ロードアイランド州ナラガンセット湾における窒素マスバランスモデルに基づく生産性ゾーンの可視化

植物プランクトンによる有機化合物の生産である一次生産性は、生態系の食物網を活性化し、環境変化に対するシステムの機能を理解する上で重要である^1,2。河口域の一次生産性は、生態系の過剰な栄養素と定義される富栄養化とも密接に関連しており¹、植物プランクトンの異常増殖による藻類の大量発生とそれに続く低^{酸素状態3,4}など、沿岸地域にいくつかの有害な結果を引き起こしています。重要なことは、河口域の一次生産性は、河川の栄養塩負荷量、特に窒素濃度に大きく依存しており、窒素濃度は、ほとんどの温帯海洋生態系における典型的な制限栄養素である^5,6。しかし、沿岸地域における河川窒素の影響の程度を推定することは依然として困難である。

河口域の一次生産性を推定するためには、窒素(N)物質収支モデルが窒素フラックスの計算に有用なツール^{である2。}また、N-マスバランスモデルは、データ観測を超えた生物学的メカニズムの理解を提供し、異なる一次生産ゾーン^の端にある情報を明らかにします7。ブラウンゾーン、グリーンゾーン、ブルーゾーンとして定義される3つの異なるゾーン⁸は、低酸素地域における栄養負荷の影響を予測するのに特に有用である。河口に最も近い領域として定義されるブラウン ゾーンは高い物理的プロセスを表し、グリーン ゾーンは高い生物学的生産性を示し、ブルー ゾーンは低い生物学的プロセスを表します。各ゾーンの境界は、河川の流れ、栄養塩濃度、および^{混合速度によって異なります}8。

ナラガンセット湾(NB)は、米国ロードアイランド州の沿岸の温帯河口であり、低酸素症が一貫して発生している経済的および生態学的サービスおよび商品^9,10,11を支えています。これらの低酸素事象は、溶存酸素が少ない期間(つまり、1リットルあたり2〜3mg未満の酸素)として定義され、特に7月と8月に蔓延し、これらの月の河川窒素負荷の影響を強く受けます¹²。栄養素の人為的な排出による一次生産と低酸素の増加に伴い¹³、NBへの窒素投入を理解することは、富栄養化や低酸素症などの沿岸の問題を管理および対処するために重要です。したがって、この研究では、NBの一次生産速度は、歴史的に観察された栄養データ、特に溶存無機窒素(DIN)を使用して、Nマスバランスモデルから計算されます。レッドフィールド比を用いて炭素単位に換算したNマスバランスモデルの結果に基づき、NBにおける河川からの窒素の影響度合いを可視化するために、3つの異なる一次生産ゾーンを特定した。その後、モデルを3D表現に再作成し、さまざまなゾーンをより適切に視覚化しました。この研究から得られた生成物は、低酸素症と富栄養化に応答するNBの栄養管理により良い情報を提供することができます。また、本研究の成果は、河川輸送が栄養塩や一次生産性に及ぼす影響を可視化するために、他の沿岸域にも適用できる。