Paradoxer Regimewandel im Ökosystem südliche Nordsee
Beitrag von Dr. Xu Xu und Dr. Carsten Lemmen, Abteilung Ökosystemmodellierung
Die südliche Nordsee ist eines der produktivsten Küstengewässer der Welt, aber auch eines der am meisten vom Menschen genutzten. Und sie verändert sich: Im vergangenen halben Jahrhundert erlebte die Region eine Erwärmung und eine deutliche Verringerung des Eintrags von Nährstoffen über die Flüsse.
Wir haben nun in einer Langzeit-Computersimulation die Reaktion des Phytoplanktons (einzellige Algen) auf die Veränderungen ihrer Lebensumwelt mit Hilfe eines regionalen Ökosystemmodells erforscht. Zusätzlich zum bereits bekannten Rückgang des Phytoplanktons fernab der Küste erkannten wir eine Zunahme in der küstennahen südlichen Nordsee. Diese Zunahme trotz wärmeren Wassers und weniger zur Verfügung stehender Nährstoffe steht im Gegensatz zur klassischen Sichtweise auf das Ökosystem als von Nährstoffen gesteuert (“bottom-up”).
Mit Hilfe des Modells erklären wir dieses komplizierte Muster in der Phytoplanktonproduktion durch die Berücksichtigung von in anderen Studien vernachlässigten Faktoren wie die wechselnde Lichtverfügbarkeit und die physiologische Anpassung des Phytoplanktons.
Paradoxical regime change in the southern North Sea ecosystem
The southern North Sea is one of the most productive coastal waters in the world but also one of the most heavily used. And it is changing: over the past half-century, the region experienced warming and a prominent reduction in nutrient inputs from rivers.
We have now used a long-term computer simulation to investigate the reaction of the phytoplankton (unicellular algae) to changes in their living environment with the help of a regional ecosystem model. In addition to the already known decline of the phytoplankton far from the coast, we identified an increase in the near-coastal southern North Sea. This increase despite warmer water and less available nutrients is in contrast to the classical view of the ecosystem as being controlled by nutrients (“bottom-up”).
With the help of the model, we explain this complicated pattern in phytoplankton production by taking into account factors neglected in other studies, such as the changing light availability and the physiological adaptation of the phytoplankton.
Xu, X., Lemmen, C., & Wirtz, K.W. (2020): Less Nutrients but More Phytoplankton: Long-Term Ecosystem Dynamics of the Southern North Sea. Front. Mar. Sci. 7:662, doi:10.3389/fmars.2020.00662
Abstract:
We here assess long-term trends in marine primary producers in the southern North Sea (SNS) with respect to ongoing regional Earth system changes. We applied a coupled high-resolution (1.5–4.5 km) 3d-physical-biogeochemical regional Earth System model that includes an advanced phytoplankton growth model and benthic biogeochemistry to hindcast ecosystem dynamics in the period 1961–2012. We analyzed the simulation together with in situ observations. Coinciding with the decreasing nutrient level at the beginning of the 1990s, we find a surprising increase in phytoplankton in the German Bight, but not in the more offshore parts of the SNS. We explain these complex patterns by a series of factors which are lacking in many state-of-the-art coupled ecosystem models such as changed light availability and physiological acclimation in phytoplankton. We also show that many coastal time-series stations in the SNS are located in small patches where our model predicts an opposite trend than found for the surrounding waters. Together, these findings call for a reconsideration of current modeling and monitoring schemes.
