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¿Por qué se consume oxígeno en la eutrofización?

¿Por qué se consume oxígeno en la eutrofización?



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Esto probablemente suene bastante tonto, pero ¿no producirían las floraciones de algas mucho oxígeno? Aunque se extinguirían y los descomponedores consumirían oxígeno, ¿es eso más de lo que producen las algas?


Las algas producen O2 en la capa superior de agua pero cuando mueren dejan de producir O2. Se hunden hasta el lecho marino y la mayoría se descomponen debido a las bacterias del lecho marino. En este proceso, las bacterias utilizan el O2 contenido en la capa inferior de agua, lo que disminuye la concentración de O2 disuelto en el agua del fondo.

Estos conceptos (¡y mucho más!) Están bien descritos en el excelente artículo de acceso abierto de Rabalais et al. (2010) Dinámica y distribución de la hipoxia natural y causada por humanos. También incluye estudios de casos de áreas afectadas por hipoxia y eutrofización en todo el mundo. ¡Una lectura obligada si estás interesado en este tema!


Como supondrá, los descomponedores consumen el oxígeno. De la página de Wikipedia sobre eutrofización:

El fósforo es un nutriente necesario para que las plantas vivan y es el factor limitante para el crecimiento de las plantas en muchos ecosistemas de agua dulce. La adición de fósforo aumenta el crecimiento de las algas, pero no todos los fosfatos alimentan realmente a las algas. [2] Estas algas asimilan los demás nutrientes necesarios que necesitan las plantas y los animales. Cuando las algas mueren, se hunden hasta el fondo donde se descomponen y los nutrientes contenidos en la materia orgánica son convertidos en forma inorgánica por las bacterias. El proceso de descomposición utiliza oxígeno y priva a las aguas más profundas de oxígeno, lo que puede matar a los peces y otros organismos.


Eutrofización

Eutrofización (del griego eutrofos, "bien nutrido") [1] es el proceso mediante el cual una masa de agua completa, o partes de ella, se enriquece progresivamente con minerales y nutrientes. Los cuerpos de agua con niveles muy bajos de nutrientes se denominan oligotróficos y aquellos con niveles moderados de nutrientes se denominan mesotróficos. La eutrofización avanzada también puede denominarse distrófico y hipertrófico condiciones. [2]

Antes de la interferencia humana, este era y sigue siendo un proceso natural muy lento en el que los nutrientes, especialmente los compuestos de fósforo y la materia orgánica, se acumulan en los cuerpos de agua. [3] Estos nutrientes se derivan de la degradación y disolución de minerales en las rocas y por el efecto de líquenes, musgos y hongos que eliminan activamente los nutrientes de las rocas. [4] La eutrofización antropogénica o cultural es a menudo un proceso mucho más rápido en el que se agregan nutrientes a una masa de agua de una amplia variedad de insumos contaminantes, incluidas las aguas residuales no tratadas o parcialmente tratadas, las aguas residuales industriales y los fertilizantes de las prácticas agrícolas. Contaminación por nutrientes, una forma de contaminación del agua, es una de las principales causas de eutrofización de las aguas superficiales, en las que el exceso de nutrientes, normalmente nitrógeno o fósforo, estimulan el crecimiento de algas y plantas acuáticas.

El efecto visible de la eutrofización es a menudo la proliferación de algas molestas que pueden causar una degradación ecológica sustancial en los cuerpos de agua y arroyos asociados. [5] Este proceso puede resultar en el agotamiento de oxígeno del cuerpo de agua después de la degradación bacteriana de las algas. [6]

La eutrofización en los sistemas de agua dulce casi siempre es causada por un exceso de fósforo. [7] La ​​humanidad ha aumentado cuatro veces la tasa de ciclo del fósforo en la Tierra, principalmente debido a la producción y aplicación de fertilizantes agrícolas. Entre 1950 y 1995, se aplicaron aproximadamente 600 millones de toneladas de fósforo a la superficie de la Tierra, principalmente en tierras de cultivo. [8]


¿Qué es la eutrofización?

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VIDEO: ¿Qué es la eutrofización? Aquí hay una descripción general en un minuto. Transcripción

La eutrofización es una palabra importante que describe un gran problema en los estuarios del país. La proliferación de algas nocivas, las zonas muertas y la muerte de peces son el resultado de un proceso llamado eutrofización, que ocurre cuando el medio ambiente se enriquece con nutrientes, lo que aumenta la cantidad de crecimiento de plantas y algas en los estuarios y las aguas costeras.

El sesenta y cinco por ciento de los estuarios y las aguas costeras en los Estados Unidos contiguos que han sido estudiados por investigadores están degradados de moderada a severa por aportes excesivos de nutrientes. Los nutrientes excesivos provocan la proliferación de algas y aguas con poco oxígeno (hipóxicas) que pueden matar peces y pastos marinos y reducir los hábitats esenciales de los peces. Muchos de estos estuarios también albergan poblaciones de moluscos bivalvos (por ejemplo, ostras, almejas, vieiras), que naturalmente reducen los nutrientes a través de sus actividades de alimentación por filtración.

La eutrofización desencadena una reacción en cadena en el ecosistema, comenzando con una sobreabundancia de algas y plantas. El exceso de algas y materia vegetal eventualmente se descompone, produciendo grandes cantidades de dióxido de carbono. Esto reduce el pH del agua de mar, un proceso conocido como acidificación del océano. La acidificación ralentiza el crecimiento de pescados y mariscos y puede prevenir la formación de conchas en los moluscos bivalvos. Esto conduce a una captura reducida para la pesca comercial y recreativa, lo que significa cosechas más pequeñas y mariscos más caros.

¿Sabías?

En septiembre de 2017, el gobernador de Nueva York, Andrew M. Cuomo, anunció un esfuerzo de $ 10,4 millones para mejorar la calidad del agua de Long Island y reforzar las economías y la resistencia de las comunidades costeras al restaurar las poblaciones de mariscos nativos en las aguas costeras. El estado planea establecer cinco nuevos sitios santuario en los condados de Suffolk y Nassau para trasplantar almejas y ostras sembradas, y expandir los criaderos públicos de mariscos en los dos condados a través de un programa de subvenciones específico. La eutrofización ha tenido impactos económicos significativos en Long Island Sound, donde las marisquerías comerciales han perdido millones de dólares anualmente desde 1985. Proyecciones recientes indican que sin intervención, el Sound podría perder todos sus lechos de pastos marinos para el 2030, y que dos tercios del Sound podría carecer de suficiente oxígeno para que los peces sobrevivan.

En los últimos años, los Centros Nacionales de Ciencias Oceánicas Costeras (NCCOS) de la NOAA, en colaboración con el Centro Científico de la Pesca del Noreste de la NOAA, han reclutado a los residentes indígenas de los estuarios, a saber, los moluscos bivalvos, para ayudar a ralentizar y, en algunos casos, revertir el proceso de eutrofización. , ya que eliminan de manera eficiente los nutrientes del agua mientras se alimentan de fitoplancton y detritos.

Un proyecto de modelado innovador en Long Island Sound mostró que la industria de la acuicultura de ostras en Connecticut proporciona $ 8.5 - $ 23 millones anuales en beneficios de reducción de nutrientes. El proyecto también mostró que una expansión razonable de la acuicultura de ostras podría proporcionar tanta reducción de nutrientes como la inversión comparable de $ 470 millones en medidas tradicionales de reducción de nutrientes, como mejoras en el tratamiento de aguas residuales y mejores prácticas de gestión agrícola.

Los científicos de la NOAA utilizaron herramientas de modelado de la acuicultura para demostrar que la acuicultura de mariscos se compara favorablemente con las estrategias de manejo de nutrientes existentes en términos de eficiencia de eliminación de nutrientes y costo de implementación. Documentar los beneficios de la calidad del agua proporcionados por la acuicultura de mariscos ha aumentado la aceptación tanto de las comunidades como de los reguladores del cultivo de mariscos, no solo en Connecticut sino en todo el país. En Chesapeake Bay, por ejemplo, las políticas de eliminación de nutrientes incluyen la recolección de tejido de ostras como método aprobado, y en Mashpee Bay, Massachusetts, el cultivo y recolección de ostras y almejas son parte del plan oficial de manejo de nutrientes.


Revista de investigaciones de biología introductoria

Cuando un cuerpo de agua aumenta sus niveles de nutrientes, especialmente teniendo en cuenta el fósforo y el nitrógeno, que promueven el crecimiento y posterior muerte de las algas, esto se denomina eutrofización (Olatunji et al., 2015). La eutrofización es un problema importante al que se enfrenta la comunidad agrícola. El nitrógeno suele ser el factor limitante en el crecimiento de las plantas (incluidas las algas) debido a que los agricultores agregan fertilizantes a sus campos (Chapin et al., 1987). La aplicación excesiva de fertilizantes relacionados con la lluvia hace que los fertilizantes se escurran hacia las fuentes de agua, lo que conduce a la eutrofización (Díaz, 2008). El experimento compara diferentes niveles de nutrientes del efecto del agua sobre los fertilizantes y el efecto de los fertilizantes en el ciclo de vida de las algas. Al poner fertilizante en el agua, el oxígeno disuelto disminuirá con el tiempo porque los descomponedores descompondrán la floración de algas causada por el fertilizante y consumirán todo el oxígeno disuelto en el agua, independientemente de los niveles de nutrientes en el agua. Aunque otros han intentado probar los efectos de los fertilizantes en el agua y han encontrado datos adecuados, tomamos una dirección diferente al tratar de ver los efectos de los diferentes niveles de nutrientes del fertilizante en el agua. Esta información es importante porque saber cómo reacciona el fertilizante en diferentes niveles de nutrientes del agua ayudará a predecir el impacto del fertilizante en el ecosistema del agua.

Texto completo:

Referencias

Chapin, F. S., III, Bloom, A. J., Field, C. B., Waring, R. H. (1987). Respuesta de la planta a múltiples factores ambientales. Biociencia. 37 (1), 49-57.

Díaz, R. J. Rosenberg, R. (2008). Difusión de zonas muertas y consecuencias de los ecosistemas marinos. Ciencias. 321 (5891), 1-6. doi: 10.1126 / science.1156401.


Contenido

La eutrofización es un proceso de aumento de la generación de biomasa en un cuerpo de agua causado por concentraciones crecientes de nutrientes vegetales, más comúnmente fosfato y nitrato. [6] El aumento de las concentraciones de nutrientes conduce a una mayor fecundidad de las plantas acuáticas, tanto macrófitas como fitoplancton. [7] A medida que se dispone de más material vegetal como recurso alimenticio, se producen aumentos asociados en las especies de invertebrados y peces. A medida que continúa el proceso, la biomasa de la masa de agua aumenta, pero la diversidad biológica disminuye. [9] Con una eutrofización más severa, la degradación bacteriana del exceso de biomasa da como resultado el consumo de oxígeno, lo que puede crear un estado de hipoxia al menos en el sedimento del fondo y las capas más profundas de agua. Las zonas hipóxicas se encuentran comúnmente en los lagos de aguas profundas en la temporada de verano debido a la estratificación en el hipolimnion frío pobre en oxígeno y el epilimnion cálido rico en oxígeno. Las aguas dulces fuertemente eutróficas pueden volverse hipóxicas en toda su profundidad después de la proliferación severa de algas o el crecimiento excesivo de macrófitas.

Según la Enciclopedia de Ullmann, [10] "el principal factor limitante de la eutrofización es el fosfato". La disponibilidad de fósforo generalmente promueve el crecimiento excesivo y la descomposición de las plantas, lo que provoca una reducción severa en la calidad del agua. El fósforo es un nutriente necesario para que las plantas vivan y es el factor limitante para el crecimiento de las plantas en la mayoría de los ecosistemas de agua dulce. [11] El fosfato se adhiere firmemente a las partículas del suelo, por lo que se transporta principalmente por la erosión y la escorrentía. Una vez trasladado a los lagos, la extracción de fosfato al agua es lenta, de ahí la dificultad de revertir los efectos de la eutrofización. [12] En los sistemas marinos, el nitrógeno y el hierro son los principales nutrientes limitantes para la acumulación de biomasa de algas. [13]

Las fuentes del exceso de fosfato son los fosfatos en detergentes, escorrentías industriales / domésticas y fertilizantes. Con la eliminación progresiva de los detergentes que contienen fosfato en la década de 1970, la escorrentía industrial / doméstica y la agricultura se han convertido en los principales contribuyentes a la eutrofización. [10]

Eutrofización natural Editar

Aunque la eutrofización es causada comúnmente por actividades humanas, también puede ser un proceso natural, particularmente en los lagos. Los paleolimnólogos ahora reconocen que el cambio climático, la geología y otras influencias externas también son fundamentales para regular la productividad natural de los lagos. Algunos lagos también demuestran el proceso inverso (meiotrofización), volviéndose menos ricos en nutrientes con el tiempo a medida que los aportes pobres en nutrientes eluyen lentamente la masa de agua más rica en nutrientes del lago. [14] [15] Este proceso se puede observar en lagos y embalses artificiales que tienden a ser muy eutróficos en el primer llenado, pero pueden volverse más oligotróficos con el tiempo. La principal diferencia entre la eutrofización natural y antropogénica es que el proceso natural es muy lento y ocurre en escalas de tiempo geológicas. [dieciséis]

Eutrofización cultural Editar

La eutrofización cultural o antropogénica es el proceso que acelera la eutrofización natural debido a la actividad humana. [17] Debido a la limpieza de terrenos y la construcción de pueblos y ciudades, la escorrentía de la tierra se acelera y se suministran más nutrientes como fosfatos y nitratos a los lagos y ríos, y luego a los estuarios y bahías costeras. La eutrofización cultural se produce cuando los nutrientes excesivos de las actividades humanas terminan en los cuerpos de agua, lo que genera contaminación de nutrientes y también acelera el proceso natural de eutrofización. [17] El problema se hizo más evidente tras la introducción de fertilizantes químicos en la agricultura (revolución verde de mediados del siglo XX). [18] El fósforo y el nitrógeno son los dos nutrientes principales que causan la eutrofización cultural ya que enriquecen el agua, lo que permite que algunas plantas acuáticas, especialmente las algas, crezcan rápidamente. Las algas son propensas a florecer en altas densidades y cuando mueren, su degradación por parte de las bacterias elimina el oxígeno, generando condiciones anóxicas. Este ambiente anóxico mata los organismos aeróbicos (por ejemplo, peces e invertebrados) en el cuerpo de agua. Esto también afecta a los animales terrestres, restringiendo su acceso al agua afectada (por ejemplo, como fuente de bebida). La selección de especies de algas y plantas acuáticas que pueden prosperar en condiciones ricas en nutrientes puede causar alteraciones estructurales y funcionales de ecosistemas acuáticos enteros y sus redes alimentarias, lo que da como resultado la pérdida de hábitat y biodiversidad de especies. [19]

Hay varias fuentes de nutrientes excesivos de la actividad humana, incluida la escorrentía de campos fertilizados, céspedes y campos de golf, aguas residuales y aguas residuales sin tratar y combustión interna de combustibles. [7] La ​​eutrofización cultural puede ocurrir en cuerpos de agua dulce y salada, siendo las aguas poco profundas las más susceptibles. En las costas y los lagos poco profundos, los sedimentos se resuspenden con frecuencia por el viento y las olas, lo que puede provocar la liberación de nutrientes en el agua suprayacente, lo que aumenta la eutrofización. [20] Por tanto, el deterioro de la calidad del agua causado por la eutrofización cultural puede afectar negativamente a los usos humanos, incluido el suministro de agua potable para el consumo, los usos industriales y la recreación. [21]

Efectos en los sistemas de agua dulce Editar

Una respuesta a las cantidades añadidas de nutrientes en los ecosistemas acuáticos es el rápido crecimiento de algas microscópicas, creando una floración de algas. En los sistemas de agua dulce, la formación de floraciones de algas flotantes son comúnmente cianobacterias fijadoras de nitrógeno (algas verdeazuladas). Este resultado se ve favorecido cuando el nitrógeno soluble se vuelve limitante y los aportes de fósforo siguen siendo importantes. [11] La contaminación por nutrientes es una de las principales causas de la proliferación de algas y el crecimiento excesivo de otras plantas acuáticas, lo que conduce a una competencia de hacinamiento por la luz solar, el espacio y el oxígeno. Una mayor competencia por los nutrientes agregados puede causar una posible alteración de ecosistemas enteros y redes tróficas, así como la pérdida de hábitat y biodiversidad de especies. [19]

Cuando las macrófitas y las algas mueren en lagos, ríos y arroyos eutróficos sobreproductivos, se descomponen y los nutrientes contenidos en esa materia orgánica son convertidos en forma inorgánica por los microorganismos. Este proceso de descomposición consume oxígeno, lo que reduce la concentración de oxígeno disuelto. Los niveles de oxígeno agotados, a su vez, pueden provocar la muerte de peces y una variedad de otros efectos que reducen la biodiversidad. Los nutrientes pueden concentrarse en una zona anóxica y solo pueden estar disponibles nuevamente durante el cambio de otoño o en condiciones de flujo turbulento. Las algas muertas y la carga orgánica transportada por las entradas de agua a un lago se depositan en el fondo y se someten a una digestión anaeróbica que libera gases de efecto invernadero como el metano y el CO.2. Parte del gas metano puede oxidarse por bacterias anaeróbicas de oxidación de metano como Methylococcus capsulatus que a su vez puede proporcionar una fuente de alimento para el zooplancton. [22] Por lo tanto, puede tener lugar un proceso biológico autosostenible para generar una fuente primaria de alimento para el fitoplancton y el zooplancton, dependiendo de la disponibilidad de oxígeno disuelto adecuado en el cuerpo de agua. [23]

El aumento del crecimiento de la vegetación acuática, el fitoplancton y la proliferación de algas interrumpe el funcionamiento normal del ecosistema, provocando una variedad de problemas, como la falta de oxígeno necesario para que los peces y mariscos sobrevivan. La eutrofización también disminuye el valor de los ríos, lagos y el disfrute estético. Pueden ocurrir problemas de salud cuando las condiciones eutróficas interfieren con el tratamiento del agua potable. [24]

Las actividades humanas pueden acelerar la velocidad a la que los nutrientes ingresan a los ecosistemas. La escorrentía de la agricultura y el desarrollo, la contaminación de los sistemas sépticos y alcantarillados, la propagación de lodos de depuradora y otras actividades relacionadas con los seres humanos aumentan el flujo de nutrientes inorgánicos y sustancias orgánicas hacia los ecosistemas. Los niveles elevados de compuestos atmosféricos de nitrógeno pueden aumentar la disponibilidad de nitrógeno. El fósforo se considera a menudo como el principal culpable de los casos de eutrofización en lagos sujetos a contaminación de "fuentes puntuales" de las tuberías de alcantarillado. La concentración de algas y el estado trófico de los lagos se corresponden bien con los niveles de fósforo en el agua. Los estudios realizados en el Área Experimental de Lagos en Ontario han demostrado una relación entre la adición de fósforo y la tasa de eutrofización. Las etapas posteriores de la eutrofización conducen a floraciones de cianobacterias fijadoras de nitrógeno limitadas únicamente por la concentración de fósforo. [25]

Efectos en aguas costeras Editar

La eutrofización es un fenómeno común en las aguas costeras. A diferencia de los sistemas de agua dulce donde el fósforo es a menudo el nutriente limitante, el nitrógeno es más comúnmente el nutriente limitante clave de las aguas marinas, por lo que los niveles de nitrógeno tienen mayor importancia para comprender los problemas de eutrofización en el agua salada. [26] Los estuarios, como interfaz entre el agua dulce y el agua salada, pueden estar limitados tanto en fósforo como en nitrógeno y suelen presentar síntomas de eutrofización. La eutrofización en los estuarios a menudo da como resultado hipoxia / anoxia del agua del fondo, lo que provoca la muerte de peces y la degradación del hábitat. [27] La ​​surgencia en los sistemas costeros también promueve una mayor productividad al transportar aguas profundas y ricas en nutrientes a la superficie, donde los nutrientes pueden ser asimilados por las algas. Ejemplos de fuentes antropogénicas de contaminación rica en nitrógeno de las aguas costeras incluyen la piscicultura en jaulas marinas y las descargas de amoníaco de la producción de coque a partir de carbón. [28]

los Instituto de Recursos Mundiales ha identificado 375 zonas costeras hipóxicas en el mundo, concentradas en las zonas costeras de Europa occidental, las costas oriental y meridional de los EE. UU. y Asia oriental, en particular Japón. [29]

Además de la escorrentía de la tierra, los desechos de la piscicultura y las descargas de amoníaco industrial, el nitrógeno fijo atmosférico puede ser una fuente importante de nutrientes en el océano abierto. Un estudio realizado en 2008 encontró que esto podría representar alrededor de un tercio del suministro de nitrógeno externo (no reciclado) del océano y hasta el 3% de la nueva producción biológica marina anual. [30] Se ha sugerido que la acumulación de nitrógeno reactivo en el medio ambiente puede resultar tan grave como poner dióxido de carbono en la atmósfera. [31]

Ecosistemas terrestres Editar

Los ecosistemas terrestres están sujetos a impactos igualmente adversos de la eutrofización. [32] Con frecuencia, el aumento de nitratos en el suelo es indeseable para las plantas. Muchas especies de plantas terrestres están en peligro de extinción como resultado de la eutrofización del suelo, como la mayoría de las especies de orquídeas en Europa. [33] Los prados, bosques y pantanos se caracterizan por un bajo contenido de nutrientes y especies de crecimiento lento adaptadas a esos niveles, por lo que pueden ser cubiertos por especies de crecimiento más rápido y más competitivas. En los prados, los pastos altos que pueden aprovechar los niveles más altos de nitrógeno pueden cambiar el área de modo que se pierdan especies naturales. Los pantanos ricos en especies pueden ser superados por especies de juncos o juncos. La maleza del bosque afectada por la escorrentía de un campo fertilizado cercano puede convertirse en un matorral de ortigas y zarzas. [ cita necesaria ]

Las formas químicas de nitrógeno son las que más preocupan con respecto a la eutrofización, porque las plantas tienen altas necesidades de nitrógeno, por lo que las adiciones de compuestos de nitrógeno estimularán el crecimiento de las plantas. El nitrógeno no está fácilmente disponible en el suelo porque N2, una forma gaseosa de nitrógeno, es muy estable y no está disponible directamente para las plantas superiores. Los ecosistemas terrestres dependen de la fijación microbiana de nitrógeno para convertir N2 en otras formas como nitratos. Sin embargo, existe un límite en la cantidad de nitrógeno que se puede utilizar. Los ecosistemas que reciben más nitrógeno del que necesitan las plantas se denominan saturados de nitrógeno. Los ecosistemas terrestres saturados pueden contribuir con nitrógeno orgánico e inorgánico a la eutrofización marina, costera y de agua dulce, donde el nitrógeno también suele ser un nutriente limitante. [34] Este también es el caso con niveles elevados de fósforo. Sin embargo, debido a que el fósforo es generalmente mucho menos soluble que el nitrógeno, se lixivia del suelo a un ritmo mucho más lento que el nitrógeno. En consecuencia, el fósforo es mucho más importante como nutriente limitante en los sistemas acuáticos. [9]

Aguas residuales sin tratar Editar

Las aguas residuales sin tratar contribuyen en gran medida a la eutrofización cultural, ya que las aguas residuales son muy ricas en nutrientes. La liberación de aguas residuales sin tratar en una gran masa de agua se conoce como vertido de aguas residuales, que es un gran problema en la sociedad actual, incluso en los países desarrollados. Hay varias formas diferentes de corregir la eutrofización cultural, siendo las aguas residuales una fuente puntual de contaminación. La recolección, incineración y tratamiento de desechos se han convertido en prácticas comunes en las partes industrializadas del mundo. [35] Una planta de tratamiento de aguas residuales es donde el agua se filtrará a agua normal antes de descargarse de nuevo en un cuerpo de agua grande. En algunas áreas se usa la incineración donde los desechos sólidos están expuestos a altas temperaturas convirtiendo los desechos en cenizas. Los sistemas de incineración de lodos por convección en su mayoría cargan lodos deshidratados directamente en el incinerador. [36] La generación de un ambiente anaeróbico es también otro método en el que los microorganismos degradan los desechos sin el uso de oxígeno. Se puede utilizar un sistema anaeróbico para el pretratamiento antes de descargarlo a una planta de tratamiento de aguas residuales municipal. [37] El método de incineración y los métodos anaeróbicos son los más respetuosos con el medio ambiente en comparación con otros. [35] El tratamiento anaeróbico utiliza sustancialmente menos energía, requiere menos productos químicos e incurre en menores costos de manejo de lodos en comparación con los tratamientos aeróbicos, además el biogás producido es una fuente de energía renovable para generar electricidad. [37] De manera similar, la incineración de una tonelada de desechos produce energía eléctrica equivalente a 52,1 kWh / tonelada de desechos combustibles en las cosechadoras de generación de calor y energía, esta cantidad desplaza la electricidad que proporcionaría una planta de energía eléctrica que utiliza combustibles fósiles en Corea. [35]

Agricultura Editar

Desde el auge agrícola en la década de 1910 y nuevamente en la de 1940 para igualar el aumento de la demanda de alimentos, la producción agrícola depende en gran medida del uso de fertilizantes. [35] El fertilizante es una sustancia natural o químicamente modificada que ayuda a que el suelo se vuelva más fértil. Estos fertilizantes contienen altas cantidades de fósforo y nitrógeno, lo que resulta en cantidades excesivas de nutrientes que ingresan al suelo. El nitrógeno, el fósforo y el potasio son los "3 grandes" nutrientes primarios en los fertilizantes comerciales, cada uno de estos nutrientes fundamentales juega un papel clave en la nutrición de las plantas. [38] Cuando las plantas en crecimiento no utilizan completamente el nitrógeno y el fósforo, pueden perderse de los campos agrícolas y afectar negativamente la calidad del aire y del agua corriente abajo. [39] Estos nutrientes pueden acabar eventualmente en los ecosistemas acuáticos y contribuyen al aumento de la eutrofización. [27] Cuando los agricultores esparcen su fertilizante, ya sea orgánico o sintético, la mayor parte del fertilizante se convertirá en escorrentía que se acumula aguas abajo, lo que genera eutrofización cultural.

Hay muchas formas de ayudar a corregir la eutrofización cultural causada por la agricultura. Las prácticas agrícolas seguras son la forma número uno de solucionar el problema. Algunas precauciones de seguridad son: [39]

  1. Técnicas de manejo de nutrientes: cualquier persona que use fertilizantes debe aplicar el fertilizante en la cantidad correcta, en la época adecuada del año, con el método y la ubicación adecuados.
  2. Cobertura del suelo durante todo el año: un cultivo de cobertura evitará períodos de suelo desnudo, eliminando así la erosión y la escorrentía de nutrientes incluso después de la temporada de crecimiento.
  3. Plantar amortiguadores de campo: plantando árboles, arbustos y pastos a lo largo de los bordes de los campos para ayudar a atrapar la escorrentía y absorber algunos nutrientes antes de que el agua llegue a un cuerpo de agua cercano.
  4. Labranza de conservación: al reducir la frecuencia e intensidad de la labranza de la tierra, aumentará la posibilidad de que los nutrientes se absorban en el suelo.

La eutrofización fue reconocida como un problema de contaminación del agua en los lagos y embalses europeos y norteamericanos a mediados del siglo XX. [40] Desde entonces, se ha generalizado más. Las encuestas mostraron que el 54% de los lagos en Asia son eutróficos en Europa, el 53% en América del Norte, el 48% en América del Sur, el 41% y en África, el 28%. [41] En Sudáfrica, un estudio del CSIR que utiliza sensores remotos ha demostrado que más del 60% de los embalses encuestados eran eutróficos. [42] Algunos científicos sudafricanos creen que esta cifra podría ser mayor [43] siendo la principal fuente de aguas residuales disfuncionales que producen más de 4 mil millones de litros al día de efluentes de aguas residuales sin tratar, o en el mejor de los casos parcialmente tratados, que se descargan en ríos y embalses. [44] Incluso con un buen tratamiento secundario, la mayoría de los efluentes finales de las plantas de tratamiento de aguas residuales contienen concentraciones sustanciales de nitrógeno como nitrato, nitrito o amoníaco. La eliminación de estos nutrientes es un proceso costoso y, a menudo, difícil.

Muchos efectos ecológicos pueden surgir de estimular la producción primaria, pero hay tres impactos ecológicos particularmente preocupantes: disminución de la biodiversidad, cambios en la composición y dominancia de las especies y efectos de toxicidad.

  • Aumento de la biomasa de fitoplancton
  • Especies de fitoplancton tóxicas o no comestibles
  • Aumento de las floraciones de zooplancton gelatinoso
  • Aumento de la biomasa de algas bentónicas y epífitas.
  • Cambios en la composición y biomasa de las especies de macrófitos
  • Disminución de la transparencia del agua (aumento de la turbidez)
  • Agotamiento de los problemas de color, olor y tratamiento del agua
  • Aumento de la incidencia de muertes de peces.
  • Pérdida de especies de peces deseables
  • Reducciones de pescados y mariscos cosechables
  • Disminución del valor estético percibido del cuerpo de agua.

Disminución de la biodiversidad Editar

Cuando un ecosistema experimenta un aumento de nutrientes, los productores primarios obtienen los beneficios primero. En los ecosistemas acuáticos, especies como las algas experimentan un aumento de población (llamado floración de algas). Las floraciones de algas limitan la luz solar disponible para los organismos que viven en el fondo y provocan grandes cambios en la cantidad de oxígeno disuelto en el agua. Todas las plantas y animales que respiran aeróbicamente necesitan oxígeno y se repone a la luz del día mediante la fotosíntesis de plantas y algas. En condiciones eutróficas, el oxígeno disuelto aumenta en gran medida durante el día, pero se reduce mucho después del anochecer por las algas que respiran y por los microorganismos que se alimentan de la creciente masa de algas muertas. Cuando los niveles de oxígeno disuelto disminuyen a niveles hipóxicos, los peces y otros animales marinos se asfixian. Como resultado, mueren criaturas como peces, camarones y, especialmente, los habitantes del fondo inmóviles. [45] En casos extremos, se producen condiciones anaeróbicas que promueven el crecimiento de bacterias. Las zonas donde esto ocurre se conocen como zonas muertas.

Invasión de nuevas especies Editar

La eutrofización puede causar una liberación competitiva al hacer abundante un nutriente normalmente limitante. Este proceso provoca cambios en la composición de especies de los ecosistemas. Por ejemplo, un aumento de nitrógeno podría permitir que nuevas especies competitivas invadan y superen a las especies habitantes originales. Se ha demostrado que esto ocurre [46] en las marismas saladas de Nueva Inglaterra. En Europa y Asia, la carpa común vive con frecuencia en áreas naturalmente eutróficas o hipereutróficas, y está adaptada para vivir en tales condiciones. La eutrofización de áreas fuera de su área de distribución natural explica parcialmente el éxito del pez en colonizar estas áreas después de su introducción.

Toxicidad Editar

Algunas floraciones de algas resultantes de la eutrofización, también llamadas "floraciones de algas nocivas", son tóxicas para las plantas y los animales. Los compuestos tóxicos pueden ascender en la cadena alimentaria, lo que resulta en la mortalidad animal. [47] La ​​proliferación de algas de agua dulce puede representar una amenaza para el ganado. Cuando las algas mueren o se comen, se liberan neuro y hepatotoxinas que pueden matar animales y representar una amenaza para los humanos. [48] ​​[49] Un ejemplo de toxinas de algas que penetran en los seres humanos es el caso de la intoxicación por mariscos. [50] Las biotoxinas creadas durante la floración de algas son absorbidas por los mariscos (mejillones, ostras), lo que hace que estos alimentos humanos adquieran toxicidad y envenenen a los humanos. Los ejemplos incluyen intoxicación por mariscos paralítica, neurotóxica y diarreica. Otros animales marinos pueden ser vectores de tales toxinas, como en el caso de la ciguatera, donde típicamente es un pez depredador el que acumula la toxina y luego envenena a los humanos.

En los niveles más extremos, la eutrofización es identificable por la vista y el olfato.

Cuando las condiciones se vuelven repulsivas y se requieren medidas drásticas para controlar el crecimiento desagradable de algas, ya no es necesario contar con expertos o equipos científicos para explicar lo que ha sucedido.

Sin embargo, a medida que los cuerpos de agua cambian su estado químico y biológico, identificar la escala y las causas del problema son requisitos previos para identificar una estrategia de remediación.

Dentro de las masas de agua eutróficas, los nutrientes están en constante flujo y la determinación de las concentraciones de N y P puede no proporcionar una buena evidencia del estado eutrófico actual. En los primeros estudios sobre los Grandes Lagos, los sólidos totales, calcio, sodio, potasio, sulfato y cloruro proporcionaron una buena evidencia de apoyo de la eutrofización, aunque ellos mismos no estaban implicados. Estos iones eran indicativos de aportes antropogénicos generales y proporcionaron buenos sustitutos para los aportes de nutrientes [4]

Las evaluaciones cualitativas del agua basadas en signos obvios de eutrofización, como cambios en las especies de algas presentes o su abundancia relativa, normalmente serán demasiado tarde para evitar el daño causado por la eutrofización a la diversidad biótica [4].

Las evaluaciones cuantitativas a intervalos regulares de indicadores químicos y biológicos clave pueden proporcionar datos estadísticamente válidos para identificar el inicio más temprano de la eutrofización y monitorear su progreso. Los parámetros típicos utilizados incluyen clorofila-a, nitrógeno total, fósforo total y disuelto, demanda biológica o química de oxígeno y nivel de profundidad del secchi. [51]

La eutrofización plantea un problema no solo para los ecosistemas, sino también para los humanos. La reducción de la eutrofización debería ser una preocupación clave al considerar la política futura, y parece factible una solución sostenible para todos, incluidos los agricultores y ganaderos. While eutrophication does pose problems, humans should be aware that natural runoff (which causes algal blooms in the wild) is common in ecosystems and should thus not reverse nutrient concentrations beyond normal levels. Cleanup measures have been mostly, but not completely, successful. Finnish phosphorus removal measures started in the mid-1970s and have targeted rivers and lakes polluted by industrial and municipal discharges. These efforts have had a 90% removal efficiency. [52] Still, some targeted point sources did not show a decrease in runoff despite reduction efforts.

Minimizing nonpoint pollution Edit

Nonpoint pollution is the most difficult source of nutrients to manage. The literature suggests, though, that when these sources are controlled, eutrophication decreases. The following steps are recommended to minimize the amount of pollution that can enter aquatic ecosystems from ambiguous sources.

Riparian buffer zones Edit

Studies show that intercepting non-point pollution between the source and the water is a successful means of prevention. [8] Riparian buffer zones are interfaces between a flowing body of water and land, and have been created near waterways in an attempt to filter pollutants sediment and nutrients are deposited here instead of in water. Creating buffer zones near farms and roads is another possible way to prevent nutrients from traveling too far. Still, studies have shown [53] that the effects of atmospheric nitrogen pollution can reach far past the buffer zone. This suggests that the most effective means of prevention is from the primary source.

Prevention policy Edit

Laws regulating the discharge and treatment of sewage have led to dramatic nutrient reductions to surrounding ecosystems, [9] but it is generally agreed that a policy regulating agricultural use of fertilizer and animal waste must be imposed. In Japan the amount of nitrogen produced by livestock is adequate to serve the fertilizer needs for the agriculture industry. [54] Thus, it is not unreasonable to command livestock owners to collect animal waste from the field, which when left stagnant will leach into ground water.

Policy concerning the prevention and reduction of eutrophication can be broken down into four sectors: Technologies, public participation, economic instruments, and cooperation. [55] The term technology is used loosely, referring to a more widespread use of existing methods rather than an appropriation of new technologies. As mentioned before, nonpoint sources of pollution are the primary contributors to eutrophication, and their effects can be easily minimized through common agricultural practices. Reducing the amount of pollutants that reach a watershed can be achieved through the protection of its forest cover, reducing the amount of erosion leeching into a watershed. Also, through the efficient, controlled use of land using sustainable agricultural practices to minimize land degradation, the amount of soil runoff and nitrogen-based fertilizers reaching a watershed can be reduced. [56] Waste disposal technology constitutes another factor in eutrophication prevention. Because a major contributor to the nonpoint source nutrient loading of water bodies is untreated domestic sewage, it is necessary to provide treatment facilities to highly urbanized areas, particularly those in underdeveloped nations, in which treatment of domestic waste water is a scarcity. [57] The technology to safely and efficiently reuse waste water, both from domestic and industrial sources, should be a primary concern for policy regarding eutrophication.

The role of the public is a major factor for the effective prevention of eutrophication. In order for a policy to have any effect, the public must be aware of their contribution to the problem, and ways in which they can reduce their effects. Programs instituted to promote participation in the recycling and elimination of wastes, as well as education on the issue of rational water use are necessary to protect water quality within urbanized areas and adjacent water bodies.

Economic instruments, "which include, among others, property rights, water markets, fiscal and financial instruments, charge systems and liability systems, are gradually becoming a substantive component of the management tool set used for pollution control and water allocation decisions." [55] Incentives for those who practice clean, renewable, water management technologies are an effective means of encouraging pollution prevention. By internalizing the costs associated with the negative effects on the environment, governments are able to encourage a cleaner water management.

Because a body of water can have an effect on a range of people reaching far beyond that of the watershed, cooperation between different organizations is necessary to prevent the intrusion of contaminants that can lead to eutrophication. Agencies ranging from state governments to those of water resource management and non-governmental organizations, going as low as the local population, are responsible for preventing eutrophication of water bodies. In the United States, the most well known inter-state effort to prevent eutrophication is the Chesapeake Bay. [58]

Nitrogen testing and modeling Edit

Soil Nitrogen Testing (N-Testing) is a technique that helps farmers optimize the amount of fertilizer applied to crops. By testing fields with this method, farmers saw a decrease in fertilizer application costs, a decrease in nitrogen lost to surrounding sources, or both. [59] By testing the soil and modeling the bare minimum amount of fertilizer are needed, farmers reap economic benefits while reducing pollution.

Organic farming Edit

There has been a study that found that organically fertilized fields "significantly reduce harmful nitrate leaching" compared to conventionally fertilized fields. [60] However, a more recent study found that eutrophication impacts are in some cases higher from organic production than they are from conventional production. [61]

Shellfish in estuaries Edit

One proposed solution to stop and reverse eutrophication in estuaries is to restore shellfish populations, such as oysters and mussels. Oyster reefs remove nitrogen from the water column and filter out suspended solids, subsequently reducing the likelihood or extent of harmful algal blooms or anoxic conditions. [62] Filter feeding activity is considered beneficial to water quality [63] by controlling phytoplankton density and sequestering nutrients, which can be removed from the system through shellfish harvest, buried in the sediments, or lost through denitrification. [64] [65] Foundational work toward the idea of improving marine water quality through shellfish cultivation was conducted by Odd Lindahl et al., using mussels in Sweden. [66] In the United States, shellfish restoration projects have been conducted on the East, West and Gulf coasts. [67] See nutrient pollution for an extended explanation of nutrient remediation using shellfish.

Seaweed farming Edit

Seaweed aquaculture offers an opportunity to mitigate, and adapt to climate change. [68] Seaweed, such as kelp, also absorbs phosphorus and nitrogen [69] and is thus useful to remove excessive nutrients from polluted parts of the sea. [70] Some cultivated seaweeds have a very high productivity and could absorb large quantities of N, P, CO2, producing large amount of O2 have an excellent effect on decreasing eutrophication. [71] It is believed that seaweed cultivation in large scale should be a good solution to the eutrophication problem in coastal waters.

Geo-engineering in lakes Edit

Geo-engineering is the manipulation of biogeochemical processes, usually the phosphorus cycle, to achieve a desired ecological response in the ecosystem. [72] Geo-engineering techniques typically uses materials able to chemically inactivate the phosphorus available for organisms (i.e. phosphate) in the water column and also block the phosphate release from the sediment (internal loading). [73] Phosphate is one of the main contributing factors to algal growth, mainly cyanobacteria, so once phosphate is reduced the algal is not able to overgrow. [74] Thus, geo-engineering materials is used to speed-up the recovery of eutrophic water bodies and manage algal bloom. [75] There are several phosphate sorbents in the literature, from metal salts (e.g. alum, aluminium sulfate, [76] ) minerals, natural clays and local soils, industrial waste products, modified clays (e.g. lanthanum modified bentonite) and others. [77] [78] The phosphate sorbent is commonly applied in the surface of the water body and it sinks to the bottom of the lake reducing phosphate, such sorbents have been applied worldwide to manage eutrophication and algal bloom. [79] [80] [81] [82] [83] [84]

Breakthrough research carried out at the Experimental Lakes Area (ELA) in Ontario, Canada in the 1970s [85] provided the evidence that freshwater bodies are phosphorus-limited. ELA is a fully equipped, year-round, permanent field station that uses the whole ecosystem approach and long-term, whole-lake investigations of freshwater focusing on cultural eutrophication. ELA was earlier co-sponsored by the Canadian Departments of Environment and Fisheries and Oceans, with a mandate to investigate the aquatic effects of a wide variety of stresses on lakes and their catchments [86] [7] and is now managed by the International Institute for Sustainable Development.

The United Nations framework for Sustainable Development Goals recognizes the damaging effects of eutrophication upon marine environments and has established a timeline for creating an Index of Coastal Eutrophication and Floating Plastic Debris Density (ICEP). [87] The Sustainable Development Goal 14 specifically has a target to prevent and significantly reduce pollution of all kinds including nutrient pollution (eutrophication) by 2025. [88]


What Are Signs of Oxygen Stress?

In the natural environment, it may be difficult to identify oxygen stress in hard clams. Clams have the ability to close their valves in response to hypoxic or anoxic conditions and can keep their valves closed for several days. Long-term responses may include gaping of the valves. Signs of adverse environmental conditions in juvenile or adult hard clams may go unnoticed because they are infaunal, which means that they live buried in the sediment. However, stressed clams may rise to the surface of the sediment or fail to bury. These signs are not necessarily specific indications of oxygen stress they may also be associated with infectious or noninfectious diseases or other adverse environmental conditions such as high temperature and low salinity.


Effects on Life

Besides being ugly, when an algal bloom occurs, it has a devastating effect on aquatic animals. As large populations of algae and other organisms reproduce, many also die off, and their bodies sink to the bottom of the lake or ocean. Over time, a substantial layer of dead and decomposing organisms fills the bottom.

Microbes that decompose these dead organisms use oxygen in the process. The result is the depletion of oxygen in the water, a condition known as hypoxia. Since most fish, crabs, mollusks, and other aquatic animals depend on oxygen as much as land-based animals, the end result of eutrophication and algal blooms is the creation of an area where no aquatic animals can live—a dead zone.

Dead zones resulting from eutrophication are a growing problem worldwide. According to some sources, 54 percent of the lakes in Asia are eutrophic. The numbers are similar for lakes in Europe, while in North America, almost half the lakes suffer from eutrophication.

This loss of aquatic life has a devastating effect on fisheries and the fishing industry. According to researchers at Carlton College who have studied the immense dead zone in the Gulf of Mexico, that body of water is a major source area for the seafood industry.

The impact goes beyond the fishing industry. Recreational fishing, which is a significant driver of the tourism industry, also suffers from a loss of revenue. Algal blooms can have a severe impact on human health. Humans can become seriously ill from eating oysters and other shellfish contaminated with the red tide toxin. The dinoflagellate that causes red tides can cause eye, skin and respiratory irritation, as well as an allergic reaction (coughing, sneezing, tearing, and itching) to swimmers, boaters, and residents of those coastal areas.


The Process of Eutrophication

The Earth’s population grew exponentially in the past century. To meet the food demands of so many people, agricultural practices were intensified. Field size is increased, heavy machinery is used, and pesticides are added in order to produce more food. These new methods, however, led to negative consequences such as deforestation, and pollution. A particular detrimental consequence is the process of eutrophication which is caused by the use of fertilizers in order to increase crop yield.
Many steps lead to eutrophication. First of all, fertilizers are added to crops to increase plant size and growth rate. This is possible because fertilizers have nutrients, such as nitrogen and phosphate, which help plants grow. Whenever it rains, some the fertilizer is washed along with rain water as runoff water into streams and other water bodies. This step is magnified due to deforestation. Trees roots are very large, normally they would be able to absorb some of the runoff water and nutrients. Agricultural areas often have very few trees, in order to maximize crop planting area, so the nutrient-rich water simply continues to flow.
The runoff water will eventually fall into a body of water. At the bottom of the water, there is algae, an aquatic plant, initially benefited by the nutrient rich water. It will absorb the nutrients and that will promote its growth. Due to the excess of phosphates and nitrates, algae can increase in size considerably. It might become so large that it will block other plants and photosynthesizing organisms from the sunlight who then die. Ultimately, those oxygen producing organisms will die which leads to the decrease of the oxygen level in the bottom of the water. The algae that grew very fast will also die. It is important to note that algae and photosynthesizing plants are essential in an ecosystem because they produce the oxygen that so many other animals need. When all of these plants are dead, they will need to be decomposed, and the decomposers are bacteria who require oxygen to perform their ecological role. These bacteria will decompose these plants, but will also use up a lot of the oxygen in water in doing so since the algae was significantly larger.
When the deep water is removed of oxygen, much of the fauna and flora at the bottom of the water will start dying. When the oxygen content is less than 2 milligrams per liter, the water is called hypoxic, and the depth becomes a dead zone. Fortunately, if waste and nutrient runoff is prevented from entering the water, the dead zone can eventually decrease and become viable again.

FUENTE:
DE BELLIS, T. Environmental Biology. Lecture 7: Pollution. Dawson College. Fall 2014.


Scientists Say: Eutrophication

This canal may look lovely, but all that green algae blooming on the surface is a sign of eutrophication, which could eventually suffocate any animals living below.

Sahehco/Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0)

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Eutrophication (noun, “Yu-TRO-fih-CAY-shun”)

This is a process in which a body of water receives a large bounty of nutrients, especially phosphates. These chemicals can enter the ecosystem naturally or through pollution such as fertilizer runoff. Algae and plants in the water respond to the extra phosphates by growing rapidly. But when the algae and plants die, bacteria break them down. As the bacteria go to work, they use up the oxygen in the water. Without dissolved oxygen in the water, many fish and other animals may suffocate.

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In a sentence

When fertilizer runoff causes eutrophication, the lack of oxygen can kill other animals.

Palabras de poder

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algas Single-celled organisms, once considered plants (they aren’t). As aquatic organisms, they grow in water. Like green plants, they depend on sunlight to make their food.

bacteria (plural bacteria) A single-celled organism. Estos habitan en casi todas partes de la Tierra, desde el fondo del mar hasta el interior de los animales.

descomposición El proceso por el cual los compuestos en los seres que alguna vez vivieron se descomponen y devuelven al medio ambiente el proceso por el cual algo se descompone o se pudre.

ecosistema A group of interacting living organisms — including microorganisms, plants and animals — and their physical environment within a particular climate. Examples include tropical reefs, rainforests, alpine meadows and polar tundra.

eutrofización The process by which a body of water becomes full of nutrients, which stimulate the growth of plants and algae. When these organisms die, bacteria decompose them and use up the water’s dissolved oxygen in the process. Without oxygen, animals cannot live in the water and the ecosystem may collapse.

oxígeno A gas that makes up about 21 percent of the atmosphere. All animals and many microorganisms need oxygen to fuel their metabolism.

fosfato A chemical containing one atom of phosphorus and four atoms of oxygen. Es un componente de los huesos, el esmalte dental blanco duro y algunos minerales como la apatita. It is a primary ingredient in most plant fertilizers.

nutrientes Vitamins, minerals, fats, carbohydrates and proteins needed by organisms to live, and which are extracted through the diet.

escapada The water that runs off of land into rivers, lakes and the seas. As that water travels over land, it picks up bits of soil and chemicals that it will later deposit as pollutants in the water.

sediment Material (such as stones and sand) deposited by water, wind or glaciers.

Acerca de Bethany Brookshire

Bethany Brookshire fue escritora durante mucho tiempo en Noticias científicas para estudiantes. Tiene un doctorado. en fisiología y farmacología y le gusta escribir sobre neurociencia, biología, clima y más. Ella cree que los Porgs son una especie invasora.

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Why is oxygen used up in eutrophication? - biología

I'l bet you are wondering that because you already know that plants can make oxygen. You probably already know that in photosynthesis, plants take CO2 from the air, water (H2O) from their roots, and energy from the sun, and make sugar (C6H12O6).

What a lot of people don't realize is that when there's little or no light, plants do the same thing we do. The break down the sugar to release CO2, water, and energy. This requires oxygen. The reason is pretty complex, but basically, electrons get passed around, and oxygen has to pick them up at the end of the process.

If you measured the amount of oxygen and CO2 dissolved in a lake, how do you think the daytime levels would compare to the nighttime levels? Would a plant need oxygen if it were under lights 24 hours a day?

Plants respire, just like we do. When a plant doesn't have access to light, it burns sugar to make energy, consuming energy. It's just that plants use sugars to build their bodies as well as an energy storage, so over the course of a plant's life, as it grows, it makes more sugar than it burns, and so releases more oxygen than it consumes.

Plants need oxygen for the same reason you and Ido -- without oxygen we can't convert the carbohydrates, fats, and proteins we eat into energy. We call this process respiration, and the formula for this sort of reaction is like this:

sugar + oxygen --> carbon dioxide + water + energy

Entonces we breathe in oxygen and eat food, and we exhale carbon dioxide and excrete water.

This exact same reaction goes on in every living cell, including all plant cells. But of course plants don't have to eat food, because they make their own food using photosynthesis.

The formula for photosynthesis is basically this:

carbon dioxide + water + sunlight --> sugar + oxygen

You can see that this is basically the reverse of respiration, but plants convert the energy in sunlight into the chemical bonds of the sugar. When cells respire, they break those bonds and get the energy out of them. Anyway, you can see that photosynthesis produces oxygen as a waste product, so for the most part plants don't have to breathe in extra oxygen -- they can just use the oxygen that they produce during photosynthesis. Sin embargo, plants only perform photosynthesis in the green parts, like leaves and stems, but all plant cells need oxygen to respire. Cells in the leaves get plenty of oxygen from photosynthesis, but cells in the roots often need to get oxygen from the environment to stay alive. Even though roots are buried, they can absorb oxygen from the small air spaces in soil. This is why it's possible to 'drown' plants by watering them too much.

If the soil is way too wet, the roots are smothered, the roots can't get any oxygen from the air, and the cells in the roots die. Without those root cells, the rest of the plant dies. Some plants have evolved adaptations to deal with extremely wet soil.

Mangroves are trees that live in swampy environments along the coast in the tropics. The roots of mangroves are often entirely under saltwater, so they have special structures called pneumatophores (Greek for "air carrier") that act like snorkels, sticking up out of the water to get a oxygen for the roots.