研究簡(jiǎn)介:沿海軟底基質(zhì)代表生物地球化學(xué)循環(huán)的活性位點(diǎn)，其中底棲微生物和動(dòng)物群落深刻影響沉積有機(jī)物的命運(yùn)。沉積物耗氧量，通過(guò)總耗氧量的測(cè)量來(lái)評(píng)估穿過(guò)沉積物-水界面的流入量，提供了總碳周轉(zhuǎn)率的總體估計(jì)。在滲透性沉積物中，物理過(guò)程（例如由水流和波浪作用驅(qū)動(dòng)的平流孔隙水輸送）強(qiáng)烈影響底棲生物氧氣交換。渦流協(xié)方差測(cè)量可以考慮生物擾動(dòng)活動(dòng)和大型移動(dòng)底棲動(dòng)物群的呼吸，并總體上整合了復(fù)雜的沿海底棲系統(tǒng)的強(qiáng)烈空間異質(zhì)性。迄今為止，這種新的替代技術(shù)已用于評(píng)估各種水生軟底棲息地的底棲代謝，即來(lái)自湖泊的底棲代謝、沙底河流和海洋沉積物、植被和淺沙海沉積物等。EC 技術(shù)的使用特別適合硬底基質(zhì)，例如珊瑚礁、Maerl 床、大型藻礁和貽貝礁和巖石海灣。

Unisense渦動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用

渦動(dòng)系統(tǒng)（Unisense A/S）的不同組件安裝在定制的不銹鋼三腳架上，該框架專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用于盡可能避免傳感器周?chē)乃畡?dòng)力擾動(dòng)，但能夠承受自然水動(dòng)力在海灣。電流速度由聲多普勒測(cè)速儀（帶有固定探頭的 ADV，Nortek 矢量）在位于三個(gè)傳感器底座下方 157 mm 的圓柱形測(cè)量體積（14 mm 高和 14 mm 直徑）中測(cè)量。氧氣濃度通過(guò) Unisense 的 Clark 型微電極（尖端直徑小于25um）測(cè)量。使用的微電極傳感器 90% 的響應(yīng)時(shí)間低于 0.3 秒，攪拌靈敏度接近 2%。Unisense渦動(dòng)系統(tǒng)控制器單元記錄原位渦流放大器和 Nortek 矢量生成的信號(hào)。EC 控制器單元允許部署編程、存儲(chǔ)（8 GB 數(shù)據(jù)容量）、電源（內(nèi)部鋰離子電池，25°C 下可自主運(yùn)行約 34 小時(shí)）和其他單元接口連接。水流速度和濃度測(cè)量在基材表面上方 40 cm 處以連續(xù)模式、64 Hz 進(jìn)行。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：本研究對(duì)海底生物進(jìn)行了測(cè)量通過(guò)水生 EC 和 BC 技術(shù)在對(duì)比沿海生境中進(jìn)行交換：布雷斯特灣（法***）的非粘性 Maerl 基質(zhì)與粘性裸露泥質(zhì)沉積物。使用這兩種技術(shù)，并根據(jù)具體的冬季測(cè)量，發(fā)現(xiàn)了相反的生態(tài)功能，因?yàn)轳R爾河床群落和泥質(zhì)沉積物普遍釋放和消耗。本研究強(qiáng)調(diào)通量變化及其控制因素可以通過(guò) EC 技術(shù)在可比較的空間和時(shí)間尺度上捕獲。它顯示了 EC 技術(shù)在底棲生物中的真正潛力。在大空間和時(shí)間尺度的真實(shí)原位條件下進(jìn)行通量評(píng)估。然而由于通量控制因素及其相互作用的復(fù)雜性，對(duì)通量動(dòng)力學(xué)的了解仍然有限。為了進(jìn)***步理解控制底棲生物的因素，顯然有必要采取多學(xué)科方法方法（同時(shí)部署 EC 和 BC）。這些方法將有助于在更大范圍內(nèi)了解沿海沉積區(qū)的生態(tài)和生物地球化學(xué)功能，這些沉積區(qū)是特別復(fù)雜且高度異質(zhì)性的系統(tǒng)。

圖1 、水生渦動(dòng)(EC)系統(tǒng)的組成圖像。(A) 框架承載的 EC 系統(tǒng)和相關(guān)傳感器：(1) EC 系統(tǒng)控制器單元。(B) 主要 EC 傳感器；(2) 聲學(xué)多普勒測(cè)速儀 ADV 和 (3) 氧氣和帶有原位渦流放大器的微電極（克拉克型）。ADV傳感器（黑環(huán)代表水流 x方向）。其他相關(guān)傳感器是 (4)光極直接連接到 EC 系統(tǒng)控制器單元，(5)光極自主部署，(6) STPS 傳感器用于溫度、鹽度和壓力測(cè)量，(7) SPAR 傳感器用于光合有效輻射 PAR 測(cè)量。

圖2、水生渦流協(xié)方差Maerl 海床站的通量和相關(guān)環(huán)境參數(shù)（2013 年 2 月 20 日，11:30 至 17:30）。突發(fā) 1 (11:37:30) 的平均 EC 數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于 11:30:00 和 11:45:00 之間 15 分鐘內(nèi)平均的 EC 原始數(shù)據(jù)（64 Hz）。(A) 光合有效輻射（PAR，mol m ?2 s ?1 ) 和水位高度 (H, 米), (B) 水溫 (T,C) 和鹽度，(C) 平均水流速度 (cm s -1 )，(D)氧氣濃度 （mol L -1 ) 通過(guò)微電極和SDOT光極測(cè)量以及 (E) 沉積物/水通過(guò)EC測(cè)量的通量(EC FO 2 , mmol m -2 d -1 )。添加了通過(guò)BC測(cè)量的平均FO 2 (BC FO 2 , mmol m -2 d -1 )。正負(fù) FO 2值代表生產(chǎn)（從 Maerl 海床到水）和分別吸收（通過(guò) Maerl 床）。

圖3、水生渦流協(xié)方差。裸露泥濘站的通量和相關(guān)環(huán)境參數(shù)(2013 年 2 月 21 日，11:30 至 18:30)。PAR 值在整個(gè)部署期間都很低，從17umol m ?2 s ?1在部署開(kāi)始時(shí) (11:30) 至之后2umol m ?2 s ?1 (圖3A )。水溫和鹽度穩(wěn)定，平均值為 9.6±0.1℃和33.5±0.1℃（N=28）。EC 微電極和 SDOT 光極記錄的氧氣濃度顯示出從 239 到265umol L?1和平均值 248 ± 5umol L?1 。

圖4、水生渦流協(xié)方差和底棲室Maerl 床 (A) 和裸泥質(zhì)沉積物 (B) 站的通量比較。EC通量（標(biāo)準(zhǔn)偏差）在每個(gè)相應(yīng)的 BC 孵育小時(shí)內(nèi)進(jìn)行平均，以便進(jìn)行比較；用于計(jì)算的 EC 值數(shù)量在 Maerl 床處分別為 0、4 和 4，在裸露泥質(zhì)沉積物站處分別為 2、3 和 3。

圖5、 底棲生物通過(guò) EC 測(cè)量的 Maerl 床站通量，繪制為光合有效輻射 (PAR) 和水高 (H) 的函數(shù)。A) FO2 0.6 ± 0.1PAR – 13.2 ± 6.5 (R.76, p0.0001，n17）。(二) FO254.1 ± 8.1H – 291.4 ± 47.4（R.75, p0.0001，n17）。

總結(jié)：在大空間和時(shí)間尺度上確定其真實(shí)的原位動(dòng)力學(xué)的復(fù)雜性，對(duì)沿海沉積區(qū)域的底棲代謝的理解仍然有限。因此需要采取多學(xué)科方法來(lái)增強(qiáng)我們對(duì)控制底棲過(guò)程和通量的因素的理解。2013 年冬季，在布雷斯特灣的 Maerl 河床和裸露的泥灘內(nèi)同時(shí)部署了水生渦流協(xié)方差 (EC) 系統(tǒng)和底棲室 (BC)，以進(jìn)行量化和比較沉積物-水界面處的氧交換。另外監(jiān)測(cè)環(huán)境非生物參數(shù)（即光、溫度、鹽度、流速和水深），以更好地了解驅(qū)動(dòng)底棲動(dòng)物的機(jī)制交換。在這兩個(gè)地點(diǎn)，EC 測(cè)量顯示底棲生物的短期變化（即 15 分鐘）根據(jù)環(huán)境條件的通量。渦度協(xié)方差和底棲室測(cè)量顯示相似的時(shí)間模式兩個(gè)地點(diǎn)的通量發(fā)生變化。然而在馬爾站，BC 可能低估了群落呼吸作用。這可能是由于 EC 足跡相對(duì)較大（與 BC 相比），考慮到了中尺度空間異質(zhì)性（例如可能包括裸露沉積物斑塊的貢獻(xiàn)）。假設(shè)與 EC 相比，BC 并未完全捕獲大型移動(dòng)底棲動(dòng)物群引起的生物擾動(dòng)對(duì)沉積物耗氧量的影響。本研究的結(jié)果強(qiáng)調(diào)了考慮沉積物空間宏觀異質(zhì)性和環(huán)境參數(shù)短期變化的具體方法限制的重要性，以準(zhǔn)確評(píng)估底棲生物沿海地區(qū)各種底棲生態(tài)系統(tǒng)的交換。

(文章來(lái)源于儀器網(wǎng))