Бенто-пелагическая связь
| Часть серии, посвященной |
| Бентическая жизнь |
|---|
 |
|
Бентос Бентическая зона Бентопелагическое ( сопряжение ) морское дно |
Бенто-пелагическое соединение — это процессы, которые соединяют донную зону и пелагическую зону посредством обмена энергией, массой или питательными веществами. Эти процессы играют важную роль как в пресноводных, так и в морских экосистемах и находятся под влиянием ряда химических, биологических и физических сил, которые имеют решающее значение для функционирования — от круговорота питательных веществ до передачи энергии в пищевых сетях. [ 1 ]
Описание
[ редактировать ]Бентическая и пелагическая зоны связаны между собой обменом питательных веществ (азота, фосфора и силикатов) из отложений, которые способствуют первичному производству фитопланктона в толще воды, что, в свою очередь, обеспечивает органический субстрат для регенерации в отложениях микробов и макрофауны. [ 2 ] Эти обмены имеют сезонную изменчивость, поскольку изменяются температурные и световые условия, которые приводят к изменению структуры первичной продукции и седиментации. Накопление питательных веществ в зимние месяцы обычно приводит к сильному пику производства фитопланктона весной, за которым следует пик седиментации . Летом пелагическая рециркуляция первичной продукции более эффективна, а седиментация в целом ниже. [ 3 ]
Глубина водной экосистемы является ключевым фактором бенто-пелагического обмена, поскольку она определяет близость и степень взаимодействия между двумя средами. Связь сильнее на мелководье, например, в озерах и прибрежных районах, поскольку первичная продуктивность обычно выше в этих районах, где большее количество свежего органического вещества, полученного в результате фотосинтеза или фекалий, может достигать дна и питать донную фауну, что, в свою очередь, реминерализовать и дышать органическими веществами, которые поставляют необходимые питательные вещества для первичного производства на поверхности. Стратификация толщи воды по температуре или солености также регулирует степень обмена между донными и пелагическими местообитаниями. [ 4 ]
Концентрация кислорода и биологические взаимодействия, такие как хищничество и конкуренция, также будут влиять на структуру и биомассу донных сообществ. Например, донная макрофауна, такая как полихеты и двустворчатые моллюски, является важным источником пищи для донных рыб, включая коммерчески важные виды, такие как камбала и треска. [ 3 ]
Механизмы
[ редактировать ]Движение организма
[ редактировать ]Суточные вертикальные миграции (ДВМ) рыб, зоопланктона и более крупных беспозвоночных, таких как головоногие моллюски и медузы, от поверхности ко дну могут переносить питательные вещества и детрит из пелагической зоны в бентос . [ 5 ] Зоопланктон, например, вертикально переносит такие элементы, как органический углерод, питательные вещества, паразиты и пищевые ресурсы, по толще воды. [ 6 ] Частицы (фекальные гранулы) и растворенный органический углерод, вырабатываемый этими организмами в толще воды, составляют морской снег , который поддерживает производство микробов в бентосе в так называемом « биологическом насосе ». [ 7 ]
Эти ежедневные миграции происходят по вертикальному градиенту, при этом движения обычно совершаются днем вниз и вверх ночью в ответ на несколько факторов, таких как избегание хищников, [ 8 ] наличие еды, [ 9 ] и интенсивность света. [ 4 ]
Передвижение, обусловленное стадиями жизненного цикла и характером питания, также играет роль в бенто-пелагическом соединении. Многие обитающие водные организмы имеют как пелагическую, так и донную стадии жизни, например, донная макрофауна, которая имеет пелагические личиночные стадии до того, как оседает на отложениях. [ 10 ] Организмы, которые в течение своей жизненной истории занимают как донную, так и пелагическую среду обитания, помогают поддерживать взрослые популяции и структуру сообщества, а также служат исходными данными, необходимыми для экологических взаимодействий, таких как хищничество, конкуренция и паразитизм. [ 4 ]
Организмы, обитающие в отложениях, также участвуют в бенто-пелагическом взаимодействии, нарушая отложения, чтобы питаться органическими веществами, захваченными между зернами отложений, или скрываться от хищников. Это известно как биотурбация , которая стимулирует минерализацию органического вещества и высвобождение питательных веществ (Hansen et al. 1998; Lohrer et al. 2004; D'Andrea and DeWitt 2009), тем самым влияя на рост фитопланктона в пелагической зоне (Welsh 2003). Биотурбация макрофауны влияет на проницаемость отложений и содержание воды, дестабилизирует химические градиенты, поглощает органическое вещество и влияет на скорость реминерализации и поток неорганических питательных веществ. [ 11 ]
В совокупности эти результаты имеют важное значение для продуктивности среды обитания и общего функционирования экосистемы. [ 4 ]
Трофические взаимодействия
[ редактировать ]То, как взаимодействуют организмы, также будет определять степень бенто-пелагического взаимодействия. Эти взаимодействия будут различаться в основном в зависимости от участвующих видов. Как в пресноводных, так и в морских экосистемах существуют донные организмы, на которые охотятся как демерсальные, так и пелагические рыбы на разных стадиях жизни. Бентические организмы также могут охотиться на пелагические виды. Бентические взвеси-питатели, такие как двустворчатые моллюски, могут давление на фитопланктон и микрозоопланктон. [ 12 ] Таким образом, донная и пелагическая фауна могут действовать как связующие среды обитания, потребляя ресурсы, происходящие либо из толщи воды, либо из отложений. [ 4 ]
На скалистых берегах литорали воздействие прибрежных течений на фитопланктон и размножение морских звезд влияет на структуру донного сообщества мидий и давление хищников со стороны морских звезд. [ 13 ]
Детритофаги, населяющие бентические районы, получают энергию от тонущего пелагического детрита, а затем потребляются либо донными, либо пелагическими хищниками, влияя на структуру сообщества. [ 4 ]
Бентические и пелагические домены также связаны пелагическими хищниками, такими как тунец и рыба-меч, которые также питаются донными ресурсами, в то время как пелагические жертвы, такие как сардины и анчоусы, могут питаться донными хищниками. [ 14 ]
Биогеохимический циклизм
[ редактировать ]Бентические биогеохимические процессы в основном обусловлены пелагическими процессами, вызванными отложением пелагического материала (например, органического вещества, карбоната кальция). В ответ отложения преобразуют отложенный материал (например, путем разложения и растворения) обратно в питательные вещества, доступные для поглощения в толще воды. [ 4 ] Часть этих продуктов становится доступной для производства бактерий и фитопланктона, которые в конечном итоге могут опуститься на морское дно, чтобы снова питать донные сообщества. [ 15 ]
Антропогенные воздействия и последствия изменения климата
[ редактировать ]Антропогенное воздействие прямо и косвенно регулирует бенто-пелагическое взаимодействие посредством воздействия на физические (например, соленость, кислород, температура) и биологические (например, виды, сообщества, функциональные особенности) компоненты экосистем. В прибрежных и устьевых районах экосистемы, изменение климата Было доказано, что , нагрузка биогенными веществами и рыболовство оказывают прямое воздействие на бенто-пелагическое соединение с явными последствиями для функционирования экосистемы. Например, повышение температуры воды в заливе Наррагансетт привело к смещению сроков и уменьшению масштабов цветения фитопланктона. Это уменьшило отложение органического материала в бентос и, в конечном итоге, уменьшило высвобождение неорганических питательных веществ из отложений. [ 16 ] [ 4 ]
Прогнозируемые изменения содержания питательных веществ и солености могут оказать негативное воздействие на распространение и продуктивность мидий и снизить их роль в бенто-пелагическом обмене. [ 17 ] В целом эвтрофикация приводит к увеличению биомассы и цветения фитопланктона, изменению структуры сообщества фитопланктона и снижению первичной продукции бентоса. [ 4 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Гриффитс-младший (январь 2017 г.). «Важность бенто-пелагического взаимодействия для функционирования морской экосистемы в меняющемся мире» . Биология глобальных изменений . 23 (6): 2179–2196. Бибкод : 2017GCBio..23.2179G . дои : 10.1111/gcb.13642 . ПМИД 28132408 .
- ^ Гренцкс, Кристиан (май 2000 г.). «Динамика круговорота питательных веществ и связанные с ним потоки питательных веществ и кислорода в бентосе во время весеннего цветения фитопланктона в южном заливе Сан-Франциско (США)» (PDF) . Серия «Прогресс в области морской экологии» . 197 : 67–80. Бибкод : 2000MEPS..197...67G . дои : 10.3354/meps197067 .
- ^ Перейти обратно: а б Эрнстен, Ева (август 2019 г.). «Бентосно-пелагическое соединение в прибрежных морях - Моделирование биомассы макрофауны и переработки углерода в ответ на поступление органического вещества» . Журнал морских систем . 196 : 36–47. Бибкод : 2019JMS...196...36E . дои : 10.1016/j.jmarsys.2019.04.003 . hdl : 10138/304447 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я Баустян, Мелисса М. (октябрь 2014 г.). Связь дна и верха в водных экосистемах: механизмы и стрессоры бенто-пелагического взаимодействия (PDF) . Ассоциация наук лимнологии и океанографии. стр. 38–60.
- ^ Полис, Гэри (1997). «На пути к интеграции экологии ландшафта и пищевой сети: динамика пространственно субсидируемых пищевых сетей». Ежегодный обзор экологии и систематики . 28 : 289–316. doi : 10.1146/annurev.ecolsys.28.1.289 . hdl : 1808/817 . JSTOR 2952495 .
- ^ Уильямсон, Крейг Э. (март 1996 г.). «Использование подземных пищевых ресурсов для воспроизводства зоопланктона: значение для теории суточной вертикальной миграции» . Лимнология и океанография . 41 (2): 224–233. Бибкод : 1996LimOc..41..224W . дои : 10.4319/lo.1996.41.2.0224 .
- ^ Де Ла Роча, Кристина (март 2007 г.). «Факторы, влияющие на погружение ПОУ и эффективность биологического углеродного насоса» (PDF) . Глубоководные исследования, часть II: Актуальные исследования в океанографии . 54 (5–7): 639–658. Бибкод : 2007DSRII..54..639D . дои : 10.1016/j.dsr2.2007.01.004 .
- ^ Зарет, Томас (ноябрь 1976 г.). «Вертикальная миграция зоопланктона как механизм избегания хищников» . Лимнология и океанография . 21 (6): 804–813. Бибкод : 1976LimOc..21..804Z . дои : 10.4319/lo.1976.21.6.0804 .
- ^ Болленс, Стивен (1992). «Суточная вертикальная миграция зоопланктона: полевые данные в поддержку гипотезы избегания хищников». Гидробиология . 234 : 33–39. дои : 10.1007/BF00010777 . S2CID 24450876 .
- ^ Маркус, Нанку (1998). «Важность бенто-пелагического соединения и забытая роль жизненных циклов в прибрежных водных системах» . Лимнология и океанография : 763–768. дои : 10.4319/lo.1998.43.5.0763 .
- ^ Лорер, Эндрю (октябрь 2004 г.). «Биотурбаторы улучшают функцию экосистемы за счет сложных биогеохимических взаимодействий». Природа . 431 (7012): 1092–1095. Бибкод : 2004Natur.431.1092L . дои : 10.1038/nature03042 . ПМИД 15470385 . S2CID 4415151 .
- ^ Лонсдейл, Дарси (2009). «Влияние двустворчатых моллюсков, питающихся взвесью, на пелагические пищевые сети мелких прибрежных заливов» (PDF) . Водная биология . 6 : 263–279. дои : 10.3354/ab00130 .
- ^ Менге, Брюс А. (1997). «Бентосно-пелагические связи и скалистые приливные сообщества: влияние снизу вверх на контроль сверху вниз?» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 94 (26): 14530–14535. Бибкод : 1997PNAS...9414530M . дои : 10.1073/pnas.94.26.14530 . ПМК 25044 . ПМИД 9405647 .
- ^ Агнетта, Давиде (2019). «Бентосно-пелагическая связь опосредует взаимодействие в смешанном рыболовстве в Средиземноморье: подход к моделированию экосистемы» . ПЛОС ОДИН . 14 (1): e0210659. Бибкод : 2019PLoSO..1410659A . дои : 10.1371/journal.pone.0210659 . ПМЦ 6333361 . ПМИД 30645620 .
- ^ Соэтарт, К. (июль 2000 г.). «О сочетании бентосных и пелагических биогеохимических моделей». Обзоры наук о Земле . 51 (1–4): 173–201. Бибкод : 2000ESRv...51..173S . дои : 10.1016/S0012-8252(00)00004-0 .
- ^ Фулвейлер, RW (2009). «Реакция бенто-пелагического соединения на изменение климата в устье умеренного пояса». Эвтрофикация прибрежных экосистем. Развитие гидробиологии . 207 : 147–156. дои : 10.1007/978-90-481-3385-7_13 . ISBN 978-90-481-3384-0 .
- ^ Котта, Йонне (2015). «Установление функциональных связей между абиотической средой, покровом макрофитов, градиентами ресурсов и распространением Mytilus trossulus в солоноватой неприливной среде» . ПЛОС ОДИН . 10 (8): e0136949. Бибкод : 2015PLoSO..1036949K . дои : 10.1371/journal.pone.0136949 . ПМЦ 4552857 . ПМИД 26317668 .