Invasive mussels reduce community bioturbation but do not affect oxygen penetration or nutrient fluxes in organic-poor Great Lakes sediments  

入侵貽貝降低群落生物擾動(dòng)作用，但在有機(jī)質(zhì)貧乏的大湖沉積物中不影響氧氣滲透或營(yíng)養(yǎng)鹽通量  

來(lái)源：Freshwater Biology, Volume 69, 2024, Pages 1672-1685

《淡水生物學(xué)》，第69卷，2024年，頁(yè)碼1672-1685

 

摘要內(nèi)容：  

研究通過(guò)6周沉積物微宇宙實(shí)驗(yàn)，對(duì)比入侵貽貝（斑馬貝/斑驢貝）、本地片腳類（Diporeia）和寡毛類在低有機(jī)質(zhì)沉積物中的生物擾動(dòng)效應(yīng)。發(fā)現(xiàn)入侵貽貝幾乎不擾動(dòng)沉積物（混合深度僅0.5cm），而Diporeia生物擾動(dòng)最強(qiáng)（混合深度達(dá)2.5cm）。但各組間沉積物氧氣滲透深度（OPD）、耗氧量及營(yíng)養(yǎng)鹽通量無(wú)顯著差異，表明在貧營(yíng)養(yǎng)湖區(qū)，生物群落的更替可能主要通過(guò)直接生理效應(yīng)而非沉積物地球化學(xué)過(guò)程影響生態(tài)系統(tǒng)。

 

研究目的：  

量化大湖區(qū)底棲動(dòng)物功能群更替（Diporeia被入侵貽貝取代）對(duì)沉積物混合速率、氧氣動(dòng)態(tài)及營(yíng)養(yǎng)循環(huán)的影響，重點(diǎn)解析低有機(jī)質(zhì)沉積物中生物擾動(dòng)作用的生態(tài)效應(yīng)。

 

研究思路：  

采集蘇必利爾湖低有機(jī)質(zhì)沉積物（POC=1.3 mmol C/g），構(gòu)建8種處理微宇宙：?jiǎn)挝锓N（貽貝/Diporeia/寡毛類）、多物種組合及無(wú)動(dòng)物對(duì)照。  

 

添加熒光示蹤顆粒（luminophores），6周后分層切片量化沉積物混合深度與速率。  

 

使用Unisense微電極高頻監(jiān)測(cè)溶解氧剖面（0.5mm分辨率），計(jì)算氧氣滲透深度（OPD）和擴(kuò)散耗氧率（DOU）。  

 

分析沉積物-水界面營(yíng)養(yǎng)鹽通量（NH??/NO??/SRP）及沉積物內(nèi)擴(kuò)散通量。  

 

通過(guò)生物擴(kuò)散模型（Db）和深度衰減系數(shù)（γ）量化生物擾動(dòng)強(qiáng)度。

 

測(cè)量數(shù)據(jù)及研究意義（注明來(lái)源圖表）：  

生物擾動(dòng)參數(shù)（圖2）：Diporeia處理的γ值最低（1.2 cm?1），顯著低于貽貝組（3.5 cm?1）。意義：證實(shí)本地種通過(guò)深層混合（>2cm）增強(qiáng)沉積物均質(zhì)化，而貽貝僅表面擾動(dòng)。  

 

 

氧氣動(dòng)態(tài)（圖3）：各組OPD平均10±3mm，隨時(shí)間略有增加（Diporeia組+1.5mm），但組間差異不顯著。意義：低溫（4℃）和低POM抑制了生物擾動(dòng)對(duì)耗氧的調(diào)控效應(yīng)。  

 

營(yíng)養(yǎng)通量（圖5）：沉積物內(nèi)SRP擴(kuò)散通量均為負(fù)值（-0.003 mmol/m2/day），組間無(wú)差異。意義：低磷沉積物中生物擾動(dòng)未顯著改變磷埋藏效率。  

 

孔隙水剖面（圖4）：1-2cm深度出現(xiàn)NH??峰值，但貽貝組深層（>2cm）NH??積累量高于Diporeia組（趨勢(shì)未達(dá)顯著）。意義：暗示生物擾動(dòng)可能促進(jìn)氮素遷移，但低溫限制其強(qiáng)度。

 

結(jié)論：  

入侵貽貝生物擾動(dòng)強(qiáng)度（Db=0.5 cm2/年）僅為Diporeia的1/4，證實(shí)群落功能從"生物擴(kuò)散型"向"表?xiàng)珵V食型"轉(zhuǎn)變。  

 

低溫和低有機(jī)質(zhì)（POC<1.6%）削弱生物擾動(dòng)效應(yīng)，氧氣滲透深度和營(yíng)養(yǎng)通量未受顯著影響。  

 

大湖區(qū)貧營(yíng)養(yǎng)沉積物中，貽貝影響主要通過(guò)直接濾食（如碳磷再分配）而非間接生物擾動(dòng)實(shí)現(xiàn)。

 

丹麥Unisense電極數(shù)據(jù)的詳細(xì)研究意義  

使用Unisense OX-100微電極（檢測(cè)限0.3μM）以0.5mm分辨率測(cè)量溶解氧剖面：  

揭示毫米級(jí)氧化梯度：在Diporeia處理中發(fā)現(xiàn)OPD達(dá)12±2mm（圖3），比對(duì)照組深1.5mm，但因高方差未達(dá)顯著。證明該電極可捕捉生物擾動(dòng)對(duì)氧化還原界面的細(xì)微影響。  

 

量化耗氧動(dòng)態(tài)：通過(guò)Fick定律計(jì)算擴(kuò)散耗氧率（DOU），顯示各組均值2.7±1.0 mmol/m2/day（圖3）。高精度數(shù)據(jù)證實(shí)低溫下微生物呼吸主導(dǎo)耗氧，動(dòng)物擾動(dòng)貢獻(xiàn)微弱。  

 

驗(yàn)證方法可靠性：重復(fù)測(cè)量顯示剖面數(shù)據(jù)穩(wěn)定性（配對(duì)t檢驗(yàn)p>0.05），但低溫導(dǎo)致電極響應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，需平衡測(cè)量時(shí)長(zhǎng)與沉積物擾動(dòng)（全程<6小時(shí)）。  

 

創(chuàng)新應(yīng)用價(jià)值：首次在4℃貧營(yíng)養(yǎng)沉積物中實(shí)現(xiàn)亞毫米分辨率OPD監(jiān)測(cè)，為深層水體生物地球化學(xué)研究提供技術(shù)范式。