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<p dir="ltr">This study analyzes one subset of twelve lakes within Kosciusko County, Indiana between 2015 and 2021 to provide a quantitative understanding of the mechanisms which influence onset and occurrence of HABs. Analysis of water samples, balanced by imagery from satellite remote sensing platforms, are used to quantify the biogeochemical state of these water systems and better understand the mechanisms involved in formation of HABs. Parameters studied include in-situ measurements (e.g., water temperature), laboratory measurements (e.g., microcystin, nitrogen, and phosphorous concentrations), and satellite derived responses (chlorophyll-a). Results indicate no single parameter is correlated with cyanotoxin concentrations, but instead multiple parameters have a synergistic effect on algal bloom growth and toxicity.</p>

Alexandrium tamarense is a harmful algal species that can produce saxitoxins, a suite of powerful neurotoxins that bioaccumulate up the food chain and can have severe economic and health impacts. With harmful algal blooms increasing temporally and spatially, it is important for us to understand the relationship between harmful algal blooms and nutrients, particularly nitrogen from anthropogenic sources. To this end, the stable nitrogen isotopic composition (δ¹⁵N) of medium nitrate, algal cells and toxin in both nitrogen-replete and nitrogen-limited batch cultures of A. tamarense were measured in order to assess the potential for using the δ¹⁵N of the toxin as a tracer of the nitrogen source used for growth. A. tamarense cells grown under nitrate-replete conditions were depleted by 1.5‰ relative to the growth medium, and saxitoxin was depleted by 1.5‰ relative to the whole cells. Under nitrate-limiting conditions, the isotopic difference between cells and saxitoxin changed as nitrate in the growth medium was depleted, indicating uncoupling of toxin synthesis and cell growth rates under changing external nutrient conditions. Determination of the absolute magnitude of the isotopic differences between the medium nitrate and either the cells or the saxitoxin was confounded by 1) using two different nitrate sources – one nitrate source was used to grow the inoculum and a different nitrate source was used for the experimental medium - with different ‰ values and 2) the presence of an unidentified, isotopically-light, nitrogen blank in the low-nitrate medium samples. I conclude that STX nitrogen isotope values have the potential to be used as nitrogen source indicators. However, overall fractionation between whole cells and STX is unknown due to the uncoupling between cell growth and STX synthesis observed during my nitrogen-limited experiment. Based on previous research on cell growth and toxin production dynamics under different nutrient regimes, it is also reasonable to assume that the observed results here may differ if a different nitrogen source was utilized by the cells for STX production. Further research could include isotope analysis of cultures grown on different nitrogen sources, such as ammonium and urea; isotopic analysis of additional compounds, such as amino acids; or use of additional stable isotopes, such as C or O. / text

Le modèle biogéochimique de résolution complexe MIRO a été développé pour étudier la dynamique des efflorescences de Phaeocystis en zone côtière belge (BCZ) en réponse aux apports de nutriments anthropiques délivrés directement par l’Escaut et indirectement par la Seine via les eaux atlantiques entrantes. Le modèle MIRO décrit les cycles du carbone (C), de l’azote (N), du phosphore (P) et de la silice (Si) au travers de 38 compartiments chimiques, planctoniques et benthiques clés de l’écosystème côtier dominé par Phaeocystis. Il a été validé dans une configuration multi boite simple en utilisant des forçages climatologiques pour la période 1989-1999 et sur base d’une comparaison visuelle des simulations de nutriments et des variables planctoniques avec les données récoltées durant cette même période.<p>Le modèle validé a ensuite été utilisé pour étudier le fonctionnement de l’écosystème et les cycles biogéochimiques associés. Plus précisément, les bilans de carbone et de nutriments réalisés sur base des flux biologiques modélisés ont montré que l’écosystème de la BCZ, dominé par les efflorescences de Phaeocystis, se caractérise par une faible efficience trophique, une faible capacité de rétention/élimination des apports de nutriments d’origine anthropique et une faible capacité d’absorption du CO2 atmosphérique. Des scénarios annulant tour à tour l’activité biologique et les apports de carbone par les rivières ont permis de déterminer les rôles respectifs de la température, des processus biologiques et des apports de nutriments et de carbone par les rivières dans l’évolution saisonnière de la pCO2 des eaux de surface.<p>L’effet combiné des apports anthropiques de nutriments et des conditions météorologiques locales (débit, vent, température) a été étudié sur base d’une simulation effectuée pour la période contemporaine (1989-2003) en utilisant les forçages réels mesurés. La comparaison visuelle des simulations et des observations montre que, si le modèle est parfaitement capable de reproduire les successions phytoplanctoniques, il est par contre moins performant en ce qui concerne la reproduction des signaux extrêmes. Il apparaît donc que l’échelle de temps (mensuelle) utilisée pour décrire la variabilité des forçages est trop longue et ne permet pas de capter les variations hydrologiques à court terme résultant du vent et de la marée. <p>De manière à mieux comprendre le lien entre les activités humaines sur le bassin versant et l’eutrophisation des zones côtières, le modèle MIRO a été couplé aux sorties du modèle de rivière RIVERSTRAHLER appliqué à la Seine et à l’Escaut sur une période de 50 ans (1950-1998). Les résultats obtenus montrent que l’importance des efflorescences de diatomées est conditionnée par les apports de PO4, alors que l’importance des Phaeocystis est directement liée à l’importance des apports de NO3. Un bilan établi pour la BCZ montre que plus de 50% des apports annuels de N et 60% des apports annuels de P proviennent des eaux Atlantiques et pointe l‘importance des apports de la Seine pour l’enrichissement de la BCZ. <p>Différents scénarios de réduction des apports de nutriments provenant des rivières ont été réalisés afin de cibler le ou les nutriments à diminuer prioritairement pour réduire les efflorescences de Phaeocystis. Les résultats montrent que, dans les conditions actuelles, seule une réduction des apports de NO3 prédit une diminution des efflorescences de Phaeocystis. De plus, pour avoir un abattement significatif de ces efflorescences, il est nécessaire d’agir de manière conjointe sur les apports de la Seine et de l’Escaut.<p>En vue de l’implémentation du code MIRO dans un modèle 3D hydrodynamique et pour tenir compte de la variabilité spatiale des sédiments dans la zone étudiée, une paramétrisation des flux de nutriments à l’interface eau-sédiment a été recherchée sur base des résultats obtenus avec un modèle diagénétique analytique décrivant la dégradation de la matière organique et les cycles de l’azote et du phosphore dans les sédiments. <p> / Doctorat en sciences, Spécialisation biologie animale / info:eu-repo/semantics/nonPublished