Dissolved nitrogen in rivers: comparing pristine and impacted regions of Brazil

ABSTRACT

Riverine nitrogen distribution is increasingly controlled by anthropogenic activities in their watersheds, regardless of spatial scale, climate, and geographical zone. Consequently, modelling efforts to predict the export of nitrogen from rivers worldwide have used attributes such as population density, land use, urbanization and sanitation. These models have greatly enhanced our understanding of the sources and fate of nitrogen added to terrestrial systems and transported to rivers and streams, especially for developed countries of the North temperate zone. However, much of the world's population lives in developing countries of the tropics, where the effects of human activities on riverine N exports are still poorly understood. In an effort to close this gap, we compare riverine nitrogen data from 32 Brazilian rivers draining two contrasting regions in this tropical country in terms of economic development - the State of São Paulo and the Amazon. Our data include nitrogen in different dissolved forms, such as Dissolved Inorganic Nitrogen (DIN) and Dissolved Organic Nitrogen (DON). The results show that nitrogen concentrations decreased as river runoff increased in both study areas, and that concentrations were significantly higher in rivers draining the most economically developed region. The relationships between nitrogen concentrations and fluxes with demographic parameters such as population density were also determined and compared to those in temperate systems. In contrast to temperate watersheds, we found that nitrogen fluxes increased only after population densities were higher than 10 individuals per km².

RESUMO

A carga do nitrogênio em rios é cada vez mais controlada por atividades humanas independentemente da escala espacial, do clima, ou da região geográfica. Consequentemente, esforços de modelagem que predizem exportação de nitrogênio usam atributos que refletem atividades humanas, tais quais, densidade populacional, uso do solo, urbanização e saneamento ambiental. Estes modelos têm aumentado significativamente nosso entendimento sobre as fontes e destino do nitrogênio adicionado ao sistema terrestre e transportado aos sistemas aquáticos, especialmente em países desenvolvidos localizados no Hemisfério Norte. Entretanto, a maioria da população mundial vive em países em desenvolvimento dos trópicos, onde os efeitos das atividades humanas sobre a carga de nitrogênio nos rios são pobremente entendidos. Em um esforço para aumentar nossa compreensão sobre este fenômeno, comparamos a distribuição de nitrogênio dissolvido em 32 rios brasileiros, drenando duas regiões contrastantes em termos de desenvolvimento econômico - rios do Estado de São Paulo e da região Amazônica. Nossos dados incluem nitrogênio em duas formas dissolvidas inorgânica (NID) e orgânica (NOD). Os resultados mostraram que, em ambas as áreas de estudo, a concentração de nitrogênio decresceu com o volume de água dos rios e as concentrações mais elevadas foram encontradas na região economicamente mais desenvolvida. A correlação entre as concentrações e fluxos de nitrogênio com parâmetros demográficos tais quais densidade de população demonstraram que o fluxo de nitrogênio aumenta somente após a densidade populacional atingir 10 indivíduos por km².