Input-output models

Summary

Elementary mass balance and export models are explored in relation to eutrophication as caused by phosphorus and nitrogen. New criteria for phosphorus loading are given in relation to the ratio ‘mean depth-water fill-in-time’$(\bar z/\tau _w )$. The results suggest that lakes having long water renewal times are much more sensitive to phosphorus loading than would appear from mean depth only.

Further, from comparison of the relative residence time of nitrogen and phosphorus, it is deduced that—with increasing eutrophication—the nitrogen metabolism is speeded up beyond the point of simple proportionality which would explain the transition from phosphorus to nitrogen limitation in highly eutrophied lakes.

It is further suggested that the principles derived from eutrophication in regard to the metabolism of phosphorus and nitrogen in lakes are applicable also to other environmental compartments and stress factors.

Zusammenfassung

Elementare Massenbilanzen und Exportmodelle werden bezüglich ihrer Bedeutung für die Eutrophierung von Seen mit Phosphor und Stickstoff untersucht. Als neues Kriterium für die Phosphorbelastung wird das Verhältnis «mittlere Wassertiefe-Zeit der Wassererneuerung»$(\bar z/\tau _w )$ eingeführt. Die Beobachtungen lassen vermuten, dass Seen mit langen Wassererneuerungsperioden viel empfindlicher auf die Phosphorbelastung ansprechen, als aus ihrer mittleren Tiefe geschlossen werden könnte.

Aus dem Vergleich der mittleren Aufenthaltszeiten von Stickstoff und Phosphor ergibt sich, dass mit zunehmender Eutrophie der Stickstoffumsatz weit stärker beschleunigt wird, als der einfachen Proportionalität zu seiner Konzentrationszunahme entsprechen würde. Dies erklärt die Verschiebung von Phosphor zu Stickstoff als limitierendem Faktor in hocheutrophierten Seen.

Es wird vermutet, dass die Prinzipien, welche bezüglich der Eutrophierung aus dem Umsatz von Phosphor und Stickstoff in Seen abgeleitet werden, auch für andere Lebensräume und andere Belastungsfaktoren angewendet werden können.

Résumé

Un équilibre massive élémentaire et des modèles de sortie ont été explorés en relation avec l’eutrophisation provoquée par le phosphore et l’azote. De nouveaux critères ont été décrits en relation avec le taux «profondeur moyenne»—durée de remplissage d’eau»$(\bar z/\tau _w )$. Les résultats suggèrent que les lacs dont la durée de renouvellement de l’eau est longue, sont beaucoup plus sensibles aux charges de phosphore, que ne laisserait apparaître le critère seul de la profondeur moyenne.

De plus, en comparant les durées relatives de séjour de l’azote et du phosphore, on déduit que—avec la progression de l’eutrophisation—le métabolisme de l’azote est accéléré au delà du point de simple proportionalité qui expliquerait la transition du phosphore à l’azote en tant que nutriment limitant dans des lacs fortement eutrophes.

En outre, il est suggéré que les principes, dérivant de l’eutrophisation des lacs en relation avec le métabolisme du phosphore et de l’azote, sont également applicables à d’autres compartiments et facteurs de containte de l’environnement.