Structures of benthic prokaryotic communities and their hydrolytic enzyme activities resuspended from samples of intertidal mudflats: An experimental approach

International audienceResuspended sediment can increase plankton biomass and the growth of bacteria, thus influencing the coastal planktonic microbial food web. But little is known about resuspension itself: is it a single massive change or a whole series of events and how does it affect the quantity and quality of resuspended prokaryotic cells? We simulated the sequential erosion of mud cores to better understand the fate and role of benthic prokaryotes resus-pended in the water column. We analyzed the total, attached and free-living prokaryotic cells resuspended, their structure and the activities of their hydrolytic enzymes in terms of the biotic and abiotic factors that affect the composition of microphytobenthic biofilm. Free living prokaryotes were resuspended during the fluff layer erosion phase (for shear velocities below 5 cm · s −1) regardless of the bed sediment composition. At the higher shear velocities, resuspended prokaryotes were attached to particulate matter. Free and attached cells are thus unevenly distributed, scattered throughout the organic matter (OM) in the uppermost mm of the sediment. Only 10–27% of the total cells initially resuspended were living and most of the Bacteria were Cyanobacteria and Gamma-proteobacteria; their numbers increased to over 30% in parallel with the hydrolytic enzyme activity at highest shear velocity. These conditions released prokaryotic cells having different functions that lie deep in the sediment; the most important of them are Archaea. Finally, composition of resuspended bacterial populations varied with resuspension intensity, and intense resus-pension events boosted the microbial dynamics and enzyme activities in the bottom layers of sea water

Εισοδηματικές ανισότητες και φιλανθρωπία

<p>All variables were kriged on different variogram models depending on the data (<a href="http://www.plosone.org/article/info:doi/10.1371/journal.pone.0044155#pone-0044155-t001" target="_blank">Table 1</a>). Geometrical scales were used to maximize the visualization of both gradients and the patchiness of the different variables. Mollusk maps are at different scales to account for the discrepancy in the data between the 2 samplings. <b>A, B</b>: Chl <i>a</i> concentration (µg.L⁻¹); <b>C, D</b>: SPiM amount (mg.L⁻¹). <b>E, F</b>: Bottom mean current velocities and direction at the 2 sampling periods, calculated by the MARS-3D hydrodynamic model.</p

Ecosystem services provided by a non-cultured shellfish species: the common cockle Cerastoderma edule

Coastal habitats provide many important ecosystem services. The substantial role of shellfish in delivering ecosystem services is increasingly recognised, usually with a focus on cultured species, but wild-harvested bivalve species have largely been ignored. This study aimed to collate evidence and data to demonstrate the substantial role played by Europe's main wild-harvested bivalve species, the common cockle Cerastoderma edule, and to assess the ecosystem services that cockles provide. Data and information are synthesised from five countries along the Atlantic European coast with a long history of cockle fisheries. The cockle helps to modify habitat and support biodiversity, and plays a key role in the supporting services on which many of the other services depend. As well as providing food for people, cockles remove nitrogen, phosphorus and carbon from the marine environment, and have a strong cultural influence in these countries along the Atlantic coast. Preliminary economic valuation of some of these services in a European context is provided, and key knowledge gaps identified. It is concluded that the cockle has the potential to become (i) an important focus of conservation and improved sustainable management practices in coastal areas and communities, and (ii) a suitable model species to study the integration of cultural ecosystem services within the broader application of ‘ecosystem services’

Projet Seine-Aval 6 PHARESEE « Productivité microphytobenthique des HAbitats intertidaux en lien avec la dynamique sédimentaire, biogéochimique et les ingénieurs d'écosystème de la faune benthique : implication pour des enjeux de modélisation et de REhabilitation des vasières de la SEine Estuarienne »

L'estuaire de la Seine est soumis à divers stress anthropiques et hydro-climatiques. Cet écosystème côtier perd son caractère estuarien à cause d'aménagements qui ont eu comme conséquence de voir disparaître de vastes surfaces de vasières intertidales. Ces habitats fonctionnels jouent un rôle majeur dans le fonctionnement écologique des estuaires, car ils abritent des communautés méio- et macro-benthiques très diversifiées et représentent la principale zone d’alimentation de nombreux vertébrés dont certains d’intérêt écologique ou commercial majeur (e.g. poissons, oiseaux). La dynamique des vasières intertidales est fortement influencée par les processus hydro-sédimentaires estuariens, étant tantôt source, tantôt puits de sédiment. Elles constituent ainsi un élément essentiel des cycles biogéochimiques se déroulant au sein des estuaires. Les caractéristiques morphologiques et biogéochimiques de ces zones vont directement influencer les échanges de matière et d’énergie qui s’y déroulent. Il est donc impératif d'avoir une approche pluridisciplinaire pour comprendre leur fonctionnement. Le projet PHARE-SEE avait pour objectif (i) de mieux comprendre le rôle des bioturbateurs et leur effet sur le microphytobenthos, les paramètres hydrosédimentaires et biogéochimiques dans les vasières de l’estuaire de Seine et (ii) de développer un modèle de production primaire microphytobenthique couplant l’ensemble des paramètres susmentionnés. Le premier objectif du projet a été réalisé en couplant expériences sur le terrain et en laboratoire. Ainsi, des expériences d’exclusion/ensemencement de faune ont été menées sur la vasière Nord, à l’aval de l’estuaire de Seine, et sur 2 faciès sédimentaires contrastés, avec un suivi de la dynamique saisonnière du microphytobenthos et de l’ensemble des paramètres biogéochimiques et hydrosédimentaires. De plus, des expériences en laboratoire ont été réalisées, avec une évaluation des flux diffusifs de nutriments à 2 saisons contrastées (hiver/été) en fonction du mélange sablo-vaseux et de l’intensité de la bioturbation par la macrofaune benthique dominante de la vasière (le ver Hediste diversicolor et le bivalve Scrobicularia plana). Les expériences de terrain ont montré que l’effet saisonnier était plus prononcé que celui des bioturbateurs sur l’ensemble des paramètres biogéochimiques dans le sédiment (matière organique sédimentaire, processus et biomasse microbiens). Contrairement à la matière organique sédimentaire, principalement d’origine terrigène, la matière organique dissoute présente dans les eaux interstitielles, majoritairement d’origine autochtone, est réactive et influencée par l’activité des bioturbateurs. Ces derniers ont une influence prononcée sur l’érodabilité, avec un rôle biostabilisateur efficace pour Hediste diversicolor en été comme en hiver et un rôle déstabilisateur pour Scrobicularia plana exclusivement en été. Malgré des processus de consommations primaires très élevés et des pertes par érosion, le niveau de production primaire microphytobenthique reste par ailleurs très important sur la vasière. Les analyses réalisées ont également révélé le rôle majeur du microphytobenthos dans le réseau trophique pour H. diversicolor, S. plana et la méiofaune (analyses isotopes stables, collaboration projet SA6 SENTINELLES). Les expériences en mésocosme, complémentaires de celles réalisées sur le terrain, ont montré que l’activité de bioturbation des deux ingénieurs d’écosystème diffère quelle que soit la saison. Ainsi, le processus de transport d’eau et des composés dissous (bioirrigation) domine chez H. diversicolor, alors que l’activité de S. plana est dominée par le remaniement sédimentaire. Les flux biogéochimiques à l’interface eau-sédiment sont principalement influencés par la bioirrigation. Enfin, il a été observé que S. plana consomme très activement les biofilms microphytobenthiques et limite fortement leur capacité de développement, alors que la biomasse microphytobenthique n’est pas affectée par les activités de Hediste. Cela démontre que la consommation herbivore est totalement compensée par des effets positifs liés probablement à la bioirrigation, activée de manière générale plus de 40 fois par Hediste. Dans un second temps, ce projet proposait de modéliser la production primaire microphytobenthique en relation avec la dynamique sédimentaire et les processus biogéochimiques. Les données acquises via expériences en laboratoire et sur le terrain ont servi à développer ce modèle. Ainsi, le modèle MARS3D en version Cross-shore 2DV a été implémenté sur la vasière intertidale étudiée avec une très bonne qualité des simulations des processus hydrosédimentaires et des variations altimétriques. L’intégration de l’effet de la bioturbation et de la régulation de l’érodabilité des sédiments a permis d’améliorer encore la qualité des simulations. Un modèle de diffusion thermique a été intégré, testé et amélioré en termes d’interaction avec la composition sédimentaire. Le modèle biogéochimique BLOOM a été intégré également dans le modèle MARS3D avec une dynamique biogéochimique saisonnière bien représentée. Le modèle prend en compte le rôle des bioturbateurs sur les flux diffusifs, mais une perspective d’amélioration doit être envisagée pour mieux reproduire les flux à l’interface eau-sédiment et l’assimilation du NH4 + par le microphytobenthos en surface. Enfin, le modèle de la production primaire microphytobenthique a été implémenté dans le code MARS3D et fournit des simulations de la dynamique spatio-temporelle des biomasses microphytobenthiques intéressantes, même si les flux sont encore sous-estimés dans le modèle et les interactions avec la faune doivent encore être améliorées. Au final, les très nombreuses données issues du projet PHARESEE et le modèle associé serviront à comprendre et relier les nombreux facteurs influençant le fonctionnement des vasières et leurs rôles écosystémiques essentiels – rôle physique, de régulation sur les cycles biogéochimiques et rôle de productivité biologique et soutien au réseau trophique. Des travaux de synthèse ont été engagés en particulier pour tenter d’expliquer le haut niveau de productivité actuel du système en lien avec la bonne santé des espèces sentinelles (ingénieurs d’écosystèmes) de la macrofaune benthique

Inter‐country differences in the cultural ecosystem services provided by cockles

1. Coastal systems provide many cultural ecosystem services (CES) to humans. Fewer studies have focused solely on CES, while those comparing CES across countries are even rarer. In the case of shellfish, considerable ecosystem services focus has been placed on nutrient remediation, with relatively little on the cultural services provided, despite strong historical, cultural, social and economic links between shellfish and coastal communities. The ecosystem services provided by the common cockle, Cerastoderma edule, have recently been described, yet the cultural benefits from cockles remain mostly unknown. 2. Here, we documented the CES provided by C. edule in five maritime countries along the Atlantic coast of western Europe, classifying evidenced examples of services into an a priori framework. The high-level classes, adapted from the Millennium Assessment and the Common International Classification of Ecosystem Services, were: inspirational, sense of place, spiritual & religious, aesthetic, recreation & ecotourism, cultural heritage and educational. A further 19 sub-classes were defined. We followed a narrative approach to draw out commonalities and differences among countries using a semi-quantitative analysis. 3. Examples of CES provided by cockles were found for all classes in most countries. Cockles supply important and diverse cultural benefits to humans across Atlantic Europe, making it an ideal model species to study CES in coastal areas. Most examples were in cultural heritage, highlighting the importance of this class in comparison with classes which typically receive more attention in the literature like recreation or aesthetics. We also found that the cultural associations with cockles differed among countries, including between neighbouring countries that share a strong maritime heritage. The extent to which cultural associations were linked with the present or past also differed among countries, with stronger association with the present in southern countries and with the past in the north. 4. Understanding the wider benefits of cockles could deepen the recognition of this important coastal resource, and contribute to promoting sustainable management practices, through greater engagement with local communities. This study is an important step towards better integration of CES in coastal environments and could be used as a framework to study the CES of other species or ecosystems

A cockle-induced bioturbation model and its impact on sediment erodibility: A meta-analysis

International audienceModelling the dynamics of an estuary and the evolution of its morphology requires a process-based description not only of the physical processes, but also of the influence of benthic fauna on sediment characteristics at ecosystem scale. A meta-analysis was tested as an approach for modelling the effect of bioturbation exerted by the cockle Cerastoderma edule on sediment erodibility. Six different erosion flume datasets were collected to ensure a broad range of experimental conditions including bed shear stress, population characteristics, and sediment composition. First, a model was built to describe the biogenic fluff layer created by C. edule activity in relation to (i) bioturbation activity using the population metabolic rate [mW.m-2 ] as a proxy for faunal metabolic energy, and (ii) the silt content [%] of the sediment. Second, different erosion models were compared by testing parameterization steps incorporating both erosion of the fluff layer and/or mass erosion of the sediment bed. Structural differences in the flumes and in the preparation of samples in the six different datasets makes it difficult to propose a single model that satisfactorily simulates all the data and encompasses both types of subsequent erosion, that of the fluff layer and that of the underlying consolidated bed. However, a generic model is proposed for the surficial fluff layer erosion covering a moderate range of bed shear stress (<1 Pa). This study shows that including several datasets covering a wide range of environmental conditions is a key to the robustness of this model, and that new insights can be gained by integrating the complexity of sediment features. We expect that this two-part model can be used in broad contexts in terms of cockle populations, estuarine habitats, and climatic conditions and can combined with various hydro-morpho-sedimentary models that include these biological effects.La modélisation de la dynamique d'un estuaire et de l'évolution de sa morphologie nécessite une description non seulement des processus physiques, mais aussi de l'influence de la faune benthique sur les caractéristiques des sédiments à l'échelle de l'écosystème. Une méta-analyse a été réalisée comme approche pour modéliser l'effet de la bioturbation exercée par la coque Cerastoderma edule sur l'érodabilité des sédiments. Six ensembles de données d'érosion ont été collectés afin de garantir un large éventail de conditions expérimentales, y compris la contrainte de cisaillement du lit, les caractéristiques de la population et la composition des sédiments. Tout d'abord, un modèle a été construit pour décrire la couche biogénique créée par l'activité de C. edule en relation avec (i) l'activité de bioturbation en utilisant le taux métabolique de la population [mW.m-2] comme indicateur de l'énergie métabolique de la faune, et (ii) la teneur en vase [%] du sédiment. Dans un second temps, différents modèles d'érosion ont été comparés en testant des étapes de paramétrage incorporant à la fois l'érosion de la couche biogénique et/ou l'érosion en masse du sédiment. Les différences structurelles dans les canaux et dans la préparation des échantillons dans les six ensembles de données font qu'il est difficile de proposer un modèle unique qui simule de manière satisfaisante toutes les données et qui englobe les deux types d'érosion, celle de la couche biogénique et celle du fond consolidé sous-jacent. Cependant, un modèle générique est proposé pour l'érosion de la couche biogénique couvrant une gamme modérée de contraintes de cisaillement du lit (<1 Pa). Cette étude montre que l'inclusion de plusieurs ensembles de données couvrant une large gamme de conditions environnementales est la clé de la robustesse de ce modèle, et que de nouveaux aperçus peuvent être obtenus en intégrant la complexité des caractéristiques des sédiments. Nous pensons que ce modèle en deux parties peut être utilisé dans des contextes larges en termes de populations de coques, d'habitats estuariens et de conditions climatiques et qu'il peut être combiné avec divers modèles hydro-morpho-sédimentaires qui incluent ces effets biologiques

Modélisation de la bioturbation et de ses conséquences sur les flux de remise en suspension des sédiments cohésifs en baie de Marennes-Oléron

La remise en suspension des sédiments cohésifs est connue pour engendrer un accroissement des niveaux de turbidité et de biomasse chlorophyllienne de la colonne d'eau. Ce processus, déterminé par les facteurs hydrosédimentaires, est également modulé par les activités de bioturbation dues à la macrofaune benthique. L'objectif de cette étude était de développer un modèle de bioturbation sous influence des fluctuations environnementales des propriétés de l'interface eau/sédiment. Ce modèle déterministe permet de simuler les effets des deux espèces dominantes sur les vasières de la baie de Marennes-Oléron : le gastéropode Hydrobia ulvae et le bivalve Scrobicularia plana. Le gastéropode H. ulvae contribue à former une "matrice biogénique" par une création de traces alors que le bivalve S. plana y participe par une production de pseudofécès. Ces deux processus ont été modélisés sur la base de résultats expérimentaux et pris en compte dans un modèle 1DV de transport sédimentaire pour simuler la succession de deux phases d'érosion : (1) celle de la " matrice biogénique " et (2) celle du lit de sédiment. Les variables forçantes du modèle sont la densité des animaux, la durée de bioturbation et la teneur en eau. Le développement microphytobenthique est un autre facteur essentiel à intégrer. Les concepts du modèle ont été testés sur la vasière de Montportail-Brouage lors d'expériences in situ. Les processus de dessiccation et le développement microphytobenthique régulent les activités de bioturbation, dont la participation à l'érodabilité varie alors selon la saison. Les populations naturelles de S. plana ont un impact majeur sur l'érodabilité des sédiments de la haute slikke. Aucun effet biostabilisateur dû au microphytobenthos n'a été obtenu alors que le statut physiologique du biofilm détermine sa propre érosion. Cette étude des processus benthiques et l'utilisation du modèle peuvent permettre d'améliorer la compréhension du fonctionnement des vasières intertidales.Resuspension of sediment top layers is known to enhance both water turbidity and planktonic biomass of water colulmn. This process is primarily governed by hydrosedimentary factors but is also controlled by biological activities, namely bioturbation. The aim of this study is to provide a model of bioturbation under influence of rapidly varying features of the sediment-water interface. A deterministic model has been developed to reproduce experimental results which were obtained in flume with the two dominant species on mudflats of the bay of Marennes-Oléron : the gastropod Hydrobia ulvae and the bivalve Scrobicularia plana. H. ulvae creates a biogenic fluff layer by forming tracks while S. plana contribution is ensured by biodeposit production and especially pseudofaeces. Both processes have been modelled and incorporated into a 1DV model of sediment transport to reproduce the observed succession in time of the biogenic fluff layer and bed erosion phases. Forcing variables of the model are animal density, bioturbation time and sediment water content. The microphytobenthic development has also been found to decrease the intensity of bioturbation activities in laboratory. The relevance of macrofauna effects on bed erodability through the materialisation of a biogenic fluff layer has been verified over the Montportail-Brouage mudflat. A major impact of S. plana has been found on the upper parts of the mudflat in agreement with laboratory studies and model predictions. In this study, stabilising effects of fine-grained sediments due to microphytobenthos took place neither in laboratory nor in the field. Interestingly, this model is reliable to quantify the consequences of bioturbation activities on sediment resuspension under various natural conditions. The outcomes are expected to be very important for sediment transport as well as trophic web studies since bioturbation activities have been found to emphasise the chl a supply towards the water column.LA ROCHELLE-BU (173002101) / SudocSudocFranceF

Le rôle de la macrofaune dans la dynamique sédimentaire des vasières intertidales : de l’observation à la modélisation en passant par l’expérimentation

National audienceA brief overview of soft-sediment marine benthos influences on hydro-sedimentary processes in intertidal mudflats is provided including technical aspects based on observations, flume experiments and 1DV numerical modelling of bioturbation. A list of references is also provided.Une synthèse est présentée concernant le rôle de la macrofaune benthique dans la dynamique sédimentaire des vasières intertidales (bioturbation, bio-diffusion, bio-irrigation) en se basant sur des approches d'observations, d'expérimentations en canal hydraulique et de modélisations numériques des processus liés à la bioturbation. Une liste de références bibliographiques vient compléter l'exposé

Environmental and behavioural factors affecting activity in the intertidal gastropod <I>Hydrobia ulvae</I>

International audienceLaboratory microcosms were used to investigate the mud snail Hydrobia ulvae (Pennant) bioturbation activities and behavioural changes in response to snail density, algal food, sediment moisture content, light regime and water cover conditions. Density-dependent kinetics of bioturbated muddy areas were described by von Bertalanffy equations, which provided reliable estimates of mud surface covering rates by snail tracks (m2 h−1 snail−1). Snails need a wet habitat to be active either covered by seawater or by moving in fluid layers for low-tide conditions. Light and microphytobenthic biomass, which are less potent to affect snail activity, are positively interrelated to increase covering rates in the tested chl a concentrations within the range of 1–15 μg g−1. Experimental results suggested us the relevance of microphytobenthos migration processes in affecting crawling activities of H. ulvae that appeared to adjust their foraging efforts in response to benthic algal biomass. Behavioural processes of H. ulvae, in terms of floating, crawling, burrowing and inactive snails, were described using a Markov model. Finally, an empirical model based on von Bertalanffy equations was proposed to describe kinetics of sediment covering by snail tracks under the influences of snail density, sediment moisture content, chl a concentrations and the four combinations of presence/absence of light and seawater. This model should provide a base for further development of a hydrosedimentary model to simulate the effects of H. ulvae bioturbation activities on the resuspension of the intertidal cohesive sediment–water interface for various in situ conditions