Benticko-pelagická vazba - Benthic-pelagic coupling

Benticko-pelagická vazba jsou procesy, které spojují bentická zóna a pelagická zóna prostřednictvím výměny energie, hmoty nebo živin. Tyto procesy hrají významnou roli ve sladkovodních i mořských ekosystémech a jsou ovlivňovány řadou chemických, biologických a fyzikálních sil, které jsou zásadní pro funkce od cyklování živin po přenos energie v potravinových sítích.[1]

Popis

Bentické a pelagické zóny jsou vzájemně propojeny prostřednictvím výměny živin (dusík, fosfor a křemičitany) ze sedimentu, které napomáhají primární produkci fytoplanktonu ve vodním sloupci, což zase poskytuje organický substrát pro regeneraci v sedimentech mikroby a makrofaunami.[2] Tyto výměny mají sezónní variabilitu, protože se mění teplota a světelné podmínky, které ovlivňují primární produkci a vzory sedimentace. Akumulace živin v zimních měsících má obecně za následek silný vrchol produkce fytoplanktonu na jaře, následovaný vrcholem v sedimentace. V létě je pelagická recyklace primární produkce efektivnější a sedimentace obecně nižší. [3]

Hloubka vodního ekosystému je klíčovým faktorem pro benticko-pelagické výměny, protože určuje blízkost a stupeň interakcí mezi těmito dvěma prostředími. Spojení je silnější v mělkých vodách, například v jezerech a v pobřežních oblastech, protože primární produktivita je obecně vyšší v těchto oblastech, kde se na dno může dostat větší množství čerstvé organické hmoty buď z fotosyntézy, nebo z fekálií, které podporují bentickou faunu, což zase remineralizovat a dýchat organickou hmotu, která dodává základní živiny pro primární produkci na povrchu. Stratifikace vodního sloupce, ať už teplotou nebo slaností, také reguluje stupeň výměny mezi bentickými a pelagickými stanovišti.[4]

Koncentrace kyslíku a biologické interakce, jako je predace a konkurence, ovlivní také strukturu bentického společenství a biomasu. Například bentická makrofauna, jako jsou mnohoštětinatci a mlži, jsou důležitými zdroji potravy pro ryby žijící při dně, včetně komerčně významných druhů, jako jsou platýsy a tresky. [3]

Mechanismy

Hnutí organismu

Diel vertikální migrace (DVM) ryb, zooplanktonu a větších bezobratlých, jako jsou hlavonožci a medúzy, z povrchu na dno mohou přenášet živiny a suť z pelagické zóny do bentos.[5] Zooplankton například vertikálně přenáší předměty, jako je organický uhlík, živiny, paraziti a potravinové zdroje, přes celý vodní sloupec.[6] Částice (fekální pelety) a rozpuštěný organický uhlík produkovaný těmito organismy ve vodním sloupci tvoří mořský sníh, který podporuje mikrobiální produkci na bentosu v tzv.biologické čerpadlo.'[7]

Tyto denní migrace probíhají podél vertikálního gradientu, kdy pohyby jsou obvykle dolů ve dne a nahoru v noci v reakci na několik faktorů, jako je vyhýbání se predátorům,[8] dostupnost jídla,[9] a intenzita světla. [4]

Při benticko-pelagickém spojení hraje roli také pohyb poháněný fázemi životní historie a stravovacími návyky. Mnoho vodních organismů žije v pelagických i bentických stadiích života, jako je například bentická makrofauna, která má pelagické larvální stádia, než se usadí na sedimentu.[10] Organismy, které v rámci své životní historie zabírají jak bentická, tak pelagická stanoviště, pomáhají udržovat dospělé populace a strukturu komunity a slouží jako vstupy nezbytné pro ekologické interakce, jako je predace, konkurence a parazitismus. [4]

Organismy žijící v sedimentech se také podílejí na benticko-pelagickém spojení tím, že naruší sediment, aby se živil organickými látkami zachycenými mezi zrny sedimentu nebo aby se skryl před predátory. Toto je známé jako bioturbace, který stimuluje mineralizaci organických látek a uvolňování živin (Hansen et al. 1998; Lohrer et al. 2004; D’Andrea a DeWitt 2009), čímž ovlivňuje růst fytoplanktonu v pelagické zóně (Welsh 2003). Bioturbace makrofaunou ovlivňuje propustnost sedimentů a obsah vody, destabilizuje chemické přechody, subdukuje organickou hmotu a ovlivňuje rychlost remineralizace a tok anorganických živin.[11]

Společně jsou tyto výsledky zásadní pro produktivitu stanovišť a celkovou funkci ekosystému.[4]

Trofické interakce

To, jak organismy interagují, také určí stupeň benticko-pelagické vazby. Tyto interakce se budou lišit do značné míry podle zúčastněných druhů. Ve sladkovodních i mořských ekosystémech existují bentické organismy, které loví jak ryby žijící při dně, tak pelagické ryby během různých životních stádií. Bentické organismy mohou také lovit pelagické druhy. Bentická krmítka, jako jsou mlži, mohou vyvíjet značný pastevní tlak na fytoplankton a mikrozooplankton.[12] Bentická a pelagická fauna tedy může působit jako vazební stanoviště tím, že spotřebovává zdroje pocházející buď z vodního sloupce, nebo z usazenin.[4]

Na skalnatých přílivových březích ovlivňují účinky příbřežních proudů na fytoplankton a propagule mořských hvězd strukturu bentické komunity mušlí a tlak predace mořskými hvězdami.[13]

Detritivores obývající bentické oblasti získávají energii z potopení pelagického detritu a poté jsou spotřebováni buď bentickými nebo pelagickými predátory, což má dopad na strukturu komunity.[4]

Bentické a pelagické domény jsou dále spojeny pelagickými predátory, jako jsou tuňáci a mečouni, kteří se živí i zdroji žijícími při dně, zatímco pelagické kořisti, jako jsou sardinky a ančovičky, mohou živit dnové predátory.[14]

Biogeochemické cyklování

Bentické biogeochemické procesy jsou v zásadě řízeny pelagickými procesy, které jsou poháněny depozicí pelagického materiálu (např. Organické hmoty, uhličitanu vápenatého). V reakci na to sedimenty přeměňují uložený materiál (například degradací a rozpouštěním) zpět na živiny dostupné pro absorpci ve vodním sloupci.[4] Část těchto produktů je k dispozici pro produkci bakterií a fytoplanktonu, které se nakonec mohou potopit na mořské dno, aby znovu podpořily bentické komunity.[15]

Antropogenní dopady a dopady změny klimatu

Antropogenní tlaky regulují benticko-pelagické vazby přímo a nepřímo prostřednictvím jejich účinků na fyzické (např. Slanost, kyslík, teplota) a biologické (např. Druhy, společenstva, funkční vlastnosti) složky ekosystémů. V pobřežních a ústí říčních ekosystémech bylo prokázáno, že změna klimatu, zatížení živinami a rybolov mají přímé účinky na benticko-pelagické propojení s jasnými důsledky pro fungování ekosystému. Například zvýšené teploty vody v zátoce Narragansett způsobily posuny v načasování a pokles velikosti květů fytoplanktonu. To snížilo ukládání organického materiálu do bentosu a nakonec snížilo uvolňování anorganických živin ze sedimentu.[16][4]

Předpokládané změny živin a slanosti by mohly mít negativní dopad na distribuci a produktivitu slávek a snížit jejich roli v benticko-pelagické výměně.[17] Celkově vede eutrofizace ke zvýšení biomasy a květů fytoplanktonu, ke změně struktury společenstva fytoplanktonu a ke snížení primární produkce bentických látek. [4]

Viz také

Reference

  1. ^ Griffiths, JR (leden 2017). „Význam benticko-pelagického propojení pro fungování mořského ekosystému v měnícím se světě“. Globální biologie změn. 23 (6): 2179–2196. Bibcode:2017GCBio..23.2179G. doi:10.1111 / gcb.13642. PMID  28132408.
  2. ^ Grenzx, Christian (květen 2000). „Dynamika koloběhu živin a související bentické toky živin a kyslíku během jarního květu fytoplanktonu v zátoce South San Francisco Bay (USA)“ (PDF). Série pokroku v ekologii moří. 197: 67–80. Bibcode:2000MEPS..197 ... 67G. doi:10 3354 / meps197067.
  3. ^ A b Ehrnsten, Eva (srpen 2019). „Benticko-pelagická vazba v pobřežních mořích - Modelování makrofunní biomasy a zpracování uhlíku v reakci na dodávky organické hmoty“. Journal of Marine Systems. 196: 36–47. Bibcode:2019JMS ... 196 ... 36E. doi:10.1016 / j.jmarsys.2019.04.003. hdl:10138/304447.
  4. ^ A b C d E F G h i Baustian, Melissa M. (říjen 2014). Propojení dna s vrcholem ve vodních ekosystémech: mechanismy a stresory benticko-pelagické vazby (PDF). Sdružení pro vědu o limnologii a oceánografii. p. 38–60.
  5. ^ Polis, Gary (1997). „Směrem k integraci ekologie krajiny a potravinářského webu: Dynamika prostorově dotovaných potravinářských webů."". Výroční přehled ekologie a systematiky. 28: 289–316. doi:10.1146 / annurev.ecolsys.28.1.289. hdl:1808/817. JSTOR  2952495.
  6. ^ Williamson, Craig E. (březen 1996). "Využití podpovrchových potravinových zdrojů pro reprodukci zooplanktonu: Důsledky pro dílčí teorii vertikální migrace". Limnologie a oceánografie. 41 (2): 224–233. Bibcode:1996LimOc..41..224W. doi:10.4319 / lo.1996.41.2.0224.
  7. ^ De La Rocha, Christina (březen 2007). „Faktory ovlivňující potopení POC a účinnost biologické uhlíkové pumpy“ (PDF). Deep Sea Research Část II: Aktuální studie v oceánografii. 54 (5–7): 639–658. Bibcode:2007DSRII..54..639D. doi:10.1016 / j.dsr2.2007.01.004.
  8. ^ Zaret, Thomas (listopad 1976). "Vertikální migrace v zooplanktonu jako mechanismus vyhýbání se predátorům". Limnologie a oceánografie. 21 (6): 804–813. Bibcode:1976LimOc..21..804Z. doi:10,4319 / lo.1976.21.6.0804.
  9. ^ Bollens, Stephen (1992). „Diel vertikální migrace v zooplanktonu: terénní důkazy na podporu hypotézy o vyhýbání se predátorům“. Hydrobiologia. 234: 33–39. doi:10.1007 / BF00010777.
  10. ^ Marcus, Nancu (1998). „Význam benticko-pelagického spojení a zapomenutá role životních cyklů v pobřežních vodních systémech“. Limnologie a oceánografie: 763–768. doi:10.4319 / lo.1998.43.5.0763.
  11. ^ Lohrer, Andrew (říjen 2004). „Bioturbátory zlepšují funkci ekosystému prostřednictvím složitých biogeochemických interakcí“. Příroda. 431 (7012): 1092–1095. Bibcode:2004 Natur.431.1092L. doi:10.1038 / nature03042. PMID  15470385.
  12. ^ Lonsdale, Darcy (2009). „Vliv mlžů krmících se suspenzí na pelagické potravní sítě mělkých pobřežních nájezdů“ (PDF). Vodní biologie. 6: 263–279. doi:10.3354 / ab00130.
  13. ^ Menge, Bruce A. (1997). „Benticko – pelagické vazby a skalní přílivové komunity: Účinky zdola nahoru na kontrolu shora dolů?“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 94 (26): 14530–14535. Bibcode:1997PNAS ... 9414530M. doi:10.1073 / pnas.94.26.14530. PMC  25044. PMID  9405647.
  14. ^ Agnetta, Davide (2019). „Benticko-pelagické propojení zprostředkovává interakce ve středomořském smíšeném rybolovu: přístup modelování ekosystémů“. PLOS ONE. 14 (1): e0210659. Bibcode:2019PLoSO..1410659A. doi:10.1371 / journal.pone.0210659. PMC  6333361. PMID  30645620.
  15. ^ Soetaert, K ​​(červenec 2000). "O propojení bentických a pelagických biogeochemických modelů". Recenze vědy o Zemi. 51 (1–4): 173–201. Bibcode:2000ESRv ... 51..173S. doi:10.1016 / S0012-8252 (00) 00004-0.
  16. ^ Fulweiler, R.W. (2009). „Odpovědi benticko-pelagické vazby na změnu klimatu v mírném ústí“. Eutrofizace v pobřežních ekosystémech. Vývoj v hydrobiologii. 207: 147–156. doi:10.1007/978-90-481-3385-7_13. ISBN  978-90-481-3384-0.
  17. ^ Kotta, Jonne (2015). "Navázání funkčních vztahů mezi abiotickým prostředím, pokrytím makrofytů, gradienty zdrojů a distribucí Mytilus trossulus v brakickém přílivovém prostředí “. PLOS ONE. 10 (8): e0136949. Bibcode:2015PLoSO..1036949K. doi:10.1371 / journal.pone.0136949. PMC  4552857. PMID  26317668.