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エリー湖西部の無酸素性堆積物からのリンフラックスに対する温度の影響
Effect of temperature on phosphorus flux from anoxic western Lake Erie sediments.
PMID: 32623199 DOI: 10.1016/j.watres.2020.116022.
抄録
エリー湖の西部流域では、水質を悪化させ、飲料水の供給を脅かし、レクリエーションの妨げとなる有害藻類群集（HAB）が毎年発生している。エリー湖のHABの規模は、春から夏にかけての主要支流であるマウミー川からのリン（P）の外部負荷と高い相関関係がある。HABの大きさは主に外部負荷によって説明されるため、湖底堆積物からのPの寄与（内部負荷）は最小限であると考えられている。しかし、気候変動に対応して湖沼堆積物が温暖化し、低酸素または無酸素状態になると、堆積物からの内部P負荷の相対的な寄与が大きくなる可能性がある。本研究では、湖温の上昇が無酸素状態でのPの内部負荷に及ぼす潜在的な影響を調べた。2014 年夏、エリー湖西部流域の 4 箇所から、マウミー湾付近の生産性の高い地域から沖合の生産性の低い地域まで、堆積物のコアを収集した。コアは、異なる温度（10℃、20℃、30℃）で無酸素条件下で4日間培養した。Pフラックスは、温度処理とサイト間で大きく変化した。20℃と30℃での平均Pフラックスは、10℃で培養したコアと比較して、それぞれ2倍と14倍であった。マウミー川河口に最も近い場所では、最も遠くの場所よりも10倍も高いPフラックスと、最も遠くの場所よりも2倍も高い表層堆積物中のP濃度が最も高く、マウミー川のプルームに関連した堆積物のP特性の勾配を示唆しています。これらのフラックスを西部流域全体に外挿すると、30℃の無酸素状態が4日間続いた場合、湖沼堆積物は約415トンの溶存Pを寄与することが示唆され、これは2011年の春季のマウミー川からの溶存P負荷に相当し、記録上2番目に大きなHABであった。
The western basin of Lake Erie experiences annual Harmful Algal Blooms (HABs), which degrade water quality, threaten drinking water supplies, and deter recreation. The size of HABs in Lake Erie is highly correlated with the external loading of phosphorus (P) from a major tributary, the Maumee River, during spring and summer months. Because HAB size is largely explained by external loading, the contribution of P from lake sediments (internal loading) is considered to be minimal. However, if lake sediments become warmer and more hypoxic or anoxic in response to climate change, the relative contribution of internal P loading from sediments may become greater. In this study, we examined the potential effect of elevated lake temperatures on internal loading of P under anoxic conditions. Sediment cores were collected during Summer 2014 from 4 locations in the western basin of Lake Erie ranging from highly productive areas near Maumee Bay to less productive offshore areas. Cores were incubated for 4 days under anoxic conditions under different temperatures (10 °C, 20 °C, and 30 °C). P flux varied greatly between temperature treatments and sites. Average P flux at 20 °C and 30 °C were 2 and 14 times higher respectively, than for cores incubated at 10 °C. The site closest to the mouth of the Maumee River had the highest P flux, 10 times higher than the furthest site, and highest total P concentration in the surface sediment, 2 times higher than the furthest site, suggesting a gradient of sediment P characteristics associated with the Maumee River plume. Extrapolating these fluxes across the western basin suggests that with four days of anoxia at 30 °C, lake sediments could contribute ∼415 metric tons of dissolved P, which is equivalent to the springtime dissolved P loading from the Maumee River for 2011, the second-largest HAB on record.
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