圣劳伦斯河口的海水正在喘不过气来。深水中缺氧正在影响生活在河口底部的生物。深层生态系统对这种脱氧有何反应?

在之前的文章中，我们重点介绍了圣劳伦斯河口和湾底层水域氧气浓度下降的原因。这种称为缺氧的现象在这种环境中正在加剧。在本文中，我们研究了低氧水平对生活在河口底部和圣劳伦斯湾的生物体以及该生态系统整体功能的影响。

海底，一个充满生命的环境

大量生物生活在海洋的最底部。这些被称为底栖生物。

这群小动物包括海星、蠕虫、甲壳类动物和软体动物。它们定居在沉积物表面(称为表层动物群;“epi”表示“在上面”，“fauna”表示“动物”)或钻入沉积物中(称为内底动物群;“endo”表示“内部”)。

这些生物体的移动性不太好，不能长距离移动。

生物扰动或混合沉积物的艺术

底栖生物移动不多，但它们绝非毫无用处。相反，它们通过生物扰动在海底生态系统的功能中发挥着至关重要的作用。

生物扰动是指底栖生物在沉积物上和沉积物中进行的所有活动。生物扰动可以与我们花园中的蚯蚓的行为进行比较：它们挖掘洞穴，混合沉积物颗粒，并将含氧水注入缺乏氧气的沉积物区域。

因此，底栖生物是海底的“园丁”。它们有助于维持健康的生态系统。通过将氧气带入沉积物，生物扰动使许多生物体能够在那里生存。它还可以增加生物多样性并促进有机物的分解，同时降低硫化氢等潜在有毒废物的浓度。

氧气和生物扰动：不那么简单的关系

二十年前，研究人员使用模型试图预测脱氧对圣劳伦斯河底部生态系统的影响。他们的工作强调了预测未来变化的一个关键因素：生物扰动如何应对氧气消耗。

脱氧可能导致生态系统发生多种类型的反应。在线性响应场景中，生物扰动的强度随着氧浓度的降低而逐渐成比例地降低。在这种情况下，预测后果相对简单，因为关系是可以预测的。

然而，还有另一种类型的响应是非线性的，其特征是阈值效应。这意味着存在某个临界点(阈值)，在该阈值处响应会突然变化。在此阈值之前，响应与之后观察到的响应不同。这些非线性响应与抵抗(或补偿)机制的发展相关。

这些机制在个体、种群(给定地点的同一物种的个体集合)和/或群落(给定地点的种群集合)层面上运作。它们补偿干扰的影响，直到不再足够为止。正是这些补偿机制使得预测干扰的后果变得困难。

非线性关系

我们的团队研究圣劳伦斯河的脱氧现象已经有20多年了，但我们之前从未观察到底栖生物群落的生物扰动与氧气浓度之间存在明确的关系。

这就提出了一个重要的问题：生物扰动是否以线性或非线性方式对氧气消耗作出反应?这是一种可以预见的关系吗?

最近圣劳伦斯河底部水域的氧气浓度下降使我们能够通过首次观察阈值效应来回答这个问题。我们现在知道，氧气浓度与底栖生态系统功能之间的关系并不是线性的。

换句话说，这些生态系统可以抵抗脱氧达到某个临界阈值，该阈值是在氧气浓度约为60微摩尔时观察到的(即大约20%饱和度，或者如果水处于溶解氧浓度下应为溶解氧浓度的20%)。与大气的平衡)。这个浓度接近我们所说的缺氧的值。低于这个阈值，底栖生物群落会发生变化，但令人惊讶的是，生物多样性没有发生任何重大损失。

然而，组成这些群落的生物体却不太活跃。他们实际上已经没有空气了!它们大大减少了运动，向沉积物表面移动，生物扰动的强度几乎为零。

换句话说，在严重缺氧的条件下，生物体不再有足够的能量来混合和灌溉沉积物。

当生物扰动停止时，会发生什么?

这些结果对于沉积物在圣劳伦斯河口和海湾生态系统整体健康中的作用具有重大影响。当生物扰动停止时，沉积物既不能混合也不能有效灌溉，导致有毒废物在非常靠近沉积物表面的地方积累。

随着这些废物的积累，它甚至可能扩散到水体中，吓跑敏感物种并增加脱氧作用。

何时、在什么条件下会发生这种情况?这是我们现在需要回答的问题。

圣劳伦斯河底层水域的脱氧现象尤其令人担忧，因为它可能会导致渔业资源的丰度和分布发生变化。因此，它可能间接产生尚未得到充分评估的社会经济影响。