Étude sur la prolifération de la micro algue Alexandrium minutum en rade de Brest. Projet Daoulex. Rapport d’avancement n° 2 : Analyse des traces biologiques d’Alexandrium minutum dans les sédiments de la Rade de Brest.

Suite à l’efflorescence de grande ampleur d’Alexandrium minutum et des événements toxiques associés en Rade de Brest en 2012, un projet a été monté avec la Région dans le cadre du développement du port de Brest, pour élucider les contrôles de cette efflorescence. De juillet à août 2013, l’Ifremer a organisé un échantillonnage serré dans l’estuaire de Daoulas, zone la plus touchée en 2012 (rapport d’avancement n°1). Une autre partie de ce projet vise à la détection (rapport d’avancement n°2) et à la quantification (rapport d’avancement n°3) des traces biologiques d’A. minutum dans les sédiments de surface en différentes stations de la Rade de Brest présentant des caractéristiques sédimentaires différentes. Pour la détection des traces biologiques (ADN extracellulaire et kystes) d’A. minutum dans les sédiments de surface de la Rade de Brest, 30 stations ont été échantillonnées à pied dans la zone intertidale ou en plongée. Ces stations ont été sélectionnées pour : i) leur géomorphologie côtière qui peut favoriser l’accumulation des kystes (baie, estuaires) ii) leurs typologies sédimentaires (de vaseuse à sableuse) qui peuvent garantir une meilleure conservation et accumulation des kystes de dinoflagellés iii) une faible bioturbation (l’absence d’organisme benthique) iv) leur situation stratégique d’un point de vue économique (ports, zones touristiques, zones conchylicoles) et écologiques (zones d’efflorescence d’A. minutum). La détection de traces biologiques est faite par méthode génétique (PCR spécifique), une technique plus rapide que les méthodes classiques en microscopie optique basées sur l’identification morphologique des kystes. En parallèle une caractérisation de la typologie sédimentaire (granulométrie) des stations analysées est faite dans cette étude pour chercher une possible corrélation entre typologie sédimentaire et présence ou abondance d’A. minutum. Les analyses génétiques mettent en évidence la présence de la microalgue potentiellement toxique A. minutum (kystes ou ADN libre extracellulaire) dans toutes les stations. Les analyses génétiques ne permettent pas de discriminer les cellules vivantes (kystes) du matériel biologique inerte (ADN extracellulaire). Toutefois, elles permettent d’affirmer que les sédiments de toutes les stations échantillonnées sont caractérisés soit par la présence de kystes ou ont été en contact avec la microalgue toxique A. minutum. L’étude granulométrique des sédiments superficiels a mis en évidence la prédominance des sédiments les plus fins, de type vase ou vaso-sableux dans la partie orientale de la Rade. Une relation a été identifiée entre typologie des sédiments et quantité d’ADN totale extrait de sédiments, pour les stations des zones estuariennes. Les stations avec un pourcentage plus élevé de sédiments fins (< 0,63μm) et donc une typologie sédimentaire sablo-vaseuse sont caractérisés par des concentrations d’ADN total (tous les organismes) plus élevées. Il n’est pas possible à partir de ces premières analyses d’affirmer qu’il existe une relation entre la typologie sédimentaire et la quantité d’ADN d’A. minutum. Cette relation sera analysée une fois que les analyses quantitatives de l’ADN d’A.minutum par PCR en temps réel seront conduites. Ces analyses, couplées avec des expériences de germination d’A. minutum à partir des sédiments, feront l’objet du rapport final du projet Daoulex qui sera présenté en Décembre 2014

Impact of Oyster Farming on Diagenetic Processes and the Phosphorus Cycle in Two Estuaries (Britanny, France)

This study aims to compare the impact of oyster cultures on diagenetic processes and the phosphorus cycle in the sediments of the Aber Benoît and the Rivière d’Auray, estuary of Brittany, France. Our results showed clear evidence of the seasonal impact of oyster cultures on sediment characteristics (grain size, organic matter parameters), and the phosphorus cycle, especially in the Aber Benoît. At this site, seasonal variations of sulfide and Fe concentrations in pore waters, as well as Fe-P concentrations in the solid-phase highlighted a shift from a system governed by iron reduction (Reference) to a system governed by sulphate reduction (Beneath Oyster). This could be partly explained by the increase in labile organic matter (ie, biodeposits) beneath oysters, whose mineralization by sulfate led to high sulfide concentrations in pore waters (up to 4475 µmol l-1). In turn, sulfide caused an enhanced release of phosphate in the summer, as adsorption sites for phosphate decreased through the formation of iron sulfide compounds (FeS, FeS2). In the Aber Benoît, dissolved Fe/PO4 ratios could be used as an indicator of phosphate release into oxic water. Low Fe/PO4 ratios in the summer indicated higher effluxes of phosphate towards the water column (up to 47 µmol m-2 h-1). At other periods, Fe/PO4 ratios higher than 2 mol:mol indicated very low phosphate fluxes. In contrast, in the Rivière d’Auray, the occurrence of macroalgae stranding regularly all over the site, clearly masked the impact of oyster cultures on sediment properties and the phosphorus cycle and made the use of Fe/PO4 ratios more difficult in terms of indicators of phosphate release

Diagenetic Processes in Aquaculture Ponds Showing Metal Accumulation on Shrimp Gills

The gill is the organ by which many toxic metals are taken up by crustaceans. Iron is known to precipitate at its surface, a phenomenon recently observed in some tropical aquaculture ponds. The present study uses a field approach to understand better the environmental conditions and ecological processes involved in this deposit. Because shrimp are exposed to reduced products originating from organic waste accumulated in the sediment, spatial variation in pH, redox potential and concentrations of dissolved metals in pore water were investigated in these ponds. Total organic carbon, acid volatile sulfide and pyrite were also analyzed in the solid phase. Fe2+ in pore waters showed high spatial variability between ponds and within the same pond with concentrations up to 1,193 μmol l–1. Behaviors of Fe2+, Mn2+ and Co2+ in pore water were similar. Four geochemical environments were identified, based on their physico-chemical characteristics. Highest concentrations for Fe2+, Mn2+ and Co2+ in sediment pore water occurred in slightly acidic and suboxic conditions. When the sediment became anoxic, the H2S produced reacted with Fe2+ and/or Co2+ to form acid volatile sulfide and pyrite. When pH increased, the concentration of free H2S rose up to 736 μmol l–1. With neutral and suboxic conditions, dissolved metal concentrations could be controlled by their precipitation as oxides and hydroxides. The production of pyrite suggested the existence of a possible process of sediment acidification between two crop periods through the production of sulfuric acid. This acidification could increase with pond age and be the cause of the accumulation of reduced metal after 30 years of aquaculture activity

Quel est l’impact de l’origine de la matière organique sédimentaire sur les flux benthiques de nutriments dans les vasières côtières bretonnes ?

International audienceLes vasières du littoral breton ont été suggérées comme une source potentielle de nutriments dissous pouvant alimenter les efflorescences d’algues vertes responsables de dommages sanitaires et économiques. Les sédiments de vasière sont des réacteurs dans lesquels la matière organique sédimentaire (MOS) est consommée par les microorganismes produisant des flux benthiques diffusifs d’azote sous forme d’ammoniaque NH4+ et de phosphore sous forme de phosphate PO43-. L’origine de la MOS a souvent été mentionnée comme un facteur contrôlant sa réactivité. Dans les vasières intertidales, la MOS est un mélange d’apports marins et terrestres, ces derniers pouvant provenir d’apports naturels ou anthropiques. Pour quantifier le lien entre l’origine de la MOS et la capacité d’un sédiment à produire des flux benthiques, 200 échantillons de vasières intertidales ont été prélevés le long de la côte bretonne depuis l’estuaire de la Rance au Nord-Est jusqu’au Golfe du Morbihan au Sud-Est. Ces échantillons ont été incubés sur place pour déterminer leur capacité à produire les flux benthiques de nutriments et ont été analysés pour déterminer leur composition physique (granulométrie, porosité), élémentaire (C, N et P), isotopique (d13C et d15N) et moléculaire (distribution des lipides). L’analyse statistique entre la composition isotopique et lipidique de la MOS et les flux de nutriments permet d’attribuer 24% et 31% de la variance des flux de NH4+ et de PO43- à l’origine de la MOS, respectivement. Les flux de NH4+ sont contrôlés par l’absorption par le phytoplancton de l’azote anthropique dissous exporté par les bassins versants agricoles. Leur sédimentation est favorisée par de faibles conditions hydrodynamiques, enrichissant les sédiments en MO labile. Les flux de PO43- sont dus à la sédimentation de particules de P exportées par l’érosion des sols agricoles

Quel est l’impact de l’origine de la matière organique sédimentaire sur les flux benthiques de nutriments dans les vasières côtières bretonnes ?

International audienceLes vasières du littoral breton ont été suggérées comme une source potentielle de nutriments dissous pouvant alimenter les efflorescences d’algues vertes responsables de dommages sanitaires et économiques. Les sédiments de vasière sont des réacteurs dans lesquels la matière organique sédimentaire (MOS) est consommée par les microorganismes produisant des flux benthiques diffusifs d’azote sous forme d’ammoniaque NH4+ et de phosphore sous forme de phosphate PO43-. L’origine de la MOS a souvent été mentionnée comme un facteur contrôlant sa réactivité. Dans les vasières intertidales, la MOS est un mélange d’apports marins et terrestres, ces derniers pouvant provenir d’apports naturels ou anthropiques. Pour quantifier le lien entre l’origine de la MOS et la capacité d’un sédiment à produire des flux benthiques, 200 échantillons de vasières intertidales ont été prélevés le long de la côte bretonne depuis l’estuaire de la Rance au Nord-Est jusqu’au Golfe du Morbihan au Sud-Est. Ces échantillons ont été incubés sur place pour déterminer leur capacité à produire les flux benthiques de nutriments et ont été analysés pour déterminer leur composition physique (granulométrie, porosité), élémentaire (C, N et P), isotopique (d13C et d15N) et moléculaire (distribution des lipides). L’analyse statistique entre la composition isotopique et lipidique de la MOS et les flux de nutriments permet d’attribuer 24% et 31% de la variance des flux de NH4+ et de PO43- à l’origine de la MOS, respectivement. Les flux de NH4+ sont contrôlés par l’absorption par le phytoplancton de l’azote anthropique dissous exporté par les bassins versants agricoles. Leur sédimentation est favorisée par de faibles conditions hydrodynamiques, enrichissant les sédiments en MO labile. Les flux de PO43- sont dus à la sédimentation de particules de P exportées par l’érosion des sols agricoles

Heterogeneous distribution in sediments and dispersal in waters of Alexandrium minutum in a semi-enclosed coastal ecosystem

Within the framework of research aimed at using genetic methods to evaluate harmful species distribution and their impact on coastal ecosystems, a portion of the ITS1rDNA of Alexandrium minutum was amplified by real-time PCR from DNA extracts of superficial (1–3 cm) sediments of 30 subtidal and intertidal stations of the Bay of Brest (Brittany, France), during the winters of 2013 and 2015. Cell germinations and rDNA amplifications of A. minutum were obtained for sediments of all sampled stations, demonstrating that the whole bay is currently contaminated by this toxic species. Coherent estimations of ITS1rDNA copy numbers were obtained for the two sampling cruises, supporting the hypothesis of regular accumulation of A. minutum resting stages in the south-eastern, more confined embayments of the study area, where fine-muddy sediments are also more abundant. Higher ITS1rDNA copy numbers were detected in sediments of areas where blooms have been seasonally detected since 2012. This result suggests that specific genetic material estimations in superficial sediments of the bay may be a proxy of the cyst banks of A. minutum. The simulation of particle trajectory analyses by a Lagrangian physical model showed that blooms occurring in the south-eastern part of the bay are disconnected from those of the north-eastern zone. The heterogeneous distribution of A. minutum inferred from both water and sediment suggests the existence of potential barriers for the dispersal of this species in the Bay of Brest and encourages finer analyses at the population level for this species within semi-enclosed coastal ecosystems

How the origin of sedimentary organic matter impacts the benthic nutrient fluxes in shallow coastal mudflats

The origin of sedimentary organic matter (SOM) has often been mentioned as a driver of SOM reactivity. This was quantified by statistically relating the isotopic and lipid composition of SOM to benthic nutrient fluxes in 200 intertidal mudflats sampled along the Brittany coast (France). The origin of SOM explained 24% and 31% of the variance of and fluxes, respectively. The fluxes were driven by the uptake by phytoplankton of dissolved anthropogenic N exported from agricultural catchments. Their sedimentation is favoured by low hydrodynamic conditions, enriching the sediments with labile OM. The fluxes were driven by the sedimentation of particulate P exported through agricultural soil erosion.L’origine de la matière organique sédimentaire (MOS) a souvent été mentionnée comme un facteur contrôlant sa réactivité. Ce lien a été quantifié via une relation statistique entre la composition isotopique et lipidique de la MOS et les flux de nutriments benthiques dans 200 vasières intertidales échantillonnées le long de la côte bretonne (France). L’origine de la MOSexplique 24% et 31% de la variance des flux de et de , respectivement. Les flux de sont contrôlés par l’absorption par le phytoplancton de l’azote anthropique dissous exporté par les bassins versants agricoles. Leur sédimentation est favorisée par de faibles conditions hydrodynamiques, enrichissant les sédiments en MO labile. Les flux de sont dus à la sédimentation de particules de P exportées par l’érosion des sols agricoles

Withdrawn. Linking sediment biodegradability with its origin in shallow coastal environments

In coastal areas and estuaries, such as those encountered in the western part of France (Brittany region), the recycling of carbon and nutrients from sediments can participate in the development of micro and macro-algal blooms with harmful consequences for these ecosystems. One of the main processes controlling this recycling is the microbial mineralization of sedimentary organic matter (SOM). Mineralization is controlled by the origin, quantity and accessibility of the SOM, three factors whose relative importance remain, however, poorly quantified, mainly due to the great diversity of OM sources in coastal areas. The first objective of the present work was to assess the variability of the SOM origin at the regional scale representative of the complexity of the sources likely to be involved. The second objective was to determine the link between the SOM origin and its biodegradability, and how the OM sources can drive nutrient dynamics at the sediment-water interface. To this end, a broad sediment sampling campaign was carried out on Brittany mudflats, particularly affected by the eutrophication, during the spring period. A total of 200 samples were collected at 45 sites. They were characterized by their porosity and grain-size, as well as their chemical composition through elemental, isotopic and molecular biomarker analysis. A wide range of OM sources were identified in the sediments, including both natural (bacteria, algae, macrophytes, terrestrial plants), and anthropogenic (combustion products, crude oil, petroleum products – e.g. from the processing of crude oil at refineries- and fecal matter) sources. Sediment slurry incubations were carried out to determine the spatial variability of potential mineralization rates under oxic conditions. In addition, the measurements of NH4+ and PO4 fluxes at the sediment-water interface were made from sediment core incubations under realistic redox conditions of sediment. The physical and chemical sedimentary characteristics explained 58 % of the variability of mineralization rates under oxic conditions, with a negligible independent effect of the SOM origin (3 %). Conversely, under insitu redox conditions, the prevalent role of SOM origin over quantity/accessibility on the sediment biodegradability was highlighted with a significant effect 5 and 1.5 fold higher on the PO4 and NH4+ fluxes respectively. The anthropogenic inputs from the watershed to the coastal sediment, through agricultural runoff and/or sewages discharge, seem to significantly drive the nutrient dynamics at the sediment-water interface. Higher values of NH4+ and PO4 fluxes were measured for the sediment with a chemical composition impacted by human activities