Ocean Acidification and Hydrodynamics in seagrass

 

Every year the scientists warn about the CO2 increase in the atmosphere and the subsequent seawater pH reduction. The net impact of pH decrease is still unclear because there are many ambient variables that could ameliorate or aggravate their effects. One of these ambient variables is the hydrodynamics.

In recent years, studies have underscored the crucial role of shallow coastal ecosystems, which function not only as transition zones between land and ocean but also as filters for carbon sequestration. Seagrasses are marine flowering plants that form one of the richest coastal ecosystems, providing a large number of ecological services including long-term carbon catchment (please see this post to know more about seagrasses). They are highly productive and the excess organic matter that they produce can be exported to adjacent ecosystems in particulate or dissolved forms.

Cymodocea nodosa meadow

Cymodocea nodosa meadow

Dissolved organic carbon (DOC) is a central factor in the global carbon cycle, acting as a vector for quick transfer of C and energy in food webs, as it is easily assimilated by marine organisms and fully involved in the C exchange between communities. The global net DOC exported from seagrass meadows may be more important than previously believed and changes in environmental factors could affect significantly this DOC release.

Conceptual model showing seagrass DOC release as vector for quick transfer of C and energy in food webs. Vector symbols courtesy by Integration and Application Network (ian.umces.edu/symbols/)

Conceptual model showing seagrass DOC release as vector for quick transfer of C and energy in food webs. Vector symbols courtesy by Integration and Application Network (ian.umces.edu/symbols/).

Little attention has been given to the effect of CO2 increase and hydrodynamics on DOC flux in seagrass meadows. Recent studies have highlighted the direct relationship between ecosystem productivity and DOC flux. Therefore, if CO2 increase and hydrodynamics conditions affect photosynthesis, and thus productivity, these factors may also have a significant effect on the DOC flux released by seagrass. Changes in DOC release in seagrass are essential for carbon flux in coastal communities.

Flume tanks and incubation used in the experiment.

Flume tanks and incubation used in the experiment.

Do you want to know how ocean acidification and current velocity affect productivity and the DOC release in the temperate seagrass Zostera noltei? Look our recent publication. You will see how:

  • Acidification produced a significant increase in gross production rate and respiration.
  • Acidification increased the non-structural carbohydrates.
  • Increasing current velocity had a positive effect on productivity, but this depended on water pH and shoot density.
  • Current velocity and DOC release had a direct and positive relationship both under current pH and acidification conditions.

Conceptual model showing the likely effects of ocean acidification and current velocity on Gross Primary Production (GPP), Respiration (R) and dissolved organic carbon (DOC) release. Vector symbols courtesy by Integration and Application Network (ian.umces.edu/symbols/).

Conceptual model showing the likely effects of ocean acidification and current velocity on Gross Primary Production (GPP), Respiration (R) and dissolved organic carbon (DOC) release. Vector symbols courtesy by Integration and Application Network (ian.umces.edu/symbols/).

We conclude that acidification and high current velocity may lead to favourable growth scenarios for Z. noltei populations, increasing their productivity, non-structural carbohydrate concentrations and DOC release.

Luis G. Egea, Rocío Jiménez-Ramos, Ignacio Hernández, Tjeerd J. Bouma, Fernando G. Brun. Effects of ocean acidification and hydrodynamic conditions on carbon metabolism and dissolved organic carbon (DOC) fluxes in seagrass populations. PlosOne 13(2): e0192402.  

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ACIDIFICACIÓN OCEÁNICA E HIDRODINÁMICA
EN FANERÓGAMAS MARINAS

Cada año, los científicos nos advierten sobre el aumento de CO2 en la atmósfera y como ésto reduce el pH del agua de mar. El impacto neto de la disminución del pH aún no está claro porque existen muchas variables ambientales que podrían aminorar o agravar sus efectos. Una de estas variables ambientales es la hidrodinámica.

En los últimos años, muchos estudios han subrayado el papel crucial de los ecosistemas costeros, que no solo funcionan como zonas de transición entre la tierra y el océano, sino también como filtros para la captura de carbono. Las fanerógamas marinas son plantas con flores que forman uno de los ecosistemas costeros más importantes proporcionando gran cantidad de servicios, incluidos la captación de carbono a largo plazo (para saber más sobre fanerógamas marinas consulte este post). Son ecosistemas altamente productivos y el exceso de materia orgánica que producen puede ser exportado a ecosistemas adyacentes en forma particulada o disuelta.

Cymodocea nodosa meadow

Cymodocea nodosa meadow

El carbono orgánico disuelto (COD) es un factor clave en el ciclo global del carbono, ya que gracias a que es fácilmente asimilable por los organismos marinos, actúa como un vector de transferencia rápida de carbono y energía en las redes tróficas, siendo esencial en el intercambio de carbono entre comunidades. El COD neto mundial exportado por las praderas de fanerógamas marinas puede ser más importante de lo que se hasta ahora se creía y cambios en factores ambientales podrían afectar significativamente esta liberación de COD.

Conceptual model showing seagrass DOC release as vector for quick transfer of C and energy in food webs. Vector symbols courtesy by Integration and Application Network (ian.umces.edu/symbols/)

  Modelo conceptual que muestra la liberación de COD de las praderas marinas como vector para la transferencia rápida de C y la energía en las redes tróficas. Los símbolos del vector son cortesía de Integration and Application Network (ian.umces.edu/symbols/).

Se ha prestado poca atención al efecto del aumento de CO2 y la hidrodinámica en el flujo de COD en las praderas de fanerógamas marinas. Estudios recientes han resaltado la relación directa entre la productividad del ecosistema y el flujo de COD. Si el incremento de CO2 y las condiciones hidrodinámicas afectan a la fotosíntesis, y por lo tanto la productividad, estos factores también pueden tener un efecto significativo en el flujo de COD liberado por las fanerógamas marinas. Los cambios en la liberación de COD de las praderas marinas son esenciales para el flujo de carbono en las comunidades costeras.

Flume tanks and incubation used in the experiment.

Flume tanks and incubation used in the experiment.

¿Quieres saber cómo la acidificación de los océanos y la velocidad de la corriente afectan la productividad y la liberación de COD en las praderas de zonas templadas de Zostera noltei? Mira nuestra reciente publicación. Verás cómo:

  • La acidificación produjo un aumento significativo en la tasa de producción bruta y la respiración.
  • La acidificación aumentó los carbohidratos no estructurales.
  • El aumento de la velocidad de la corriente tuvo un efecto positivo en la productividad, pero dependiendo del pH del agua y la densidad de la pradera.
  • La velocidad de la corriente y la liberación de COD tuvieron una relación directa y positiva tanto en condiciones actuales de pH como de acidificación.

Conceptual model showing the likely effects of ocean acidification and current velocity on Gross Primary Production (GPP), Respiration (R) and dissolved organic carbon (DOC) release. Vector symbols courtesy by Integration and Application Network (ian.umces.edu/symbols/). Modelo conceptual que muestra los efectos probables de la acidificación de los océanos y la velocidad de la corriente en la producción primaria bruta (GPP), la respiración (R) y la liberación de carbono orgánico disuelto (DOC). Los símbolos del vector son cortesía de Integration and Application Network (ian.umces.edu/symbols/).

En conclusión, se observó que la acidificación y la alta velocidad de corriente pueden conducir a escenarios de crecimiento favorables para las poblaciones de Z. noltei, aumentando su productividad, las concentraciones de carbohidratos no estructurales y la liberación de COD.

Luis G. Egea, Rocío Jiménez-Ramos, Ignacio Hernández, Tjeerd J. Bouma, Fernando G. Brun. Effects of ocean acidification and hydrodynamic conditions on carbon metabolism and dissolved organic carbon (DOC) fluxes in seagrass populations. PlosOne 13(2): e0192402.

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