Nutrient dynamics in ship harbour, Nova Scotia

Abstract

An intensive study of the water column distributions of the dissolved nutrients silicate, phosphate, nitrate, ammonia and of dissolved oxygen in Ship Harbour, Nova Scotia in 1991 and 1992, has revealed details of, and some of the mechanisms responsible for, nutrient distributions in temperate inlets. Ship Harbour is ∼10km by ∼1 km wide and has a deeper (∼25 m) inner basin separated from coastal waters by a shallow sill (∼7 m). Nutrient distributions here result from a combination of processes within the inlet and the typical seasonal cycle expected for temperate shelf waters. Different sources and processes control each of the nutrients. In Ship Harbour, offshore nutrient supply is important for nitrate and phosphate, but is not important for silicate and ammonia. Biological uptake during the spring is important for nitrate, silicate and phosphate. Remineralization of organic matter in the deep water or the sediments of the inner basin causes concentrations of silicate, phosphate and ammonia to be unusually high, and dissolved oxygen to be unusually low, in the deep water of the inner basin in the late summer and fall. A time‐dependent model of this regeneration shows that the partial isolation of the inner basin, whose turnover time is no longer than a few months, is the determining factor. Neither the supply of organic matter to inner basin sediments, nor the ensuing regeneration rates, is unusual for inlets in the region. This finding is consistent with other recent work showing the dominance of sills in determining eutroph‐ication status of inlets in the region. In Ship Harbour, high silicate levels are found in surface waters near the head of the inlet throughout the year, despite the fact that the concentrations of reactive silicate in the rivers entering the inlet are very low. Even so, the discharges of the rivers are still the most likely external source for the silicate in the surface waters of the inlet, which must be delivered in a non‐reactive form and are probably cycled through sediments near the head of the inlet. Finally, calculations based on the biomass of cultured mussels in Ship Harbour and their clearance rate show that mussels can filter ∼5–20% of the volume of the inner basin per day and, in recent years, may be starting to have a detectable impact on ambient levels of ammonia and phosphate in the inner basin.

Résumé

[Traduit par la rédaction] Une étude approfondie des distributions dans la colonne d'eau des nutriments dissous de silicate, phosphate, nitrate, ammoniac et de l'oxygène dissous à Ship Harbour, Nouvelle‐écosse, en 1991 et 1992 a révélé des détails sur les distributions des nutriments dans des bras de mer tempérés ainsi que quelques‐uns des mécanismes les produisant. Ship Harbour s'étend sur environ 10 km par 1 km et possède un bassin intérieur plus profond (∼25 m) séparé des eaux côtières par un seuil peu profond (∼7 m). Les distributions des nutriments sont produites ici par une combinaison de processus à l'intérieur du bras de mer et des cycles saisonniers typiques auxquels on s'attend pour des eaux tempérées du plateau continental. Des sources et des processus différents contrôlent chacun des nutriments. A Ship Harbour, l'approvisionnement en nutriments provenant du large est important pour le nitrate et le phosphate, mais ce n ‘est pas le cas pour le silicate et l'ammoniac. L'assimilation biologique au printemps est importante pour le nitrate, le silicate et le phosphate. La reminéralisation de la matière organique en eau profonde ou dans les sédiments du bassin intérieur produit des concentrations anormalement élevées de silicate, de phosphate et d'ammoniac et des niveaux anormalement bas d'oxygène dissous en eau profonde du bassin intérieur vers la fin de l'été et en automne. Un modèle de cette régénération en fonction du temps démontre que l'isolation partielle du bassin intérieur, dont la durée de renouvellement ne dépasse pas quelques mois, est le facteur déterminant. Ni l'approvisionnement en matière organique pour les sédiments du bassin intérieur, ni les taux de régénération qui s'ensuivent ne sont inhabituels pour les bras de mer dans la région. Ce résultat est compatible avec d'autres travaux récents qui démontrent la prédominance des seuils pour la détermination de l'état d'eutrophisation des bras de mer dans la région. A Ship Harbour, on trouve des niveaux élevés de silicate dans les eaux de surface près de l'embouchure du bras de mer pendant toute l'année, même si les concentrations de silicate réactif dans les cours d'eau se déversant dans le bras de mer sont très basses. Malgré cela, les décharges des cours d'eau sont encore la source externe la plus probable pour le silicate des eaux de surface du bras de mer, lequel doit être livré sous une forme non réactive et est probablement recyclé à partir des sédiments à proximité de l'embouchure du bras de mer. Finalement, les calculs basés sur la biomasse des moules cultivées à Ship Harbour et leur taux de filtration démontrent que les moules peuvent filtrer environ de 5 à 20% du volume du bassin intérieur par jour et, depuis les dernières années, pourraient commencer à avoir un impact détectable sur les niveaux ambiants d'ammoniac et de phosphate dans le bassin intérieur.

Notes

Corresponding author's e‐mail: [email protected]‐mpo.gc.ca