Modeling the bloom of toxic algae (Alexandrium minutum) in interspecific competition in the Bay of Brest, France
Modélisation des efflorescences de l'algue toxique(Alexandrium minutum) en compétition interspécifique en Rade de Brest, France
Résumé
Alexandrium minutum is one of the toxic species that produce Harmful Algal Blooms (HABs), threaten public health, aquaculture and tourism. In France, it was observed in 1988 in the region Bretagne. High levels of Paralytic Shellfish Poisoning (PSP) toxicity have been detected in the estuaries of Morlaix, Penzé, Rance, Abers and more recently, in the Bay of Brest. This work tries to define and place in order of hierarchy, the parameters driving A. minutum success in the phytoplankton community. Two approaches were adopted. The first was a temporal survey at the study site since 2009-2018. The second was the use of a 0D numerical model (based on physiological traits) to simulate the potential impact between physical and biological processes. A. minutum was placed in competition with 72 species which were uniformly selected. Results showed both seasonal and interannual variability of bloom phenology. It was marked by micro, followed by nano and then pico phytoplankton from April to October. A. minutum bloom occurred between June and August, a period of high temperature, low nutrient concentrations and high resource competition. However, environmental factors and competition explain only a part of its phenology. Though the model was able to reproduce the seasonal and interannual variability of A. minutum, simulation was inconsistent over the study period. The model highlights the increasing relevance of other biological processes in bloom regulation at decade scale. It might improve some models which are able to correctly predict instances of A. minutum presence or absence. The perspective is to have a model which can be applied and validated for the entire Bay of Brest.
Alexandrium minutum est un dinoflagellé toxique responsable de crises sanitaires et économiques. En France, cette espèce est observée depuis 1988. Cette étude tente de hiérarchiser les paramètres contrôlant le succès d'A. minutum au sein de la communauté phytoplanctonique par un suivi dans l’estuaire de Daoulas (Rade de Brest) et le développement d’un modèle 0D. Ce modèle basé sur des traits physiologiques met en compétition. A. minutum avec 72 autres espèces réparties de manière uniforme dans l'espace des traits. Les résultats montrent une variabilité saisonnière et inter-annuelle des efflorescences. D’avril à octobre se succèdent le micro puis le nano et enfin le picophytoplancton, contrôlés par la température et la lumière en hiver puis par le phosphore puis l'azote, durant l'été. Les blooms d'A. minutum apparaissent entre juin et août. Les résultats de la modélisation, corroborés par les données, ont montré une efflorescence tardive d’A. minutum lors d’un printemps froid (2013) et précoce lors d’un printemps chaud (2014). Le maximum d’abondance d’A. minutum est observé et simulé en 2012 où les forts débits durant l'été ont entrainé des apports en nutriments très élevés et la plus faible abondance en 2011, été le plus sec sur la période considérée. Le modèle a permis de tester l’impact de scénarios de réduction de 50% d’azote et de phosphore dans les apports. Seule une réduction de phosphore entraîne une diminution de l’abondance d’A. minutum, les apports de la rivière restant très riches en azote. Le modèle n'est toutefois pas consistant sur toute la période d'étude ce qui met en lumière l'importance probable d'autres facteurs dans la régulation des efflorescences.
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