POLLUTIOIT EU MER DU HORD <. A $ 0 7. This paper not to he cited without prior reference to the author

C .I . P .ü . t b c i i

;

MODELE MATIÍELíATIQUE DE LA 1 9 7 5 / BIOL . O 1

POLLUTIOIT EU MER DU HORD <. A $ 0 7

T h is paper n o t to he c i t e d w ith o u t p r i o r r e f e r e n c e to the author

D is c u s s io n dec r é s u l t a t s de p ro d u ctio n p rim a ire e t a n a ly s e des ca u ses d 'e r r e u r o b se r v é e s

J . P . Mommaerts , L a b .v .E k o lo g ie en S y s te m a tie k

V. U B .

Vkîii

m

Fim dafn. faring Institute

A l a s u i t e des d i f f i c u l t é s ép ro u v ées dans l ' é t a b l i s s e m e n t d'un b i l a n des f l u x de m a tière dans 1 'é c o s y s tè m e ( l e s r é s u l t a t s de p r o d u ctio n e t de consommation ne concord en t p as) , nous avons é t é amenés à r e d i s c u ­ t e r l e s c h i f f r e s de n o t r e ra p p o rt " P rod u ction p rim aire dans l e Southern B ig h t en lier du Nord ( p é r io d e 1 9 7 1 - 1 9 7 3 ) . A p p lic a t io n du modèle de V o l - le n w e id e r au c a l c u l de l a p r o d u c t io n b r u t e e t première é v a l u a t i o n de l a p r o d u c t io n n e t t e .

Comme l ' i n d i q u e ce ra p p o r t , i l s ' a g i t de l a prem ière a p p l i c a ­ t i o n g é n é r a l i s é e du modèle de V o l l e n w e i d e r ( l 9 ô 5 ) à l a p r o d u ctio n en Mer du Nord . Ce modèle a v a i t précédemment é t é t e s t é a.u B a s s in de Chasse

d 'O sten d e e t —s u r une plu3 p e t i t e é c h e l l e — en Mer du Nord .

S i nous admettons l a v a l i d i t é du modèle , nous avons à examiner deux u t i l i s a t i o n s , c o rresp on d an t à deux é t a p e s du c a l c u l de p r o d u ctio n s 1 . P a ssa g e de p . , à p ,

______ ______ * v i tr o opt

a ) I n f l u e n c e des paramètres du modèle S o i t l a f o r m u la t io n g é n é r a le :

p = p . a l

•'max --- —

V i + ( p i) * " 1 ( V i + ( * i ) 2 n ) n

où p = p r o d u ctio n so u s 1 1 é c l a i r a g e I

Pmax “ p r o d u c t io n maximale ( s i pas de p h o t o i n h i b i t i o n ) a » l / l , K ( I . = é c l a i r a g e amenant p K max)

nous avons adopté l e s v a l e u r s p a r t i c u l i è r e s s u i v a n t e s pour l e s d i v e r s c o e f f i c i e n t s (conform es à l ' o b s e r v a t i o n e t à l a l i t t é r a t u r e ) î

a - n = 2

e t u t i l i s o n s l e s n o t a t i o n s Pop^. e “fc (grandeurs o b s e r v a b le s par l ' e x p é r i e n c e ) f sa ch a n t qpe “ ^max/^opt **

F a iso n s “ & ( I = é c l a i r a g e dans l 'in cm bateur) Dès l o r s on p eu t é c r i r e s

f o p t - f v i t r o •

( V i

S o i t F - ( \ / lV ( r / 2 . 6 ) ^ ' ) 3 / R D ' où :

p , = p . , . F

* op t * v i t r o

La. f o n c t i o n F= fn ( E ) a l a p a . r t i c u l a r i t é de p o s s é d e r un minimum e t deux s o l u t i o n s pour t o u t e a u t r e v a l e u r ( f i g . i ) .

En mer du Iîord , l e s v a l e u r s de expérim en talem ent d é term in ées v a r i a n t e n t r e 3 e t 34 » e t l ' é c l a i r a g e eh in c u b a te u r v a l a n t 16 j/c m h , on p eu t s ' a t t e n d r e à des v a l e u r s de R a l l a n t de 0 . 5 à 5 e "t dès l o r s , des v a l e u r s de F s i t u é e s e n tr e 1 e t 2 .

Et c ' e s t b i e n ce que l ' o n a o b se rv é dans l a p r a tiq u e : la. v a l e u r PQ + o b s e r v é e i n s i t u e s t 1 à 2 f o i s p lu s grande que l ' a s s i m i l a t i o n mesurée i n v i t r o .

E f f e t de v a r i a t i o n s d 'I.' ______ _________ _________ k

Des v a l e u r s t r è s d i s p e r s é e s de 1^ ont é t é mesurées pendant t o u t e l' a n n é e 1972 , e t en f a i t , l e so u s-m o d è le de v a r i a t i o n s a i s o n n i è r e l i é e à l a tem p érature ( v o i r rap p ort p r é c i t é ) n ' e s t qu'une moyenne t r è s i d é a l i s é e t e n t a n t de p a s s e r au mieux des p o i n t s .

C e t t e o p t i o n a e n t r a î n é des e r r e u r s dont l a p lu s su rp ren a n te e s t c e l l e

F

lo

5

3 2 d

i 3 io

F '¿ -

qui e a t duo o.u c h o ix d'une moyenne e n t r e deux groupée de v a l e u r s d.*

t e l s q u ' i l s co rr e sp o n d e n t aux deux branches de l a f o n c t i o n P .

A i n s i , pour l e s c r o i s i è r e s de j u i n - j u i l l e t nous avons couramment u t i l i s é l a v a l e u r de = I5 , v a l e u r i n t e r m é d i a i r e e t c a l c a l é e s u r b a se du sou s-m o d èle » fin r é a . l i t é , on a expérim en talem ent mis en é v id e n c e deux groupes de v a l e u r s d-'I¿ * un pour l a zone 1 : 1Ö à 34

un pour l a zone 2 : 3 à 10

Xk R_________________ F

zone 2 3 - 10 5 . 3 3 - 1 . 6 2 .2 - 1

sous-mod. 15 1 .0 6 1 . 2

zone 1 1 8 - 3 4 O.8 9 - 0 . 4 7 1 . 4 - 2 . 2

On v o i t que pour l e s v a l e u r s extrêm es ¿'1^. on a P p rès de 2 f o i s p lu s grand que prévu .

Pour l a p é r io d e d ' a v r i l , on a. I ' du sous-m odèle= 8 e t II moyen mesuré= 3.

K K

C e tte f o i s P e s t égalem en t p r è s de deux f o i s p lu s grand que c a l c u l é . En septembre l a v a r i a t i o n e s t de 1 .3 x , t a n d is q u 'e n o c to b r e e l l e n ' e s t pas s i g n i f i c a t i v e . En h i v e r , l ' e r r e u r p o u r r a it a t t e i n d r e 3 x ( e f f e t d'une e r r e u r de 50 % su r 1^. ) .

b ) E rreur su r l a mesure de p . ,

J ■'vitro

Nous sa v o n s que l e s p e r t e s de m a t é r i e l organique marqué à l a f i l t r a t i o n s o n t une des s o u r c e s d ' e r r e u r majeures . On a t t r i b u e généra­

lem ent c es p e r t e s à l ' e x c r é t i o n . F o g g ( l9 6 6 ) c i t e une p e r t e maximale de 50 5a . S ie b u r t h e t J e n sen (1 9 6 9 ) c i t e n t un maximum de 4 0 $ du C f i x é

jo u r n e lle m e n t . Eppley e t ¡3 l o an (1 9 6 5) e t I l e l l e b u s t (1 9 6 5) donnent l e c h i f f r e de 15 % ( d é j à mentionné dans l e t e c h n i c a l r e p o r t p r é c i t é ) comme normal «, Watt ( i 9 6 0 ) su g g ère un maximum de 30 % . P l u s i e u r s a u teu rs o b s e r v e n t une r e l a t i o n e n t r e e x c r é t i o n e t i n t e n s i t é lum ineuse ( t o u t e s c e s r é f é r e n c e s p r i s e s dans Parsons e t Takaliashi ,1973 ) •

Mais nous pensons comme Arthur e t R i g l e r (1 9 6 7) e t S c h in d le r ,S c h m id t e t R eid (1 97?) qu* une f r a c t i o n in d é t e r m in é e de c es p e r t e s e s t c o n s t i t u é e d ' e x t r a i t des c e l l u l e s p r e s s é e s l o r s de l a f i l t r a t i o n . G iesk es (1 9 7 3 ) a o b s e r v é des p e r t e s a t t e i g n a i t 20 % , q u ' i l a t t r i b u e notamment au p a ssa g e du mucus c o l l o ï d a l de P h a e o c y s t i s sp . ,une a lg u e abondante dans nos eaux pendant l e bloom p r i n t a n i e r . Mais S c h i n d l e r e t a l . ont eux-mêmes o b se rv é des p e r t e s de 50 e t p lu s !

2 . Passa g e à l a s o l u t i o n i n t é g r é e su r l a profondeur e t l e temps

S o i t l a s o l u t i o n h o r a ir e co rresp on d an t aux mêmes v a l e u r s de c o e f f i c i e n t s que dans l a prem ière éta.pe :

2 . 6 . $ , I ' / ( I * . 2 . 6 )

P = opt . o ' x k

1 Y i + (iyci* . 2.6))2"

où 1^ «= i n t e n s i t é lum ineuse à l a s u r f a c e de l ' e a u ( j / c m / h ) ( P . A . R . )

\

o' k

p R'

P “ popt

1 + ( R ' / 2 . 6 ) e t f a i r e P' = R« ¡ \ j \ + ~ ( R ' / ? . 6 ) 2' 1

La p r o d u c t io n j o u r n a l i è r e e s t dès l o r s :

Y. ( Fi + P ¿ . F ' + . . . )

Lp f o n c t i o n F' = f n ( R' ) a é t é é t u d i é e par V o lle n v /e id e r . E l l e a une forme h y p er b o liq u e a v ec un p la t e a u à F' -w 2 . 6 pour R1 ^ 5 Ceci v e u t d ir e n u e p lu s e o t p e t i t , p lu s R' a des chances de d é p a s s e r 5 p lu s im p o rta n te e s t la f r a c t i o n du jou r où l a p r o d u ctio n e s t maximale .

On a. e st im é cjfune d i f f é r e n c e d 'I ^ de 50 /ó ( c a s l e p lu s f r é q u e n t ) co n d u it à une p r o d u ctio n j o u r n a l i è r e 1 . 3 x p lu s grande .

3 . C o n c lu sio n s

Les e r r e u r s de mesure p o s s i b l e s su r 1^ , ^ n ' o n t pas é t é d i s c u t é e s i c i . Ce s o n t des mesures p h y siq u e s dont l a s é c u r i t é e s t

t r è s grande . Dès l o r s deux s o u r c e s im p o rta n te s d ' e r r e u r a p p a r a is s e n t : 1) l ' e r r e u r su r I £ : une d i f f é r e n c e par d é f a u t de 50 % ( s u r e s t i m a t i o n )

e n t r a î n e r a i t couramment une r é é v a l u a t i o n de l a p r o d u c t io n j o u r n a l i è r e b r u t e par un f a c t e u r de 1 . - 2 ( 1 è r e é t a p e ) x 1 .3 (2ème é t a p e ) - 1 . 3 - 2 . 6 Une r é v i s i o n des v a l e u r s a montré qu'une e rr e u r de c e t ord re e s t

e f f e c t i v e m e n t r é a l i s é e par l ' u t i l i s a t i o n du sou s-m od èle l i a n t I ' à k l a tem pérature . Ce s o u s-m o d è le e s t à r e j e t e r p r o v is o ir e m e n t , l e nombre d { in c u b a t io n s i n s i t u é t a n t i n s u f f i s a n t à ce jo u r pour une v a l i d a t i o n adéquate .

2) l ’ e r r e u r su r P y ^ . ^ : ci-e s p e r t e s à l a f i l t r a t i o n a t t e i g n a n t j u s q u 'à 50 /j s o n t a t t e i n t e s . U o tre prem ier f a c t e u r de c o r r e c t i o n (1 5 % ) p a r a î t i n s u f f i s a n t . Nous procédons a c t u e lle m e n t à des comptages su r l e s f i l t r a t s ramenés des d e r n i è r e s c r o i s i è r e s , e t e n v is a g e o n s de supprim er l a f i l t r a t i o n à l ' a v e n i r . On peut d é jà p r é v o i r une marge de f l u c t u a t i o n p o s s i b l e e n t r e I5 °/o e t $0fo , c ' - à - d une r é é v a l u a t i o n par 1 .1 7 à 2 x .

Une r é v i s i o n de n os r é s u l t a t s te n a n t compte de c es c o r r e c t i o n s s e r a p u b l i é e in c e ss a m e n t .

R é fé r e n c e s

A rthur, C. R. and Ri r i e r , P. II. .1967 . A p o s s i b l e so u rce o f e rr o r i n the

l 4 C method o f m easuring primary p r o d u c t i v i t y . L i u n o l .O c e a n o g r .I g : 121-124 G ieskes.tf.W . and Bennekom,A.J. v a n . 1973 • U n r e l i a b i l i t y o f th e ^4 C

method fo r e s t i m a t i n g primary p r o d u c t i v i t y i n e u t r o p h ic Dutch c o a s t a l w a ters . N e th e rla n d s I n s t i t u t e f o r Sea. R esearch . R ef 2743 U •

Mommaerts , J . P . C . I . P . S . Tech.R eport 1971-1973/BIOL. 01

P a r s o n s :T. and T a k a h a sh i,M ..1 9 7 3 . B i o l o g i c a l ocea n o g ra p h ic p r o c e s s e s . Pergamon P r e ss . 186 p.

S c h i n d l e r ,D.W., Schm idt.R .V . and R eid ,R .A . ,1 9 7 2 . A c i d i f i c a t i o n and bubbling as an a l t e r n a t i v e to f i l t r a t i o n i n d e te r m in in g ph ytop lan k ton p ro d u ctio n by th e l 4 C method , J .P ish .R e s .B d .C a n a d a 29: 1627-1631 .

V o lle n u e id e r .R .A . ,1 9 6*5. C a l c u l a t i o n models o f p h o t o s y n t h e s i s - depth c u rv es and some i m p l i c a t i o n s r eg a r d in g day r a t e e s t i m a t e s i n primary p r o d u c tio n measurements . I n Primary p r o d u c t i v i t y i n a q u a t ic e n v ir o n ­ m ents, Ed.C.R.Goldman.Mem.1 s t . I t a l . , I d r o b i o l . ,18 S u p p l.îT h e U n i v e r s i t y o f C a l i f o r n i a P r e s s , B e r k e le y ,425-457*