Visualisierung von Produktivitätszonen basierend auf einem Stickstoffmassenbilanzmodell in Narragansett Bay, Rhode Island
概要
Hier wollen wir die Zonierung der biologischen Produktivität in Narragansett Bay, Rhode Island, basierend auf dem Stickstoffmassenbilanzmodell visualisieren. Die Ergebnisse werden das Nährstoffmanagement in den Küstenregionen beeinflussen, um Hypoxie und Eutrophierung zu reduzieren.
Abstract
Die Primärproduktivität in den Küstenregionen, die mit Eutrophierung und Hypoxie verbunden ist, liefert ein kritisches Verständnis der Ökosystemfunktion. Obwohl die Primärproduktivität weitgehend von den Nährstoffeinträgen in den Flüssen abhängt, ist die Abschätzung des Ausmaßes der Nährstoffeinflüsse in den Küstenregionen eine Herausforderung. Ein Stickstoffmassenbilanzmodell ist ein praktisches Werkzeug zur Bewertung der Produktivität der Küstenozeane, um biologische Mechanismen über Datenbeobachtungen hinaus zu verstehen. Diese Studie visualisiert die biologischen Produktionszonen in Narragansett Bay, Rhode Island, USA, in denen Hypoxie häufig auftritt, indem sie ein Stickstoffmassenbilanzmodell anwendet. Die Bucht ist in drei Zonen unterteilt – braune, grüne und blaue Zonen – basierend auf der Primärproduktivität, die durch die Ergebnisse des Massenbilanzmodells definiert werden. Braune, grüne und blaue Zonen repräsentieren einen hohen physikalischen Prozess, einen hohen biologischen Prozess und eine niedrige biologische Prozesszone, abhängig von Flussströmung, Nährstoffkonzentrationen und Mischungsraten. Die Ergebnisse dieser Studie können das Nährstoffmanagement im Küstenozean als Reaktion auf Hypoxie und Eutrophierung besser informieren.
Introduction
Die Primärproduktivität, die Produktion organischer Verbindungen durch Phytoplankton, treibt die Nahrungsnetze des Ökosystems an und ist wichtig für das Verständnis der Funktion des Systems als Reaktion auf Umweltveränderungen 1,2. Die Primärproduktivität von Ästuaren ist auch eng mit der Eutrophierung verbunden, die als übermäßige Nährstoffe im Ökosystemdefiniert ist 1, die in den Küstenregionen mehrere schädliche Folgen haben, wie z. B. ein übermäßiges Wachstum von Phytoplankton, das zu großen Algenblüten und anschließender Hypoxie führt 3,4. Wichtig ist, dass die Primärproduktivität in Ästuaren stark von der Nährstoffbelastung der Flüsse abhängt, insbesondere von den Stickstoffkonzentrationen, die in den meisten gemäßigten Meeresökosystemen der typische limitierende Nährstoff sind 5,6. Eine Abschätzung des Ausmaßes der Stickstoffbelastungen in Küstengebieten in Flüssen bleibt jedoch eine Herausforderung.
Um die Primärproduktivität des Ästuars abzuschätzen, ist ein Stickstoff (N)-Massenbilanzmodell ein nützliches Werkzeug zur Berechnung von Stickstoffflüssen2. Das N-Massenbilanzmodell bietet auch ein Verständnis biologischer Mechanismen über Datenbeobachtungen hinaus und enthüllt Informationen an den Rändern verschiedener primärer Produktivitätszonen7. Drei verschiedene Zonen8, definiert als braune, grüne und blaue Zonen, sind besonders nützlich, um die Auswirkungen der Nährstoffbelastung in hypoxischen Regionen vorherzusagen. Die braune Zone, definiert als die nächstgelegene Region einer Flussmündung, steht für einen hohen physikalischen Prozess, die grüne Zone für eine hohe biologische Produktivität und die blaue Zone für einen niedrigen biologischen Prozess. Die Grenze jeder Zone hängt von der Flussströmung, den Nährstoffkonzentrationen und den Mischungsratenab 8.
Die Narragansett Bay (NB) ist ein küstennahes, gemäßigtes Ästuar in Rhode Island, USA, das wirtschaftliche und ökologische Dienstleistungen und Güter unterstützt 9,10,11, in dem Hypoxie immer wieder auftritt. Diese hypoxischen Ereignisse, definiert als die Periode mit niedrigem gelösten Sauerstoff (d. h. weniger als 2-3 mg Sauerstoff pro Liter), sind besonders im Juli und August weit verbreitet und werden in diesen Monaten stark von der Stickstoffbelastung in Flüssen beeinflusst12. Angesichts eines Anstiegs der Primärproduktion und Hypoxie aufgrund anthropogener Emissionen von Nährstoffen13 ist das Verständnis der Stickstoffeinträge in NB entscheidend für die Bewältigung und Bewältigung von Küstenproblemen wie Eutrophierung und Hypoxie. Daher wird in dieser Studie die Rate der Primärproduktion in NB aus dem N-Massenbilanzmodell unter Verwendung historisch beobachteter Nährstoffdaten, insbesondere gelöster anorganischer Stickstoff (DIN), berechnet. Basierend auf den Ergebnissen des N-Massenbilanzmodells durch Umrechnung in Kohlenstoffeinheiten unter Verwendung des Redfield-Verhältnisses wurden drei verschiedene primäre Produktivitätszonen identifiziert, um das Ausmaß des Stickstoffeinflusses aus dem Fluss in NB zu visualisieren. Das Modell wurde dann in eine 3D-Darstellung umgewandelt, um die verschiedenen Zonen besser zu visualisieren. Die aus dieser Studie hergestellten Produkte können das Nährstoffmanagement bei NB als Reaktion auf Hypoxie und Eutrophierung besser informieren. Darüber hinaus sind die Ergebnisse dieser Studie auf andere Küstenregionen anwendbar, um die Auswirkungen des Flusstransports auf Nährstoffe und Primärproduktivität zu visualisieren.
Protocol
Representative Results
Discussion
Diese Studie schätzte das Ausmaß der Nährstoffeinflüsse von Flusseinträgen in der Narraganset Bay (NB) auf der Grundlage des N-Massenbilanzmodells ab, indem die drei theoretischen Zonen definiert wurden. Historisch gesehen traten in der Nähe des Providence River, der Westseite der Greenwich Bay und der Mount Hope Bay während der Sommerperiode hypoxische Zonen auf18, die in dieser Studie als braune Zonen definiert wurden. Darüber hinaus ist die Zonierung von NB vergleichbar mit den Ergebnis…
開示
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Studie wurde von der National Science Foundation (OIA-1655221, OCE-1655686) und dem Rhode Island Sea Grant (NA22-OAR4170123, RISG22-R/2223-95-5-U) unterstützt. Wir möchten uns auch bei der Rhode Island School of Design für die Entwicklung des Vis-A-Thon-Projekts und dieser Visualisierung bedanken.
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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