基于微电极研究Maerl 床和裸泥沉积物底栖生物氧气交换

沿海软底基质代表生物地球化学循环的活性位点，其中底栖微生物和动物群落深刻影响沉积有机物的命运。沉积物耗氧量，通过总耗氧量的测量来评估穿过沉积物-水界面的流入量，提供了总碳周转率的总体估计。在渗透性沉积物中，物理过程（例如由水流和波浪作用驱动的平流孔隙水输送）强烈影响底栖生物氧气交换。涡流协方差测量可以考虑生物扰动活动和大型移动底栖动物群的呼吸，并总体上整合了复杂的沿海底栖系统的强烈空间异质性。迄今为止，这种新的替代技术已用于评估各种水生软底栖息地的底栖代谢，即来自湖泊的底栖代谢、沙底河流和海洋沉积物、植被和浅沙海沉积物等。EC 技术的使用特别适合硬底基质，例如珊瑚礁、Maerl 床、大型藻礁和贻贝礁和岩石海湾。

在后者的岩石系统中，需要室壁和基质之间完美密封的孵化方法可能难以部署。Maerl 床（即在浅海沉积物表面发育的独立钙质红藻群落）是独特而复杂的栖息地，在某种程度上介于硬底和软底基质之间。为了更好地预测马尔床加速退化对整个布雷斯特湾生态系统生物地球化学功能的影响，需要在大空间尺度上调查底栖有机物再矿化过程和碳循环的类似研究。

本研究中研究人员通过同时部署水生 EC 系统和 BC，在两个对比生境（Maerl 床和裸泥沉积物）的沉积物 - 水界面上进行了交换研究。目标是 (1) 比较使用 EC 和 BC 在不同空间和时间尺度测量通量，(2) 评估底栖生物的短期动态交换并确定两个站的环境控制因素，以及（3）准确量化布雷斯特湾两个研究生物群落的底栖代谢。

Unisense涡动系统的应用

涡动系统（Unisense A/S）的不同组件安装在定制的不锈钢三脚架上，该框架专门设计用于尽可能避免传感器周围的水动力扰动，但能够承受自然水动力在海湾。电流速度由声多普勒测速仪（带有固定探头的 ADV，Nortek 矢量）在位于三个传感器底座下方 157 mm 的圆柱形测量体积（14 mm 高和 14 mm 直径）中测量。氧气浓度通过 Unisense 的 Clark 型微电极（尖端直径小于25um）测量。使用的微电极传感器 90% 的响应时间低于 0.3 秒，搅拌灵敏度接近 2%。Unisense涡动系统控制器单元记录原位涡流放大器和 Nortek 矢量生成的信号。EC 控制器单元允许部署编程、存储（8 GB 数据容量）、电源（内部锂离子电池，25°C 下可自主运行约 34 小时）和其他单元接口连接。水流速度和浓度测量在基材表面上方 40 cm 处以连续模式、64 Hz 进行。

图2、水生涡流协方差Maerl 海床站的通量和相关环境参数（2013 年 2 月 20 日，11:30 至 17:30）。突发 1 (11:37:30) 的平均 EC 数据对应于 11:30:00 和 11:45:00 之间 15 分钟内平均的 EC 原始数据（64 Hz）。(A) 光合有效辐射（PAR，mol m ?2 s ?1 ) 和水位高度 (H, 米), (B) 水温 (T,C) 和盐度，(C) 平均水流速度 (cm s -1 )，(D)氧气浓度 （mol L -1 ) 通过微电极和SDOT光极测量以及 (E) 沉积物/水通过EC测量的通量(EC FO 2 , mmol m -2 d -1 )。添加了通过BC测量的平均FO 2 (BC FO 2 , mmol m -2 d -1 )。正负 FO 2值代表生产（从 Maerl 海床到水）和分别吸收（通过 Maerl 床）。

图3、水生涡流协方差。裸露泥泞站的通量和相关环境参数(2013 年 2 月 21 日，11:30 至 18:30)。PAR 值在整个部署期间都很低，从17umol m ?2 s ?1在部署开始时 (11:30) 至之后2umol m ?2 s ?1 (图3A )。水温和盐度稳定，平均值为 9.6±0.1℃和33.5±0.1℃（N=28）。EC 微电极和 SDOT 光极记录的氧气浓度显示出从 239 到265umol L?1和平均值 248 ± 5umol L?1 。

实验结果：本研究对海底生物进行了测量通过水生 EC 和 BC 技术在对比沿海生境中进行交换：布雷斯特湾（法国）的非粘性 Maerl 基质与粘性裸露泥质沉积物。使用这两种技术，并根据具体的冬季测量，发现了相反的生态功能，因为马尔河床群落和泥质沉积物普遍释放和消耗。本研究强调通量变化及其控制因素可以通过 EC 技术在可比较的空间和时间尺度上捕获。它显示了 EC 技术在底栖生物中的真正潜力。在大空间和时间尺度的真实原位条件下进行通量评估。然而由于通量控制因素及其相互作用的复杂性，对通量动力学的了解仍然有限。为了进一步理解控制底栖生物的因素，显然有必要采取多学科方法方法（同时部署 EC 和 BC）。这些方法将有助于在更大范围内了解沿海沉积区的生态和生物地球化学功能，这些沉积区是特别复杂且高度异质性的系统。

本研究的结果强调了考虑沉积物空间宏观异质性和环境参数短期变化的具体方法限制的重要性，以准确评估底栖生物沿海地区各种底栖生态系统的交换。