方格星虫生物扰动在滩涂沉积物有机碳迁移过程中的作用分析

The tidal flat belongs to transitional ecosystem between the land and sea, and the organic carbon migration in sediment has important influence on carbon cycle in coastal area. Macrobenthos play a very important role in the physicochemical property and biological characteristics of sediment with their bioturbation, especially it has strong impact in the transport process of the organic carbon. The culturing of Sipunculus nudus in sediment increases annually, meanwhile, it has obvious ecological function of transporting organic matter from surface deep into bottom sediments, so S. nudus may play a role in the transfer process of organic carbon in sediment. However, the ecological effects of bioturbation by S. nudus in coastal area are unknown. .The primary aims of this study were to evaluate the bioturbation effects by S. nudus in the transportion patterns and releasing characteristic of organic carbon in sediment through field investigation, organism experiment and composite analysis. Based on the above experiments, the transport-function of S. nudus in the transport process of the organic carbon will be analyzed to provide the basis for the ecological study of S. nudus, meanwhile, the effect of intensity bioturbation on the organic carbon migration in sediment will be evaluated.

沿海滩涂属于陆地和海洋之间的过渡生态系统，其有机碳迁移在近海碳循环过程发挥着重要作用。底栖动物生物扰动会影响滩涂沉积物理化性质和生物特征，尤其对沉积物有机碳的迁移影响显著，大规模的滩涂增养殖对沉积物有机碳的影响更加明显。中国南海滩涂底栖种类—光裸方格星虫（又称方格星虫或沙虫）的增养殖规模逐年增加，由于方格星虫对表层沉积物具有明显的利用效果，其生物扰动可能在滩涂沉积物有机碳迁移过程中发挥重要作用。然而，目前国内外有关方格星虫对滩涂沉积物有机碳迁移影响的研究仍较为匮乏。.本项目拟以中国南海近岸重要的滩涂增养殖品种—光裸方格星虫为研究对象，通过沉积物调查研究、现场培养装置试验及生长实验相结合的方式，综合研究方格星虫生物扰动对沉积物有机碳迁移规律、有机碳释放和转化特征的影响，分析方格星虫生物扰动在沉积物有机碳迁移和转化过程中的作用，解析高强度生物扰动对滩涂沉积物有机碳迁移的影响。

底栖动物的生物扰动行为会影响滩涂沉积物的理化指标和生物特征，尤其对沉积物表层有机碳的迁移影响显著，大型底栖动物的规模化滩涂增养殖对沉积物有机碳的影响更加显著。我国滩涂特色增养殖种类方格星虫（Sipunculus nudus）的滩涂增养殖规模表现出增加的趋势，由于方格星虫对表层沉积物具有明显的利用效果和生态影响，其增养殖过程中的生物扰动可能在滩涂沉积物有机碳迁移过程中发挥重要作用。本项目以方格星虫为研究对象，通过沉积物调查研究、增养殖实验及培养试验相结合的方式，综合研究方格星虫增养殖对沉积物有机碳的迁移与释放的影响，分析方格星虫增养殖在沉积物有机碳迁移和转化过程中的作用。结果表明，1）方格星虫生物扰动对滩涂增养殖区沉积物有机质空间分布特征影响明显。方格星虫通过摄食、排泄、筑穴等行为向下迁移有机质，缓解沉积物表层的有机质积累，有利于沉积物-水界面的营养盐通量平衡。在滩涂增养殖区域，方格星虫对表层沙粒和有机质的迁移深度主要为20~30 cm。2）方格星虫生物扰动可以显著增加沉积物内的管道网络结构；在表层有机质含量较低的情况下，其扰动作用表现为水体“氮源”的作用。方格星虫密度越大，对底层沉积物的含氮物质释放作用越明显，并且随着密度增加，其个体扰动强度会由于空间或饵料竞争逐渐增强。3）16SrDNA数据表明，细菌群落组成会受到方格星虫从表面到底层生物扰动的影响。在方格星虫增养殖区潮滩的原核生物群落中，共检测到18个细菌门类，其中变形菌门和蓝菌门是优势门类。各属的相对丰度表明，样本中被分类为25个已知属，其中硫酸盐还原菌是优势属，其次是热脱硫菌科LCP-6，表明硫酸盐还原反应是沙质潮滩的主要地化过程。4）方格星虫的洞穴细窄，运动平缓和内部摄食排泄等因素是造成洞穴内部和周围沉积物细菌群落差异的主要原因。方格星虫生物扰动造成的氧气浓度、有机质含量、管道网络结构等因素的综合作用，是造成细菌群落中厌氧菌、好氧菌丰度变化的的重要因素。因此，方格星虫生物扰动对潮滩地区细菌群落组成的重塑具有重要作用，从而对沉积物中有机质的分解与转化具有重要作用。