沿海藻礁絮凝沉积物的现场证据，揭开生物凝聚力的秘密
絮凝是悬浮颗粒聚集成更大团块的过程，在沿海藻礁生态系统的动态中起着关键作用。最近的一项研究强调了生物凝聚力（主要由藻类和微生物群落驱动）在沿海藻礁絮凝过程中发挥的关键作用。
沿海藻礁和沉积物
沿海藻礁是重要的海洋生态系统，提供多种生态系统服务，从支持生物多样性到稳定海床和影响养分循环。这些珊瑚礁是动态的，不断受到波浪、潮汐和洋流的物理力量以及光合作用、呼吸和包括藻类在内的各种海洋生物的生长等生物过程的影响。这些环境中最重要的生物过程之一是沉积物沉积，它在维持珊瑚礁和周围沿海环境的结构完整性方面发挥着作用。
沿海珊瑚礁的沉积物动力学非常复杂，受多种因素的影响，包括流体动力学、沉积物成分和生物相互作用。悬浮沉积物可以通过水流运输，导致细颗粒在珊瑚礁表面堆积。在沿海藻礁中，絮凝主要由生物凝聚力驱动，这涉及藻类和微生物产生细胞外聚合物(extracellular polymeric substance，EPS)。这些物质在将颗粒结合在一起方面起着关键作用，使它们更容易从水柱中沉淀出来。
生物凝聚力在沉积物絮凝中的作用
在沿海环境中，絮凝受到物理和生物因素的综合影响。水流和波浪作用等流体动力可以使沉积物悬浮在水柱中，当条件有利于颗粒聚集时就会发生絮凝，而在藻礁等沿海地区，藻类和微生物群落的存在增强了促进絮凝物形成的生物凝聚力。
生物凝聚力是指藻类和细菌等生物产生有机物质而促进颗粒聚集，细胞外聚合物是一种粘性物质，可将颗粒粘合在一起使它们聚集成更大的团块。在藻类礁中，生物凝聚力是沉积物絮凝的最重要驱动因素之一，因为藻类和微生物有助于形成稳定的聚集体，这些聚集体会沉淀在礁石的基质上。
藻类在生物凝聚力中的作用很复杂，除了释放细胞外聚合物之外，藻类还会增加沉积物中的有机物含量，从而进一步促进絮凝过程。藻类表面微生物群落的存在进一步增强了生物凝聚力，这些微生物也会产生细胞外聚合物并与水柱中的颗粒相互作用。此外，不同种类的藻类可能对沉积物絮凝产生不同程度的贡献。大型藻类海带和海草，拥有着巨大的表面积并能产生大量细胞外聚合物，这使得它们在促进絮凝方面特别有效，相比之下，微藻可能在较小规模上有助于絮凝，但由于微藻在水柱中的丰度较高，仍会对沉积物絮凝产生较大影响。
虽然生物凝聚力是沉积物絮凝的关键因素，但水动力也在沉积物动力学中发挥着重要作用，这些海洋水动力可以将沉积物悬浮在水柱中，使它们能够长距离移动。在水动力较强的环境中，悬浮沉积物可能会重新悬浮并被输送到大片区域。水流和生物凝聚力之间的相互作用可以促进稳定絮凝物的形成，这些絮凝物会更快地沉降到海底。
新的研究发现
珊瑚礁和藻礁是重要的海洋生态系统，为众多海洋生物提供栖息地，然而，高浓度的悬浮沉积物会威胁这些生态系统，导致珊瑚白化、生长速率下降及生物功能改变。传统研究多假设沉积物为非粘性颗粒，但在藻礁等有机质丰富的环境中，悬浮沉积物可能通过有机质促进絮凝，从而改变沉降速度等。
近日一项新的研究探讨了生物粘附在藻礁沉积物絮凝中的作用，研究人员通过对台湾桃园海岸藻礁现场测量分析研究，发现了絮凝现象的直接证据，研究发现在上层水体中体积浓度和平均粒径更高，但质量浓度更低，表明大尺寸低密度絮凝体（含孔隙水和有机质）的存在，显微镜图像图像也显示出矿物颗粒与凝胶状有机质结合形成絮凝体。
研究还分析了絮凝体有效密度与沉降速度，研究发现絮凝体的有效密度范围在100–1050 kg/m³之间，小于非粘性沙粒有效密度1620 kg/m³，絮凝体的有效密度与平均粒径呈显著负相关。而絮凝体的沉降速度在0.2~2 mm/s之间，远低于非粘性沙粒预测值，验证了絮凝降低沉降速度的假设。通过分形维度分析表明，絮凝体呈松散多孔结构。
此外，研究还发现有机质的关键作用，有机质的含量与絮凝体有效密度呈负相关，有机质的含量与絮凝体粒径呈正相关，表明有机质促进絮凝体尺寸增长。研究人员使用 X 射线衍射分析对沉积物样品进行了分析，发现有机质的含量占总悬浮物的重量比例约为 12-36%，显著高于粘土矿物含量3%，表明生物粘附主导絮凝。
研究也指出，传统非粘性沉积物模型不适用于有机质丰富的环境，需引入生物粘附机制以改进沉降速度和输运预测。基于非粘性假设的Rouse公式高估沉降速度，而在引入有效密度后更接近实测值。
这项研究提供实地证据，表明生物凝聚力主要驱动沿海藻礁悬浮沉积物的絮凝，这些发现为珊瑚礁和藻礁生态系统的保护提供了关键科学依据，并呼吁未来研究关注生物-物理耦合作用下的沉积物动态。
思考
絮凝沉积物对藻礁的生物多样性和健康有何长期影响？季节和气候变化如何影响藻礁的絮凝过程和沉积物沉积？藻礁生态系统中的不同物种如何与絮凝沉积物相互作用并对其做出反应？
参考文献：Zhi-Cheng Huang, Tian-Jian Hsu & Trung Nguyen Ly ，Field evidence of flocculated sediments on a coastal algal reef. Communications Earth & Environment volume 6, Article number: 8 (2025) ，doi.s43247-024-01957-9
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