Infaunal invertebrate community relationships to water column and sediment abiotic conditions  

底棲無脊椎動物群落與水體及沉積物非生物條件的關系  

來源：Marine Biology, 2024 Volume 171, Article number 3

《海洋生物學》，2024年第171卷，文章編號3

 

摘要內容：  

論文研究了加拿大新不倫瑞克省兩個潮間帶區域（芬迪灣和圣勞倫斯灣南部）水體與沉積物非生物因子（鹽度、沉積物粒度、碳酸鹽化學等）對底棲無脊椎動物群落及雙殼類幼體豐度的影響。研究發現碳酸鹽化學參數（尤其沉積物pH和堿度）解釋了群落變異的7-44%，其中芬迪灣沉積物pH解釋力最強（16.9%），圣勞倫斯灣鹽度解釋力最突出（9.8%）。堿度（水體或沉積物）在所有模型中均顯著，表明其對底棲生物的關鍵作用。

 

研究目的：  

闡明水體鹽度、溫度、碳酸鹽化學及沉積物特性（粒度、pH、堿度等）如何影響潮間帶底棲無脊椎動物群落結構、物種豐富度、總豐度及雙殼類幼體補充量，評估未來海洋酸化對這些生物的潛在影響。

 

研究思路：  

在芬迪灣（4站點）和圣勞倫斯灣南部（6站點）布設樣帶，2020-2021年采集沉積物柱狀樣（直徑6.4cm，深5cm）。  

 

測量水體（鹽度、溫度、pH、堿度）和沉積物（pH剖面、堿度、有機質、碳酸鹽含量、粒度參數）非生物因子。  

 

分析底棲無脊椎動物群落組成（＞180μm個體），聚焦雙殼類幼體（軟殼蛤、波羅的海蛤等）。  

 

多變量分析（PERMANOVA、DISTLM）解析群落結構驅動因子；廣義線性混合模型（GLMM）量化非生物因子對物種豐富度、總豐度及雙殼類豐度的影響。

 

測量數據及研究意義：  

物種豐富度與豐度（圖2）：圣勞倫斯灣站點豐富度顯著低于芬迪灣（p<0.001）。意義：揭示區域環境差異對生物多樣性的塑造作用。  

 

群落組成（圖3）：芬迪灣CL站點群落與圣勞倫斯灣站點相似（PERMANOVA p<0.001）。意義：沉積物類型（CL為砂質）可能超越地理距離主導群落結構。  

 

非生物因子特征（圖4-5）：芬迪灣沉積物pH年際波動大（2020年穩定，2021年變幅達1個單位），圣勞倫斯灣鹽度梯度顯著（河口站點LN/BRIDG低于濱海站點）。意義：為群落差異提供環境背景。  

 

 

模型系數（圖7）：水體堿度正向影響物種豐富度（β=0.32），沉積物pH負向調控雙殼類豐度（β=-0.18）。意義：量化碳酸鹽化學對生物指標的劑量效應。  

 

DISTLM結果（表4）：沉積物pH解釋芬迪灣群落變異的16.9%，鹽度解釋圣勞倫斯灣變異的9.8%。意義：識別關鍵區域特異性驅動因子。

 

結論：  

碳酸鹽化學參數（沉積物pH、水體/沉積物堿度）是底棲群落的核心驅動因子，解釋力達7-44%，堿度在所有模型中均顯著。  

 

區域差異顯著：芬迪灣群落主要受沉積物pH調控，圣勞倫斯灣受鹽度主導；沉積物類型（砂質vs泥質）可超越地理距離影響群落相似性。  

 

雙殼類幼體豐度與堿度呈負相關，但模型解釋力較低（R2=0.19-0.26），暗示其他因子（如捕食、幼蟲供應）的作用。  

 

氣候變化引發的海洋酸化（pH↓）和堿度變化可能通過改變沉積物微環境間接影響底棲群落。

 

丹麥Unisense電極數據的詳細研究意義  

使用Unisense pH-500微電極（圖4）以0.5cm分辨率測量沉積物pH垂直剖面（0-3cm深度）：  

揭示沉積物化學梯度：首次在潮間帶研究中實現毫米級pH剖面量化（如CL站點1.5cm處pH=7.8±0.3），發現芬迪灣沉積物pH年際波動達1個單位（2021年RH站點），暗示環境不穩定性對生物分布的潛在壓力。  

 

解析生物擾動效應：沉積物pH與雙殼類豐度顯著負相關（GLMM β=-0.18, p<0.05），可能與生物灌溉活動改變氧化還原條件相關，為"生物擾動-碳酸化學-生物響應"機制提供實證。  

 

驗證方法可靠性：樣品轉運6小時內完成測量（符合Pimenta & Grear 2018標準），三重復剖面確保數據精度，但沉積物原位擾動可能影響孔隙水化學狀態。  

 

創新技術應用：結合Velmax Unislide定位系統實現高分辨率（±0.05cm）原位模擬測量，克服潮間帶原位監測難題，為微尺度生物-地球化學耦合研究設立新標準。