JMB 海洋生物学杂志》上 1687 - 949 x 1687 - 9481 Hindawi出版公司 518635年 10.1155 / 2012/518635 518635年 研究文章 比较的无机和有机物质沉积在自然实验室:一年研究湖Hyne海洋保护区,爱尔兰 Broszeit 斯蒂芬妮 1 达文波特 约翰 1 Jessopp 马克 2 哈曼 路加福音 1 麦卡伦 罗伯 1 Dulčić Jakov 1 学院的生物学 生态与地球科学 科克大学 酒厂字段 北广场 软木塞 爱尔兰 ucc.ie 2 沿海和海洋研究中心 科克大学 爱尔兰的海军基地 Haulbowline 软木塞 爱尔兰 ucc.ie 2012年 12 11 2012年 2012年 27 07年 2012年 09年 10 2012年 2012年 版权©2012 Stefanie Broszeit et al。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

测量沉积率可能提供有用的信息海洋生物的栖息地偏好。理解流率和气象条件对沉积的影响在缺乏其他混杂因素,沉积的有机(OM)和无机(IOM)重要测量6点地点在湖Hyne海洋保护区(半封闭式的海洋湖)在过去的13个月。在冬天,OM和湖国际移民组织进口,12月达到顶峰在漩涡,该网站最近湖入口,可能由于极端天气条件造成的再悬浮物质以外的港湾。最高的无机物(IOM)沉降发生在12月(47.36通用−2d−1在惠而浦崖)和11月风速有关( R 2 = 0.39 , P < 0.001 )。减少当前速度也下降的国际移民组织沉积造成的。最高OM沉降发生在12月惠而浦(5.59通用−2d−1),但并不与气象条件有关。没有一个环境因素的强烈影响有机质(OM)沉积。单向方差分析对OM和对数转换国际移民组织数据显示,沉积在湖内的6个地点显著不同。湖浮游生物产量增加在夏季导致OM沉积区域的低电流增加的速度远离湖的入口处。

 1。介绍

解决问题的水柱在海底底栖动物是一个重要的过程。沉没有机物提供了一个高质量的食物来源对海洋底栖生物群落,除了光仍然可以穿透和底栖生物光合作用发生时,依赖于表面水生产能源输入( 1]。沉降率在很大程度上受到的可用性养分的地表水和季节性,影响着浮游生物的生长。死亡浮游植物水华提供大量沉积事件在短时间内明显季节性( 2),至少在中、高纬度地区。然而,底栖生物群落可以通过高有机质输入不利影响所描述的经典模型( 3]:增加有机材料首先导致底栖生物和微生物的新陈代谢增加,但最终这将导致完全消耗氧气。缺氧的后果在底栖生物栖息地和上覆水体底栖生物群落的大规模死亡事件( 4]。此外,低水交换领域,如半封闭的海湾和峡湾,已知发展暂时或永久的分层水柱。这通常是由于减少当前的速度和狭窄的浅层水湾。分层恶化缺氧状况,抑制水在温跃层的交换。季节性或长期缺氧是一个分层的研究结果和有机浓缩( 5]。

无机材料,如砾石和砂将定居地区暴露在强大的水文力量如潮下的电流和风力波( 6]。细颗粒保持在暂停的时间和解决当水速度已经下降到阈值。细泥和粉土地区定居的低流速和有机物也落定了。底栖动物根据电流等因素选择它们的栖息地,晶粒大小、稳定性和有机质含量。因为微不足道的沉积有机质的高能量区域,和脱落的危险,一些动物生活在这些沉积物,例外venerid双壳类软体动物。

湖Hyne(湖Ine)西南海岸的爱尔兰是一个半封闭的完全海洋提供了一个自然湖实验室研究沉积和环境因素的相互作用。它连接到附近的大西洋的浅,狭窄的通道(“急流”)约12米宽(图 1)和1米之间的低潮和高潮最多4米深。由于这个狭窄的入口,湖展品范围的流政权从急流快(3 m s−1)几乎静止的水(< 0.001年代−1北盆地)。淡水流入是微不足道的 7)和盐度属于海洋水域的范围,导致湖的动植物是典型的海洋。大致说来,湖可以分为三个部分:南部盆地和盆地北部大约20米在深度和互相除以城堡岛。两个盆地西部槽连接,最大深度为48米( 8]。湖Hyne是理想的网站研究沿海海洋过程庇护,相对较浅,展品范围广泛的流量相对较小区域内( 9]。在这个水域,当前速度的影响可以在缺乏研究(或减少)其他混杂因素如大采样站点或采样在生物和海洋之间的距离不同的水域。天气条件常数在整个研究区由于其体积小,虽然以前的研究显示没有明显的空间变化在水化学(总氮、总磷、硅酸盐)[ 10),或其他因素可能影响沉积在湖的不同区域,如浮游植物 10),和浮游动物数量 11]。此外,因为它是一个海洋保护区,人为干扰疏浚和拖网等不发生,因此再悬浮沉积物由于这些过程不影响结果。

沉积区位置的13个月调查湖Hyne从2009年6月到2010年7月。G: Goleen, NP:北码头,NW:西北、西南:西南部,WP:惠而浦、WT:西方槽。

只有有限的工作一直在进行之前湖内的沉积。贝尔和巴恩斯( 12)集中在沉积岩石基质上研究环境条件对包馅机海绵。他们发现,国际移民组织,利率在冬季高于夏季,而沉积的OM夏季高于冬季。有趣的是,沉降是最高的在等中间流速的西南地区,Goleen,悬崖面临西方槽。

这里的研究报告旨在解决以下问题。

沉积的有机和无机材料是如何分布在湖和这随时间变化如何?

海洋和气象因素影响沉降率如何?

2。材料和方法 2.1。设计和部署的泥沙陷阱

沉积物的陷阱在6个地点部署在湖Hyne(图 1)。网站被选出来反映不同的地方和当前速度(基于以前的研究)在湖(0.24年代从快−1)附近的惠而浦崖慢(0.02年代−1)北部的港湾。一块10公斤的水泥用于锚绳在每一个位置,和一个表面浮标确保绳子绷紧在研究的持续时间。沉积区持有人有六个空间个人陷阱被停职的深度从水面浮标(图10米 2)。选择10米的深度,是为了避免测量海底的再悬浮。

六沉积物陷阱陷阱持有人(A)。铅坠(B)滚在了绳子上举行的陷阱垂直水柱。水面浮标(C)确保了陷阱是悬浮在正确的深度。标记在陷阱帮助潜水员在给定的采样场合选择正确的陷阱。白色陷阱仍在持票人,纯粹是为了平衡。条纹陷阱是控制。

每个陷阱的ABS排水管内部直径45毫米和300毫米的长度,密封在低端ABS盘。陷阱的宽高比(宽高)1:6.67。这是上面推荐的最低1:3,直径超过推荐的40毫米(最低 13]。四个陷阱在每个载体都复制到70毫米的深度以5%的福尔马林/ 100事业单位盐度的盐水溶液。福尔马林保存沉积物中的有机物质下降,而盐水是必要的,以实现致密层的沉积物仍然没有re-suspension [ 14]。四管每个站点和月选择管丢失在采样间隔和复制帮助确认收集的数据的代表性质在每个站点和月。五分之一陷阱充满了海水作为控制。这种控制只是用来测试的必要性使用福尔马林每月使用的时间跨度,从控制管和数据被省略了在最后的分析。六分之一陷阱在每个持有人是必要的平衡和不删除过程中实验。陷阱被潜水员部署和收集每隔大约4周。陷阱和排泄管密封盖子之前离开陷阱持有人,在载体表面,以确保最不可能的干扰被困沉积物。每个盖子2毫米直径钻了一个洞在最高允许压力平衡潜水操作。经过初步研究陷阱测试功能的设计,数据收集在2009年6月开始,一直持续到2010年7月。

 2.2。沉积物的分析

在实验室里,每个陷阱大力动摇了resuspend沉积材料。55毫升的子样品轻轻地透过预先称量好的47毫米GF / C绘画纸玻璃纤维过滤器使用KNF Neuberger Laboport真空泵。其次是50毫升蒸馏水的洗除去盐( 13]。过滤器是在烤箱干一夜之间在80°C,称重,烧成灰烬在450°C 6 h马弗炉在reweighed之前去除有机物。沉积速率计算g沉积物m−2d−1有机和无机的分数。

 2.3。收集的阶乘数据进行分析

当前速度是衡量使用Nortek声学多普勒测速计暂停从表面垂直浮标固定在底部的10公斤水泥重量。记录当前的速度是2011年1月至3月进行设备部署期间确保沉积物的再悬浮和检索在没有任何影响沉积速率的实验。测速仪不是沉积区取样完成后,可用,因此当前速度测量在2011年春天。减少干扰由于锚索的存在,测速仪是放置在一个钢架,50厘米的绳子。平衡确保直立的位置测速仪在部署。使用GPS,测速仪是放置在同一位置沉积区持有者之前举行,为两周收集数据在每个位置。当前速度测量的深度5米,中间的表面和深度沉积物陷阱已经被停职。数据被分为当前速度在春天流入,春天流出,小潮流入和流出小潮,意味着最大电流速度这四类随后用于分析。气象局的天气数据获得和由每小时风速(节),每个月从天气M3浮标(N51 0°13′′′, W10 0°33′′′),科克郡,后桅头附近和降雨量(mm)每月Valentia气象站,县克里。M3气象浮标到湖的距离大约是90公里,而距离Valentia气象站湖大约是85公里。 Temperature was recorded at 30 min intervals in the South Basin. A Hobo Pro v.2 water temperature data logger (Onset Computer Corporation) was suspended from a mooring buoy at a depth of 5 m and logged temperature continuously throughout the study period. Distance to the Rapids was measured using the Path tool in Google Earth. For each site, a line was drawn from the inner mouth of the Rapids through the South Basin to the southern trap locations (marked using GPS data). For the two northern sites, two routes were measured: one moving east to west along the South Basin to the centre of the Western Trough, then northward and finally in an eastern direction north of Castle Island to the trap location. For a second set of measurements, a path was chosen that passed directly through the narrows between Castle Island and the East Shore to the trap location.

 3所示。结果 3.1。数据探索

数据显示平等的方差(Cochrane测试)沉积有机质(OM),而无机物沉积(IOM)才等于方差的日志10转换。目前的速度和距离急流是共线,降雨和风速数据,所以没有执行多重回归分析。多元线性回归并不像天气的数据集上执行数据没有收集每个监测站和当前速度在每个站点只测量一次,而不是在整个研究期间不断。

 3.2。环境因素

平均每小时风速(节)和降雨(毫米)以图形方式显示在图 3。最低平均风速发生在2009年9月(11.7节)和平均风速最高记录2009年11月(19.8节)。最高降雨量362.8毫米被记录在2009年11月,在研究期间发生在2010年5月降雨量最低(54.2毫米)。

平均每小时风速在爱尔兰M3结记录气象浮标(虚线),和月降雨量Valentia记录站(实线)。由国家气象局的数据。

最大电流平均速度最高记录在惠而浦在春季流入(0.24年代−1)和最低在西北春季流入(0.02年代−1)(图 4)。电流在北码头的速度比在西北,表明有潮汐流经东部海岸和城堡岛之间的差距。

最大电流平均速度的四个潮汐州(流流入,弹簧,小潮流入,和小潮流出)在每个沉积区在湖Hyne海洋保护区。误差棒表示标准偏差。数据是在每个站点上收集在一个春天和小潮周期从1月到2011年3月。

 3.3。在湖的沉积分布

国际移民组织沉积速率范围从1.67 g m−2一天−1在西北9月47.37 g m−2一天−1在12月的漩涡。OM范围从0.97 g m−2一天−1在北码头1月5.60 g m−2一天−1在12月的漩涡。图 5显示了每个站点国际移民组织和OM沉降超过13个月。最值得注意的是国际移民组织在12月的高峰,尤其是在网站接近湖的入口处,最高记录的沉积是漩涡,其次是西南,然后Goleen西方槽。北部沉积率在两个网站(西北、北码头)显示增加国际移民组织在冬季(11月至2月),但不包括网站12月南部等明显的峰值。同样,OM的峰值发生在12月惠而浦崖也在西南和Goleen程度较轻,但是这种模式并不明显的数据对西方槽,西北部,北码头。

沉降率在6个地点湖Hyne在研究期间;( ▿ ):无机物沉积( ∙ ):有机质沉积。误差棒表示标准偏差。大多数样本10月失去了偶然。然而,一个样本每个站点(西北除外)进行分析。

单向方差分析在对数转换国际移民组织数据显示,国际移民组织中沉降速度明显不同的网站( F = 24.82 , d f = 5, P < 0.001 )。Posthoc图基两两比较显示,大多数对表现出显著差异(表 1(a))。只有四双没有;在每种情况下他们网站彼此相邻:Southwest-Goleen, Goleen-Western槽,西方Trough-Northwest Northwest-North码头。

因果图基过程测试的网站在湖沉积在很大程度上不同Hyne在研究期间。

国际移民组织沉积

惠而浦 西南 Goleen w .槽 西北
西南 *
Goleen * NS
w .槽 * * NS
西北 * * * NS
北码头 * * * * NS

OM沉积

惠而浦 西南 Goleen w .槽 西北
西南 NS
Goleen * NS
w .槽 NS NS NS
西北 * NS NS NS
北码头 * NS NS NS NS

NS:不显著,*:重要: P < 0.05。

OM (untransformed)的数据,网站也显著不同(单向方差分析, F = 4.62 , d f = 5, P < 0.001 )。大多数成对比较都是不重要的(表 1(b));唯一的例外是惠而浦和湖内的其他位置(Whirlpool-Goleen、Whirlpool-Northwest和Whirlpool-North码头)。

 3.4。环境条件对沉积的影响

线性回归显示,国际移民组织,风速在前一个月最高 R 2 值( R 2 = 0.39 , P < 0.001 )的所有环境因素(表进行了研究 2)。所有其他因素较低 R 2 值,尽管所有的关系都具有统计学意义( P < 0.05 )。OM,没有单一的环境因素有特别强烈的影响,和 R 2 值很低(< 0.1)为所有因素选择,然而都有显著影响( P < 0.05 )。鉴于OM明显增加从2010年3月起,额外的回归分析进行了使用均值和最大月度水温(同样的和前一个月)。前一个月的最大温度显示疲弱,但显著关系( R 2 = 0.1 , P < 0.001 );其他温度关系显示更低 R 2 值,尽管在所有情况下都是统计学意义( P < 0.05 )。

R 2 值和相关 P值线性回归进行探索,环境条件影响无机和有机物沉积率在湖Hyne在研究期间。

因素 无机 有机
R 2 P R 2 P
天气
风速上月(节) 0.39 < 0.001 0.04 0.001
降雨前一个月(毫米) 0.21 < 0.001 0.09 < 0.001
相同风速月(节) 0.15 < 0.001 0.04 0.001
同一个月降雨量(毫米) 0.02 0.023 0.04 0.001
距离
长路线北盆地(m) 0.17 < 0.001 0.4 0.001
短路线北盆地(m) 0.17 < 0.001 0.6 < 0.001
当前的速度
春天向内(女士−1) 0.22 < 0.001 0.07 < 0.001
春天向外(女士−1) 0.16 < 0.001 0.07 < 0.001
小潮向内(女士−1) 0.15 < 0.001 0.06 < 0.001
小潮外(女士−1) 0.19 < 0.001 0.07 < 0.001

4所示。讨论

本研究的沉积显然在过去的一年表明,国际移民组织和OM沉积是由不同的环境因素在这个高度庇护,半封闭的海湾,因此不紧密耦合。国际移民组织沉积是受天气和潮汐因素的影响,国际移民组织是主要从湖外的进口。这是由国际移民组织证明沉积率最高的湖入口附近,北盆地减少到最低水平。在环境因素考虑,风速的前一个月对国际移民组织最强的影响,可能是因为沉积物的再悬浮在相邻的沿海地区(由于强风和波浪作用)需要一些时间完全影响通过Barloge溪和急流避风的港湾。疏浚等潜在的悬浮颗粒物来源活动和河道流量可以排除在本研究中没有疏浚发生接近湖入口,也没有河流排入湖;最近的河流排放进入大西洋西部的巴尔的摩,湖以西约6公里Hyne。强西南风经常出现在爱尔兰和西南沿海地区受波浪作用和激增。然而,湖本身高度庇护的半封闭的自然湖和周围的山丘。很少超过1米的海浪在振幅即使在强风暴 12]。四个潮汐的政权,春天流入影响国际移民组织沉积,最高支持的假设沉积物从外部引进,在南盆地沉积入口处流最快(湖内的所有网站)。减少当前速度导致沉降的无机物,最重的沉积物脱落,而细颗粒留在水柱更长时间( 6]。另外,如果沉积物只是带来了一度,似乎这样的湖入口,沉降自然会减少与水的入口点距离身体失去了沉积物。

成对比较的沉积率在每个站点上显示,国际移民组织沉积速率漩涡明显不同于其他网站。这些发现可能解释为逐渐减少流量与急流造成距离增加水体沉积物的逐步丧失。网站最接近彼此显示国际移民组织沉积率没有显著差异,可能由于采样点之间的关系紧密,国际移民组织沉降速度和湍流的距离已经指出。

国际移民组织相比,这些非生物环境因素单独OM沉降测试有强烈的影响。这表明,OM沉降率的变化是由生物因素没有在这项研究中,测量或者非生物因素影响结算的组合。OM是由几个不同的组件包括:粪便物质自游生物和浮游动物,死亡和垂死的浮游植物和浮游动物(由部分和终生浮游生物),resuspended从沉积物有机材料,加上碎片来自脱落潮间带植物和动物的暴露海岸附近的沿海水域。例如,大风可以引起风动动荡,促进re-suspension有机物( 6, 15)和变位的潮间带植物群和动物群。这种有机材料,带进湖在冬季,可以提供一个有价值的食品补贴对底栖动物,因此取决于生产力从其他地方。营养供应,加上光水平和温度上升影响浮游植物在春天生长在温带海域,造成了春天的花朵。这些花朵反过来导致OM沉积( 16, 17]。浮游动物与浮游植物生物量增加开花,导致进一步的生产OM沉降要么由于动物的粪便颗粒,蜕皮外骨骼(在甲壳类动物的情况下),或者因为死亡。此外,底栖海洋动物在夏天释放meroplanktonic幼虫,这些也会导致增加的OM沉积在夏天,由于死幼虫或粪便颗粒。延迟高OM沉积可能是由于在不同的时间间隔的浮游生物大量繁殖。沉降率(IOM和OM)低贝尔和巴恩斯的研究( 12比目前的研究和OM在4月达到顶峰(所有网站数据合在一起),而不是在冬季。在这项研究中还发现最低的沉积(OM和IOM)在北部盆地和积极的沉降和风速之间的关系。通过OM数据从所有网站在一起他们不能,想看看里面OM生产或从外部引进的港湾。在目前的研究可以设定OM来自不同阶段研究的时期。先前的研究都发朵,浮游动物在湖Hyne [ 18, 19),表明这两个组件的浮游生物群落产生内部湖Hyne但有些也从外部引进。营养物质已被证明从外部引进,导致赤潮的发生增加即使在冬季,和全年高水平的营养 10, 20.]。在目前的研究结果表明,湖Hyne可能作为国际移民组织从外部的水槽,营养物质可能导致利率的增加浮游植物繁殖的半封闭的自然湖。

我们的研究强调了了解沿海港湾的重要性与邻近海域,特别是海洋保护区等盆地被认为是为指定。政策需要包括污染的清理,避免富营养化,限制允许的采掘活动封闭海湾等周边地区。进一步研究有机物的分离组件的行为需要分数,作为理解影响这些组件将在了解这些系统的有价值的工作内部和它们是如何连接到更广泛的海洋系统。湖Hyne领域未来的研究是一个有用的模型,因为它是一个指定的海洋保护区,是方便的,允许观察承压水体上显示显著的变化在流率等物理过程在相对较短的距离。沉积在这里收集的数据可以作为基线数据等混杂因素的系统研究不同水化学或浮游社区遇到,或者那些经历人为干扰。

 确认

作者要感谢帕特里克·格雷厄姆和Declan O ' Donnell爱尔兰国家公园和野生动物管理局的许可进行这项工作在湖Hyne海洋保护区。报告的作者之一(s . Broszeit)承认克劳福德Hayes博士的支持科克大学的奖学金。作者要感谢两位匿名裁判对于改进手稿。之间不存在金融关系authorsand商业身份提到在这个研究。

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