Spatial and temporal CO2 exchanges measured by Eddy Covariance over a temperate intertidal flat and their relationships to net ecosystem production

peer reviewedMeasurements of carbon dioxide fluxes were performed over a temperate intertidal mudflat in southwestern France using the micrometeorological Eddy Covariance (EC) technique. EC measurements were carried out in two contrasting sites of the Arcachon flat during four periods and in three different seasons (autumn 2007, summer 2008, autumn 2008 and spring 2009). In addition, satellite images of the tidal flat at low tide were used to link the net ecosystem CO2 exchange (NEE) with the occupation of the mudflat by primary producers, particularly by Zostera noltii meadows. CO2 fluxes during the four deployments showed important spatial and temporal variations, with the flat rapidly shifting from sink to source with the tide. Absolute CO2 fluxes showed generally small negative (influx) and positive (efflux) values, with larger values up to −13 μmol m−2 s−1 for influxes and 19 μmol m−2 s−1 for effluxes. Low tide during the day was mostly associated with a net uptake of atmospheric CO2. In contrast, during immersion and during low tide at night, CO2 fluxes where positive, negative or close to zero, depending on the season and the site. During the autumn of 2007, at the innermost station with a patchy Zostera noltii bed (cover of 22 ± 14% in the wind direction of measurements), CO2 influx was −1.7 ± 1.7 μmol m−2 s−1 at low tide during the day, and the efflux was 2.7 ± 3.7 μmol m−2 s−1 at low tide during the night. A gross primary production (GPP) of 4.4 ± 4.1 μmol m−2 s−1 during emersion could be attributed to microphytobenthic communities. During the summer and autumn of 2008, at the central station with a dense eelgrass bed (92 ± 10%), CO2 uptakes at low tide during the day were −1.5 ± 1.2 and −0.9 ± 1.7 μmol m−2 s−1, respectively. Night time effluxes of CO2 were 1.0 ± 0.9 and 0.2 ± 1.1 μmol m−2 s−1 in summer and autumn, respectively, resulting in a GPP during emersion of 2.5 ± 1.5 and 1.1 ± 2.0 μmol m−2 s−1, respectively, attributed primarily to the seagrass community. At the same station in April 2009, before Zostera noltii started to grow, the CO2 uptake at low tide during the day was the highest (−2.7 ± 2.0 μmol m−2 s−1). Influxes of CO2 were also observed during immersion at the central station in spring and early autumn and were apparently related to phytoplankton blooms occurring at the mouth of the flat, followed by the advection of CO2-depleted water with the flooding tide. Although winter data as well as water carbon measurements would be necessary to determine a precise CO2 budget for the flat, our results suggest that tidal flat ecosystems are a modest contributor to the CO2 budget of the coastal ocean

Leisure craft sacrificial anodes as a source of zinc and cadmium to saline waters

12 months embarg

PROCESSUS BIOGEOCHIMIQUES DES ZONES INTERTIDALES DES SYSTEMES LAGUNAIRES : LE BASSIN D'ARCACHON (SW, FRANCE)

Lagoon environments are interfaces between continent and ocean. They receive important continental inputs providing high biological productivity. The ecological richness of these environments makes them one of the most productive worldwide ecosystems having a direct impact on economic activity. The conservation and the management of these systems are difficult because biogeochemical cycles are not yet well understood. The present work, which is included in the Programme National d'Environnement Côtier "Chantier Littoral Atlantique" and the ANR PROTIDAL, focuses on the role of the intertidal zones in the net metabolism mass budget of the Arcachon lagoon, on the biogeochemical processes at the different interfaces and their interactions with the tidal cycles, the pelagic mechanisms and the degree of the substrate biological colonization at different time scales (tide, season). Tidal creek waters, which drain tidal mudflats during ebb tide, represent the sum of seeping, diffusion and advection of anoxic interstitial waters from muddy and permeable sediments. These waters are enriched with early diagenesis products, such as ammonia, phosphate, ΣCO2, methane and dissolved metals. The rough estimations extrapolated to the entire lagoon demonstrate the importance of this tidal pumping process in the nutrient mass budget of this lagoon. The substrate colonization by the macrophyte meadows seems to be the main forcing factor on controlling biological and geochemical distribution of the biogenic species. Interstitial water stratification is detected in some profiles reflecting their production, their consumption by organic matter mineralization processes, their uptake by the macrophyte root-rhizome web, and physical and biological transport mechanisms. Contrarily to subtidal and stable sediments wherein the molecular diffusion is the primary solute transport, the geochemical vertical distribution in intertidal sediments is dominated by bioirrigation and interactions with macrophytes, inducing a high spatial and seasonal heterogeneity. A strong interaction was found between iron and phosphorus cycles with annual meadow dynamics, specifying that the ratio between meadows surface and unvegetated surface is a major control parameter for the mass balance of phosphorus in the Arcachon lagoon. The present work purposes for the first time to estimate the sources, sinks and fluxes of methane at the different interfaces in the Arcachon Bay and in a typical temperate tidal lagoon environment. The freshwater inputs and lagoon sediments constitute the two methane sources for the lagoon water column. The main quantity of produced methane is oxidised into the sediments by sulphates inducing low benthic fluxes. The atmospheric fluxes from waters and sediments of the Arcachon lagoon are low in comparison with others coastal systems. This mass budget estimation shows that the totality of supplied methane by rivers and diffused methane from sediments to the lagoon water column is transferred to the atmosphere during residence time of waters in the lagoon. This ecosystem is a negligible methane source for coastal open ocean.Les environnements lagunaires, interfaces entre le continent et l'océan, sont sujets à d'importants apports continentaux qui supportent une forte production biologique. Cette richesse écologique unique en fait des écosystèmes parmi les plus productifs de la planète à l'origine d'une activité économique importante. La gestion et la préservation de ces milieux sont difficiles car l'étude des cycles biogéochimiques est encore incomplète. Dans le cadre de cette thèse, qui s'inscrit dans le Programme National d'Environnement Côtier " Chantier Littoral Atlantique " et l'ANR PROTIDAL, un effort particulier est mis sur le rôle des zones intertidales dans le bilan du métabolisme net du système lagunaire du Bassin d'Arcachon, les processus biogéochimiques aux différentes interfaces et leurs interactions avec les cycles tidaux, les mécanismes pélagiques et le degré de colonisation biologique du substrat à différentes échelles de temps (marée, saison). Il a été démontré que les eaux des chenaux tidaux drainant les platiers intertidaux à marée descendante étaient le résultat de la percolation, diffusion et advection d'eaux interstitielles anoxiques depuis les sédiments vaseux et sableux. Ces eaux sont enrichies en produits de dégradation de la matière organique, tels que l'ammonium, les phosphates, le SCO2, le CH4 et les métaux dissous. Un premier essai de bilan à l'échelle de la lagune démontre l'importance de ce processus de pompage tidal dans le budget global en sels nutritifs de la lagune. La colonisation du substrat par les herbiers de macrophytes apparaît comme un facteur déterminant sur les associations biologiques et les distributions géochimiques des espèces biogènes. Une stratification de l'eau interstitielle est observée sur certains profils reflétant leur production, leur consommation par les processus de minéralisation de la matière organique, leur prélèvement par le système racinaire des macrophytes, et des mécanismes de transports biologiques ou physiques. A la différence des sédiments subtidaux et stationnaires, dans lesquels la diffusion moléculaire est le premier mécanisme de transport des solutés, la distribution verticale géochimique dans les sédiments intertidaux est dominée par la bioirrigation et les interactions avec les macrophytes, conférant une très forte hétérogénéité spatiale et saisonnière. Une interaction très forte entre les cycles du fer et du phosphore avec la dynamique annuelle de ces herbiers a été découverte, précisant que le rapport entre la surface couverte par les herbiers et celle non-végétalisée est un paramètre majeur du bilan de masse en phosphore dans le Bassin d'Arcachon. Ce travail propose également la première estimation d'un bilan des sources, puits et flux de méthane aux différentes interfaces dans le Bassin d'Arcachon et dans un environnement lagunaire tempéré. Les rivières et les sédiments lagunaires représentent les deux sources pour la colonne d'eau. L'essentiel du méthane produit est oxydé dans les sédiments par les sulfates entrainant de faibles flux benthiques. Les flux atmosphériques depuis les eaux et les sédiments du Bassin d'Arcachon sont faibles en comparaison à ceux estimés dans d'autres systèmes côtiers. Ce bilan montre que la totalité du CH4 apporté par les rivières et diffusé depuis les sédiments vers la colonne d'eau de la lagune, est transférée vers l'atmosphère au cours de la résidence des eaux dans la lagune, et que cet écosystème est une source nulle de méthane pour l'océan côtier ouvert

Spectrophotometric determination of phosphate in matrices from sequential leaching of sediments

The speciation of Phosphorus (P) in geologic materials can inform diverse investigations in such as aquatic biogeochemistry, soil sciences, and paleo-oceanography. Here, we describe in detail a set of sequential extraction schemes to measure P concentrations from several operationally defined phases: pore water, exchangeable or loosely sorbed P, Fe-bound P, P associated with biogenic apatite, P associated with authigenic apatite and carbonate forms, P associated with detrital apatite and inorganic forms, and organic P. The two benefits of the procedures we describe compared to prior methodological studies are: (1) fast, simple and inexpensive colorimetric methods have been developed for P determination in all the different matrices; and (2) the Fe-bound phosphorus pool is separated into two fractions, allowing the P associated with most reactive Fe-fraction to be distinguished from P bound to the remainder of the Fe-oxides. Adaptations of these procedures to optimize the characterization of P pools in a range of material types are also outlined

Processus biogéochimiques des zones intertidales des systèmes lagunaires (le Bassin d'Arcachon (SW, France))

Les environnements lagunaires, interfaces entre le continent et l'océan, sont sujets à d'importants apports continentaux qui supportent une forte production biologique. Cette richesse écologique unique en fait des écosystèmes parmi les plus productifs de la planète à l'origine d'une activité économique importante. La gestion et la préservation de ces milieux sont difficiles car l'étude des cycles biogéochimiques est encore incomplète. Dans le cadre de cette the se, qui s'inscrit dans le Programme National d'Environnement Côtier "Chantier Littoral Atlantique" et l'ANR PROTIDAL, un effort particulier est mis sur le rôle des zones intertidales dans le bilan du métabolisme net du système lagunaire du Bassin d'Arcachon, les processus biogéochimiques aux différentes interfaces et leurs interactions avec les cycles tidaux, les mécanismes pélagiques et le degré de colonisation biologique du substrat à différentes échelles de temps (marée, saison). Il a été démontré que les eaux des chenaux tidaux drainant les platiers intertidaux à marée descendante étaient le résultat de la percolation, diffusion et advection d'eaux interstitielles anoxiques depuis les sédiments vaseux et sableux. Ces eaux sont enrichies en produits de dégradation de la matière organique, tels que l'ammonium, les phosphates, le SCO2(indice), le CH4(indice) et les métaux dissous. Un premier essai de bilan à l'échelle de la lagune démontre l'importance de ce processus de pompage tidal dans le budget global en sels nutritifs de la lagune. La colonisation du substrat par les herbiers de macrophytes apparaît comme un facteur déterminant sur les associations biologiques et les distributions géochimiques des espèces biogènes. Une stratification de l'eau interstitielle est observée sur certains profils reflétant leur production, leur consommation par les processus de minéralisation de la matière organique, leur prélèvement par le système racinaire des macrophytes, et des mécanismes de transports biologiques ou physiques. A la différence des sédiments subtidaux et stationnaires, dans lesquels la diffusion moléculaire est le premier mécanisme de transport des solutés, la distribution verticale géochimique dans les sédiments intertidaux est dominée par la bioirrigation et les interactions avec les macrophytes, conférant une très forte hétérogénéité spatiale et saisonnière. Une interaction très forte entre les cycles du fer et du phosphore avec la dynamique annuelle de ces herbiers a été découverte, précisant que le rapport entre la surface couverte par les herbiers et celle non-végétalisée est un paramètre majeur du bilan de masse en phosphore dans le Bassin d'Arcachon. Ce travail propose également la première estimation d'un bilan des sources, puits et flux de méthane aux différentes interfaces dans le Bassin d'Arcachon et dans un environnement lagunaire tempéré. Les rivières et les sédiments lagunaires représentent les deux sources pour la colonne d'eau. L'essentiel du méthane produit est oxydé dans les sédiments par les sulfates entrainant de faibles flux benthiques. Les flux atmosphériques depuis les eaux et les sédiments du Bassin d'Arcachon sont faibles en comparaison à ceux estimés dans d'autres systèmes côtiers. Ce bilan montre que la totalité du CH4(indice) apporté par les rivières et diffusé depuis les sédiments vers la colonne d'eau de la lagune, est transférée vers l'atmosphère au cours de la résidence des eaux dans la lagune, et que cet écosystème est une source nulle de méthane pour l'océan côtier ouvert.BORDEAUX1-BU Sciences-Talence (335222101) / SudocBORDEAUX1-Lab.Océanogr.Arcacho (330092101) / SudocSudocFranceF

Mercury and methylmercury concentrations, sources and distribution in submarine canyon sediments (Capbreton, SW France): Implications for the net methylmercury production

International audienceSubmarine canyons are important stocks of commercial interest fish, whose consumption is one of the main monomethymercury (MeHg) exposure to humans. Currently, biogeochemistry of mercury in those biologically productive system is unknown. In this work, inorganic mercury (Hg(II)) and organic mercury (MeHg) distributions were measured in sedimentary accumulative zones (slopes and terraces) against adjacent continental shelf sediments. Hg compound concentrations in these sediments show a huge range of concentrations (Hg(II) ranging from 18 to 973 ng g−1 and MeHg ranging from 0.07 to 2.03 ng g−1) exhibiting factors 50 and 20 fold, respectively. Higher values of mercury compounds were observed in canyon locations suggesting a high accumulation of mercury associated with higher values of clay fraction and organic matter content. The reactivity of mercury was investigated in sediment of three locations along Capbreton submarine canyon axis using slurry incubations experiments and isotopic tracers. Specific methylation and demethylation rate constants (kM and kD) were calculated. Results clearly showed that MeHg concentrations in these sediments are controlled by competing and simultaneous methylation and demethylation reactions mainly mediated by biotic process. Mercury reactivity was found higher in coastal stations compared to the offshore station due to more labile organic matter which may stimulate microbial activities. However, higher net MeHg production was estimated for the offshore station due to high Hg(II) concentrations suggesting a potential MeHg source for such marine environments

Seasonal Pattern of the Biogeochemical Properties of Mangrove Sediments Receiving Shrimp Farm Effluents (New Caledonia)

Coastal tropical shrimp farming may impact the adjacent ecosystems through the release of large quantities of effluents rich in nutrients. In New Caledonia, mangroves are considered as a natural biofilter to reduce impacts on the surrounding World Heritage listed lagoon. Our main objective was to understand the influence of effluent discharge on the biogeochemistry of mangrove sediments. A monitoring of the physico-chemical parameters of mangrove sediments was carried out during a whole year, including active and non active periods of the farm. The parameters studied were: i) benthic primary production (Chl-a concentrations), ii) physico-chemical parameters of sediments (redox potential, pH, salinity, TOC, TN, TS, δ13C and δ15N), iii) concentrations of dissolved nitrogen, iron and phosphorus. A mangrove developing in the same physiographic conditions, presenting the same zonation, and free of anthropogenic input was used as reference. The concentration of benthic Chl-a measured at sediment surface in the effluent receiving mangrove was twice to three times that measured in the control zone whatever the season. We thus suggest that nutrients inputs significantly increased the phytobenthic production in the effluent receiving mangrove during the whole year, even after the cessation of discharges and because of natural seasonal dynamic of phytobenthos. Although the flow of surface OM was increased, the OM content at depth was not higher than in the control mangrove. However, the contribution of mangrove detritus to the sedimentary organic pool was higher probably as a result of higher density and much greater individual size of the mangrove trees. Unlike the control mangrove sediment, the effluent receiving mangrove sediment was not stratified, redox potential values were high and presence of Fe3+ was detected down to 50 cm depth, probably as a result of a larger root system, allowing a better sediment oxygenation and accentuated OM decomposition processes, and thus limiting ecosystem saturation

Concentrations and fractionation of carbon, iron, sulfur, nitrogen and phosphorus in mangrove sediments along an intertidal gradient (semi-arid climate, New Caledonia)

In mangrove ecosystems, strong reciprocal interactions exist between plant and substrate. Under semi-arid climate, Rhizophora spp. are usually predominant, colonizing the seashore, and Avicennia marina develops at the edge of salt-flats, which is the highest zone in the intertidal range. Along this zonation, distribution and speciation of C, Fe, S, N, and P in sediments and pore-waters were investigated. From the land-side to the sea-side of the mangrove, sediments were characterized by I/ increase in: (i) water content; (ii) TOC; (iii) mangrove-derived OM; II/ and decrease in: (i) salinity; (ii) redox; (iii) pH; (iv) solid Fe and solid P. Beneath Avicennia and Rhizophora, TS accumulated at depth, probably as a result of reduction of iron oxides and sulfate. The loss of total Fe observed towards the sea-side may be related to sulfur oxidation and to more intense tidal flushing of dissolved components. Except the organic forms, dissolved N and P concentrations were very low beneath Avicennia and Rhizophora stands, probably as a result of their uptake by the root systems. However, in the unvegetated salt-flat, NH4+ can accumulate in organic rich and anoxic layers. This study shows: (i) the evolution of mangrove sediment biogeochemistry along the intertidal zone as a result of the different duration of tidal inundation and organic enrichment; and (ii) the strong links between the distribution and speciation of the different elements

Qualité du Milieu Marin Littoral. Bulletin de la surveillance 2021. Départements de Charente-Maritime et de Vendée (sud)

L’Ifremer coordonne, sur l’ensemble du littoral métropolitain, la mise en oeuvre des réseaux d’observation et de surveillance de la mer côtière. Ce bulletin contient une synthèse et une analyse des données collectées par l’ensemble des réseaux pour les départements de Charente‐Maritime et de Vendée (partie sud). Des représentations graphiques homogènes, assorties de commentaires, donnent des indications sur les niveaux et les tendances des paramètres mesurés