专栏名称: Marine Sedimentology
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OLAR:铁元素驱动的海草生态恢复新策略

Marine Sedimentology  · 公众号  ·  · 2024-12-20 06:44

主要观点总结

本文主要探讨了海草草甸作为重要的“蓝碳”生态系统在全球范围内因富营养化等因素导致的退化问题。通过探讨沉积物中铁和硫的形态变化对海草恢复能力的影响,特别是富硫化物环境中的表现,为应对全球海草退化问题提供了新的策略。文章包含介绍、研究结果、总结与展望三部分。

关键观点总结

关键观点1: 海草草甸的退化问题

海草草甸作为碳汇受到广泛关注,但其在富营养地区的退化问题日益严重。硫化物被证明是导致海草死亡的关键因素。

关键观点2: 铁和硫形态对海草存活率的影响

沉积物中的铁氧化物能够与硫化物结合,形成硫化铁(FeS)或黄铁矿(FeS₂),从而减少硫化物毒性。研究揭示了铁和硫形态的长期变化,以及它们对海草存活率的影响。

关键观点3: 增加活性铁对海草恢复的作用

通过增加沉积物中活性铁的含量,能够显著提高海草的存活率和恢复潜力。这一发现为未来的海草恢复项目提供了新的策略。

关键观点4: 研究的意义和展望

本研究不仅为应对全球海草退化提供了新思路,还对提升沿海地区的生态健康与碳储存能力具有重大意义。未来的研究应继续探索不同环境条件下铁与硫形态的变化,以及这些变化如何影响海草的恢复。


正文

01

I ntroduction

/ 导 读 /

海草草甸作为重要的“蓝碳”生态系统,在全球范围内因富营养化等因素导致的退化正迅速加剧。本文探讨了沉积物中铁和硫的形态变化对海草恢复能力的影响,特别是在富硫化物环境中的表现。研究表明,尽管硫化物浓度有所降低,铁矿物(尤其是氧化铁)的耗竭可能阻碍海草的再生。通过增加沉积物中活性铁的含量,能够显著提高海草的存活率和恢复潜力。这一研究为应对全球海草退化问题提供了新的策略,特别是针对富营养化严重地区的海草生态系统恢复具有重要意义。

02

Results

/ 研究结果 /

海草草甸作为碳汇受到广泛关注,但其在富营养地区的退化问题日益严重。硫化物被证明是导致海草死亡的关键因素,而沉积物中的铁氧化物能够与硫化物结合,形成硫化铁(FeS)或黄铁矿(FeS₂),从而减少硫化物毒性。本文对美国马萨诸塞州West Falmouth港口三个不同富营养化程度区域的沉积物进行研究,揭示了铁和硫形态的长期变化,评估了富营养化对铁矿物形态的影响。

图 1 调查区域及研究方法

研究分析了不同营养水平下沉积物中总铁、硫化物、铁氧化物和硫化铁的含量与比例。为评估活性氧化铁(FeOOH)对海草存活率的影响,实验组向沉积物中添加了氧化铁,而对照组未进行处理。六周的实验中定期测量沉积物孔隙水中的铁和硫化物浓度,并监测海草的存活情况。

结果表明,在铁氧化物含量较低的沉积物中,海草的存活率显著降低。而在添加活性铁后,海草的存活率得到了提高。这表明增加沉积物中的活性铁能有效减少硫化物毒性,为海草提供更适宜的生存环境。此外,沉积物中的铁硫比(Fe/S)与海草的恢复能力密切相关。

图2 整个实验中每个治疗组的存活率

本研究揭示了富营养化条件下铁氧化物耗竭对海草复苏的阻碍作用,建议未来的海草恢复项目可通过增加沉积物中的氧化铁含量来促进生态系统的修复。

03

Perspectives

/ 总结与展望 /

本研究通过长期观测和实验,揭示了富营养化对海草生态系统沉积物中铁和硫形态的长期影响,并提出了通过增加沉积物中活性铁来促进海草恢复的新方法。基于此项研究,未来的研究应继续探索不同环境条件下铁与硫形态的变化,以及这些变化如何影响海草的恢复。经验证,铁添加技术有望在实际应用中推广,以应对富营养化造成的海草生态系统退化问题。本研究不仅为应对全球海草退化提供了新思路,还对提升沿海地区的生态健康与碳储存能力具有重大意义。


(本文撰稿:李登峰、彭锦洲)

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原文链接:

https://spj.science.org

/doi/10.34133/olar.0069

文章标题:

The Potential Role of Sediment Iron and Sulfur Speciation in Seagrass Meadow Loss and Recovery

文章作者

Katherine A. Haviland, Robert W. Howarth, Anne E. Giblin, Roxanne Marino

文章摘要:

Oxidized iron (Fe) can reduce seagrass dieback when present in sufficient quantities in the sediment to fix sulfide as pyrite (FeS 2 ) or iron monosulfide (FeS). However, the oxidized Fe pool may become depleted over time as Fe is reduced and precipitated with sulfides. In this study, we estimated long-term variations in the speciation of solid forms of reduced and oxidized Fe along a eutrophication gradient in West Falmouth Harbor (WFH) (a temperate lagoon with substantial seagrass meadows) and conducted a 6-week microcosm study to assess the role of oxidized Fe in supporting seagrass recovery. We planted seagrass in sediments obtained from 2 WFH regions with differing Fe speciation. We found depletion of oxidized Fe over a decade following a seagrass dieback, even when the soluble sulfide levels decreased to concentrations unlikely to cause toxicity in seagrass. The continued absence of large concentrations of available oxidized Fe minerals in sediments, where most Fe was bound in FeS 2 , could impede the recovery of seagrass in formerly vegetated regions. Seagrass grown in sediments with low Fe:S ratios exhibited an increased probability of survival after 4 weeks. Field and laboratory results indicated that even when the soluble sulfide levels decrease after seagrass dieback, sediments may not be able to support seagrass recovery due to the legacy effects of eutrophication on the sediment Fe pool. However, we observed signs of reoxidation in the Fe pool within a few years of seagrass dieback, including a decrease in the total sediment S concentration, which could help spur recolonization.

文章引用:

Katherine A. Haviland, Robert W. Howarth, Anne E. Giblin, Roxanne Marino. The Potential Role of Sediment Iron and Sulfur Speciation in Seagrass Meadow Loss and Recovery. Ocean-Land-Atmos Res . 2024;3:0069.DOI:10.34133/olar.0069


作者简介

Katherine A. Haviland

Katherine Haviland is a staff scientist at Anchor QEA and research associate with the Global Change Ecology lab at SERC. Katherine was formerly an NSF Graduate Research fellow and PhD candidate in the Howarth-Marino Lab in the Dept. of Ecology & Evolutionary Biology (Graduate field of Natural Resources and the Environment), Cornell University.

Email:[email protected]

OLAR 期刊简介

Ocean-Land-Atmosphere Research (OLAR) 由南方海洋实验室和美国科学促进会合作出版,入选2022年度中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊项目、2024年度广东省高起点英文期刊创办项目,海洋负排放国际大科学计划(Ocean Negative Carbon Emissions, ONCE)学术出版合作平台,已被Scopus, Directory of Open Access Journals (DOAJ), GeoRef, CABI等17个数据库收录。本刊以海洋相关学科为重点,刊稿主题包括但不限于:海陆气相互作用、海洋碳中和、物理海洋学、海洋生物与生态、海洋地质与地球物理、化学海洋学、海洋气象学、大气物理与大气环境、冰冻圈科学、河口海岸学、海洋工程与海洋技术、海洋资源开发与利用。分享卓见,探索前沿,OLAR 诚邀您一起荟萃科学发现,共享学术盛筵!


期刊官网:

https://spj.science.org/journals/olar/

投稿系统:

https://www.editorialmanager.com/olar/

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