飓风对湿地浮游植物群落的影响在墨西哥湾

文摘

测量的无机营养和叶绿素a浓度(背影)在一段时间内的7个月在2012年的春天和夏天在沿海湿地网站沿着北部海岸的墨西哥湾。热带风暴黛比和艾萨克飓风经过的几个附近采样站点在研究过程中。样本采集前和后几天内通道的这些风暴允许我们评估风暴在湿地浮游植物群落的影响。段落的风暴与显著增加有关背影硝酸的浓度和减少,铵、磷酸浓度,但没有明显的盐度或硅酸盐浓度的变化。大部分的背影一个浓度的增加可以解释为减少溶解无机氮。浮游植物的数量似乎并未营养有限通过风暴之前,和增加的背影后通过风暴似乎反映了浮游动物的减少放牧压力。硫化氢引入通过再悬浮的水柱底部沉积物可能是浮游动物放牧活动的减少的原因。

关键字

飓风、浮游植物、浮游动物、硫化氢、营养

介绍

飓风和风暴情景事件是普遍发生在湿地,河口和沿海环境在热带和亚热带1- - - - - -5]。因为没有沿海湿地和海洋之间的屏障,这些风暴的潜在影响沿海湿地是伟大的。先前的研究关于飓风在沿海湿地的影响主要集中在storm-induced沉降高度的变化和增强湿地生产力(6- - - - - -10]。尽管大型植物如互和Juncus roemerianus是重要的决定因素的物理稳定性和沿海海洋生态系统的弹性和占大部分的韧性盐沼等扰动飓风风暴潮碳和硫稳定同位素研究表明,有机碳在初级消费者大Sippewissett马什在马萨诸塞州和格鲁吉亚Sapelo岛沼泽对同样来自摘要和浮游植物11- - - - - -14]。评估飓风的影响在沿海海洋和湿地食物链因此需要考虑飓风对浮游植物群落的影响。以前的研究已经表明飓风的影响在湿地资源可用性和微生物群落交错群落变量。前的影响受环境条件影响飓风,飓风的强度(即。,duration, wind strength, amount of precipitation, and proximity of the hurricane path to the wetland), and post-storm climatic and environmental conditions [1,2,5,15,16]。例如,在2004年连续三对南佛罗里达飓风登陆;在佛罗里达湾浮游植物生物量显著增加由于该州淡水排放但拒绝同时在附近的湿地红树林群落交错区(16]。同样,段落飓风古斯塔夫和艾克的路易斯安那州海岸2008年9月在两周内导致减少的叶绿素a浓度(背影)沿海泻湖的水柱的背影(但没有显著改变沉积物17]。因此对飓风的影响湿地浮游植物群落变量和机制负责观察效果尚不清楚。

本研究开展的目的收集足够的数据后不久之前,通过一个或更多的飓风使一个通知分析湿地浮游植物群落的反应。这项研究是在连续7个月在进行2012年的春天和夏天,意外地是第三个最活跃的大西洋飓风季节。的两场风暴这项研究的重点是热带风暴黛比,这带来了广泛的洪水向北佛罗里达和佛罗里达狭长地带,6月下旬和飓风艾萨克,8月28日登陆口附近的密西西比河,造成严重洪灾的路易斯安那州和阿拉巴马州。

材料和方法

网站描述

三个主要的抽样地点选择了墨西哥湾沿岸,目的是覆盖一个足够大的区域的概率最大化拦截飓风或热带风暴的路径。采样站点的水深不超过2 - 3米。这三个网站是银朱湾(VB)在路易斯安那州莫比尔湾(MB)在阿拉巴马州,在佛罗里达和阿巴拉契科拉湾(AB)(图1)。银朱湾湿地采样在只有一个网站,因为网站访问是很困难的。站点位于毗邻近岸内航道附近的利兰鲍曼锁(29°45 58”N, 92°10“14”W)。移动湾湿地采样两个站点,MB1 MB2,沿着Interstate-10相隔大约3公里的大桥横跨在30°40 MB”17 N, 87°58”9 W。阿巴拉契科拉湾湿地也采样在两个网站,是相隔约3公里,集中在29°42 49”N, 85°1”22 W。

样本收集和初步处理

水样为无机化验营养物质收集与36-cc手动真空泵用于过滤1 - 2升的水到1000毫升锥形烧瓶。过滤器是一个绘画纸两玻璃纤维GF / C滤波器(名义上的孔隙度:1.6微米)。滤液立即转移到1升,不透明,聚丙烯瓶,在实验室分析前保持冷藏。样品化验的背影浓度是透过绘画纸25毫米玻璃纤维GF / F过滤器(名义上的孔隙度:0.7微米)保留浮游植物。这些过滤器被包裹在铝箔和保持冷冻前在实验室分析。六到九1升瓶满心过滤样品水营养浓缩实验。这些瓶子是保存在冰箱前启动的营养浓缩实验。

无机营养物质

可溶性活性磷(SRP)、活性硅酸,硝酸+亚硝酸盐(以下硝酸盐),氨和铵+(以下铵)在样品测定滤液通过斯特里克兰和帕森斯描述的方法18]。化验了铵只在网站VB, MB1, MB2。吸收的波长测量810、885、543和640 nm,硅酸盐、磷酸盐、硝酸盐和铵,分别使用分光光度计(瓦里安卡里50 WinUV,安捷伦科技,圣克拉拉,CA,美国)。

叶绿素a

背影的过滤器分析从铝箔包装,放置在玻璃离心管有足够的90%丙酮淹没过滤器。颜料在一夜之间被允许提取的冰箱。过滤器被放置在试管和地面使用聚四氟乙烯组织磨床。解决丙酮和过滤碎片随后GF / F过滤器过滤去除过滤器碎片。在丙酮浓度的背影然后决定通过测量吸收在750 nm(浊度校正)和665海里与卡里模型50 WinUV分光光度计。

营养浓缩实验

未经过滤的水样本带到室温(22°C)在实验室里,和盐度测量与折射计(RF20,梅特勒-托利多、Greifensee、瑞士)。确定每个站点的限制营养和更好地理解浮游植物的反应造成的扰动风暴,营养浓缩实验样品在6月和7月收集的水。对于每一个实验,100毫升的样品从每个站点是两GF / C玻璃纤维过滤器过滤去除浮游动物,然后转移到16-mL试管。每个管然后接种1 ml整除的未经过滤的水样本。有四个治疗每个站点:控制接受不添加营养物质,P-enriched治疗,N-enriched治疗和治疗收到添加N和p的治疗都是运行在一式三份。N和P添加浓度为f / 2中指定882μM硝酸和36μM磷酸(19,20.]。管是孵化出了房间温度(∼20°C)大约200μmol光子的照明²年代¹从银行提供的400 - 700 nm辐射的萤光灯。每个管的光学密度(OD)然后读取卡里模型50 WinUV分光光度计波长750 nm每天每天在同一时间为12天。的渐近值OD数据是由合适的物流数据的增长模式。渐近线拍摄是一个衡量收益率在每个治疗。

统计分析

我们比较pre-hurricane和飓风后的背影和营养浓度log-transforming数据稳定后用配对t差异。影响被认为是重要的,如果相关的I型错误率(p)是小于0.05。我们还研究了图的浓度在每个站点与天确定prehurricane和飓风后浓度之间的差异只是反映了季节性的趋势,而不是一个情景事件的结果。营养浓缩实验的结果被认为是重要的,如果产量丰富治疗在控制产量的两倍多。氮和磷被认为是同时限制如果收益率在N + P治疗是两倍多的收益率N-enriched和P-enriched治疗。

结果

所有采样点Pre-hurricane盐度都不超过10(表1)硝酸的浓度和硅酸盐浓度远高于将限制浮游植物的增长(21- - - - - -23]。Pre-hurricane磷酸盐浓度小于0.7μM,小于0.2μM最多。然而,由于磷酸浓度对浮游植物生长的限制10 nM的订单,因为许多浮游植物可以利用溶解有机磷通过酶如碱性磷酸酶似乎不太可能,浮游植物生长无机营养物质的浓度限制在任何网站pre-hurricane条件(24- - - - - -26]。配对t显示飓风后浓度的硝酸盐、磷酸盐和铵显著降低(p < 0.04)比pre-hurricane浓度,而飓风后的背影的浓度(p < 0.001)显著高于pre-hurricane浓度。在硅酸盐浓度没有显著差异(p = 0.93)或盐度(p = 0.37)。

表1。范围的pre-hurricane无机营养物质的浓度(μM),盐度,背影(μg l - 1)采样地点。

考试时间序列的营养和背影浓度在每个站点上显示,在某些情况下pre-hurricane和飓风后的值之间的差异在逻辑上可以归因于季节性趋势(图2)而不是情景的影响。然而,在大多数(67%)的情况下,似乎反映出风暴影响的差异(图2 b-2d)。尤其如此的背影浓度,增加了约2倍在VB和MB(例如,图2 c前几天与飓风艾萨克。几天后

网站AB采样4月29日和5月24日,但没有样品收集在AB立即热带风暴黛比(6月26日)。然而,样本收集2 - 3天前飓风艾萨克MB和VB。确定的背影之间的浓度的增加,前几天几天艾萨克飓风过后可以归因于吸收溶解无机氮(DIN)浮游植物,我们绘制的预测变化的背影NH的基于浓度降低₄也没有₃的浓度,假定carbon-to-chl 50 gg的比率¹和摩尔carbon-to-nitrogen (C: N)的比率106:16 [18,27]。背影的观察到的变化是密切相关(r = 0.995)的预测变化但高约1.7μg L¹(图3)。

营养浓缩实验的结果证明了。有增长的控制文化在所有情况下。控制ODs从本质上提高零开始的时候孵化项目0.03 - -0.07后12天(表2)。添加磷酸生产小额外的增长与控制AB和MB,和添加硝酸小额外的增长与控制AB。因此,在AB水似乎包含N和P支持多少额外的增长不足,事实上控制文化的OD AB最低(0.03)在三个网站。添加N和P的AB水产生了OD 10倍的控制文化。添加硝酸在MB生产收益率几乎四倍的控制文化。因此MB比联合国更盈余P VB OD控制文化的最高(0.07),和添加硝酸盐或磷酸VB ODs OD的2 - 3倍的控制文化(18,27]。

表2。结果营养浓缩实验。收益率表示为光学密度(ODs)后孵化项目持续12天。

讨论

盐度和硅酸盐浓度没有显著变化通过风暴的结果表明,影响我们观察到浓度的硝酸,铵、磷酸、和背影不是由于降雨,雨水径流、或风暴潮。的事实观察的背影后浓度增加的飓风艾萨克高出约1.7μg l1喧嚣的增加预计的减少表明,有一个输入移置DIN足以对1μM DIN浓度提高,但至少50%的背影的增加可以通过吸收占鼎出现在水前飓风艾萨克,在VB和90%的背影浓度的增加可以解释原地喧嚣的吸收(图3)。为什么原地喧嚣不利用之前通过飓风艾萨克,为什么飓风艾萨克的流逝导致大部分被纳入浮游植物生物量的喧嚣?营养丰富的实验结果显示一个解释。浮游植物生长的控制文化。因此清楚所有采样点的水含有无机营养足以支持浮游植物生物量的增加。此外,更大的浮游植物生物量的增加后添加硝酸盐和磷酸盐都表明,N和P在场以外的必需营养素的过剩。通过水通过一个过滤器名义孔隙度为1.6微米,我们删除了大部分浮游动物捕食者。虽然过滤1毫升的水被添加到15毫升的滤液,食草动物的浓度会降低大约16倍,因此实验设计与稀释实验中浮游动物的放牧率大大减少与样本滤液稀释原始的水样(28,29日]。

通过飓风会激起了湿地沉积物从底部的浅。在沉积物间隙水会包含喧嚣和磷酸盐,从而占这一事实的背影的观察增加超过了增加估计从喧嚣浓度的降低。因为水在我们的抽样地点是咸水(表1)间隙水也很有可能含有硫化氢,这是一个非常有毒气体。EC50值H2S躺在40 - 3000范围μM海洋浮游植物和0.4 -100μM海洋甲壳类动物(30.]。因此海洋甲壳类动物是30 - 100倍比海洋浮游植物对H2S更敏感。因此可能释放硫化氢从沉积物大大减少放牧压力食草浮游动物在飓风之后的几天里对浮游植物的影响并不明显。放牧压力的降低会使浮游植物繁殖直到养分浓度成为真正的限制。

结论

浮游植物群落在采样地点显然是不营养有限通过风暴之前,而是通过控制浮游动物吃草。逻辑解释的背影后浓度的增加通过风暴是该州风激起了底部沉积物DIN浓度增加了约1μM但更重要的是引入H₂年代到水柱。因为更大的敏感性比浮游植物到H的浮游动物₂年代,浮游动物放牧是抑制,浮游植物的数量迅速增加。

引用

1. Paerl HW, et al .生态系统的影响三个连续的飓风(丹尼斯,弗洛伊德和艾琳)在美国最大的泻湖的河口,帕姆利科湾,数控。《美国国家科学院学报》上。2001;98:5655 - 5660。
2. Mallin马,et al。飓风影响水质和底栖生物在海角担心分水岭:自然和人为的影响。生态应用。1999;9:350 - 362。
3. 休斯顿SH, et al .表面为佛罗里达海湾飓风风力字段。J沿海杂志2003;19:503 - 513。
4. 麦金农广告,等。在大陆架水域快速变化和远洋社区南西北架子上,澳大利亚热带气旋。ContShelf杂志2003;23:93 - 111。
5. 戴维斯,et al .风暴事件的重要性在控制在佛罗里达海岸河口生态系统的结构和功能。J沿海杂志2004;20:1198 - 1208。
6. 特纳再保险,et al .湿地沉积从飓风卡特里娜和丽塔。科学。2006;314:449 - 452。
7. 特纳再保险,et al .回应评论“湿地沉积从飓风卡特里娜和丽塔”。科学,2007;316:1 - 201。
8. 里德DJ, et al .沼泽海拔应对卡特里娜飓风和丽塔飓风和营养改变政权的影响。沿海2009:166》- 173 J。
9. Cahoon博士,et al。回顾主要风暴对沿海湿地海拔高度的影响。河口和海岸。2006;29:889 - 898。
10. 康纳WH, et al .飓风对沿着Mexico.WetlEcolManag湾北部沿海生态系统。1989;1:45-56。
11. BlumerM, et al。石油泄漏。环境。1971;13:2-12。
12. RupprechtF, et al。Vegetation-wave盐沼风暴潮条件下的相互作用。生态Eng。2017; 100:301 - 315。
13. 彼得森BJ, et al .硫、碳、氮同位素用于微量有机物质流的河口盐沼Sapelo岛,Georgia.LimnolOceanogr。1987;32:1195 - 1213。
14. 彼得森BJ, et al .硫和碳同位素作为示踪剂盐沼泽有机物质流。生态。1986;67:865 - 874。
15. Tilmant JT, et al。安德鲁飓风对海洋资源的影响:小型水下的影响与破坏红树林和高山林地社区形成鲜明对比。Biosci。1994; 44:230 - 237。
16. 威廉姆斯CJ, et al .间接飓风影响资源可用性和微生物群落在亚热带wetland-estuary过渡区。河口和海岸。2008;31:204 - 214。
17. 加尔文K, et al。连续两个飓风的影响在浅基底食物资源在路易斯安那州沿海泻湖。J沿海杂志2012;28:407 - 420。
18. 斯特里克兰JDH, et al。海水分析的实用手册。第2 ed.Bulletins加拿大渔业研究委员会。1972;167:1 - 310。
19. Guillard RRL, et al。海洋浮游硅藻的研究。即Cyclotella娜娜Hustedt和Detonulaconfervacea格兰(克里夫)。J Microbiol。1962; 8:229 - 239。
20. Guillard RRL, et al。浮游植物的文化海洋inveretebrates喂养。海洋无脊椎动物,1975:29-60文化。
21. 埃普利RW, et al . Half-saturation常量吸收硝酸盐和铵的海洋phytoplankton.LimnolOceanogr。1969;14:912 - 920。
22. 埃普利RW,等。比较half-saturation常数海洋浮游植物的生长和硝酸盐吸收。J Phycol。1969; 5:375 - 379。
23. 哈里森PJ, et al。海洋硅藻生长在恒化器在硅酸盐或limitation.I铵。细胞的化学成分和稳态生长动力学Skeletonemacostatum。3月杂志。1976;35:177 - 186。
24. 法律EA, et al .磷酸盐有限增长和吸收动力学海洋prasinophyteTetraselmissuecica(麒麟)屠夫。水产养殖。2011;322:117 - 121。
25. 法律EA, et al .磷酸盐有限增长Pavlovalutheri (prymnesiophyceae)在连续文化:growth-rate-limiting测定底物浓度与一个敏感的生物测定过程。J Phycol。2011; 47:1089 - 1097。
26. Dyhrman圣,et al。碱性磷酸酶的存在和监管活动从沿海海洋:真核浮游植物对磷溶解的有机补充矿质。LimnolOceanogr。2006;51:1381 - 1390。
27. Redfield AC, et al。生物在海水的组成的影响。跨学科,纽约。1963:27 - 77。
28. 兰德里先生,等。一种精制稀释技术测量社区microzooplankton放牧的影响,与实验测试赤道太平洋中部。3月EcolProgSer。1995;120:53 - 63。
29. 兰德里先生,et al。估计海洋micro-zooplankton放牧的影响。3月杂志。1982;67:283 - 288。
30. 昆明理工E, et al。影响硫化氢费氏弧菌,Scenedesmusvacuolatus,水蚤麦格纳。环境Toxicol化学2005;24:2621 - 2629。