[email protected] corzo, a. 1, garcía-robledo, e. 1, papaspyrou, s. 1,2, jiménez- arias, j.l....

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alfonso.corzo@uca .es Corzo, A. 1 , García-Robledo, E. 1 , Papaspyrou, S. 1,2 , Jiménez-Arias, J.L. 1 , Villahermosa, D. 1 1 Dpto. Biología. Facultad de Ciencias del Mar y Ambientales, Pol. Río San Pedro s/n. 11510- Puerto Real, Cádiz, Spain. 2 Unidad Asociada de Oceanografía Interdisciplinar, UCA- Instituto de Ciencias Marinas de Andalucia— CSIC, Pol. Rio San Pedro s/n, 11510 Puerto Real (Cadiz), Spain. BIOGEOCHEMICAL EFFECTS OF GREEN MACROALGAE BLOOMS FROM INITIATION TO COLLAPSE ON AUTOTROPHIC SEDIMENTS

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[email protected]

Corzo, A.1, García-Robledo, E.1, Papaspyrou, S.1,2, Jiménez-Arias, J.L.1, Villahermosa, D.1

1 Dpto. Biología. Facultad de Ciencias del Mar y Ambientales, Pol. Río San Pedro s/n. 11510- Puerto Real, Cádiz, Spain.

2 Unidad Asociada de Oceanografía Interdisciplinar, UCA-Instituto de Ciencias Marinas de Andalucia— CSIC, Pol. Rio San Pedro s/n, 11510 Puerto Real (Cadiz), Spain.

BIOGEOCHEMICAL EFFECTS OF GREEN MACROALGAE BLOOMS FROM

INITIATION TO COLLAPSE ON AUTOTROPHIC SEDIMENTS

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Ulva prolifera

Bloom biomass increases with nutrient load

Qingdao, 3 Julio 2008 (El Pais)

156 km2 170.000 tons1.200 vessels20.000 people

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Limite inferior zona fótica

Máximo nivel mareas vivas

Mínimo nivel mareas vivas

Pinus pinea

Juniperus phoenicea

Spartina maritima

Sarcocornia sp.

Caulerpa prolifera

Zoostera noltii

Cymodocea nodosa

Distancia

Altu

ra d

e m

area

(m)

0

Nivel marea baja media

Nivel marea alta media

Limoniastrum monopetalum3.5

Ulva sp.

Typical plant zonation pattern in Cádiz Bay saltmarshes

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Nov Dec Jan Feb Mar Apr

Exponential

Stationary

Senescence&

MineralizationInitiation

Stages of macroalgae annual cycle

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1. Bloom initiation

Vertical structure of unvegetated sediment and microscale N cycle

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Ulva spores from previos cycle germinates when environmental conditions are suitables

O2

O2

1

2

3

The vertical growth of Ulva sp seedlings generate a tridimensional structure in the benthic-pelagic interface favouring nutrient uptake from the water column

1. Bloom initiation

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1. Bloom initiation

P/R > 1

Water column nutrients

Sediment nutrients

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2. Bloom exponential growth

Macroalgae

P/R > 1

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-microelectrodes 25-30 µm Ø-vertical resolution 100 µm

2. Bloom exponential growth

Microcosm experiment with healthy macroalgae

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- Oxygen microprofiles showed an inhibition of microphytobenthic photosynthetic activity below the macroalgae canopy

- Net metabolism of microbenthic community changed from net autotrophic to heterotrophic

Dep

th (m

)

Dep

th (m

)

2. Bloom exponential growth

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Pore water nutrients

2. Bloom exponential growth

Cascading effects of the inhibition of microphytobenthic photosynthetic activity and growth

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Mean (%) ± SE

Corg N Corg:N

Control 2.17 ± 0.04 0.22 ± 0.004 12.24 ± 0.20

+Macroalgae 1.96 ± 0.04 0.19 ± 0.005 13.72 ± 0.26

Table 2. Means sediment contents ± SE of organic carbon (Corg), total

nitrogen (N) and Corg:N in the Control and +Macroalgae microcosms

during the duration of the experiment (20 days, n = 12).

2. Bloom exponential growth

Heterotrophic activity in the sediment consumed previously stored C and N in absence of a fresh source

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3. Bloom plateau and senescence

(P/R ≤ 1)

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Macroalgae

P/R < 1

3. Bloom plateau and senescence

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3. Bloom plateau and senescence

- Macroalgae are an important source of MOPD for the sediment and therefore inorganic nutrients

- Macroalgae are a important source of DOC, DON and inorganic nutrients for the water column as well

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NO3-

O2N2

NO3-

MPB

NH4+

POMD

Nitrification

DNR

N2

NH4+

NH4+

4. Bloom collapse and mineralization

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4. Bloom collapse and mineralization

Degradation of macroalgal detritus in a microcosm

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t = 0 t = 2

t = 6 t = 20

4. Bloom collapse and mineralization

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t = 0 t = 2

t = 6 t = 20

Luz

Oscuridad

Áreas cubiertas

Áreas descubiertas

Oxygen profiles at the sediment-water interface

4. Bloom collapse and mineralization

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  - Area affected by macroalgae blooms in Cadiz Bay: 76.73 Ha

  - Bloom density measured in Cadiz Bay: 50 - 400 g DW m-2

- 38 304 tons (dry weight) of Macroalgae

- 12 101 tons of C

- 2 14 tons of N

Some calculations for the Cádiz Bay:

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Conclusions

-The biogeochemical impact of macroalgae blooms on the sediment is largely dependent on the physiological stage of the bloom.

-The inhibition of MPB photosynthetic activity by shading triggers a number of cascading effects on sediment microbial ecology and biogeochemistry that we are just beginning to understand.

-On annual basis, the macroalgae blooms increase the C and N contents of sediment favouring sequestration of C and N.

-The storage of C and N would favour the initiation and partially support the macroalgal bloom in the next growing season.

- The contribution of the seasonal macroalgae bloom to the total fluxes of C and N in shallow coastal systems is very important and should be better quantify.

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A. CorzoE. García-RobledoJ. L. Jiménez-AriasD. Villahermosa

S. Papaspyrou

Instituto de Ciencias Marinas de Andalucía (CSIC). 11510 Puerto Real, Cádiz, Spain

Departamento de Biología, Universidad de Cádiz, 11510 Puerto Real, Spain

The people involved

- Ministerio de Ciencia e Innovación, Spain ( CTM2006-04015/MAR , CTM2009-10736)- Junta de Andalucía (P06-RNM-01787 PAI/EXCEL )- European Union (ECOLAGUNES, SOE1/P2/F153)

Funding

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Gracias por vuestra atención !