Impacts of bioturbation on iron biogeochemistry and microbial communities in coastal sediment mesocosms under varying degrees of hypoxia
Impacts of bioturbation on iron biogeochemistry and microbial communities in coastal sediment mesocosms under varying degrees of hypoxia
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不同缺氧程度下生物扰动对沿海沉积物中生态系统铁生物地球化学和微生物群落的影响
DOI：
10.1016/j.ecss.2022.108032
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发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Emerson, David
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Beam, Jacob P.;Michaud, Alexander B.;Johnston, David T.;Girguis, Peter R.;Emerson, David
沿海沉积物是溶解铁 (dFe) 的重要来源，使沿海海洋铁含量丰富，并为邻近公海的透光区域提供了重要的 dFe 供应。决定沉积 dFe 通量的生物地球化学过程是与还原氧化条件、Fe 和 S 循环以及底栖动物群的沉积物生物混合和生物灌溉相关的微生物活动的复杂相互作用。我们研究了在存在和不存在常见多毛类沙蚕的情况下，底部水氧浓度对实验室中生态系统中铁动力学的影响。中生态系统是使用从当地潮间带泥滩获得的沉积物建立的，维持不同水平的缺氧（定义为<63μM溶解O2），并监测铁生物地球化学的变化。实验结束时，使用子核心测量固相铁物种，并通过 16S rDNA 基因测序进行微生物群落分析。生物扰动在增加沉积物中结晶不良的 Fe(III) 氧化物的数量，但减少 Fe(II) 穿过沉积物-水界面的通量方面发挥了重要作用。这些结果进一步证明了生物扰动对于沉积铁循环的重要性，并显示了对缺氧的复杂反应，涉及动物行为和微生物反应。
Coastal sediments are important sources of dissolved iron (dFe) that make the coastal ocean iron replete, and contribute an important supply of dFe to the photic regions of the adjacent open ocean. The biogeochemical processes that dictate sedimentary dFe flux are a complex interplay of microbial activities related to reduction-oxidation condition, Fe and S cycling, and sediment bio-mixing and bio-irrigation by benthic fauna. We investigated the effect of bottom water oxygen concentration on iron dynamics in laboratory mesocosms in the presence and absence of the common polychaeteNereis diversicolor. Mesocosms were established using sediment obtained from a local intertidal mudflat, maintained with varying levels of hypoxia (defined as <63 μM dissolved O2), and monitored for changes in iron biogeochemistry. At the end of the experiment, subcores were taken to measure solid phase Fe species and microbial community analysis via 16S rDNA gene sequencing. Bioturbation played an important role in increasing the quantity of poorly crystalline Fe(III)-oxides within the sediments, but decreasing the flux of Fe(II) across the sediment-water interface. These results further demonstrate the importance of bioturbation for sedimentary Fe-cycling and show a complex response to hypoxia involving both animal behavior and microbial response.
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