Visualisation des zones de productivité basées sur un modèle de bilan massique d’azote dans la baie de Narragansett, Rhode Island
Summary
Ici, nous visons à visualiser la zonation de la productivité biologique dans la baie de Narragansett, Rhode Island, sur la base du modèle de bilan massique d’azote. Les résultats éclaireront la gestion des éléments nutritifs dans les régions côtières afin de réduire l’hypoxie et l’eutrophisation.
Abstract
La productivité primaire dans les régions côtières, liée à l’eutrophisation et à l’hypoxie, permet de comprendre de manière critique le fonctionnement des écosystèmes. Bien que la productivité primaire dépende en grande partie des apports de nutriments fluviaux, il est difficile d’estimer l’ampleur de l’influence des nutriments fluviaux dans les régions côtières. Un modèle de bilan massique de l’azote est un outil pratique pour évaluer la productivité des océans côtiers afin de comprendre les mécanismes biologiques au-delà des observations de données. Cette étude visualise les zones de production biologique de la baie de Narragansett, Rhode Island, États-Unis, où l’hypoxie se produit fréquemment, en appliquant un modèle de bilan massique azoté. La baie est divisée en trois zones – zones brunes, vertes et bleues – en fonction de la productivité primaire, qui sont définies par les résultats du modèle de bilan massique. Les zones brunes, vertes et bleues représentent un processus physique élevé, un processus biologique élevé et une zone de processus biologique faible, en fonction du débit de la rivière, des concentrations de nutriments et des taux de mélange. Les résultats de cette étude peuvent mieux éclairer la gestion des nutriments dans l’océan côtier en réponse à l’hypoxie et à l’eutrophisation.
Introduction
La productivité primaire, la production de composés organiques par le phytoplancton, alimente les réseaux trophiques de l’écosystème et est importante pour comprendre la fonction du système en réponse aux changements environnementaux 1,2. La productivité primaire estuarienne est également étroitement liée à l’eutrophisation, définie comme un excès de nutriments dans l’écosystème1, entraînant plusieurs conséquences néfastes dans les régions côtières, telles qu’une prolifération de phytoplancton entraînant de grandes proliférations d’algues et une hypoxie ultérieure 3,4. Il est important de noter que la productivité primaire dans les estuaires dépend fortement de la charge en éléments nutritifs des cours d’eau, en particulier des concentrations d’azote, qui sont les éléments nutritifs limitatifs typiques dans la plupart des écosystèmes océaniques tempérés 5,6. Cependant, il reste difficile d’estimer l’ampleur des impacts de l’azote fluvial dans les zones côtières.
Pour estimer la productivité primaire estuarienne, un modèle de bilan massique azote (N) est un outil utile pour calculer les flux d’azote2. Le modèle de bilan massique N permet également de comprendre les mécanismes biologiques au-delà des observations de données, révélant des informations aux limites de différentes zones de productivité primaire7. Trois zones8 différentes, définies comme des zones brunes, vertes et bleues, sont particulièrement utiles pour prédire l’impact de la charge en nutriments dans les régions hypoxiques. La zone brune, définie comme la région la plus proche de l’embouchure d’une rivière, représente un processus physique élevé, la zone verte a une productivité biologique élevée et la zone bleue représente un processus biologique faible. La limite de chaque zone dépend du débit de la rivière, des concentrations de nutriments et des taux de mélange8.
La baie de Narragansett (NB) est un estuaire côtier tempéré du Rhode Island, aux États-Unis, qui soutient des services et des biens économiques et écologiques 9,10,11, dans lequel l’hypoxie se produit constamment. Ces événements hypoxiques, définis comme la période de faible teneur en oxygène dissous (c’est-à-dire moins de 2 à 3 mg d’oxygène par litre), sont particulièrement fréquents en juillet et août et sont fortement influencés par la charge d’azote fluviale au cours de ces mois12. Avec l’augmentation de la production primaire et de l’hypoxie due aux émissions anthropiques de nutriments13, il est essentiel de comprendre les apports d’azote au Nouveau-Brunswick pour gérer et résoudre les problèmes côtiers tels que l’eutrophisation et l’hypoxie. Ainsi, dans cette étude, le taux de production primaire au Nouveau-Brunswick est calculé à partir du modèle de bilan massique N à l’aide de données nutritionnelles historiquement observées, en particulier l’azote inorganique dissous (DIN). D’après les résultats du modèle de bilan massique d’azote en convertissant en unités de carbone à l’aide du rapport Redfield, trois zones de productivité primaire différentes ont été identifiées pour visualiser l’étendue de l’influence de l’azote de la rivière au Nouveau-Brunswick. Le modèle a ensuite été recréé en représentation 3D pour mieux visualiser les différentes zones. Les produits issus de cette étude peuvent mieux éclairer la gestion des nutriments au Nouveau-Brunswick en réponse à l’hypoxie et à l’eutrophisation. De plus, les résultats de cette étude sont applicables à d’autres régions côtières pour visualiser les effets du transport fluvial sur les nutriments et la productivité primaire.
Protocol
Representative Results
Discussion
Cette étude a estimé l’ampleur des impacts sur les nutriments des apports fluviaux dans la baie de Narraganset (NB) en se basant sur le modèle de bilan massique N en définissant les trois zones théoriques. Historiquement, des zones hypoxiques sont apparues près de la rivière Providence, du côté ouest de la baie de Greenwich et de la baie Mount Hope pendant la période estivale18, qui ont été définies comme des zones brunes dans cette étude. De plus, la zonation du Nouveau-Brunswick …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Cette étude a été soutenue par la National Science Foundation (OIA-1655221, OCE-1655686) et le Rhode Island Sea Grant (NA22-OAR4170123, RISG22-R/2223-95-5-U). Nous tenons également à remercier la Rhode Island School of Design pour le développement du projet Vis-A-Thon et de cette visualisation.
Materials
| Adobe Illustrator | Adobe | version 27.6.1 | https://www.adobe.com/products/illustrator.html |
| Ampersand Gessobord Uncradled 1/8" Profile 8" x 8" | Risdstore | 70731053088 | https://www.risdstore.com/ampersand-gessobord-8×8-flat-1-8-profile.html |
| Ocean Data View software | https://odv.awi.de/en/software/download/ | ||
| W-Series (Wide) Flexible LED Strip Light – Ultra Bright (18 LEDs/foot) | aspectLED | SKU AL-SL-W-U | https://www.aspectled.com/products/w-wide-5050-ultra-bright?gclid=CjwKCAjwm4ukBhAuEiwA0z QxkyqisRPqBcHvXEW8KcJE-bK0d2cvGtqlOxXWJI_ E2rd6DzttPR0FLRoCgfkQAvD_BwE |
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