日本大眼蟹与双齿围沙蚕的生物扰动对河口湿地生源要素动态的影响

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大型底栖无脊椎动物对河口湿地生源要素迁移转化的影响不容忽视。为了探究日本大眼蟹(Macrophthalmus japonicus)和双齿围沙蚕(Perinereis aibuhitensis)的生物扰动对河口湿地生源要素动态的影响,本文通过采集河口原位沉积物、上覆水和大型底栖无脊椎动物,设计室内模拟实验对生物扰动作用进行研究。通过监测沉积物耗氧量(Sediment oxygen consumption,SOC)、上覆水中有色溶解有机物(Colored dissolved organic matter,CDOM)荧光特性、间隙水中生源要素(溶解性有机碳(DOC)、氨氮(NH3-N)、亚硝态氮(NO2--N)、硝态氮(NO3--N)、溶解性总磷(Dissolved total phosphorus,DTP)分布特征、沉积物-水界面通量(DOC、NH3-N、NO2--N、NO3--N、DTP)和沉积物中总有机碳(TOC)、总氮(T-N)、总磷(T-P)和微生物活性(Microbial activity,MBA)含量等指标,探究生物扰动对河口湿地生源要素影响的机理。主要研究结论如下:SOC率在两种大型底栖无脊椎动物的生物扰动下变高。由于日本大眼蟹可以促进更多的底部沉积物氧化以及螃蟹组沉积物中更高的MBA含量,螃蟹组SOC率始终大于沙蚕组。SOC率的改变是生物扰动影响生源要素动态的重要因素。生物扰动作用促进了沉积物中DOM矿化产生CDOM进入上覆水。由于大沽河口受陆源影响明显,UV类腐殖质是释放的主要成分。具体表现为螃蟹和沙蚕组荧光峰A在三维荧光光谱上发生红移现象,并且两者上覆水中CDOM平均含量分别可达对照组的1.32和1.24倍。生物扰动改变了沉积物间隙水中DOC、NH3-N、NO2--N、NO3--N和DTP的垂直分布结构。在实验第28天,各组间隙水中DOC含量出现差异,螃蟹组间隙水中DOC含量首先变高,平均含量为42.88 mg L-1。在实验第35天沙蚕组DOC含量逐渐升高并超过螃蟹组,平均含量为46.84 mg L-1。相比于对照组,生物扰动使表层间隙水(0-2cm)中NH3-N、NO2--N、NO3--N含量分别最大增加120%、982%、114%。沙蚕的扰动和洞穴结构更有利于高浓度的NO2--N进入以及分布到深层沉积物和间隙水中。生物扰动对不同深度间隙水中DTP含量的影响差异明显,其使1 cm深度间隙水中DTP含量增加可达18%,但导致2-4 cm DTP含量降低达到18%。间隙水中DTP含量的降低可能与Fe(II)氧化产生的Fe(III)对DTP具有良好的吸附性有很大关系。生物扰动促进了沉积物-水界面DOC、NH3-N、NO2--N、NO3--N和DTP的释放通量。定殖前期沙蚕对DOC释放的贡献小于螃蟹,但两者之间的差距随着时间逐渐减小。这可能是由于日本大眼蟹的扰动集中在定殖前期,而双齿围沙蚕洞穴在定殖后期才形成规模所致。由于沙蚕洞穴以及对照组中的硝化速率不支持从沉积物中净释放NO2--N,定殖初期(第15天)的通量数据表现为沉积物吸收NO2--N。事实证明日本大眼蟹的掘穴更有利于促进硝化反应的进行。对于NO3--N通量,螃蟹和沙蚕组一直表现为释放,而对照组一直为沉积物吸收NO3--N。这与对照组更低的硝化速率有关。双齿围沙蚕和日本大眼蟹主要减少了表层沉积物(0-2 cm层)中的TOC(p<0.05)、T-P(p<0.01)和T-N含量(p<0.05(螃蟹组);p=0.08(沙蚕组))。螃蟹和沙蚕显著增加了沉积物2-4 cm处的MBA含量(p<0.05)。动物组沉积物中更高的MBA含量,可能与表面积增加(形成洞穴)以及肠道微生物群、粪便有关。总之,双齿围沙蚕和日本大眼蟹改变了沉积物中生物地球化学过程,促进了表层沉积物中的DOC、CDOM、NH3-N、NO2--N、NO3--N和DTP进入间隙水和上覆水,并且减少了表层沉积物中TOC、T-N和T-P含量。所以双齿围沙蚕和日本大眼蟹作为河口生态系统关键组成部分,在调节和改变河口湿地的生源要素动态中起着重要作用。
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