Visualisatie van productiviteitszones op basis van het stikstofmassabalansmodel in Narragansett Bay, Rhode Island

Primaire productiviteit, de productie van organische verbindingen door fytoplankton, voedt voedselwebben van ecosystemen en is belangrijk voor het begrijpen van de functie van het systeem als reactie op veranderingen in het milieu ^1,2. De primaire productiviteit van estuaria hangt ook nauw samen met eutrofiëring, die wordt gedefinieerd als een overmaat aan nutriënten in het ecosysteem¹, die verschillende schadelijke gevolgen heeft in de kustgebieden, zoals een overgroei van fytoplankton die leidt tot grote algenbloei en daaropvolgende hypoxie ^3,4. Belangrijk is dat de primaire productiviteit in estuaria sterk afhankelijk is van de nutriëntenbelasting in de rivier, met name stikstofconcentraties, die de typische beperkende voedingsstof zijn in de meeste gematigde oceaanecosystemen ^5,6. Een schatting van de omvang van de stikstofeffecten van rivieren in kustgebieden blijft echter een uitdaging.

Om de primaire productiviteit van het estuarium te schatten, is een stikstof (N) massabalansmodel een nuttig hulpmiddel om stikstoffluxen te berekenen². Het N-massabalansmodel biedt ook inzicht in biologische mechanismen die verder gaan dan gegevenswaarnemingen, en onthult informatie aan de randen van verschillende primaire productiviteitszones⁷. Drie verschillende zones⁸, gedefinieerd als bruine, groene en blauwe zones, zijn bijzonder nuttig voor het voorspellen van de impact van nutriëntenbelasting in hypoxische regio’s. De bruine zone, gedefinieerd als het dichtstbijzijnde gebied van een riviermonding, vertegenwoordigt een hoog fysisch proces, de groene zone heeft een hoge biologische productiviteit en de blauwe zone vertegenwoordigt een laag biologisch proces. De grens van elke zone hangt af van het debiet van de rivier, de nutriëntenconcentraties en de mengsnelheden⁸.

Narragansett Bay (NB) is een gematigd estuarium aan de kust in Rhode Island, VS, dat economische en ecologische diensten en goederen ^9,10,11 ondersteunt, waarin hypoxie consequent is voorgekomen. Deze hypoxische gebeurtenissen, gedefinieerd als de periode van weinig opgeloste zuurstof (d.w.z. minder dan 2-3 mg zuurstof per liter), komen vooral voor in juli en augustus en worden sterk beïnvloed door de stikstofbelasting in de rivieren gedurende deze maanden¹². Met een toename van de primaire productie en hypoxie als gevolg van antropogene emissies van nutriënten¹³, is inzicht in de stikstofinput in NB van cruciaal belang voor het beheersen en aanpakken van kustproblemen zoals eutrofiëring en hypoxie. In deze studie wordt dus de snelheid van de primaire productie in NB berekend op basis van het N-massabalansmodel met behulp van historisch waargenomen nutriëntengegevens, met name opgeloste anorganische stikstof (DIN). Op basis van de resultaten van het N-massabalansmodel door conversie naar koolstofeenheden met behulp van de Redfield-ratio, werden drie verschillende primaire productiviteitszones geïdentificeerd om de mate van stikstofinvloed van de rivier in NB te visualiseren. Het model werd vervolgens nagemaakt tot een 3D-weergave om de verschillende zones beter te visualiseren. De producten die uit deze studie zijn voortgekomen, kunnen het nutriëntenbeheer in NB beter informeren als reactie op hypoxie en eutrofiëring. Verder zijn de resultaten van deze studie toepasbaar op andere kustregio’s om de effecten van riviertransport op nutriënten en primaire productiviteit in beeld te brengen.