河口域は将来的により高い栄養負荷に直面する

Dec 20, 2023

新しい研究によると、大西洋岸と米国メキシコ湾岸東部では、今後数十年で栄養負荷が大幅に増加し、これらの地域では有害な藻類が発生するリスクが高まることが判明した。

栄養素負荷は主に、人間の健康と環境の両方にリスクをもたらす藻類の発生の主な原因となるため、注目されています。

藻類の種類によっては、ブルームは人間と動物の両方の生命に害を及ぼす毒素を生成する可能性があります。 アオコの発生は、健全な生態系を維持するために水中に酸素がほとんど存在しない「デッド ゾーン」の原因にもなります。 さらに、藻類の発生により、飲料水処理やきれいな水に依存する産業部門のコストが増加する可能性もあります。 また、地球規模の気候変動に関連した気温の上昇により、藻類の発生リスクが高まっています。

「私たちは生態系の健全性にとって栄養負荷が重要であることを知っているので、隣接する48州の河口を評価して、これらの河口が栄養負荷の増加に対してどれほど脆弱かを判断したいと考えました」と、この研究に関する論文の共同執筆者であるリーズ・モンテフィオーレ氏は言う。ノースカロライナ州立大学の博士研究員。 「本質的に、私たちの目標は、予測モデリングを使用して、2035 年から 2065 年までの河口の年間平均栄養負荷を推定することでした。私たちは、ミシシッピ川河口を除く、下位 48 州のすべての主要な河口の評価を実施することができました。 」

「この研究の原動力の一つは、河口の栄養負荷が一度上昇すると、その河口を回復するのが非常に難しいということです」と、この研究の共同責任著者でノースカロライナ大学の生物農業工学助教授であるナタリー・ネルソンは言う。州。 「栄養負荷の問題が発生してから対処するよりも、最初から高栄養負荷を防ぐ方が効果的です。私たちは政策立案者がどのシステムが最もリスクにさらされており、栄養負荷の増加を防ぐための保全活動から大きな利益を得ることができるかを特定できるようにしたいと考えました。負荷がかかります。」

この研究では、研究者らは、2035 年から 2065 年までの米国本土の土地利用と気候条件を予測する過去のデータと既存の研究の両方を利用しました。その後、このデータは、米国内の 112 の河口の年間平均窒素とリンの負荷を予測するモデルに組み込まれました。下位48州。

研究者らは、このモデルを 1990 年から 2020 年および 2035 年から 2065 年の期間に適用しました。

「このモデリングにおける私たちの目標は、特定の河口における特定の栄養負荷がどのようなものであるかを特定することではありません。このモデルは、そのような詳細レベルを提供するように設計されていません」とネルソン氏は言います。 「むしろ、私たちの目標は、どの河口で栄養負荷が最も大きく増加する可能性が最も高いかを特定することでした。それは、このモデルがうまくできることです。」

「ほぼすべての河口で栄養負荷が増加することがわかりました」とモンテフィオーレ氏は言う。 「しかし、最も増加が見られるのはニューイングランドからバージニアに至る北大西洋地域であり、最大の増加はチェサピーク湾以北の沿岸地域で発生している。」

モデリング結果を状況に合わせて位置づけるために、研究者らはまた、栄養負荷の増加に対する各河口の感受性を評価しました。 研究者らは既存の研究を利用し、栄養負荷が増加した場合に河口の状態がどの程度悪化する可能性が高いかに基づいて河口を分類した。

研究者らはまた、各河口の「適応能力」も評価し、当局が有意義な方法で栄養負荷に対処するために利用できる各河口で利用可能な資源を基本的に考慮した。 これらの要因には、州の法律や規制、監視データの入手可能性、河口の湿地の量などが含まれます。 利用可能なリソースが多いほど、河口の適応能力スコアは高くなります。

「感受性、適応能力、予測される栄養負荷の増加を考慮に入れることで、どの河口が最も脆弱かについて、より複雑でより完全な評価が可能になります」とネルソン氏は言う。

「例えば、北大西洋地域では栄養負荷が最も大きく増加する可能性が高い」とモンテフィオーレ氏は言う。 「しかし、北大西洋地域の河口には多くの適応能力もあります。その結果、この地域には他の多くの地域よりも多くの資源があり、その地域の当局が選択すれば、予測される栄養負荷の増加を減らすために使用できる可能性があります」行動を取ります。"

「さらに、北大西洋の河口の多くはすでに栄養負荷が高いため、さらなる増加が大きな影響を与えるかどうかは不明です」とネルソン氏は言う。

しかし、この包括的な評価は、南大西洋岸とメキシコ湾の東海岸沿いの河口の脆弱性も浮き彫りにしています。

「私たちのモデルは、これらの地域では栄養負荷が大幅に増加することを示唆しており、これらの地域のいくつかの州では適応能力が比較的低いことが示唆されています」とモンテフィオーレ氏は言う。

「そうは言っても、南大西洋と湾岸東部のすべての州にはかなりの湿地があり、栄養負荷を軽減するための貴重な天然資源となり得る」とネルソン氏は言う。 「これらの州が行動を起こして湿地を保護することを選択すれば、予測される栄養負荷の増加を緩和できるかもしれない。」

「この研究から得られる重要な点の 1 つは、土地利用が栄養負荷に大きな役割を果たしているということです。気候変動と比較した場合、おそらく多くの人が予想するよりも大きいでしょう」とモンテフィオーレ氏は言います。 「州や地方の役人が気候変動に影響を与える能力は限られているが、土地利用の決定をコントロールする権限はある。つまり、彼らは将来の栄養負荷を制限し、水資源を保護する立場にあるということだ。」

論文「将来の気候と土地利用の下での水質変化に対する米国本土の河口システムの脆弱性」は、ジャーナル「Earth's Future」にオープンアクセスで掲載されている。 この論文は、米国地質調査所 (USGS) の研究科学者であり、ノースカロライナ州立大学の非常勤教員であるアダム テランド氏の共著者です。 そして、USGSの生態学者であり、マサチューセッツ大学アマースト校の非常勤教員であるミシェル・シュタウディンガーによるものである。

この研究は、米国地質調査所南東部気候適応科学センターの支援を受けて行われました。 国立気候適応科学センター Science to Action フェローシップ（助成金番号 G18AC00336）。 国立科学、工学、医学アカデミーの湾岸研究プログラムからの初期キャリア研究フェローシップ。 および米国農務省の国立食糧農業研究所ハッチ プロジェクト 1016068。

-船員-

編集者へのメモ:研究の要約は次のとおりです。

「将来の気候と土地利用の下での水質変化に対する米国本土の河口システムの脆弱性」

著者: LR モンテフィオーレおよび NG ネルソン、ノースカロライナ州立大学。 MD Staudinger、米国地質調査所およびマサチューセッツ大学アマースト校。 A. Terando、米国地質調査所、ノースカロライナ州立大学

発行日: 2 月 23 日、地球の未来

DOI: 10.1029/2022EF002884

抽象的な：気候と土地利用と土地被覆（LULC）の変化は、河口流域の地表水の流出と栄養塩の特性に影響を与えると予想されているが、将来の条件下で河口域が栄養塩負荷の変化に対してどの程度脆弱になるかはよくわかっていない。 現在の研究は、(a) LULC および気候変動の関数としての全窒素 (TN) および全リン (TP) 負荷量の予測変化に対する河口曝露を説明する新しい脆弱性評価フレームワークの開発を通じて、このギャップに対処することを目的としています。いくつかのシナリオ、(b) 感度、および (c) 適応能力。 この枠組みは、特に栄養負荷に対する河口の脆弱性の地域的変動を調査するために、隣接する米国全土の 112 の河口とそれに寄与する流域に適用されました。 研究結果によると、河口の栄養負荷の最大の増加は北大西洋地域と南大西洋地域およびメキシコ湾東部で予想され、一方で北太平洋地域と南太平洋地域およびメキシコ湾西部では最も低い増加が予想されることが明らかになりました。 しかし、北大西洋と南太平洋は最も高い適応能力を持っており、栄養負荷に対するLULCと気候変動の影響を打ち消す可能性がある。 予測される河口栄養塩負荷の大きな変動は、気候モデル予測の関数として観察されましたが、予測される LULC の変化はより一貫して負荷の増加と関連していました。 私たちの調査結果は、極めて重要な河口における生態系劣化を緩和するための適応計画や政策を開発する機会を特定するために、自然要因と社会生態学的要因を統合することの利点を示しています。