Sediment phosphorus buffering in streams at baseflow: A meta‐analysis

Abstract

Phosphorus (P) pollution of surface waters remains a challenge for protecting and improving water quality. Central to the challenge is understanding what regulates P concentrations in streams. This quantitative review synthesizes the literature on a major control of P concentrations in streams at baseflow-the sediment P bufferto better understand streamwater-sediment P interactions. We conducted a global meta-analysis of sediment equilibrium phosphate concentrations at net zero sorption (EPC 0), which is the dissolved reactive P (DRP) concentration toward which sediments buffer solution DRP. Our analysis of 45 studies and >900 paired observations of DRP and EPC 0 showed that sediments often have potential to remove or release P to the streamwater (83% of observations), meaning that "equilibrium" between sediment and streamwater is rare. This potential for P exchange is moderated by sediment and stream characteristics, including sorption affinity, stream pH, exchangeable P concentration, and particle sizes. The potential for sediments to modify streamwater DRP concentrations is often not realized owing to other factors (e.g., hydrologic interactions). Sediment surface chemistry, hyporheic exchange, and biota can also influence the potential exchange of P between sediments and the streamwater. Methodological choices significantly influenced EPC 0 determination and thus the estimated potential for P exchange; we therefore discuss how to measure and report EPC 0 to best suit research objectives and aid in interstudy comparison. Our results enhance understanding of the sediment P buffer and inform how EPC 0 can be effectively applied to improve management of aquatic P pollution and eutrophication.

Effects of Two-Stage Ditch and Natural Floodplains on Sediment Processes Driven by Different Hydrological Conditions

“…The EPC 0 is a common tool to assess P sorption interactions between sediments and the water column in streams, as it estimates the phosphorus buffering capacity of benthic sediments [44,69]. EPC 0 is sensitive to hydrological events [37,44], fresh sediment inputs [70,71], and excessive SRP loads due to point source and diffuse pollution [70].…”

O papel dos sedimentos de fundo de rios e riachos na dinâmica do fósforo: estado da arte e avaliação preliminar do equilíbrio água-sedimento em ambientes tropicais

“…↑ PSR ↑ EPC0 (JARVIE et al, 2005;EKKA et al, 2006;GAINSWIN et al, 2006b;MCDANIEL;DAVID;ROYER, 2009;SIMPSON;CONDRON, 2020). ↑ PSR ↓ EPCsat (BAO; LI; SU, 2020).…”

“…As concentrações de PSR variaram de 0,030 mg•L -1 a 13,000 mg•L -1 (PSR médio = 1,181 ± 2,111 mg•L -1 ), enquanto que a EPC0 variou de 0,040 mg•L -1 a 11,000 A análise dos dados extraídos dos 10 artigos evidencia a influência do uso e ocupação do solo nas concentrações de PSR e EPC0, conforme já observado por Weigelhofer et al (2018). Assim como constatado por Simpson et al (2021), a maior parte das observações pareadas PSR e EPC0 (78%) esteve fora da faixa de equilíbrio.…”

“…Resultados semelhantes foram obtidos no Reino Unido após a redução de 70-90% nas concentrações de P lançadas por uma ETE (JARVIE et al, 2006). O efluente provocava um aumento de até 500 μg SIMPSON et al, 2021).…”

“…De forma geral, percebe-se que a contribuição dos mecanismos biológicos na retenção de P dependeu das características do local de coleta, principalmente da temperatura da água e da composição dos sedimentos. A lise celular e outras alterações nas condições originais dos sedimentos, em decorrência do processo de esterilização, foram ressaltadas pelos autores como os principais fatores que interferiram nas estimativas da atividade biológica na retenção de P. Como as diferentes técnicas de esterilização podem influenciar os resultados, a comparação entre os estudos é prejudicada pela falta de uma metodologia padronizada (SIMPSON; MCDOWELL; CONDRON, 2020;SIMPSON et al, 2021).…”