Скорость поглощения азота и фосфора различными видами кораллового рифового сообщества после всплеска питательных веществ

После сильных дождей сток с суши может повысить концентрацию питательных веществ в водах, покрывающих коралловые рифы; в противном случае уровень питательных веществ в этих водах будет низким.
Полевые измерения во время паводка показали резкое увеличение содержания нитратов (в 75 раз) и фосфатов (в 31 раз).
Концентрация аммония (в 3 раза)
Вода на скалах на краю острова Кюрасао (
Южная Карибская область).
Чтобы понять, как организмы подводных коралловых рифов используют этот приток питательных веществ, мы определили скорость поглощения аммония, нитрата и фосфата богатым видом кораллов: газоновыми водорослями, шестью видами крупных водорослей и двумя видами синих бактерий, что было установлено в серии лабораторных экспериментов.
Скорость усвоения питательных веществ функциональными группами подводных организмов различна.
Крупные, волосистые водоросли.
Газонные водоросли и подводные синие бактерии Lyngbya majuscula имели самую высокую скорость поглощения биомассы на единицу площади, в то время как скорость поглощения биомассы у коралла Madracis mirabilis была самой низкой.
Сопоставив скорость поглощения питательных веществ с биомассой каждой функциональной группы на рифе, мы подсчитали, что аммоний и фосфаты, переносимые в процессе стока, в основном поглощаются газоновыми водорослями и двумя крупными видами водорослей — пятнистой листовой офорой и Dictyota pulchella.
Наши результаты подтверждают предположение, которое обычно выдвигается, но редко проверяется, о том, что газонные водоросли и крупные водоросли-оппортунисты получают наибольшую пользу от питания, предоставляемого коралловым рифам.
Исследование проводилось весной (с марта по июнь).
В 2012 и 2013 годах край рифа буя «№ 0» на исследовательском участке на подветренной стороне острова Кюрасао, южная часть Карибского моря (12°7′29.07″N, 68°58′22.92″W; ).
Место проведения исследования находится примерно в 500 м от входа в залив Пискадера (12°7′21.42″N, 68°58′12.52″W), полукруглый район.
В закрытые и практически нормальные заливы поступают питательные вещества из аварийных разливов, вызванных жителями прибрежных районов и очистными сооружениями.
В ходе нашего исследования мы наблюдали осадки на буе 0 примерно каждую секунду, как в 2012, так и в 2013 году.
Среднее количество осадков составляет 4,17±0,61 мм и 4,64±0,70±мм 24±ч (±стандартная ошибка среднего) соответственно.
В параллельном исследовании, проведенном в Ден Хаане на основе измерений световых проб на глубинах 5 и 20 м, была оценена численность подводного сообщества буя 0.
На мелководье (глубина 5–2009 м)
Подводное сообщество буя № 0 в основном состоит из газонных водорослей (покрытие: 44%).
Белый пляж (28%)
Перемежается с голубыми бактериальными матами на морском дне (11%), твердыми кораллами (7%).
И крупные водоросли (6%; в основном).
Это самый богатый по видовому составу коралловый риф в этих мелководных районах, занимающий общую площадь 2,5%.
Синие бактериальные очаги в основном представлены видами ;
В месте проведения исследования мы не обнаружили защитной мембраны для подводных евгенических водорослей.
В глубокой воде (глубина 20–2009 м)
Подводные сообщества, состоящие из крупных водорослей (43%; в основном и ), твердых кораллов (
17%, из которых 1,3%), белый песок (12%), дерновые водоросли (10%)
И синий бактериальный мат (9%).
Биомасса (наземная)
(Г сухой массы на метр в рифовой зоне)
Указанное выше количество видов на коралловых рифах рассчитывается путем увеличения площади, занимаемой коралловыми рифами (т.е.
(Из Ден Хаана)
Принимая во внимание сухой вес единицы площади, «плотность площади»
Не путайте плотность населения с нм).
Плотность поверхности вида определяется как плотность вида, сухой вес которого покрывает нижнюю поверхность каждого метра, с учетом месячной...
Структура жизни на рифах и коралловых рифах.
Для оценки плотности каждой крупной водоросли на единицу площади мы взяли 25 образцов (0,25 × 2009 м²).
Участки разных размеров, видов и .
Затем крупные водоросли собирают со стороны образца, вручную очищают от прикрепившихся организмов и мусора и сушат при температуре 60 °C в течение как минимум 3 дней для определения их сухого веса.
После количественной оценки их покрытия в образце с помощью изображения j, коэффициент пересчета связывает сухой вес водорослей с их покрытием на фотографии.
Можно выделить четыре группы.
Путем разрезания 35 пластиковых бутылок, инкубированных в течение 6 недель на глубину 5 недель и толщиной 20 мкм, был получен аналогичный коэффициент пересчета для газонных водорослей.
Более подробную информацию о том, как мы собираем водоросли на газонах, см. в разделе «Биологический сбор со дна моря» ниже.
Каждый образец фотографируется для измерения степени покрытия газона водорослями (
Аналогично вышеизложенному)
После этого водоросли с газона соскребли с пластика и заморозили.
Заморозьте и высушите в сушилке Scanvac CoolSafe (
Наука Б. Скала. В.
Иде (Нидерланды)
Определите их сухой вес.
Следуя методу Янтцена, мы умножаем 1 на сухой вес водорослей на газоне.
Учитывая, что реальная поверхность кораллового рифа на местности гораздо сложнее, чем пластиковая полоска, на которой мы брали образцы водорослей.
Синие бактериальные подушечки и прикрепленные к ним отложения были собраны из 10 образцов на глубине 5 и 20 мкм. 01 или 0.
04 м помещен на песок, покрытый 100% синими водорослями, с помощью шприца Terumo объемом 50 мл (
Турумо, Европа (Лёвен, Бельгия).
Синие бактерии заморожены.
Заморозьте и высушите с помощью Scanvac CoolSafe-
Используйте печь с камерой рециркуляции воздуха для сушки и обжига при температуре 450 °C в течение 4 часов.
Серный пластик, Linggu, Великобритания)
Следовательно, плотность их поверхности можно рассчитать на основе разницы в весе между исходными образцами.
Синие бактерии с частицами осадка)
И образцы для сжигания (
Только частицы осадка).
Большинство синих бактерий на плавающем теле № 0 обитают на плоских песчаных отложениях с простой двумерной структурой.
Для оценки плотности поверхности твердых кораллов мы сначала оценили покрытие всех основных видов кораллов на глубинах 5 и 20 м с использованием CPCe, как описано в предыдущем абзаце.
Для каждого обнаруженного коралла мы умножаем процент его покрытия на 2D-3D-
Коэффициент преобразования D (
Таблица 2 Холмса)
На основе морфологии изучаемых видов кораллов определяется площадь кораллового рифа на метр для каждого вида кораллов.
Затем мы умножаем данные на количество видов.
Коэффициент преобразования удельной площади поверхности в биомассу, предоставленный Хардтом (см. Таблицу 5.1 в работе Хардта).
Узнайте биомассу каждого вида на метр рифа.
На основе обобщения данных о биологической морфологии всех основных видов кораллов в точке 0 была получена общая биомасса коралловых рифов на метр.
Наконец, чтобы получить плотность поверхности всех твердых кораллов, мы разделили общую биомассу кораллов на метр коралловых рифов на общую площадь покрытия всех кораллов на коралловых рифах.
Вода собирается с глубин 5, 10 и 20 кубических метров, примерно на 10 см выше склона рифа, с использованием 5.
3 литра пробирок из оргстекла.
Поскольку предыдущие измерения показывают, что концентрация растворенных питательных веществ в буе 0 равномерна в верхних 20 мкм водной толщи, мы будем исследовать глубины 5, 10 и 20 мкм.
Впоследствии из смешанной воды были отобраны три образца воды (
Длина ветки около 5 см.
Шесть видов крупных водорослей (видов)
(Глубина всего 5 м), , (
(Глубина всего 5 м), (
(Глубина всего 20 метров), (
Глубина всего 20 метров.
Две синие бактерии на морском дне (виды (
Всего 5 м в глубину) и ) и водоросли, покрывающие дерн.
Водоросли, растущие на газонах, не собирают непосредственно с коралловых рифов, поскольку соскабливание их с поверхности скалы может повредить их ткани.
Напротив, газонные водоросли растут на внешней стороне 1.
Квадратная пластиковая бутылка (
Компания Fiji Water, Калифорния, Соединенные Штаты Америки)
В клетках, огороженных проволочной сеткой, толщиной 1 метр (
Водоросли на сетчатом газоне 0. 20u2009±u20090. 01; 5. 78u2009±u20090. 37; spp. 0. 46u2009±u20090. 06; 0. 39u2009±u20090. 01; spp. 0. 24u2009±u20090. 02; 0. 34u2009±u20090. 01; spp. 0. 48u2009±u20090. 05; 0. 31u2009±u20090. 02.
Поскольку это кальциевая водоросль, её сухой вес выше, чем у других морских водорослей.
В идеале мы бы хотели воспроизвести концентрации питательных веществ, обнаруженные нами в осадочном шлейфе кораллового рифа ().
Однако, когда мы начинали наши лабораторные эксперименты, у нас еще не было данных о питательной ценности осадочного шлейфа.
Поэтому мы выбрали следующие пять вариантов питательной обработки (конечные концентрации):
На основе ранних экспериментов по питанию коралловых рифов: (1) низкая концентрация NH (5 × 2009 мкМ) и (2) высокая концентрация NH (50 × 2009 мкМ)
NHCl добавляется в отфильтрованную природную морскую воду для обработки; (3) высокая концентрация NO (25–2009 мкМ)
Добавление нанообработки; (4) низкая PO (0,88–0,09 мкМ) и (5) высокая PO (1,75–0,09 мкМ)
Лечение путем добавления КГПО.
Эти концентрации питательных веществ отражают, по меньшей мере, естественное увеличение концентрации питательных веществ во время стока (например,
Лапуант и Коста (с указанием источников).
Для каждого метода лечения с помощью питания существует база данных по питанию (т.е.
Один из пяти вышеперечисленных методов лечения с помощью питания)
Это в другом 25-м номере.
В тот же день был проведен эксперимент по поглощению питательных веществ из литра пластиковых контейнеров.
Для обработки каждого растения и каждого питательного раствора мы использовали десять стеклянных банок.
Каждый раз, когда мы проводили эксперимент по поглощению питательных веществ, мы использовали только один вид с глубины 5 или 20 мкм, и применялся только один из пяти вариантов обработки питательными веществами (т.е.
Мы проводим эксперименты по усвоению питательных веществ один раз в день.
Виды, которые мы собираемся исследовать, помещены в 9 из 10 стеклянных банок.
N = rw9 для каждого варианта питания)
Десятый резервуар используется в качестве контрольного, чтобы гарантировать, что концентрация питательных веществ остается неизменной в отсутствие подводных организмов.
Для экспериментов с использованием газонных водорослей в контрольный стеклянный сосуд добавляли чистую пластиковую полоску, чтобы проверить, влияет ли пластик, из которого размножаются газонные водоросли, на концентрацию питательных веществ в сосуде.
Поскольку концентрация питательных веществ оставалась неизменной во всех контрольных образцах, наблюдаемые изменения концентрации питательных веществ в ходе эксперимента были отнесены к организму, помещенному в банку.
В большой аквариум (80х40х20 см) помещено десять стеклянных банок.
Уровень воды в аквариуме слишком низок, чтобы поместить образцы в банку, но циркуляция свежей морской воды гарантирует, что все образцы прошли через температурный режим, аналогичный режиму кораллового рифа (27–29°C).
Используйте Vibra для надувания каждой банки отдельно.
Аквариумный воздушный насос на 2 или 3 персоны (
Продукция для домашних животных Blue Ribbon, Нью-Йорк, США)
Оборудован 0.
Фильтр с верхней пластиной 22 мкм для минимизации потенциального загрязнения воздуха.
В ходе эксперимента по впитыванию легкое бурление воды обеспечивает постоянное движение воды в банке.
Десять прожекторов мощностью 50 Вт каждый обеспечивают постоянную интенсивность света 200 мкмоль фотонов/мс с использованием LI-
Регистратор данных 1000 (LI-
Линкольн, Линкольн, Соединенные Штаты Америки)
Это аналогично условиям освещения, измеренным на нашем участке исследования на глубине 20 м в солнечный день.
Этого количества света достаточно (почти).
Насыщенные световые условия были характерны для всех видов, участвовавших в нашем исследовании, за исключением условий фотосинтеза.
Радиусная кривая (nu2009=u20095) создана.
Таким образом, десяти световых точек, используемых в лабораторных экспериментах по поглощению питательных веществ, должно быть достаточно для большинства организмов, собранных на глубине 5 и 20 метров.
Кораллы являются исключением, поскольку скорость их фотосинтеза по-прежнему увеличивается почти линейно с интенсивностью излучения 200 мкмоль фотонов/мс и при высокой интенсивности излучения выше 800 мкмоль мкмоль фотонов/мс.
Скорость поглощения NH и PO определялась по снижению концентрации NH и PO в каждой банке с течением времени. Таким образом,
Метод, называемый «методом восстановления», является простым и эффективным способом.
Разработаны методы для крупных водорослей, кораллов и даже водорослей, преимущество которых заключается в возможности быстрого определения скорости поглощения при различных концентрациях внешних питательных веществ.
Первую пробу воды взяли до того, как поместить организм в банку.
После добавления микроорганизма через определенные промежутки времени отбирали пробы воды объемом 5 мл.
В экспериментах по поглощению аммиака пробы воды отбирались через 10, 20, 30, 60 и 120 минут.
В эксперименте по определению содержания PO в воде пробы отбирались через 10, 20, 30, 40, 50 и 60 минут, и предел обнаружения PO часто достигался в это время.
Пробы воды отбирались в ходе экспериментов по поглощению NH или PO и немедленно фильтровались через фильтр 0.
Стерильный верхний пластинчатый фильтр с размером пор 22 мкм (
Палл, Нью-Йорк, США)
Упаковано в полиэтиленовые флаконы объемом 6 мл (
MA, PerkinElmer, Соединенные Штаты Америки).
Согласно данным компаний The Hommes и Murphy & Riley, содержание NH и PO в пробах воды анализировалось немедленно с помощью визуального спектрометра T60.
Wibtoft PG instruments, Великобритания).
По окончании эксперимента по культивированию быстро промойте водоросли и синие бактерии дистиллированной водой и храните их в предварительно подготовленных условиях.
Взвешивание алюминиевой фольги при -20 °C
Образец был заморожен.
Высушите в течение ночи в сушилке для заморозки Scanvac CoolSafe.
Наука Б. Скала. В.
Иде (Нидерланды)
Определите их сухой вес.
По мнению Хардта, общая сухая масса всех живых тканей определяется приблизительно по их площади поверхности.
Максимальная скорость поглощения NH и PO (V)
Общее количество потребленной пищи на один вид рассчитывается на основе первых 10 минут (т.е., tu2009−u2009t).
И выражено в мкмоль г сухой массы ч.
Значение V рассчитывается только на основе экспериментов по усвоению питательных веществ с использованием высокой начальной концентрации питательных веществ (например, 50 мкМ NH или 1,75 мкМ PO).
V среди всех изученных видов обусловлено сохранением самой высокой начальной концентрации питательных веществ.
На острове Курасау у нас не было возможности измерить поглощение NO светимостью, поскольку нам не хватало кадмия, хлорида титана и аммиака для необходимого анализа восстановления NO.
Следовательно, скорость поглощения NO определяли путем добавления стабильного изотопа N к инкубационному периоду в 2 часа.
В начале каждой инкубации добавляли 25 мкм NaNO (
98 ат. %, Sigma Aldrich, Звейндрехт, Нидерланды)
Наночастицы добавляли в девять стеклянных аквариумов с подводными организмами, а десятый стеклянный аквариум использовали в качестве контрольного, выведя соответствующие организмы без добавления наночастиц.
Концентрация азота в контрольных организмах используется в качестве эталона для определения концентрации азота в биологическом фоне (т.е.
(Контрольный образец).
Через 2 часа после вылупления сухая масса кораллов, водорослей и синих бактерий была аналогична оценке, полученной в ходе экспериментов по поглощению NH и PO (см. выше).
Содержание ΔN в образце ткани определяли методом масс-спектрометрии изотопных соотношений Δplus по методу Финнигана (Бремен, Германия).
Элементный анализатор Flash 1112, подключенный к прибору Carlo Erba (Милан, Италия).
Измельчите образцы водорослей в порошок и поместите их в оловянные капсулы.
Размер: 12х6х6 мм)
Свернуты в небольшие шарики.
Оксид азота (NO) может поглощаться кораллами, но не животными.
Для анализа скорости поглощения NO коралловыми червями, коралловую ткань отделяли от нижележащего скелета с помощью зубной щетки и помещали в пробирку объемом 15 мл, содержащую отфильтрованную морскую воду (Whatman GF/F).
Дважды центрифугируйте в центрифуге EBA 21 при 4000 об/мин в течение 20 минут.
(БХ, лаборатория Хетиха, Германия)
Сосредоточьте количество кордицепса на дне пробирки.
Перелейте жидкость из трубки и фильтра в предварительно отфильтрованный фильтр Whatman GF/F.
Используйте печь с камерой рециркуляции воздуха для обжига в течение 4 часов при температуре 450 °C.
Серный пластик, Linggu, Великобритания)
И хранить при температуре не менее 3 дней при температуре 20 °C перед сушкой методом замораживания.
Потому что фильтр Whatman GF/F, содержащий гусеницы злаковых жуков, упакован непосредственно в оловянные капсулы и измельчен в мелкие частицы. Порошок (
Водоросли и синие бактерии) или фильтр (зооксантеллы)
Взвешивание в оловянных капсулах, определение содержания ΔN (в ‰)
Количественно выражается как: где — изотопное отношение N/N образца, — изотопное отношение атмосферного азота (т. е. , u2009=u20090. 0036765).
Калибровка измерений ΔN по лабораторному стандарту мочевины (δNu2009=u2009−40,81‰)
И кетон (δNu2009=u20091,3‰).
Уровень охвата отсутствует (
DW ч в Мю моль N г)
Содержание азота в каждом виде рассчитывается следующим образом: где — содержание азота в ткани (в ммоль N г сухой массы)
ΔN — это ΔN от N-
В обогащенных образцах ΔN — это ΔN контрольного образца, представляющее собой атомную концентрацию (ат. %).
Мы поставляем азот в виде нитратного импульса.
Рассчитайте V NO, разделив V в уравнении 2 на два часа, и представьте результат в мкмоль·г сухой массы·ч.
Скорость поглощения NH и PO (V)
В зависимости от концентрации питательных веществ в среде.
Поскольку концентрация питательных веществ изменялась в ходе эксперимента по абсорбции, мы решили использовать три последовательные временные точки для расчета скользящего среднего концентрации питательных веществ, чтобы подавить шум измерений в данных о питательных веществах (например,
Концентрация питательных веществ в момент времени T рассчитывается по формуле ([t]+u2009[t]+u2009[t]/3).
Если всасывание питательных веществ в организме происходит в обоих направлениях, то начальная скорость всасывания питательных веществ (импульсное всасывание)
Первые 10 минут эксперимента были исключены из данного анализа.
Кроме того, отрицательная скорость усвоения питательных веществ (
Получено при периодическом повышении концентрации питательных веществ в экспериментах по абсорбции.
Он также был исключен из анализа.
Рассчитанные виды и питательные вещества
Удельные показатели поглощения используются для оценки того, как различные члены сообщества кораллового рифа используют питательные вещества, поступающие в виде импульсов питательных веществ, создаваемых своего рода «занавесом».
Поглощение питательных веществ сообществами коралловых рифов, состоящими из видов, может быть описано следующими дифференциальными уравнениями: где — концентрация питательных веществ в потоке питательных веществ, — общее количество питательных веществ в данном виде, () — биомасса.
Удельная скорость поглощения питательных веществ данным видом зависит от концентрации питательных веществ в окружающей среде, биомассы вида и скорости снижения концентрации питательных веществ в шлейфе в результате других процессов (например,
(Смешано с открытой морской водой, содержит антиазот).
Поскольку измерить динамику поглощения питательных веществ всеми видами не представляется возможным, мы предполагаем, что показатели поглощения питательных веществ всеми твердыми кораллами на нашем участке исследования являются репрезентативными.
Аналогичным образом, мы предполагаем среднюю скорость поглощения видами.
И представьте скорость поглощения синими бактериальными подушечками на глубине 5 м на нашем исследовательском участке, а представьте скорость поглощения синими бактериальными подушечками на глубине 20 м (т. е., spp.
На глубине 5 кубических метров (CUCM) на нашем исследовательском участке этого не произошло.
Если скорость поглощения питательных веществ данным видом линейно зависит от концентрации питательных веществ в окружающей среде (т. е. , ()=u2009)
Дифференциальные уравнения (3)
Проблема может быть решена путем снижения концентрации питательных веществ во временной среде: где — начальная концентрация питательных веществ в потоке питательных веществ.
Каждый вид, получающий питательные вещества, является дальнейшим уравнением (5) в уравнении (4)
И последующее интегрирование, которое приводит к: где — начальное количество питательных веществ в ткани вида. Уравнение (6)
Показать небольшой процент по каждому виду /(Σu2009+u2009)
Питательные вещества передаются импульсным путем.
Следовательно, виды с большей биомассой и/или более высокими показателями поглощения питательных веществ получат большую долю общего поступления питательных веществ.
Для нашего исследовательского участка величина параметров неизвестна.
Следовательно, мы не можем точно оценить, какая часть питательных веществ в осадочном шлейфе исчезает в открытом океане, а какая поглощается планктоном.
Однако, исходя из измеренной скорости поглощения питательных веществ и биомассы изученных видов, мы можем рассчитать долю/σ, указывающую на долю питательных веществ, поглощенных различными членами сообщества кораллового рифа на нашем исследовательском участке. Два-
Пример студенческих тестов (
Тесты на равенство дисперсий) или тесты Уэлча (
(При неравной дисперсии)
Используется для проверки того, отличается ли концентрация питательных веществ в обычной морской воде после сильных дождей от концентрации в осадочном шлейфе.
Мы подали заявки на две.
Проверьте максимальную скорость усвоения питательных веществ (V).
Разные виды и разная глубина
Происхождение видов (т.е.
Для изучения влияния глубины на V мы включили в исследование только существ, обитающих на рифах на глубине 5 и 20 м.
Данные представлены в логарифмическом масштабе.
Если это улучшает однородность дисперсии, она преобразуется, что проверяется с помощью теста Левена. Последующий анализ
Специальное сравнение этих средних значений основано на критерии HSD Тьюки с уровнем значимости (α) 0,05.
Скорость усвоения питательных веществ может иметь двусторонний характер: после внесения питательных веществ наблюдается максимальное усвоение, а затем скорость усвоения снижается.
Мы проверили наличие этой биполярной модели, определив скорость усвоения питательных веществ в течение первых 10 минут эксперимента (интервал времени t).
Значительно выше, чем скорость поглощения в следующие 10 минут (временной интервал t).
Использование парных тестов.
Для проверки того, увеличивается ли скорость усвоения питательных веществ значительно по мере повышения концентрации питательных веществ в окружающей среде, использовалась линейная регрессия.
Использование критерия Шапиро для оценки нормальности распределения и дисперсии остаточных значений в регрессионном анализе. Критерий Уилка (αu2009=u20090,05).
Путем визуального осмотра остатков соответственно. Метод Шапиро-
Тест Вилка показывает, что распределение остаточных значений почти во всех случаях соответствует предположению о нормальном распределении.
Единственное исключение составляет показатель потребления PO, и все точки данных, кроме одной (), находятся вблизи линии регрессии.
Нормативно-правовая проверка прошла успешно после удаления этой точки данных, но мы решили оставить её, поскольку линейная регрессия часто очень устойчива к отклонениям от нормального распределения, и нет веских причин удалять именно эту точку в качестве исключения.
Визуальный осмотр показал, что большинство остаточных значений соответствовали общепринятому предположению о линейной регрессии, но с увеличением концентрации NH и увеличением размера остаточных значений газонных водорослей ().
Однако мы не изменяли скорость поглощения NH₄⁺ газонными водорослями для повышения однородности, поскольку другие регрессии в этих параметрах не показывают признаков вариации, поэтому мы предпочитаем применять один и тот же статистический анализ ко всем видам.