波罗的海沉积物大型底栖动物对养分流的影响

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1、波罗的海沉积物大型底栖动物对养分流的影响波罗的海沉积物大型底栖动物对养分流的影响TheImpactofBenthicMacrofaunaforNutrientFluxesfromBalticSeaSedimentsKarinKarlson,ErikBonsdorff,RutgerRosenberg本文研究了大型底栖动物对富营养化造成的养分动态和波罗的海浮游一底栖耦合过程的生态作用.大型底栖动物活动通常对沉积物生物地球化学变化具有显着影响,并且能够促进与富营养化相抵消的反硝化作用和沉积物磷持留过程的增强.大型动物

2、对这些过程的影响程度取决于动物的密度和功能群组成.与无大型动物的沉积层相比,大型动物活动对沉积物营养动态的影响还将导致生物沉积出流中较高的N:P比例.富营养化引起的缺氧情况下,内源性养分物质负荷增加的原因包括沉积物生物地球化学过程的改变和生物扰动性大型动物的减少或缺失使得这些动物活动对波罗的海生态系统的自净过程的促进作用下降.引言大型底栖动物对沉积物生物地球化学过程和底栖一浮游耦合的重要性正在被逐步认识.通过大型动物的生物扰动建立小环境镶嵌性三维沉积结构,与无生物扰动情况相比,生物扰动使得沉积物下层各种过程受到

3、刺激作用j.例如,大型动物的更新和生物冲洗可增加氧穿透深度,改变底层矿化和无机养分流的速度和通道.大型底栖动物对沉积过程的影响取决于动物的密度和功能群的组成,以及物种问和物种内的相互作用-.一些研究表明波罗的海动物代谢活动和浮游一底栖耦合具有重要意义.波罗的海季节性沉积造成高质量食物可获得性波动.底栖有机体的生长和种群动态通常与春季藻华碎屑沉积作用密切相关,排氦率的升高通常是由于高质量食物供应的增加.例如,波罗的海北部片足类动物对于海底氮矿化具有特殊作用,特别是在其生物量较高时",同一地区食物条件的季节性变化影

4、响片足类动物(Monoporeiaaffinis)的生理状况和排氧率….在有机物再矿化过程中,底栖环境和生物扰动动物可为初级生产提供丰富的养分,氯对于氮限制成水和海水非常重要,如波罗的海本体和南波的尼亚海.底栖一浮游耦合界面的矿化途径与有机和无机溶质运输取决于底层水体和沉积层表面氧化还原情况.因此,厌氧条件下养分流通路与有氧情况下不同J.如反硝化作用,四氧化二氮气体和较大AmbioVol36,No2--3,April2007AMBt0@版权为瑞媳皇家科学院所自的生物可利用氮汇形成j,的发生局限于低氧或厌氧环境,

5、在有氧情况下受到抑制.然而,在厌氧条件下,反硝化速率下降,原因是硝酸盐不足和微生物将硝酸盐还原为铵的竞争性优势"20].在底层水体低氧条件下(约0.5ml/L),在通常具有较大氧,铵和氮梯度的沉积物表面,硝化与反硝化作用均增加.但是在生物扰动沉积位点,沉积表面面积的增加和生物结构有氧与厌氧微环境的紧密比邻使硝化和反硝化作用同时增加,.另外,大型动物换气活动促进上覆水中硝酸盐的反硝化作用].与氮相同,磷也是一种对氧化还原作用敏感的养分素.有氧情况卜,生物可获得性磷通过有机物矿化释放到间隙水中,易与铁离子(Fe[I

6、II])相结合,.这一过程的发生取决于沉积物中Fe(III)的供应,.另外大型动物活动增加氧渗透深度,进而增加进行磷积累的沉积物体积j.而在厌氧条件下不溶性三价铁被还原为可溶性l一价铁离子,铁结合态化合物释放到间隙水中,如磷向间隙水移动和在水一沉积物界面的运输通常是进一步还原条件的结果.因此,大型动物的活动和底层水体含氧量对于养分物的形成和数鼍具有显着影响,这些养分物向间隙水移动,随后释放到上覆水.波罗的海生态系统的特点是环境梯度较大,半封闭,非潮汐性海湾,水体更新周期需数十年刈.并且,最近一次冰河期后底栖生态

7、系统的演替仍在继续,环境梯度形成的牛态平衡使得底栖群落内物种稀少,生态系统功能对干扰非常敏感j.盐度和温度形成的水平梯度使水体垂直混合减少.底层水体的交换取决于通过丹麦海峡的海水流入这些海流的大小和范围不规则,年间波动较大.在海水流入之问出现较长的底层水体交换减少或终止的停滞期.但是在停滞期,例如20世纪80～90年代,盐度梯度的逐渐减小促进了水体的垂直混合,从而使中下层水体含氧量增加j.上世纪养分物质负荷的增加导致波罗的海生态系统结构和功能的根本改变].例如,浮游植物生物量的增加导致水体透明度下降,而波罗的海

8、本体公海中N:P比的下降引起的同氮蓝藻细菌藻华暴发是一个反复出现的问题.并且,波罗的海7～l0万km的海床地区出现无氧和严重缺氧(<1mlO,/L)状况,原冈是水体循环减少和富养分化引起有机物负荷增加口J.缺氧时期,大犁底栖动物衰竭,生物扰动缺乏,胺化沉积物形155图1讨论波罗的海区域图.A=Ask6地区:K:Kanholm峡湾;Ne=涅瓦河河口;Nf=Norsminde峡湾.阴