墨西哥湾北部缺氧区动物介导的沉积物氧消耗机制及其生态意义

本研究首次通过原位同步测定总氧吸收量（TOU）与扩散氧吸收量（DOU），揭示墨西哥湾北部（NGOM）缺氧区底栖动物群落对沉积物氧通量的显著影响（DOU:TOU=0.33±0.07），挑战了传统认知，为缺氧模型构建提供了关键生物地球化学参数。

　　

1 引言

墨西哥湾北部（NGOM）大陆架因密西西比河输入形成季节性缺氧区，其沉积物在碳循环中扮演核心角色。传统观点认为微生物驱动的扩散过程主导沉积物氧消耗（DOU），而本研究通过同步原位测量技术，发现底栖无脊椎动物（尤其是多毛类）在低氧条件下向沉积表层迁移，显著提升动物介导的氧通量贡献。

2 方法论

2018-2019年夏季航次中，采用海底着陆器测量总氧吸收量（TOU）和微剖面仪测定扩散氧吸收量（DOU）。关键创新点包括：

• 通过磁力搅拌器维持400μm扩散边界层

• 氧渗透深度（OPD）定义为DO₂<1μM的沉积深度

• 孔隙度校正采用φ=75%的粉砂质粘土参数

3 结果

水文特征：2018年持续分层导致全面缺氧（DO₂<63μM），2019年飓风巴里过后出现短暂复氧。

氧消耗数据：

• TOU范围13.8-35.1 mmol/m²/d

• DOU仅占TOU的10-71%（均值33%）

• 低氧条件下DOU:TOU比值降至0.24±0.06

4 讨论

动物活动的意外贡献：

尽管NGOM缺氧区大型底栖动物密度仅约350个/m²，但多毛类在氧阈值波动时表现活跃：

• 低氧促使氧化还原界面上移，引发动物表层聚集

• 水柱呼吸校正后仍有显著TOU缺口（平均7.6 mmol/m²/d）

  模型启示：

  现有缺氧模型低估了动物介导过程：

• DOU:TOU与历史缺氧频率呈负相关（R²=0.61）

• 底部DO₂与DOU:TOU正相关（R²=0.77）

5 结论

NGOM缺氧区动物介导的氧消耗贡献被长期忽视。研究发现当底部DO₂接近63μM阈值时，底栖群落活动反而增强，这种"低氧应激响应"机制需纳入未来生物地球化学模型，对预测气候变化下缺氧区演变具有范式革新意义。