מחקר זה נתמך על ידי הקרן הלאומית למדע (OIA-1655221, OCE-1655686) ומענק הים של רוד איילנד (NA22-OAR4170123, RISG22-R/2223-95-5-U). ברצוננו גם להודות לבית הספר לעיצוב של רוד איילנד על פיתוח פרויקט Vis-A-Thon והדמיה זו.

1. יישום מודל איזון המסה N
<ol><li>הורד את נתוני החנקן האנאורגני המומס (DIN) מהסוכנות להגנת הסביבה של ארה"ב (USEPA) עבור 166 תחנות במפרץ נרגנסט בין השנים 1990 ל-2015. הערה: במחקר זה, סכום ריכוזי האמוניום (NH4+), ניטריט (NO2-) וניטראט (NO3-) נחשבו כריכוז DIN.</li>
	<li>פיצול מפרץ נרגנסט לחמש-עשרה תיבות לאורך צירו, ששונו ממחקר14 הקודם, תוך שימוש ב-Adobe Illustrator כדי לחלק את המפרץ במפה (איור 1).</li>
	<li>החל את מודל איזון המסה N כדי לחשב את הריכוז הממוצע של DIN בכל תיבה. הערה: במחקר זה, מודל איזון המסה N, המורכב ממונחי קלט ופלט של DIN, שונה ממחקרים קודמים 2,15 והוחל על כל תיבה (1-15) של מפרץ נרגנסט כמשוואה 1. <img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/65728/65728eq07v2.jpg" style="margin: auto;">(1) טבלה 1 מציגה את ההגדרות של כל מונח ויחידה המשמשים במודל זה של מפרץ נראגנסט. המודל מחשב את ריכוז ה-DIN הממוצע על ידי קביעת ההבדל בכל קופסה של מפרץ נרגנסט, המייצג את הסרת ה-DIN נטו על ידי ייצור ביולוגי. מידע מפורט על מודל איזון המסה N מוצג במחקרים הקודמים 2,15. הערכים המפורטים ששימשו במודל של מחקר זה נגזרו מהמחקרים הקודמים14.</li>
	<li>חשב את קצב הייצור הראשוני הפוטנציאלי (PPP) בהתבסס על תוצאות מודל איזון N-מסה על-ידי המרת הסרת DIN נטו ליחידות פחמן באמצעות יחס Redfield (C: N = 106: 16, יחס מולרי) בקובץ גיליון אלקטרוני.</li>
</ol>2. הדמיה של שלושה אזורים במפת מפרץ נרגנסט
<ol><li>התווה את שלושת האזורים המזוהים במפת מפרץ נרגנסט כתרשים מתאר באמצעות תוכנת Ocean Data View.<ol><li>שמור את נתוני קצב PPP של כל תיבה כקובץ טקסט (.txt) מקובץ הגיליון האלקטרוני. הערה: קובץ .txt כולל גם את המיקום של כל מספר תיבה כקו רוחב וקו אורך. שים את קו האורך כערך שלילי. נתוני קצב ה-PPP מסומנים כ-PPP [gC·m-2·day-1].</li>
		<li>טען את נתוני קצב ה-PPP לתוכנת Ocean Data View.<ol><li>עבור אל פתח בתפריט קובץ .</li>
			<li>לחץ/י על התיבה 'שייך משתנים', 'קו רוחב', 'קו אורך' עם 'תחנה', 'קו רוחב' [degrees_north] ועל 'קו אורך' [degrees_east], בחלון 'שיוך משתנים מטא-נתונים ', ואחר כך לחצו על הלחצן 'אישור '.</li>
			<li>לחץ על בסדר כפתור בחלון ייבוא .</li>
		</ol></li>
		<li>צייר את תרשים קווי המתאר כדי להציג את טווחי PPP במפה של מפרץ נרגנסט.<ol><li>לחץ באמצעות לחצן העכבר הימני על המפה, לחץ על שינוי גודל תצוגה, גרור את התיבה האדומה כדי להגדיל את התצוגה לאזור הנתונים של המפה ולאחר מכן לחץ על Enter.</li>
			<li>לחץ על החלון 1 SCATTER של תבניות פריסה בתפריט תצוגה .</li>
			<li>לחצו לחיצה ימנית בחלונית 'דוגמה' ובחרו 'משתנים נגזרים'.</li>
			<li>לחץ על הלחצן Add לאחר בחירה באפשרות Latitude תחת Metadata בחלונית Choices . בצע את אותו הדבר עבור קו אורך ולאחר מכן לחץ על הלחצן אישור .</li>
			<li>בחר drvd: קו אורך [degrees_East] כמשתנה X על-ידי לחיצה ימנית על חלון הפיזור.</li>
			<li>בחר drvd: Latitude [degrees_North] כמשתנה Y על-ידי לחיצה ימנית על חלון הפיזור.</li>
			<li>בחר PPP [gC·m-2·day -1] כמשתנה Z על-ידי לחיצה ימנית על חלון הפיזור.</li>
			<li>בחר מאפיינים על-ידי לחיצה ימנית על חלון הפיזור ועבור אל סגנון תצוגה אופציה.<ol><li>בחר את השדה Gridded .</li>
				<li>עבור אל האפשרות קווי מתאר ולחץ על לחצן << כדי לגרום לערכים 0, 0.1 ו- 2 להישאר רק בחלוניות שכבר הוגדרו מימין.</li>
				<li>לחץ על בסדר לחצן.</li>
			</ol></li>
		</ol></li>
	</ol></li>
	<li>בהתבסס על התוויית קווי המתאר של תוכנת Ocean Data View, הגדירו את הקצה של האזורים החומים, הירוקים והכחולים במפרץ Narraganset, והציגו את האזורים באופן חזותי באמצעות Adobe Illustrator כדי להתוות שלושה אזורים במפה. הערה: לאחר המחקרהקודם 15, שיעור ה-PPP של האזור החום היה מעל 2 gC·m-2·day-1, האזור הירוק היה בין 0.1-2gC·m-2·day-1, והאזור הכחול היה פחות מ-0.1 gC·m-2·day-1, בהתאמה.</li>
</ol>3. המרת תרשים המתאר של שלושה אזורים למסגרת תלת מימדית (3D) עם תאורת LED
<ol><li>חרטו שלושה לוחות אקריליים בגודל 5.5 אינץ' x 8 אינץ' עם חותך לייזר כדי להראות את הגבול של כל אזור.</li>
	<li>ערמו שלושה לוחות אקריליים במסגרת מוארת. חפוף כל לוח אקרילי המציג את האזורים הכחול, הירוק והחום. מקם חלונית המציגה אזורים ירוקים מעל החלונית 'אזורים כחולים' ומעליה חלונית 'אזורים חומים'.</li>
	<li>עבור הדגם הפיזיקלי השני, חרטו ארבע יריעות אקריליק בגודל 5.5 אינץ' x 8 אינץ' עם חותך לייזר, כאשר ה- UV מודפס בשלושה גבולות של אזורים ופאנל אחד המייצג את מפרץ נרגנסט כולו (לפי שלבים 3.1-3.2).</li>
	<li>שנה את הצבע של כל אזור לחום, ירוק וכחול באמצעות נוריות ה- LED הממוקמות בתחתית המסגרת.</li>
</ol>

הדמיה משולבת של נתונים ביו-גיאוכימיים לניהול חומרים מזינים

<ol>
	<li>Nixon, S. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coastal+marine+eutrophication:+A+definition,+social+causes,+and+future+concerns.">Coastal marine eutrophication: A definition, social causes, and future concerns.</a> Ophelia. 41, 199-219 (1995).</li><li>Kim, J. S., Brush, M. J., Song, B., Anderson, I. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reconstructing+primary+production+in+a+changing+estuary:+A+mass+balance+modeling+approach.">Reconstructing primary production in a changing estuary: A mass balance modeling approach.</a> Limnology and Oceanography. 66 (6), 2535-2546 (2021).</li><li>Kemp, W. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Eutrophication+of+Chesapeake+Bay:+historical+trends+and+ecological+interactions.">Eutrophication of Chesapeake Bay: historical trends and ecological interactions.</a> Marine Ecology Progress Series. 303, 1-29 (2005).</li><li>Brush, M. J., Malone, T. C., Malej, A., Faganeli, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Coastal Ecosystems in Transition: A Comparative Analysis of the Northern Adriatic and Chesapeake Bay. Chapter 5, (2021).</li><li>Howarth, R. W., Marino, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nitrogen+as+the+limiting+nutrient+for+eutrophication+in+coastal+marine+ecosystems:+Evolving+views+over+three+decades.">Nitrogen as the limiting nutrient for eutrophication in coastal marine ecosystems: Evolving views over three decades.</a> Limnology and Oceanography. 51 (1 part 2), 364-376 (2006).</li><li>Paerl, H. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlling+eutrophication+along+the+freshwater-marine+continuum:+Dual+nutrient+(N+and+P)+reductions+are+essential.">Controlling eutrophication along the freshwater-marine continuum: Dual nutrient (N and P) reductions are essential.</a> Estuaries and Coasts. 32, 593-601 (2009).</li><li>Kim, J. S., Chapman, P., Rowe, G., DiMarco, S. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Categorizing+zonal+productivity+on+the+continental+shelf+with+nutrient-salinity+ratios.">Categorizing zonal productivity on the continental shelf with nutrient-salinity ratios.</a> Journal of Marine Systems. 206, 103336 (2020).</li><li>Rowe, G. T., Chapman, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Continental+shelf+hypoxia:+Some+nagging+questions.">Continental shelf hypoxia: Some nagging questions.</a> Gulf of Mexico Science. 20 (2), 153-160 (2002).</li><li>Nixon, S. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Eutrophication+and+the+macroscope.">Eutrophication and the macroscope.</a> Hydrobiologia. 629, 5-19 (2009).</li><li>Barbier, E. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+value+of+estuarine+and+coastal+ecosystem+services.">The value of estuarine and coastal ecosystem services.</a> Ecological Monographs. 81 (2), 169-193 (2011).</li><li>Cloern, J. E., Foster, S. Q., Kleckner, A. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phytoplankton+primary+production+in+the+world's+estuarinecoastal+ecosystem.">Phytoplankton primary production in the world's estuarinecoastal ecosystem.</a> Biogeosciences. 11 (9), 2477-2501 (2014).</li><li>Codiga, D. L., Stoffel, H. E., Oviatt, C. A., Schmidt, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Managed+nitrogen+load+decrease+reduces+chlorophyll+and+hypoxia+in+warming+temperate+urban+estuary.">Managed nitrogen load decrease reduces chlorophyll and hypoxia in warming temperate urban estuary.</a> Frontiers in Marine Science. 9, 930347 (2022).</li><li>Sigman, D. M., Hain, M. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+biological+productivity+of+the+ocean.">The biological productivity of the ocean.</a> Nature Education Knowledge. 3 (10), 21 (2012).</li><li>Kremer, J. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simulating+property+exchange+in+estuarine+ecosystem+models+at+ecologically+appropriate+scales.">Simulating property exchange in estuarine ecosystem models at ecologically appropriate scales.</a> Ecological Modelling. 221 (7), 1080-1088 (2010).</li><li>Kim, J. S., Chapman, P., Rowe, G., DiMarco, S. F., Thornton, D. C. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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.">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.</a> Ocean Science. 16, 45-63 (2020).</li><li>Lake, S. J., Brush, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+contribution+of+microphytobenthos+to+total+productivity+in+upper+Narragansett+Bay,+Rhode+Island.">The contribution of microphytobenthos to total productivity in upper Narragansett Bay, Rhode Island.</a> Estuarine, Coastal and Shelf Science. 95 (2-3), 289-297 (2011).</li><li>Brush, M. J., Nixon, S. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modeling+the+role+of+macroalgae+in+a+shallow+sub-estuary+of+Narragansett+Bay,+RI+(USA).">Modeling the role of macroalgae in a shallow sub-estuary of Narragansett Bay, RI (USA).</a> Ecological Modelling. 221 (7), 1065-1079 (2010).</li><li>Deacutis, C. F., Murray, D., Prell, W., Saarman, E., Korhun, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hypoxia+in+the+upper+half+of+Narragansett+Bay,+RI,+during+August+2001+and+2002.">Hypoxia in the upper half of Narragansett Bay, RI, during August 2001 and 2002.</a> Northeastern Naturalist. 13 (Special Issue 4), 173-198 (2006).</li><li>Oviatt, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Managed+nutrient+reduction+impacts+on+nutrient+concentrations,+water+clarity,+primary+production,+and+hypoxia+in+a+north+temperate+estuary.">Managed nutrient reduction impacts on nutrient concentrations, water clarity, primary production, and hypoxia in a north temperate estuary.</a> Estuarine, Coastal and Shelf Science. 199, 25-34 (2017).</li><li>Boesch, D. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Barriers+and+bridges+in+abating+coastal+eutrophication.">Barriers and bridges in abating coastal eutrophication.</a> Frontiers in Marine Science. 6, 123 (2019).</li><li>Oviatt, C. A., Keller, A. A., Reed, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Annual+primary+production+in+Narragansett+Bay+with+no+bay-wide+winter-spring+phytoplankton+bloom.">Annual primary production in Narragansett Bay with no bay-wide winter-spring phytoplankton bloom.</a> Estuarine, Coastal and Shelf Science. 54, 1013-1026 (2002).</li></ol>

למחברים אין ניגודי עניינים להצהיר.

מחקר זה העריך את מידת ההשפעות התזונתיות מתשומות נהרות במפרץ נרגנסט (NB) בהתבסס על מודל איזון המסה N על ידי הגדרת שלושת האזורים התיאורטיים. מבחינה היסטורית, אזורים היפוקסיים הופיעו ליד נהר פרובידנס, הצד המערבי של מפרץ גריניץ', ומפרץ מאונט הופ בתקופת הקיץ18, שהוגדרו כאזורים חומים במחקר זה. יתר על כן, ייעוד של NB דומה לתוצאות של מחקר קודם19, אשר בחן ריכוז תזונתי וייצור ראשוני של NB. שניהם מדגישים את החשיבות של מאמצי הפחתת חומרים מזינים. בנוסף, הגבולות של כל אזור במחקר זה היו דומים לתוצאות ממחקר קודם19, מה שמצביע על כך שהיפוקסיה במפרץ העליון של NB עשויה להיות נשלטת על ידי הדבקה של חומר אורגני מנהר פרובידנס, מה שמניב נשימה מוגברת עם פרודוקטיביות גבוהה מעל 2.6 gC·m-2·day-1. תוצאות אלה במפרץ העליון של NB היו מיוצגות על ידי האזור החום במחקר זה. בנוסף, הפריון המשיך לרדת לכיוון האוקיינוס, כפי שמצוין על ידי האזורים הירוקים והכחולים.
לעומת זאת, במהלך עונת הקיץ, מפרץ מאונט הופ (תיבה 10) הוגדר כאזור החום במחקר זה, והראה פרודוקטיביות ראשונית גבוהה יותר מעל 2 gC·m-2·day-1 בהשוואה למחקרהקודם 19. פרודוקטיביות מוגברת זו מצביעה על כך שמקורות קלט תזונתיים אחרים, בנוסף לקלט חנקן הנהר, עשויים להשפיע על אזור זה ויש להתייחס אליהם כמונח קלט DIN נוסף במודלים של איזון מסה N. הייעוד במחקר זה צפוי ליידע על מאמצי ניהול טובים יותר של חומרים מזינים ב- NB שמטרתם להפחית את פליטת החנקן בנהר כמו גם שקיעת חנקן אטמוספרי, אשר הודגשה במערכות אסטואריות אחרות, כולל מפרץ צ'ספיק 2,20. Oviatt et al. (2002) מצאו כי קצב הערבוב וחדירת האור השפיעו על PPP21, אך יש צורך בעבודה עתידית כדי לכמת טוב יותר גורמים אלה המיוחסים ל- PPP גבוה באזורים החומים.
לבסוף, על ידי ייצוג שלושת האזורים התיאורטיים של NB כשתי מסגרות פיזיות, מושגת באופן חזותי הבנה משופרת של היקף תשומות הנהר או חומרי מזון אחרים לאזור החוף. בעוד שלמסגרות יכולים להיות גבולות קבועים לכל אזור, במסגרת שלנו, גמישות מוצגת גם כדי ליידע כי שלושת האזורים התיאורטיים יכולים להשתנות מחודש לחודש בהתאם לריכוזי החומרים המזינים של מים מתוקים, קצב ערבוב וזרימת נהר, כפי שצוין מהיישומים הקודמים של מודל מאזן N-mass 2,15. לדוגמה, כמה תיבות באיור 3 ובאיור 4 יוצגו כאזורים מעורבים מאחר שהן סווגו כאזורים שונים מדי חודש במהלך תקופות הקיץ בהתבסס על תוצאות מודל איזון המסה N. המסגרות מראות את ההשפעה של חומרי מזון נהרות ב- NB על ידי מתן הדמיה משולבת של נתונים ביו-גיאוכימיים מדעיים באמצעות צורת אמנות, השימושית לניהול חומרי מזון באזור החוף ולתקשורת מדעית.

פרודוקטיביות ראשונית, ייצור תרכובות אורגניות על ידי פיטופלנקטון, מזינה את מארג המזון של המערכת האקולוגית, והיא חשובה להבנת תפקוד המערכת בתגובה לשינויים סביבתיים 1,2. התפוקה הראשונית של אסטוארין קשורה קשר הדוק גם לאטרופיקציה המוגדרת כעודף חומרים מזינים במערכת האקולוגית1, מה שגורם למספר השלכות מזיקות באזורי החוף, כגון צמיחת יתר של פיטופלנקטון המובילה לפריחת אצות גדולות והיפוקסיה 3,4 לאחר מכן. חשוב לציין, התפוקה הראשונית בשפכי נהרות תלויה מאוד בהעמסת חומרי המזון בנהר, במיוחד בריכוזי החנקן, שהם החומרים המזינים המגבילים האופייניים ברוב המערכות האקולוגיות הממוזגותבאוקיינוס 5,6. עם זאת, אומדן היקף השפעות החנקן בנהרות באזורי החוף נותר מאתגר.
כדי להעריך את התפוקה הראשונית של האסטוארין, מודל איזון מסת חנקן (N) הוא כלי שימושי לחישוב שטפי חנקן2. מודל איזון המסה N מספק גם הבנה של מנגנונים ביולוגיים מעבר לתצפיות נתונים, וחושף מידע בקצוות של אזורי פריון ראשוניים שונים7. שלושה אזורים שונים8, המוגדרים כאזורים חומים, ירוקים וכחולים, שימושיים במיוחד לחיזוי ההשפעה של העמסת חומרי מזון באזורים היפוקסיים. האזור החום, המוגדר כאזור הקרוב ביותר לשפך נהר, מייצג תהליך פיזיקלי גבוה, האזור הירוק הוא בעל תפוקה ביולוגית גבוהה, והאזור הכחול מייצג תהליך ביולוגי נמוך. הגבול של כל אזור תלוי בזרימת הנהר, ריכוזי החומרים המזינים וקצב הערבוב8.
מפרץ נרגנסט (באנגלית: Narragansett Bay) הוא שפך חוף ממוזג ברוד איילנד, ארצות הברית, התומך בשירותים וסחורות כלכליות ואקולוגיות 9,10,11, שבו היפוקסיה מתרחשת באופן עקבי. אירועים היפוקסיים אלה, המוגדרים כתקופה של חמצן מומס נמוך (כלומר, פחות מ 2-3 מ"ג חמצן לליטר), שכיחים במיוחד בחודשים יולי ואוגוסט ומושפעים מאוד מעומס חנקן נהרות בחודשים אלה12. עם עלייה בייצור הראשוני והיפוקסיה עקב פליטות אנתרופוגניות של חומרים מזינים13, הבנת תשומות החנקן לתוך NB היא קריטית לניהול וטיפול בבעיות חוף כגון אטרופיקציה והיפוקסיה. לפיכך, במחקר זה, קצב הייצור הראשוני ב- NB מחושב ממודל איזון המסה N באמצעות נתוני מזון שנצפו בעבר, במיוחד חנקן אנאורגני מומס (DIN). בהתבסס על תוצאות מודל איזון המסה N על ידי המרה ליחידות פחמן באמצעות יחס רדפילד, זוהו שלושה אזורי פריון ראשוניים שונים כדי להמחיש את מידת השפעת החנקן מהנהר ב- NB. לאחר מכן המודל נוצר מחדש לייצוג תלת-ממדי כדי להמחיש טוב יותר את האזורים השונים. המוצרים המיוצרים ממחקר זה יכולים ליידע טוב יותר את ניהול החומרים המזינים ב- NB בתגובה להיפוקסיה ואטרופיקציה. יתר על כן, תוצאות מחקר זה ישימות לאזורי חוף אחרים כדי לדמיין את ההשפעות של הובלת נהרות על חומרים מזינים ופרודוקטיביות ראשונית.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Adobe Illustrator&#160;</td>
			<td>Adobe</td>
			<td>version 27.6.1</td>
			<td>https://www.adobe.com/products/illustrator.html</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ampersand Gessobord Uncradled 1/8&#34; Profile 8&#34; x 8&#34;</td>
			<td>Risdstore</td>
			<td>70731053088</td>
			<td>https://www.risdstore.com/ampersand-gessobord-8x8-flat-1-8-profile.html</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ocean Data View software</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>https://odv.awi.de/en/software/download/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>W-Series (Wide) Flexible LED Strip Light - Ultra Bright (18 LEDs/foot)</td>
			<td>aspectLED</td>
			<td>SKU AL-SL-W-U</td>
			<td>https://www.aspectled.com/products/w-wide-5050-ultra-bright?gclid=CjwKCAjwm4ukBhAuEiwA0z 
			QxkyqisRPqBcHvXEW8KcJE-bK0d2cvGtqlOxXWJI_ 
			E2rd6DzttPR0FLRoCgfkQAvD_BwE</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

visualization of productivity zones based on nitrogen mass balance model in narragansett bay, rhode island

פרודוקטיביות ראשונית באזורי החוף, הקשורה לאטרופיקציה והיפוקסיה, מספקת הבנה קריטית של תפקוד המערכת האקולוגית. אף על פי שהתפוקה הראשונית תלויה במידה רבה בתשומות התזונתיות של הנהר, הערכת היקף ההשפעות התזונתיות של הנהרות באזורי החוף היא מאתגרת. מודל איזון מסת חנקן הוא כלי מעשי להערכת הפרודוקטיביות של האוקיינוס החופי כדי להבין מנגנונים ביולוגיים מעבר לתצפיות נתונים. מחקר זה מדמיין את אזורי הייצור הביולוגיים במפרץ נרגנסט, רוד איילנד, ארה"ב, שם מתרחשת היפוקסיה לעתים קרובות, על ידי יישום מודל איזון מסת חנקן. המפרץ מחולק לשלושה אזורים - חומים, ירוקים וכחולים - בהתבסס על פרודוקטיביות ראשונית, המוגדרת על ידי תוצאות מודל מאזן המסה. אזורים חומים, ירוקים וכחולים מייצגים תהליך פיזיקלי גבוה, תהליך ביולוגי גבוה ואזור תהליך ביולוגי נמוך, בהתאם לזרימת הנהר, ריכוזי החומרים המזינים וקצב הערבוב. תוצאות מחקר זה יכולות ליידע טוב יותר את ניהול החומרים המזינים באוקיינוס החופי בתגובה להיפוקסיה ואטרופיקציה.

Primary productivity, the production of organic compounds by phytoplankton, fuels ecosystem food webs, and is important for understanding the system&#39;s function in response to environmental changes1,2. Estuarine primary productivity is also closely linked to eutrophication which is defined as excessive nutrients in the ecosystem1, causing several harmful consequences in the coastal regions, such as an overgrowth of phytoplankton leading to large algal blooms and subsequent hypoxia3,4. Importantly, primary productivity in estuaries is highly dependent on the riverine nutrient loading, particularly nitrogen concentrations, which are the typical limiting nutrient in most temperate ocean ecosystems5,6. However, an estimation of the extent of riverine nitrogen impacts in coastal areas remains challenging.
To estimate the estuarine primary productivity, a nitrogen (N) mass balance model is a useful tool to calculate nitrogen fluxes2. The N-mass balance model also provides an understanding of biological mechanisms beyond data observations, revealing information at the edges of different primary productivity zones7. Three different zones8, defined as brown, green, and blue zones, are particularly useful for predicting the impact of nutrient loading in hypoxic regions. The brown zone, defined as the nearest region of a river mouth, represents a high physical process, the green zone has high biological productivity, and the blue zone represents low biological process. The boundary of each zone depends on river flow, nutrient concentrations, and mixing rates8.
Narragansett Bay (NB) is a coastal, temperate estuary in Rhode Island, USA, supporting economic and ecological services and goods9,10,11, in which hypoxia has been consistently occurring. These hypoxic events, defined as the period of low dissolved oxygen (i.e., less than 2-3 mg of oxygen per liter), are particularly prevalent in July and August and are heavily impacted by riverine nitrogen loading during these months12. With an increase in primary production and hypoxia due to anthropogenic emissions of nutrients13, understanding the nitrogen inputs into NB is critical to managing and addressing coastal issues such as eutrophication and hypoxia. Thus, in this study, the rate of primary production in NB is calculated from the N-mass balance model using historically observed nutrient data, especially dissolved inorganic nitrogen (DIN). Based on the results of the N-mass balance model by converting to carbon units using the Redfield ratio, three different primary productivity zones were identified to visualize the extent of nitrogen influence from the river in NB. The model was then recreated into a 3D representation to better visualize the different zones. The products produced from this study can better inform nutrient management in NB in response to hypoxia and eutrophication. Further, results from this study are applicable to other coastal regions to visualize the effects of riverine transport on nutrients and primary productivity.

מחבר זרקור: הבנת השפעות חנקן ריברין ופרודוקטיביות ראשונית לניהול יעיל של חומרים מזינים

תצוגה חזותית של אזורי פרודוקטיביות בהתבסס על מודל איזון מסת חנקן במפרץ נרגנסט, רוד איילנד

This study estimate the extension of the riverine nitrogen impacts and the primary productivity for better nutrient management in Narragansett Bay, the coastal area in the Rhode Island, USA. With increased primary production and hypoxia due to anthropogenic emissions of nutrients, understanding the nitrogen inputs into the bay is critical to managing and addressing coastal issues such as eutrophication and hypoxia. However, estimating the extent of nutrient inputs in coastal areas remains challenging.In this study, three different primary productivity zones were identified to visualize the extent of nitrogen influence from the river in the bay using the N mass balance model. This study also produced the results into a 3D representation for better visualization and nutrient management in the bay. As explained in the manuscript, the three theoretical zone can change over time depending on the nutrient concentration of the freshwater, mixing rate, and the river flow.As a result, the future work are the required to quantify these factors attributed to the flexibility of these regions better.

שלושה אזורים תיאורטיים של מפרץ נראגנסט המבוססים על מודל איזון N-מסה שלושת האזורים התאורטיים במפרץ נרגנסט (NB) הוגדרו בהתבסס על תוצאות מודל איזון המסה N, שבו נתוני DIN הוחלו על חמש עשרה תיבות של NB, ולאחר מכן ה-DIN הממוצע בכל תיבה הומר לשיעורי PPP לתקופת הקיץ. כפי שניתן לראות באיור 2, בהתבסס על שיעורי ה-PPP הממוצעים בקיץ (יוני עד ספטמבר) של כל תיבה, שלושה אזורים (חום, ירוק וכחול) ב-NB זוהו כעוקבים אחר הקריטריונים של שיעורי ה-PPP של כל אזור מהמחקר הקודם15. בתקופת הקיץ, תיבות 1, 2, 5, 6, 7 ו-10, הממוקמות ברובן בסמוך לשפך הנהר, הוגדרו כאזורים חומים עם שיעורי PPP גבוהים מ-2 gC·m-2·day-1, דבר המצביע על תהליך פיזיקלי חזק ותהליך ביולוגי עם עכירות גבוהה והגבלת אור. תיבות 3, 4, 8, 9 ו-11 סווגו כאזורים ירוקים, עם טווחי PPP בין 0.1-2 gC·m-2·day-1, שבהם התרחש תהליך ביולוגי חזק, המראה מגבלה תזונתית וייצור ראשוני גבוה. בשל עכירות גבוהה באזור החום, חדירת האור הייתה מוגבלת, וזה היה הבדל משמעותי מהאזור הירוק. לעומת זאת, אזורים כחולים, עם שיעורי PPP נמוכים של פחות מ-0.1 gC·m-2·day-1, זוהו בתיבות 12, 13, 14 ו-15 והיו הרחוקים ביותר מהחוף, וייצגו פריון ביולוגי נמוך.
הדמיה של שלושה אזורים במפרץ נרגנסט באמצעות מסגרות פיזיות כדי ליישם באופן חזותי את הגבולות של שלושה אזורים תיאורטיים ב- NB, נוצר ייצוג תלת ממדי שבו נעשה שימוש בלוחות אקריליים שכבתיים וחרוטים, ויצרו שתי מסגרות פיזיות כמתואר בסעיף 3. כפי שניתן לראות באיור 3, נעשה שימוש בשלושה לוחות אקריליים עם נורות LED בתחתית המסגרת, שניתן לשנות כדי להראות ייצוג טוב יותר של המאפיינים של כל גבול. בנוסף, תבניות מטריצת נקודות נחרטו במידה שונה כדי לייצג את כמות עכירות המשקעים בכל אזור. איור 4 מראה את המסגרת הפיזית השנייה עם ארבע יריעות אקריליק המכילות שלושה גבולות של כל אזור, מודפסות UV, ושכבה אחת חרוטה כדי להראות את NB כולו. התמונות של שלב הפיתוח של המסגרת השנייה מוצגות באיור 4A, עם שלושה גיליונות המייצגים כל אזור וגיליון אחד נוסף המציג את כל שלושת האזורים. באיור 4B, המסגרת הפיזית השנייה הוארה על-ידי נורות LED והראתה את החפיפה של הגבולות עבור כל אזור.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65728/65728fig01.jpg"> איור 1: מפה של מפרץ נראגנסט. המקטעים הממוספרים מראים את 15 התיבות לאורך הציר, אשר שונה ממחקר קודם14. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65728/65728fig01large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65728/65728fig02.jpg"> איור 2: היקף שלושת האזורים התיאורטיים במפרץ נראגנסט. אזורים הוגדרו בהתבסס על תוצאות מודל איזון המסה N. כל אזור מחולק בשיעורי הייצור הראשוני הפוטנציאליים (PPP) הממוצעים בקיץ (יוני עד ספטמבר), אשר מומרים לתוצאות מודל איזון המסה N שהוגדרו במחקרהקודם 15. שיעור ה-PPP הממוצע בקיץ של אזורים חומים הוא מעל 2 gC·m-2·day-1, האזורים הירוקים הוא בין 0.1-2 gC·m-2·day-1, והאזורים הכחולים הוא פחות מ-0.1 gC·m-2·day-1. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65728/65728fig02large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65728/65728fig03.jpg"> איור 3: המסגרת הפיזית הראשונה של שלושת האזורים במפרץ נראגנסט. המסגרת הפיזיקלית משתמשת בשלושה לוחות אקריליים ותבניות מטריצת נקודות כדי לייצג את כמות עכירות המשקעים בכל אזור. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65728/65728fig03large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65728/65728fig04.jpg"> איור 4: המסגרת הפיזיקלית השנייה של שלושה אזורים תיאורטיים במפרץ נראגנסט. (A) התמונות הסכמטיות של כל שלושת האזורים במפרץ להדפסת UV וערימה של המסגרת הפיזית השנייה. (B) המסגרת שנוצרה באמצעות ארבע יריעות אקריליק כדי להראות חפיפה של גבולות האזורים. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65728/65728fig04large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td>יחידה</td>
			<td>הגדרות</td>
		</tr><tr><td><img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/65728/65728eq01.jpg" style="margin: auto;"></td>
			<td>שטף DIN מכל שפך נהר</td>
		</tr><tr><td><img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/65728/65728eq02.jpg" style="margin: auto;"></td>
			<td>שטף דיפוזי משיקוע אטמוספרי</td>
		</tr><tr><td><img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/65728/65728eq03.jpg" style="margin: auto;"></td>
			<td>שטף בנטי מהמשקעים התחתונים</td>
		</tr><tr><td><img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/65728/65728eq04.jpg" style="margin: auto;"></td>
			<td>דניטריפיקציה בעמודת המים</td>
		</tr><tr><td><img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/65728/65728eq05.jpg" style="margin: auto;"></td>
			<td>מונח אדווקציה המחושב מהמהירות הנוכחית</td>
		</tr><tr><td><img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/65728/65728eq06.jpg" style="margin: auto;"></td>
			<td>הסרה על ידי ייצור ביולוגי</td>
		</tr></tbody></table>טבלה 1: הגדרות של כל מונח במודל איזון מסה N. הערכים המפורטים ששימשו במודל נגזרו ממחקרים קודמים 14,16,17.

Watch this Scientific Journal Video about Visualization of Productivity Zones Based on Nitrogen Mass Balance Model in Narragansett Bay, Rhode Island at JoVE.com

כאן, אנו שואפים לדמיין את הייעוד של פרודוקטיביות ביולוגית במפרץ נרגנסט, רוד איילנד, בהתבסס על מודל איזון מסת החנקן. התוצאות יסייעו לניהול חומרים מזינים באזורי החוף כדי להפחית היפוקסיה ואטרופיקציה.

Primary productivity in the coastal regions, linked to eutrophication and hypoxia, provides a critical understanding of ecosystem function. Although ...

מחקר זה מעריך את הרחבת השפעות החנקן בנהר ואת התפוקה העיקרית לניהול טוב יותר של חומרי מזון במפרץ נרגנסט, אזור החוף ברוד איילנד, ארה"ב. עם ייצור ראשוני מוגבר והיפוקסיה עקב פליטות אנתרופוגניות של חומרים מזינים, הבנת תשומות החנקן למפרץ היא קריטית לניהול וטיפול בבעיות חוף כגון אטרופיקציה והיפוקסיה. עם זאת, הערכת היקף תשומות החומרים המזינים באזורי החוף נותרה מאתגרת.במחקר זה, זוהו שלושה אזורי פריון עיקריים שונים כדי להמחיש את מידת השפעת החנקן מהנהר במפרץ באמצעות מודל איזון המסה N. מחקר זה גם הניב את התוצאות לייצוג תלת-ממדי להדמיה טובה יותר וניהול תזונתי במפרץ. כפי שמוסבר בכתב היד, שלושת האזורים התיאורטיים יכולים להשתנות עם הזמן בהתאם לריכוז החומרים המזינים של המים המתוקים, קצב הערבוב וזרימת הנהר.כתוצאה מכך, העבודה העתידית נדרשת כדי לכמת גורמים אלה המיוחסים לגמישות של אזורים אלה טוב יותר.

visualization-productivity-zones-based-on-nitrogen-mass-balance-model

Google

Research

JoVE Journal

Environment

Visualization of Productivity Zones Based on Nitrogen Mass Balance Model in Narragansett Bay, Rhode Island

250 Views.  University of Texas - Rio Grande Valley. מחקר זה מעריך את הרחבת השפעות החנקן בנהר ואת התפוקה העיקרית לניהול טוב יותר של חומרי מזון במפרץ נרגנסט, אזור החוף ברוד איילנד, ארה"ב. עם ייצור ראשוני מוגבר והיפוקסיה עקב פליטות אנתרופוגניות של חומרים מזינים, הבנת תשומות החנקן למפרץ היא קריטית לניהול וטיפול בבעיות חוף כגון א...

Video: מחבר זרקור: הבנת השפעות חנקן ריברין ופרודוקטיביות ראשונית לניהול יעיל של חומרים מזינים

Primary productivity in the coastal regions, linked to eutrophication and hypoxia, provides a critical understanding of ecosystem function. Although primary productivity largely depends on riverine nutrient inputs, estimation of the extent of riverine nutrient influences in the coastal regions is challenging. A nitrogen mass balance model is a practical tool to evaluate coastal ocean productivity to understand biological mechanisms beyond data observations. This study visualizes the biological production zones in Narragansett Bay, Rhode Island, USA, where hypoxia frequently occurs, by applying a nitrogen mass balance model. The Bay is divided into three zones - brown, green, and blue zones - based on primary productivity, which are defined by the mass balance model results. Brown, green, and blue zones represent a high physical process, a high biological process, and a low biological process zone, depending on river flow, nutrient concentrations, and mixing rates. The results of this study can better inform nutrient management in the coastal ocean in response to hypoxia and eutrophication.

Here, we aim to visualize the zonation of biological productivity in Narragansett Bay, Rhode Island, based on the nitrogen mass balance model. The results will inform nutrient management in the coastal regions to reduce hypoxia and eutrophication.

Applying the N-Mass Balance Model for Visualizing Biological Productivity Zones in Narragansett Bay, Rhode Island

To begin, after downloading the DIN data from the US Environmental Protection Agency, use Adobe Illustrator to divide Narraganset Bay into 15 boxes along its axis modified from the previous study. Using the given formula, calculate the mean concentration of DIN at each box. Calculate the potential primary production, or PPP rate, based on the N-Mass balance model by converting the net DIN removal to carbon units using the Redfield ratio.Save the PPP rate data of each box as a txt file. Then open the Ocean Data View software and load the PPP rate data by clicking the file menu and selecting open. In the metadata variable association window, click the associate variables box, latitude, longitude with station, latitude degrees north, and longitude degrees east.From the import window, click the OK button. Next, Right Click on the map and click zoom. Then drag the red box to zoom into the data area of the map, and click on Enter.From the view menu, click the one scatter window of the layout templates. Then Right Click In the sample panel and select derived variables. From the list of choices panel, under metadata, select latitude and click the add button.Repeat the same step for longitude and click OK.Next, by Right Clicking on the scatter window, select x variable as DRVD longitude degrees east. Similarly select y variable as DRVD latitude degrees north, and z variable as PPP in gram carbon per square meter per day. Select properties by Right Clicking on the scatter window and go to the display style option.Select the gridded field. Then move to the contours option and click the left Shift Button to make 0, 0.1 and two values only remain in the already defined panes of the left. Finally, click the OK button.Based on the contour plot from the software, define the edge of the brown, green, and blue zones in Narraganset Bay. Then using Adobe Illustrator, visualize these zones in the map. The N-Mass balance model identified three theoretical zones in Narraganset Bay for the summer.Brown zones had PPP rates greater than two gram carbon per square meter per day, indicating strong physical and biological processes, with high turbidity and limitation. Green zones had PPP rates between 0.1 to two gram carbon per square meter per day, displaying nutrient limitation and high primary production. Blue zones had PPP rates less than 0.1 to two gram carbon per square meter per day, representing low biological productivity.Physical frameworks were created using acrylic panels with LED lights to show overlaps of zone boundaries and sediment turbidity levels in each zone.