海岸线后退热岩溶塌陷对苔原湖影响的确定

海岸线后退热岩溶塌陷对苔原湖影响的确定

用Fibox 3 LCD trace测量生物需氧量

北极高地的永久冻土温度一直在上升，导致活动层加深，热岩溶活动增加。永久冻土退化通常直接发生在湖泊附近，与湖泊环境的陆地输入有关。这项研究使用了原位中尺度方法来确定永久冻土退化对食物网基础成分的潜在影响。不同数量的永久冻土相关沉积物被添加到安装在未受干扰的北冰洋湖泊中的中尺度中，从而模拟永久冻土退化和陆地输入。在一个开放水域季节，每周使用Fibox 3 trace微量氧计和化学光学传感器测量远洋和海底环境中的生物需氧量。研究发现，无论处理如何，初级生产总值（GPP）都是这些系统食物网的碳源。与未经处理的对照围栏相比，在高泥沙处理中，远洋区的GPP降低了70%。底栖性GPP没有显著变化。

北极高地的永久冻土温度一直在上升，导致活动层加深，热岩溶活动增加。与湖泊直接相邻的永久冻土退化与湖泊环境的陆地输入有关。这些输入被正式称为海岸线退行性热岩溶塌陷（SRTS），与全球北部地区永久冻土湖泊的化学和生物参数变化有关。对位于麦肯齐三角洲高地的湖泊进行的大量天气学研究表明，该地区湖泊的坍塌与浊度和水色、水柱营养物质可用性的总体下降以及许多生物差异有关，包括坍塌湖泊中大型植物生物量的增加（图2）。为了进一步了解在扰动湖泊中观察到的转变的潜在机制，我们进行了一项原位中尺度实验，其中的处理包括不同体积的沉积物添加。实验在一个未受干扰的麦肯齐三角洲高地湖中进行，由12个1米见方的中尺度组成，安装在1米深：三个沉积物添加水平中的每一个都有三个重复，再加上三个没有添加的对照（图1）。添加的沉积物来源于大约一公里外受SRTS影响的湖泊。Mesocosms在春季给药，并在开放水域生长季节（6月初至9月中旬）进行监测。我们每周对水化学、底栖和中上层环境中的初级和细菌生产以及浮游动物群落结构和生物量进行采样。初级生产力是通过在光和暗瓶实验中测量BOD来确定的。因此，应用光学传感器技术开发了一种创新的明暗瓶测量系统。通过将光学传感器点粘在瓶子内部，可以原位测量非常低水平的氧气浓度。光纤测量系统非常适合在野外进行氧气监测。我们的兴趣集中在中上层和海底环境中的细菌生产和初级生产，因为它们是食物网的基本组成部分，也是更高营养水平的碳源。随着永久冻土相关沉积物的增加，这些成分的变化可能表明SRTS是如何影响Arcitc湖泊的。此外，这项研究可能有助于确定SRTS是否会影响永久冻土湖泊的碳预算，这些湖泊是全球范围内的一个巨大潜在碳源。

图1：麦肯齐三角洲高地上典型苔原湖1米深的中尺度结构。

图2：西北地区麦肯齐三角洲高地受退行性融滑影响的湖泊和未受影响的湖泊之间的对比。引人注目的对比是清澈的海水和坍塌湖泊中大型植物的优势（图片由梅根·汤普森拍摄）。

BOD实验

使用BOD孵育评估初级生产力，该孵育包括在给定孵育期之前和之后测量光瓶和暗瓶中的水样的氧浓度。BOD实验通常在实验室进行，涉及滴定等可能繁琐的技术，而我们的实验需要在现场进行，因为实验处理会影响水的光学性质，从而影响结果。因此，使用基于optrode的系统（由PreSense提供的Fibox 3 LCD trace）来测量氧浓度。光学氧传感器根据荧光猝灭原理工作，其中猝灭程度与氧的分压相关。与传统的氧气方法相比，该系统具有许多优点，特别是能够在没有化学品的情况下实时进行准确的低水平测量。这也允许较短的潜伏期，减少了对潜伏期内集装箱内社区转移的担忧。远洋区的BOD实验在浅色和深色瓶子中进行，而在海底环境中使用直径约20厘米的浅色和深色管道（图3）。将用于微量氧气测量的传感器点粘在瓶子内部，并用Fibox 3 LCD trace读取其信号。用放射性标记的亮氨酸评估细菌产生。

图3：用于生物需氧量培养的光瓶和暗瓶。

现场实验结果

结果表明，无论沉积物处理如何，远洋区的初级生产力都是这些系统的主要碳源，超过细菌产量两个数量级。沉积物处理与中上层区初级总产量的减少有关，而海底生物没有发现显著差异。浮游区的细菌产量减少，但海底生物的细菌产量增加了500%。对浮游动物数据的分析表明，浮游初级生产力的下降是由于枝角类的放牧压力增加，而枝角类也随着沉积物处理而增加。

结论

通过用Fibox 3 LCD trace测量BOD来确定初级生产力，允许进行现场分析，从而保证了实际条件。光学传感器技术被证明是这些实验的理想工具，可以在低氧浓度下进行正确的测量。结果表明，至少在坍塌的初始阶段，热岩溶坍塌是富集的来源。尽管迄今为止的许多研究都集中在凹陷和未聚集湖泊的物理化学转变上，但这项研究表明，营养相互作用可能在观察到的湖泊类型之间的对比中发挥着重要作用。然而，我们的研究结果并不表明，这些湖泊作为二氧化碳来源的地位会因热岩溶塌陷的增加而改变。然而，需要注意的是，该实验仅代表变革过程的初始阶段，计划进行长期实验以更好地解决这些问题。