Narragansett Körfezi, Rhode Island'da Azot Kütle Dengesi Modeline Dayalı Verimlilik Bölgelerinin Görselleştirilmesi
Summary
Burada, azot kütle dengesi modeline dayalı olarak Rhode Island, Narragansett Körfezi’ndeki biyolojik üretkenliğin bölgelenmesini görselleştirmeyi amaçlıyoruz. Sonuçlar, hipoksi ve ötrofikasyonu azaltmak için kıyı bölgelerindeki besin yönetimini bilgilendirecektir.
Abstract
Kıyı bölgelerindeki ötrofikasyon ve hipoksi ile bağlantılı birincil üretkenlik, ekosistem işlevinin eleştirel bir şekilde anlaşılmasını sağlar. Birincil üretkenlik büyük ölçüde nehir besin girdilerine bağlı olsa da, kıyı bölgelerindeki nehir besin etkilerinin kapsamının tahmin edilmesi zordur. Bir azot kütle dengesi modeli, veri gözlemlerinin ötesinde biyolojik mekanizmaları anlamak için kıyı okyanus verimliliğini değerlendirmek için pratik bir araçtır. Bu çalışma, hipoksinin sıklıkla meydana geldiği ABD, Rhode Island, Narragansett Körfezi’ndeki biyolojik üretim bölgelerini bir azot kütle dengesi modeli uygulayarak görselleştirmiştir. Körfez, kütle dengesi modeli sonuçlarıyla tanımlanan birincil üretkenliğe dayalı olarak kahverengi, yeşil ve mavi bölgeler olmak üzere üç bölgeye ayrılmıştır. Kahverengi, yeşil ve mavi bölgeler, nehir akışına, besin konsantrasyonlarına ve karışım oranlarına bağlı olarak yüksek bir fiziksel süreci, yüksek bir biyolojik süreci ve düşük bir biyolojik süreç bölgesini temsil eder. Bu çalışmanın sonuçları, hipoksi ve ötrofikasyona yanıt olarak kıyı okyanusundaki besin yönetimini daha iyi bilgilendirebilir.
Introduction
Birincil üretkenlik, fitoplanktonlar tarafından organik bileşiklerin üretimi, ekosistem besin ağlarını besler ve çevresel değişikliklere yanıt olarak sistemin işlevini anlamak için önemlidir 1,2. Haliç birincil üretkenliği, ekosistemde aşırı besin olarak tanımlanan ötrofikasyon ile de yakından bağlantılıdır1 ve kıyı bölgelerinde büyük alg patlamalarına yol açan fitoplanktonun aşırı büyümesi ve ardından hipoksi 3,4 gibi çeşitli zararlı sonuçlara neden olur. Daha da önemlisi, haliçlerdeki birincil üretkenlik, büyük ölçüde nehir besin yüklemesine, özellikle de çoğu ılıman okyanus ekosisteminde tipik sınırlayıcı besin maddesi olan nitrojen konsantrasyonlarınabağlıdır 5,6. Bununla birlikte, kıyı bölgelerindeki nehir azotu etkilerinin kapsamının tahmin edilmesi zor olmaya devam etmektedir.
Haliç birincil verimliliğini tahmin etmek için, bir nitrojen (N) kütle dengesi modeli, nitrojen akılarını hesaplamak için yararlı bir araçtır2. N-kütle dengesi modeli aynı zamanda veri gözlemlerinin ötesinde biyolojik mekanizmaların anlaşılmasını sağlar ve farklı birincil üretkenlik bölgelerinin kenarlarındaki bilgileri ortaya çıkarır7. Kahverengi, yeşil ve mavi bölgeler olarak tanımlanan üç farklı bölge8, hipoksik bölgelerdeki besin yüklemesinin etkisini tahmin etmek için özellikle yararlıdır. Bir nehir ağzının en yakın bölgesi olarak tanımlanan kahverengi bölge, yüksek bir fiziksel süreci, yeşil bölge yüksek biyolojik üretkenliğe sahiptir ve mavi bölge, düşük biyolojik süreci temsil eder. Her bölgenin sınırı nehir akışına, besin konsantrasyonlarına ve karışım oranlarınabağlıdır 8.
Narragansett Körfezi (NB), ABD’nin Rhode Island eyaletinde, hipoksinin sürekli olarak meydana geldiğiekonomik ve ekolojik hizmetleri ve malları 9,10,11 destekleyen kıyı, ılıman bir haliçtir. Düşük çözünmüş oksijen periyodu (yani, litre başına 2-3 mg’dan az oksijen) olarak tanımlanan bu hipoksik olaylar, özellikle Temmuz ve Ağustos aylarında yaygındır ve bu aylarda nehir nitrojen yüklemesinden büyük ölçüde etkilenir12. Besinlerin antropojenik emisyonları13 nedeniyle birincil üretim ve hipoksideki artışla birlikte, NB’ye nitrojen girdilerini anlamak, ötrofikasyon ve hipoksi gibi kıyı sorunlarını yönetmek ve ele almak için kritik öneme sahiptir. Bu nedenle, bu çalışmada, NB’deki birincil üretim oranı, tarihsel olarak gözlemlenen besin verileri, özellikle çözünmüş inorganik nitrojen (DIN) kullanılarak N-kütle dengesi modelinden hesaplanmıştır. Redfield oranı kullanılarak karbon birimlerine dönüştürülerek N-kütle dengesi modelinin sonuçlarına dayanarak, NB’deki nehirden nitrojen etkisinin derecesini görselleştirmek için üç farklı birincil üretkenlik bölgesi tanımlanmıştır. Model daha sonra farklı bölgeleri daha iyi görselleştirmek için 3D bir temsile dönüştürüldü. Bu çalışmadan üretilen ürünler, hipoksi ve ötrofikasyona yanıt olarak NB’de besin yönetimini daha iyi bilgilendirebilir. Ayrıca, bu çalışmadan elde edilen sonuçlar, nehir taşımacılığının besinler ve birincil üretkenlik üzerindeki etkilerini görselleştirmek için diğer kıyı bölgelerine uygulanabilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu çalışma, üç teorik bölgeyi tanımlayarak N-kütle dengesi modeline dayalı olarak Narraganset Körfezi’ndeki (NB) nehir girdilerinden kaynaklanan besin etkilerinin kapsamını tahmin etmiştir. Tarihsel olarak, hipoksik bölgeler, bu çalışmada kahverengi bölgeler olarak tanımlanan yaz döneminde18 Providence Nehri, Greenwich Körfezi’nin batı tarafı ve Mount Hope Körfezi yakınında ortaya çıktı. Ayrıca, NB’nin bölgelendirilmesi, NB’deki besin konsantrasyonunu ve birincil ür…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma Ulusal Bilim Vakfı (OIA-1655221, OCE-1655686) ve Rhode Island Sea Grant (NA22-OAR4170123, RISG22-R/2223-95-5-U) tarafından desteklenmiştir. Ayrıca Vis-A-Thon projesini ve bu görselleştirmeyi geliştirdiği için Rhode Island Tasarım Okulu’na teşekkür ederiz.
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 |
References
- Nixon, S. W. Coastal marine eutrophication: A definition, social causes, and future concerns. Ophelia. 41, 199-219 (1995).
- Kim, J. S., Brush, M. J., Song, B., Anderson, I. C. Reconstructing primary production in a changing estuary: A mass balance modeling approach. Limnology and Oceanography. 66 (6), 2535-2546 (2021).
- Kemp, W. M., et al. Eutrophication of Chesapeake Bay: historical trends and ecological interactions. Marine Ecology Progress Series. 303, 1-29 (2005).
- Brush, M. J., Malone, T. C., Malej, A., Faganeli, F., et al. . Coastal Ecosystems in Transition: A Comparative Analysis of the Northern Adriatic and Chesapeake Bay. Chapter 5, (2021).
- Howarth, R. W., Marino, R. Nitrogen as the limiting nutrient for eutrophication in coastal marine ecosystems: Evolving views over three decades. Limnology and Oceanography. 51 (1 part 2), 364-376 (2006).
- Paerl, H. W. Controlling eutrophication along the freshwater-marine continuum: Dual nutrient (N and P) reductions are essential. Estuaries and Coasts. 32, 593-601 (2009).
- Kim, J. S., Chapman, P., Rowe, G., DiMarco, S. F. Categorizing zonal productivity on the continental shelf with nutrient-salinity ratios. Journal of Marine Systems. 206, 103336 (2020).
- Rowe, G. T., Chapman, P. Continental shelf hypoxia: Some nagging questions. Gulf of Mexico Science. 20 (2), 153-160 (2002).
- Nixon, S. W. Eutrophication and the macroscope. Hydrobiologia. 629, 5-19 (2009).
- Barbier, E. B., et al. The value of estuarine and coastal ecosystem services. Ecological Monographs. 81 (2), 169-193 (2011).
- Cloern, J. E., Foster, S. Q., Kleckner, A. E. Phytoplankton primary production in the world’s estuarinecoastal ecosystem. Biogeosciences. 11 (9), 2477-2501 (2014).
- Codiga, D. L., Stoffel, H. E., Oviatt, C. A., Schmidt, C. E. Managed nitrogen load decrease reduces chlorophyll and hypoxia in warming temperate urban estuary. Frontiers in Marine Science. 9, 930347 (2022).
- Sigman, D. M., Hain, M. P. The biological productivity of the ocean. Nature Education Knowledge. 3 (10), 21 (2012).
- Kremer, J. N., et al. Simulating property exchange in estuarine ecosystem models at ecologically appropriate scales. Ecological Modelling. 221 (7), 1080-1088 (2010).
- Kim, J. S., Chapman, P., Rowe, G., DiMarco, S. F., Thornton, D. C. O. Implications of different nitrogen input sources for potential production and carbon flux estimates in the coastal Gulf of Mexico (GOM) and Korean Peninsula coastal waters. Ocean Science. 16, 45-63 (2020).
- Lake, S. J., Brush, M. J. The contribution of microphytobenthos to total productivity in upper Narragansett Bay, Rhode Island. Estuarine, Coastal and Shelf Science. 95 (2-3), 289-297 (2011).
- Brush, M. J., Nixon, S. W. Modeling the role of macroalgae in a shallow sub-estuary of Narragansett Bay, RI (USA). Ecological Modelling. 221 (7), 1065-1079 (2010).
- Deacutis, C. F., Murray, D., Prell, W., Saarman, E., Korhun, L. Hypoxia in the upper half of Narragansett Bay, RI, during August 2001 and 2002. Northeastern Naturalist. 13 (Special Issue 4), 173-198 (2006).
- Oviatt, C., et al. Managed nutrient reduction impacts on nutrient concentrations, water clarity, primary production, and hypoxia in a north temperate estuary. Estuarine, Coastal and Shelf Science. 199, 25-34 (2017).
- Boesch, D. F. Barriers and bridges in abating coastal eutrophication. Frontiers in Marine Science. 6, 123 (2019).
- Oviatt, C. A., Keller, A. A., Reed, L. Annual primary production in Narragansett Bay with no bay-wide winter-spring phytoplankton bloom. Estuarine, Coastal and Shelf Science. 54, 1013-1026 (2002).
