californie.

Traduit par Jocelyne Dickey, biologiste et enseignante à la retraite, traductrice depuis 2004, Québec.

Ce qui précède est une traduction de « Too Much of a Good Thing: The Nitrogen Pollution Problem » qui a été publié en Green Teacher 60, Hiver 2000.