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The ecological effects of urbanization of coastal watersheds: historical increases in nitrogen loads and eutrophication of Waquoit Bay estuaries

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Historical changes in land use on coastal watersheds have increased rates of land-derived nitrogen loading to estuaries and altered their biogeochemistry and food webs. We used information on human populations and land uses within the watershed of Waquoit Bay, Cape Cod, Massachusetts, U.S.A., to model how nitrogen loads derived from atmospheric deposition, fertilizer use, and wastewater disposal have changed since the 1930s. Nitrogen loading into Waquoit Bay more than doubled between 1938 and 1990. The predominant source of nitrogen added to the bay changed from atmospheric deposition to wastewater disposal during the 1980s, reflecting the increasing urbanization of Cape Cod. Larger nitrogen loads increased nitrogen concentrations in the water, altering the assemblage of primary producers and resulting in eutrophication of the estuary. Biomass of phytoplankton and macroalgae increased, and areal cover of eelgrass (Zostera marina) decreased, with increasing nitrogen load. An increase in nitrogen load from 15 to 30 kg N·ha–1·year–1 virtually eliminated eelgrass meadows. Land-use changes prompted by urban sprawl can therefore be linked to marked changes in water quality and eutrophication of receiving waters.

Les changements historiques d'utilisation des terres dans les bassins versants côtiers ont augmenté les taux de charge de l'azote d'origine terrestre dans les estuaires et y ont modifié la biogéochimie et les réseaux alimentaires. Des données sur les populations humaines et l'utilisation des terres dans le bassin versant de la baie de Waquoit du cap Cod au Massachussetts, États-Unis, ont permis de modéliser comment les charges d'azote reçues par précipitation atmosphérique, les engrais et les eaux de rejet ont changé depuis les années 1930. La charge d'azote à la baie de Waquoit a plus que doublé entre 1938 et 1990. Durant les années 1980, la source principale d'azote dans la baie est passée de la précipitation atmosphérique d'azote à l'azote des eaux de rejet, un reflet de l'urbanisation croissante du cap Cod. Les charges accrues d'azote ont augmenté les concentrations d'azote dans l'eau, ce qui a modifié la composition des producteurs primaires et résulté en l'eutrophisation de l'estuaire. Les biomasses du phytoplancton et des macroalgues ont augmenté avec l'apport plus important d'azote, alors que la surface couverte par la zostère (Zostera marina) a diminué. Les charges accrues d'azote de 15–30 kg N·ha–1·année–1 ont presque complètement éliminé les marais à zostères. Les changements dans l'utilisation des terres consécutifs à l'étalement urbain peuvent donc être reliés à des modifications marquées de la qualité de l'eau et à l'eutrophisation des eaux réceptrices.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: August 1, 2001

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  • Published continuously since 1901 (under various titles), this monthly journal is the primary publishing vehicle for the multidisciplinary field of aquatic sciences. It publishes perspectives (syntheses, critiques, and re-evaluations), discussions (comments and replies), articles, and rapid communications, relating to current research on cells, organisms, populations, ecosystems, or processes that affect aquatic systems. The journal seeks to amplify, modify, question, or redirect accumulated knowledge in the field of fisheries and aquatic science. Occasional supplements are dedicated to single topics or to proceedings of international symposia.
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