Diese Präsentation wurde erfolgreich gemeldet.
Wir verwenden Ihre LinkedIn Profilangaben und Informationen zu Ihren Aktivitäten, um Anzeigen zu personalisieren und Ihnen relevantere Inhalte anzuzeigen. Sie können Ihre Anzeigeneinstellungen jederzeit ändern.

Aquatic Osteoporosis

172 Aufrufe

Veröffentlicht am

Remediating the emerging problem of lake calcium decline

Veröffentlicht in: Wissenschaft
  • Als Erste(r) kommentieren

  • Gehören Sie zu den Ersten, denen das gefällt!

Aquatic Osteoporosis

  1. 1. AQUATIC OSTEOPOROSIS: Remediating the emerging problem of lake calcium decline Isabella O’Brien Grade 10 Westmount Secondary School Hamilton, Ontario, Canada
  2. 2. BACKGROUND1
  3. 3. LAKE CALCIUM DECLINE - A LEGACY OF ACID RAIN • Lake  calcium  decline  is  an  emerging  environmental  issue  currently  impacting  softwater  shield lakes in Canada, North-Eastern United States and in Scandinavia. • The harmful effects of acid rain were recognized in the 1980s as acid rain lowered lake pH,  upsetting the ecological balance and killing aquatic life.  • These acids, however, also caused the calcium in soil to leach at a rapid pace and it occurred  at a faster rate than it could be replaced by mineral weathering or atmospheric deposits.  • In the late 1980s, aggressive environmental policies were put in place to reduce the harmful  carbon dioxide emissions and these measures succeeded in reducing acid rain.  • Since then, lake pH levels have mostly recovered, however, it has recently been discovered  that lake calcium levels have not been restored and are continuing to decrease, with a steep  decline occurring after 1991 (Jeziorski et al., 2012). • Other environmental stressors that have contributed to this decline include: [1] increase of  shoreline residential development; [2] forest clearing and regrowth, and [3] climate change  (Hadley, 2012).
  4. 4. (a) Before  acid  rain  the  weathering  of  minerals  and  atmospheric  deposits  of  calcium-rich dust (from ocean spray, forest  fires,  wind  erosion  of  soils,  agriculture,  unpaved  roads,  etc.)  all  added  to  the  available pool of calcium nutrients for both  soil and aquatic requirements. (b )  During  the  early  stages  of  acid  rain,  the  acids caused the calcium in soil to leach at  a  rapid  pace  into  the  surrounding  lakes.  The calcium levels in these lakes rose very  quickly,  especially  in  softwater  lakes  in  shield  regions  which  have  thin  layers  of  soil laying on top of weathering resistant  bedrock. (c) Eventually, with continued acidic rain, the  available calcium pool in the shield regions  diminished  to  the  point  that  calcium  leaching is greatly reduced and occurred at  a faster rate than it could be replaced.  In  addition, the effects of multiple stressors  have  further  diminished  the  calcium  supply. (Smol, 2010) NATURAL CONDITIONS EARLY STAGES OF ACID DEPOSITION MULTIPLE STRESSORS LEADING TO  AQUEOUS CALCIUM DECLINE Figure 1: Calcium Cycle in Forest Ecosystems [Source: USGS, 1999] Root Uptake Forest Floor Adsorption to Surfaces Desorption from Surfaces Calcium in Rocks Weathering Mineral Soil Calcium in Soil Water Ca Ca Ca Ca Ca Ca Ca Ca Ca Ca Exchangeable Calcium Ca CaCa Ca CaCa Ca Ca Ca Rain and Dust Ca Ca Ca Ca Ca Ca Ca Ca Ca Ca Ca Wet Deposition (rain, snow, sleet) Sulphuric Acid [H2SO4] Nitric Acid [HNO3] SO2 NOx Dry Deposition (particulates and gases) Sulphur Dioxide [SO2] NOx Nitrogen Oxide [NOx] Figure 2: Acid Rain Cycle [Source: Dowdey, 2007]
  5. 5. SERIOUS THREAT TO VITAL ZOOPLANKTON & LAKE BIODIVERSITY • Lake calcium decline is a serious issue for Daphnia pulex which are an important component  of freshwater lakes and very sensitive to declining calcium levels. For Daphnia pulex, lake  calcium  decline  has  meant  that  their  calcium  rich  exoskeletons  are  smaller  and  softer  making them more vulnerable to prey (Riessen et al., 2012). • Invasive species such as the spiny water flea are hunting the daphnia, allowing population  explosions of Holopedium, plankton competitors of Daphnia pulex (Jeziorski et al., 2015).  • This increased jellification of lakes prevents vital nutrients from being passed up the food  chain to fish stocks and also clogs filtration systems that help the lakes provide drinking  water to residents in the area (Ibid., 2015). • In laboratory studies, it has been determined that Daphnia pulex are unable to reproduce at  calcium levels below 1.5 mg/L and currently ⅓ of Canadian Shield lakes are below this level  (Ashforth & Yan, 2008). 
  6. 6. • “Calcium-rich  daphniids  are  some  of  the  most  abundant  zooplankton  in  many  lake  systems,  and  their  loss  will  substantially  affect food webs” (Jeziorski & Yan, 2008: 1377).  • Due to their larger body size, Daphnia pulex  are  important  herbivores  in  freshwater  systems  as  they  are  able  to  filter  food  particles  at  a  much  faster  rate  and  they  graze  a  wider  size  and  range  of  algae  compared to other species (Korosi et al., 2012).  • As Daphnia pulex numbers decline, the rate  of  softwater  lake  algae  blooms  are  increasing  and  the  entire  biodiversity  of  lakes is changing (Ibid., 2012). ECOSYSTEM IMPLICATIONS Photo credits: 1. Reuters/Stringer 2. Paul Herbert 3. Michael Lencioni  4. Isabella O’Brien 5. ontariofishspecies.com Algae Daphnia Pulex Waterfowl Invertebrate Predators Fish Figure 3: Ecosystem Implications [Source: Smol, 2014]
  7. 7. REMEDIATION BY RECYCLING • Current research on lake calcium decline is focused on the extent of the problem and its  implications, rather than on remediation. However, existing research on remediating acidity  (low pH) in lakes and oceans may suggest a way forward.  • Lime treatment of inland waters in Sweden to neutralize acidity (Olem, 1991) and small-scale  oyster shell recycling programs in various U.S. coastal areas to restore oyster beds damaged  by  ocean  acidification  (NOAA  MPA  Centre,  2015) ,  are  suggestive  of  a  possible  method  for  remediating lake calcium decline.  • Both  lime  and  waste  shells  are  a  rich  source  of  calcium  carbonate,  with  waste  shells  composed of 95 to 98% calcium carbonate (Hamester, 2012).  • With an estimated six million metric tons of shell waste produced globally each year based  on  worldwide  statistics  of  aquaculture  and  commercial  catches  of  mussels,  clams  and  oysters  and  about  ½  a  million  metric  tons  just  in  the  U.S.  and  Canada  (Food and  Agriculture  Organization  of  the  UN,  2013) ,  the potential exists to have this shell waste recycled instead of  being sent to landfill, the disposal of which has become a worldwide issue (Fisheries and Oceans  Canada, 2011; Yan & Chen, 2015). 
  8. 8. PURPOSE & HYPOTHESIS2
  9. 9. PURPOSE: • The  purpose  of  this  experiment  was  to  determine  whether  the  addition  of  pulverized  recycled  shell  waste  to  calcium-deficient  lake  water  would  increase  the  calcium  concentration and to examine what effect it would have on the survival and reproductive  output of Daphnia pulex exposed to the calcium-augmented waters.  • The information gained from this experiment will hopefully aid in developing a process to  help restore calcium-deficient lakes, which will be beneficial in maintaining Daphnia pulex  populations as well as help protect lake biodiversity, minimize lake algae blooms and divert  shell waste from landfill.  HYPOTHESIS: It is hypothesized that if calcium carbonate waste shells are introduced to calcium-deficient  lake water, then the absorption of the calcium carbonate will increase lake calcium levels as  well as the survivorship and reproductive capabilities of Daphnia pulex.
  10. 10. EXPERIMENTAL DESIGN and PROCEDURE3
  11. 11. EXPERIMENTAL DESIGN:  • The two trials (3.4 mgCa/L and 1.89 mgCa/L, representing low and critical levels of lake water  calcium,  respectively)  with  differing  treatments  (0  mg,  10  mg,  and  50  mg  shell  powder  added) were run for 21 days with ten replicates each.  • Each  test  vessel  (250 ml  polyethylene  terephthalate  cups)  contained  200  ml  of  the  appropriate  treatment  plus  .03  ml  of  algae  food  source  ( Nannochloropsis )  and  was  populated with one juvenile (less than 1 day old) daphnia, as follows: TRIAL 1 Control  =  200 ml lake water @ Ca 3.4 mg/L + 0 mg shell powder + one <1-day old daphnia x 10 replicates Treatment 1 =  200 ml lake water @ Ca 3.4 mg/L + 10 mg shell powder + one <1-day old daphnia x 10 replicates Treatment 2 =  200 ml lake water @ Ca 3.4 mg/L + 50 mg shell powder + one <1-day old daphnia x 10 replicates TRIAL 2 Control  =  200 ml diluted lake water @ Ca 1.89 mg/L + 0 mg shell powder + one <1-day old daphnia x 10 replicates Treatment 1 =  200 ml diluted lake water @ Ca 1.89 mg/L + 10 mg shell powder + one <1-day old daphnia x 10 replicates Treatment 2 =  200 ml diluted lake water @ Ca 1.89 mg/L + 50 mg shell powder + one <1-day old daphnia x 10 replicates
  12. 12. 12 2 Trials of 1 Control and  2 Treatments TRIAL 1 (Low Calcium Level @ Ca 3.4 mg/L ) TRIAL 2 (Critical Calcium Level @ Ca 1.89 mg/L) 10 Replicates per Control &  Treatment per Trial 1 juvenile Daphnia pulex  < 1-day old per vessel Control + 0 mg shell powder Treatment 1 + 10 mg  shell powder Treatment 2 + 10 mg  shell powder 12 12 12 12 12 Sampling Rate: daily for 21 days – treatments were refreshed every third day Controls: Light/Dark ratio (18/6 hr), temperature (20 – 22oC), feed (.03 ml algae per day) Control + 0 mg shell powder Treatment 1 + 10 mg  shell powder Treatment 2 + 10 mg  shell powder
  13. 13. EXPERIMENTAL DESIGN:  QUANTITY MATERIALS USED 1 Coffee grinder 1 Box of wax paper 1 Box of scientific wipes 1 Box of nitrile-free disposable gloves 1 Plastic bucket for collecting lake water 1 Fine mesh water filter (200-micron) 1 Calibration fluids (pH 4.7, 7.0 and 10.0) 1 Digital pH Meter – Accuracy +/- .01 1 Digital scale 1 Wash bottle 1 Metal spoon 1 1 L bottle algae food source (Nannochloropsis) 2 1 cup measuring cups 2 1 large and 1 medium funnel 2 Cool fluorescent lamps 2 Light timers 3 Living Daphnia pulex cultures 3 20 L water storage jugs 4 50 mL beakers 4 1.5 L plastic holding tubs for Daphnia pulex cultures 6 10 L jug containers 9 Blue Mussels (Mytilus edulis – from P.E.I.) 9 Littleneck Clams (Venerupis philippinarum – from B.C.) 9 Malpeque Oysters (Carassostrea Virginia – from B.C.) 9 1 L bottles of spring water 10 1 mg and 10 mg pipettes 20 10 mL vials with lids 50 Litres of deionized water 500 200 mL plastic cups INDEPENDENT, DEPENDENT & CONTROLLED VARIABLES:  Question Can using  pulverized calcium  carbonate shells in  calcium –deficient  lake water increase  the calcium  concentration  without being  detrimental to  Daphnia pulex? Independent Variable The independent  variable was the test  solutions [Trial 1 and  Trial 2] and the amount  of shell powder added  [the treatments: +0 mg,  +10 mg and +50 mg]  Trial 1- Low calcium  level lake water  @ 3.4 mg/L Trial 2 - Critical calcium  level lake water  @ 1.89 mg/L Dependent Variables • The percentage  increase of calcium  concentration. • The survivability of  the Daphnia pulex. • The reproduction  rate of the Daphnia  pulex. • The number of  broods over a 21  day period. Controlled Variables  • The amount of  each treatment  (200 ml). • The amount of time  each baby daphnia  remained in the  solution  (21 days). • The exposure to  light / dark during  the testing period  (16/8 hours). • The temperature of  the room where  the solutions were  stored (kept at 20- 22oC). • The amount of  daphnia algae feed  per day (.03 ml).
  14. 14. SET-UP and PROCEDURE: WATER SAMPLE:  • Water used in this experiment was collected from a long-term monitoring site (Plastic Lake,  Dorset region, Ontario, Canada; 5 10'47" North and 78 49'16" West).  • The site is near the southern edge of the Precambrian Shield and the boundary of the Boreal  eco-zone and was chosen based on its last reported critical calcium level of 1.2 mg/L.  • Test results using a university lab Dionex Ion Chromatography system revealed the actual  calcium level of the sample was 3.4 mg/L (probably due to several factors: rain earlier in the  week, only being able to obtain the water sample near the shore, and time of year).  • The water samples were filtered into clean containers using a 200-micron water filter and  stored in the dark at  5 C until required for  preparing the test  treatments at which time  they  were brought to the test room temperature (20 – 22 C). ° ° ° °
  15. 15. DAPHNIA CULTURE:  • Three separate cultures of Daphnia pulex  were obtained and reared in spring water. The  daphnia cultures were maintained for 60 days prior to use in the experimental trials.  MEDIA PREPARATION:  • Two trials were run for this experiment: [1]  low calcium level lake water at 3.4 mg/L and  [2] critical calcium level lake water (lake water diluted with deionized water) to bring the  calcium  level  closer  to  the  Daphnia pulex  calcium  threshold  of  1.5 mg/L.  The  Ion  Chromatography test result for the prepared diluted batch returned a calcium reading of  1.89 mg/L. SHELL POWDER PREPARATION:  • The  shells  of  mussels,  clams,  and  oysters  were  used  to  prepare  the  shell  powder.  The  mollusks were shucked, cleaned of all organic material and heat treated to remove any  bacteria. Each shell type was ground separately to a fine powder, sifted using a fine mesh  sieve and stored separately. For the purposes of testing, 38 grams of each shell powder  type was measured and combined in a single container for testing use.
  16. 16. TESTING:  • During  the  21  day  testing  period,  each  test  cup  was  examined  daily  for  daphnia  survivorship and reproduction.  • Typical observations included daphnia viability,  the number of broods produced, and how  many offspring per brood were present.  • All offspring were counted and removed each day.  • The temperature (20 – 22 C), light exposure (16 hours light / 8 hours dark), and length of  time in solution (21 days) were held constant throughout the experiment.  • Additionally, the pH level was measured each day for every treatment, using a calibrated  pH meter.  • To prevent stagnation and bacteria buildup in the test cups, daphnia were transferred via  pipette to a new unused cup containing a fresh treatment solution every three days.  °
  17. 17. Image 1: Plastic Lake, Dorset, Ontario Images 2 & 3: Collecting & filtering lake water Image 4: Preparing samples for calcium testing Images 5 & 6: Shell grinding & measuring shell powder treatments Images 7, 8 & 9: Daphnia culture tanks; harvesting adult daphnia with eggs; adult daphnia with eggs Image 10: Basement testing lab set-up Photos: I. O’Brien / A. Ceccato 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
  18. 18. RESULTS4
  19. 19. CALCIUM LEVEL RESULTS Trial 1 – Low calcium level @ 3.4 mg/L The  calcium  level  results  for  Treatment  1  and  Treatment  2  significantly  differed  from  the  control  (p=0.043  and  p=0.01  respectively) but the two treatments did not differ significantly from  each other. This result indicates that the shell powder had a direct  effect on increasing calcium levels in the water, but this effect was  not dose dependent.  In Treatment 1, the calcium level increased from 3.4 mg/L to 13.2  mg/L,  an  increase  of  288%  and  in  Treatment  2  the  calcium  level  increased from 1.89 to 12.92 mg/L, an increase of 280%. Trial 2 - Critical calcium level @ 1.89 mg/L Treatment 2 significantly differed from the control (p=0.01), but not  from  Treatment  1  (p=0.54)  and  Treatment  1  and  2  did  not  differ  significantly  from  each  other .  This  result  indicates  that  the  shell  powder had an effect on increasing calcium levels in the lake water,  but this effect was more significant when the higher level of shell  powder was added.  In Treatment 1, the calcium level increased from 1.89 mg/L to 14.18  mg/L,  an  increase  of  650%  and  in  Treatment  2  the  calcium  level  increased from 1.89 mg/L to 13.33 mg/L, an increase of 605%. DAY OF TRIAL CALCIUMLEVEL(mg/L) Day 1 Day 2 Day 3 Day 4 16 14 12 10 8 6 4 2 0 3.40 3.40 3.40 3.40 3.40 4.31 8.88 11.33 13.2 8.83 12.83 11.51 12.92 Calcium Level Trend Over Renewal Period [Trial 1- Low Calcium Level @ 3.4 mg/L] Control Treatment 1 Treatment 2 DAY OF TRIAL CALCIUMLEVEL(mg/L) Day 1 Day 2 Day 3 Day 4 0 2 4 6 8 10 12 14 16 1.89 1.89 1.89 1.89 3.57 7.21 9.43 14.18 1.89 7.48 11.9 13.03 13.33 Calcium Level Trend Over Renewal Period [Trial 2 - Critical Level Calcium @ 1.89 mg/L] Control Treatment 1 Treatment 2
  20. 20. SURVIVORSHIP For  both  trials,  Treatment  1  and  Treatment  2  significantly differed from the control treatment  with  (p<0.001),  however,  Treatment  1  and  Treatment 2 did not differ significantly from each  other (p=1.0). This result indicates that the shell  powder  had  a  direct  effect  on  increasing  the  survivorship  of  the  daphnia, but  this  effect  was  not dose dependent.  For  both  trials,  the  treatments  that  had  shell  powder added resulted in 100% survivorship. For  the low calcium level control, 80% of the daphnia  survived over a 21 day period and for the critical  calcium level control, only 40% survived. DAY OF TRIAL NUMBER OF LIVING DAPHNIA REPLICATES 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 0 2 4 6 8 10 12 Survivorship Over 21 Day Trial Period [Trial 2 - Critical Calcium Level @ 1.89 mg/L] Control Treatment 1 Treatment 2 DAY OF TRIAL NUMBER OF LIVING DAPHNIA REPLICATES 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 0 2 4 6 8 10 12 Survivorship Over 21 Day Trial Period [Trial 1 - Low Calcium Level @ 3.4 mg/L] Control Treatment 1 Treatment 2
  21. 21. REPRODUCTION Time to First Brood: For both Treatment 1 and 2 in Trial 1, there was no  significant  difference  in  the  number  of  days  before  the  first  broods  were  produced  and  the  control  (p>0.05).  Therefore  the  addition  of  shell  powder,  regardless of the dosage, had no effect on the number  of days to first brood in the low level calcium trial. For both treatments in Trial 2, the average number of  days before the first brood appears was significantly  different  from  the  control  (p=0.020  and  p=0.011  respectively)  but  the  two  treatments  did  not  differ  significantly from each other.  This indicates that the  added shell powder had a direct effect on decreasing  the number of days to first brood in critical calcium  level water, but was not dose dependent.  TRIALS AVERAGENUMBEROFDAYS Trial 1 Trial 2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 12.6 15.2 11.8 12.2 11.4 11.9 Average Number of Days Before First Brood Control Treatment 1 Treatment 2
  22. 22. REPRODUCTION (cont’d) Mean Number of Broods Produced & Offspring Born: In  Trial  1,  the  mean  for  both  the  number  of  broods  produced  and  the  number  of  offspring  (p=0.193  and  p=0.060  respectively)  was  not  significantly  different  between groups. However, in Trial 2 the mean for both the  number  of  broods  and  the  number  offspring  in  both  Treatments  1  and  2,  was  significantly  different  from  the  control  (p=0.21,  p= 0.004,  and  p=0.036,  p=0.005  respectively).  These  results  indicate  that  the  added  shell  powder  had  a  significant  effect  on  increasing  the  reproductive output, but only in Trial 2 and this effect was  not dose dependent.  In Trial 2, the mean number of broods for Treatment 1 was  125%  greater  than  the  control  and  158%  greater  in  Treatment 2. Also in Trial 2, the mean number of offspring  for  Treatment  1  was  143%  greater  than  the  control  and  195% greater in Treatment 2.  TRIALS MEANNUMBEROFBROODS Trial 1 Trial 2 5 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 2.3 1.2 3.5 2.7 3.2 3.1 Mean Number of Broods Produced Over 21 Day Trial Period Control Treatment 1 Treatment 2 TRIALS MEANNUMBEROFOFFSPRING Trial 1 Trial 2 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 7.9 4.0 15.3 9.710.0 11.8 Mean Number of Offspring Born Over 21 Day Trial Period Control Treatment 1 Treatment 2
  23. 23. OBSERVATIONS: • The juvenile daphnia in the treatments with shell powder added, visually grew larger than the daphnia in  treatments with no shell powder added.  • During the testing period, the pH of the treatments was measured. The pH levels increased significantly in  all  test  cups  after  the  shell  powder  was  added  to  the  lake  water.  In  both  treatments,  the  pH  level  significantly differed from the controls. However, the pH level in Treatment 1 (10 mg) and Treatment 2  (50 mg) did not differ significantly from each other. SOURCES OF ERROR:   • The pH meter used had an accuracy of +/- 0.1 which may have affected the readings.  • With regard to the reproduction and viability of the daphnia, it should be noted that these results only  reflect controlled lab conditions and in a real world scenario, the daphnia would have been subjected to  other stressors which would have altered the results in terms of viability, reproduction, brood size, etc. • The  process  of  transferring  the  daphnia,  either  at  the  less  than  one-day  old  stage  or  during  each  treatment solution refresh period is also another possible source of error, as the transferring process may  have caused a level of stress in the Daphnia leading to either death or impacting the number of broods  and offspring.
  24. 24. CONCLUSION & DISCUSSION5
  25. 25. CONCLUSION • The experiment’s hypothesis was supported when the addition of the shell powder to calcium-deficient  lake  water  increased  the  calcium  levels  as  well  as  increased  daphnia  survivorship  and  the  number  of  broods and offspring. The results were most significant in the critical calcium level lake water. • As a result, the addition of pulverized recycled shell waste to the independent variable [the treatments]  has a direct and significant effect on the dependent variables [the calcium concentration and daphnia  survival and reproduction].  • The results clearly show that the addition of shell powder to increase calcium levels can be effective both  for remediation of critical lake calcium levels, which proved to be very beneficial for daphnia survivorship  and reproduction and it can also be used as a preventative measure  in low calcium level lakes to prevent  lake calcium levels from decreasing any further and to maintain existing daphnia populations. • The  decline  of  Daphnia  pulex  populations,  the  increase  of  lake  algae  blooms  and  the  appearance  of  invasive  species  are  all  consequences  of  this  emerging  environmental  problem  which  is  causing  widespread transformations of aquatic food webs in softwater shield lakes in North America and in other  acid-sensitive regions of the globe.  • This  experiment  identifies  a  method  to  remediate  lake  calcium  decline  and  has  the  potential  to  be  beneficial in maintaining Daphnia pulex populations, which will protect lake biodiversity and help mitigate  algae blooms while at the same time contribute toward addressing the global issue of shell waste disposal. 
  26. 26. DISCUSSION • The inspiration for this project came from my previous work on ocean acidification where waste shells in pulverized form were used to  buffer ocean acidity. The positive results of my previous project inspired me to find additional ways in which waste shells could be  used as waste shells are a readily available and abundant reusable resource. • Globally, the disposal of the millions of metric tons of waste shells has become an increasing problem just due to the sheer volume and  weight of waste. Recycling of these shells from large volume producers such as canneries, processors, and even seafood restaurants is  a potentially highly cost-effective solution.  • The disposal costs of the waste shells are high because it is done by the ton. If a recycling program is put in place for large volume  producers, the cost of recycling and processing the waste shells could be recovered by selling the pulverized shells for other uses as  well such as construction, soil treatment, pharmaceuticals, etc.   Processing costs could be reduced by allowing the shells to age in the  sun for about a year in order to dry and sanitize them and also by using renewable energy for the shell grinding process.  • Furthermore, based on my previous research into ocean acidification, the shell powder could also be used in marine protected areas  to increase pH levels and mitigate the effects of ocean acidification.  • In terms of the application of the shell powder to the lakes, the costs would be dependent on the method of application. For accessible  lakes, the shell powder could be applied by boat or on the watershed and in winter, it could be applied on the ice. Where there is  limited access to a lake, aerial methods would have to be used to apply the shell powder in the same manner as limestone was applied  to lakes in Sweden to combat lake acidity.  • The dosage of shell powder would need to be stoichiometrically calculated taking into consideration the  volume of the  lake, the  current pH, and calcium level, the desired calcium level, the flow through rate, etc.   Also, constant monitoring of the lake calcium level  would be required to determine if and when additional applications of shell powder would be required.   • Further investigation could be conducted in using this method as a watershed soil treatment to see if leaching from the soil to the lake,  instead of direct application to the lake, would be another approach to not only increase lake calcium levels but also restore soil  calcium levels which have been having a damaging effect on tree growth.  
  27. 27. ACKNOWLEDGEMENTS Thank you to the following for their assistance with this project: Rice Engineering for donating test supplies (laboratory gloves, wash bottle, precision tissue wipes). Dr. Patty Gillis from the Canada Centre for Inland Waters for providing me with a digital scale, calibration fluid, water jugs and filters and deionized water. Prof. Merrin Macrae and Mr. Vito Lam at the University of Waterloo for providing access to the Dionex Ion Chromatography system for calcium testing of the water samples. Prof. Norman Yan (York University) Mr. Andrew Jeziorski (Queen’s University) and Mr. Dennis Poirier (Ministry of the Environment) for answering questions and providing access to their research papers. Ms. Susan Samuel-Herter for help with the statistical analysis. Mr. Dan Bowman, and his son Mr. Jordan Bowman, for reviewing the project and providing helpful comments and advice for improvement.  Ms. Angela Ceccato and Mr. Robert O’Brien, my parents, for their support and encouragement. REFERENCES Ashforth, D. and Yan, N. (2008). ‘The interactive effects of calcium concentration and temperature on the survival and reproduction of Daphnia pulex at high and low food concentrations’, Limnology and Oceanography,  53, doi: 10.4319/lo.2008.53.2.0420.  Dowdey, S. (2007.) How Acid Rain Works. Retrieved 15 August 2015 from http://science. Howstuffworks.com/nature/climate-weather/atmospheric/acid-rain.htm. Fisheries and Oceans Canada. (2014). Introduction of Commercial Shell Crushing Technology to the BC Oyster Aquaculture Industry. Retrieved 25 September 2015 from www.dfo-mpo.gc.ca/aquaculture/sustainable- durable/rapports-reports/2011-12/P17-eng.htm.  Food and Agriculture Organization of the United Nations. (2016). Global Production Statistics 1950-2013. Retrieved 14 February 2015 from www.fao.org/figis/servlet/TabLandArea?tn_ds=Production  &tb_mode=TABLE&tb_act=SELECT&tb_grp=country. Hadley, K. (2012). A Multi-Proxy Investigation of Ecological Changes Due to Multiple Anthropogenic Stressors in Muskoka-Haliburton, Ontario, Canada. Queen’s University Ph.D. Dissertation, 28 September 2012. Retrieved  28 July 2016 from http://hdl.handle.net/1974/7547. Hamester, M.R.R., et al. (2012). ‘Characterization of calcium carbonate obtained from oyster and mussel shells and incorporation in polypropylene’. Materials Research, (São Carlos. Impresso), v. 15, p.204-208.  Jeziorski, A., and Yan, N. (2008). ‘The widespread threat of calcium decline in fresh waters’. Science, 322(5902):1374–1377.  Jeziorski, A., et al. (2012). ‘Changes since the onset of acid deposition among calcium-sensitive caducean taxa with softwater lakes of Ontario, Canada’. Journal of Paleolimnology, 48: 323-337. Jeziorski, A., et al. (2015). ‘The jellification of north temperate lakes’. Proceedings of the Royal Society B, 41.282: 20142449. Korosi, J.B., et al (2010). Anomalous rise in algal production linked to lake water calcium decline through food web interactions. DOI: 10.1098/rspb.2011.1411, 28 September 2011. NOAA MPA Centre. (2015) Climate Change Issue Profile: Ocean Acidification. Retrieved 16 August 2015 from http://marineprotectedareas.noaa.gov/sciencestewardship/climatechangeimpacts/ocean-acidification.pdf. Olem, H. (1991). Liming Acidified Surface Waters. Lewis Publications: Boca Raton, Florida.  Riessen, H.P., et al. (2012). ‘Changes in water chemistry can disable plankton prey defenses’. Proceedings of the National Academy of Sciences, DOI: 10.1073/pnas.1209938109.  Smol, J. (2010). ‘Multiple Stressors in Freshwater Ecosystems’, Freshwater Biology, Volume 55, Issue Supplement S1, pages 43–59, January 2010. Smol, J. (2014). Exploring Our Past to Protect Our Future. Lecture, March 2014. Retrieved 14 August 2015 from https://www.trentu.ca/aquaticscience documents/TrentSchindlerLecture. United States Geological Society, (1999), Soil-Calcium Depletion Linked to Acid Rain and Forest Growth in the Eastern United States. Retrieved 15 September 2015 from  http://ny.water.usgs.gov/pubs/wri/wri984267/WRIR98-4267.pdf. Yan, N. and Chen, X. (2015). ‘Sustainability: Don’t waste seafood waste’, Nature, 10 August 2015. Retrieved 16 March 2015 from http://www.nature.com/news/sustainability-don-t-waste-seafood-waste-1.18149.

×