Porewater dynamics in two contrasting seagrass beds: Implications for near-shore carbon cycling

Abstract

Seagrass systems are integral components of both local and global carbon cycles and contribute to substantial modifications of seawater biogeochemistry which has ecological ramifications. However, the influence of the roots and rhizomes of seagrasses on surrounding porewater biogeochemistry is not fully understood, and it remains to be determined what exact role this marine plant and the associated microbial communities play in the modification of sediment porewater.
In the present study, biogeochemical properties of surface- and porewaters were investigated over diel time scales in two contrasting seagrass systems. Samples were collected over 24-hours in vegetated (Zostera marina) and unvegetated sediments (0-16 cm) in Mission Bay, San Diego, USA and in sediments in a seagrass system surrounded by mangroves in Mangrove Bay, Bermuda.
In Mission Bay, dissolved inorganic carbon (DIC) and total alkalinity (TA) exhibited strong zonation and increased with sediment depth. Vertical porewater profiles differed between the sites, with almost twice as high concentrations (mean±1σ) of DIC and TA (8122±629 and 7705±534 µmol kg-1, respectively) at 16 cm depth in the vegetated sediments. A diel pattern following light intensity was observed at several depths with higher concentrations of DIC and TA during early mornings and lower concentrations during the day.
In Mangrove Bay, both the range and vertical profiles of porewater carbonate parameters were different from those observed in Mission Bay. Here, DIC and TA maxima were observed at 6 cm (3243±48 and 3206±45 µmol kg-1, respectively). In contrast to Mission Bay, biogeochemical parameters at 0, 2, and 8 cm did not follow the diel trend in light, but rather followed the semi-diurnal tidal signal.
This study highlights the diel variability in porewater chemistry between seagrass dominated sediment porewater compared to unvegetated porewater and also contrasts a temperate and subtropical seagrass environment. It discusses the importance of aerobic and anaerobic processes on the observed variability.

Popular Abstract (Swedish)

Sjögräs förändrar kemin under sig – betydelse för havets skogar att ta upp koldioxid

Sjögräsängars betydelse för såväl den lokala vattenkemin som den globala koldioxidbalansen är väl känd, och de kallas ofta för havets skogar på grund av deras höga produktivitet och förmåga att lagra kol från atmosfären. Vad som dock händer under botten, i porvattnet bland sjögräsets rötter och dess associerade mikroorganismer, är mindre känt. I denna studie undersöktes för första gången biogeokemiska förhållanden i två skilda sjögräsmiljöer i Kalifornien och Bermuda. Resultaten visar att sjögräs har en stark inverkan på kemin i vattnet genom att reglera nivåerna av syre och koldioxid men de påverkar även de kemiska förhållandena i sedimentet. Detta är troligtvis på grund av hög aktivitet hos mikroorganismer i kombination med en stor andel organiskt kol och dessa fynd kan ha betydelse för hur vi ser på sjögräsets roll i klimatförändringen.

Sjögräsängar utgör viktiga ekosystem ur både ett ekologiskt och kemiskt perspektiv och fungerar som såväl fiskars barnkammare som havets lungor i kustnära miljöer. På grund av deras förmåga att binda och lagra koldioxid är deras roll i den globala klimatförändringen av stor betydelse. Utöver att fånga upp antropogent kol påverkar de även vattenkemin i den kustnära miljö de lever i. Vad som egentligen sker i miljön runt sjögräsets rötter, i det porvatten som utgör en stor del av det sediment som sjögräset växer på, är däremot mindre känt. Att förstå detta är viktigt för att kunna veta i vilken utsträckning sjögräset kan binda koldioxid – något som är av stor betydelse för det globala klimatarbetet.
I denna studie undersöktes, för första gången någonsin, biogeokemiska förhållanden både i och över bottensedimentet i en tempererad sjögräsäng i San Diego, USA och en subtropisk sjögräsäng på Bermuda. Med provtagning av en rad olika vattenkemiska parametrar analyserades förändringar över både tid och rum. Skillnaderna i halter av exempelvis koldioxid och pH skiljde sig markant mellan sediment med sjögräs jämfört med det utan. Dessa skillnader kan bero på en rad faktorer som samverkar, exempelvis högre mikrobiologisk aktivitet och större tillgång på organiskt material bland sjögräset. Ett intressant fynd var att medan förändringar i vattenkemin följde solinstrålningen i den temperade sjögräsängen, följde dessa förändringar istället tidvattnets ebb och flod i den subtropiska sjögräsängen.
Resultaten från denna studie ger en viktig inblick i komplexiteten i sjögräsdominerade bottensediment. Sjögräsängars utbredning har minskat globalt de senaste decennierna och restaureringsprojekt pågår världen över för att försöka återskapa dessa viktiga ekosystem. Med bättre förståelse för vad som sker i det sediment sjögräsets ska slå rot i ökar förutsättningarna för lyckad restaurering.

• author: Kindeberg, Theodor
• supervisor: Andreas Andersson; Johanna Alkan Olsson
• organization: Studies in Environmental Science
• course: MVEM12 20172
• year: 2017
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Earth and Environmental Sciences
• keywords: seagrass, carbon cycling, eelgrass, porewater, sediment
• language: English
• id: 8925758
• date added to LUP: 2017-10-09 11:38:38
• date last changed: 2017-10-09 11:38:38