Contaminated sediment resuspension induces shifts in phytoplankton structure and function in a eutrophic Mediterranean lagoon

La remise en suspension de sédiments contaminés induit des changements dans la structure et le fonctionnement du phytoplancton dans une lagune méditerranéenne eutrophe

⁽¹⁾ UMR 5119 ECOSYM, Université Montpellier 2, 34095 Montpellier, France
⁽²⁾ Laboratoire de Cytologie Végétale et Phytoplanctonologie, Faculté des Sciences de Bizerte, 7021 Zarzouna, Tunisia
⁽³⁾ Institut National des Sciences et Technologies de la Mer, La Goulette, 2060 Tunis, Tunisia
⁽⁴⁾ Present address: JEAI (IRD) ECOBIZ, Faculté des Sciences de Bizerte, 7021 Zarzouna, Tunisia

^⋆ Corresponding author: celine.lafabrie@ird.fr

Received: 13 February 2013
Revised: 7 June 2013
Accepted: 13 June 2013

Abstract

The combined effects of contaminants and nutrients released from sediment into the water column during resuspension-mixing events were assessed on the phytoplankton composition and productivity in the anthropized lagoon of Bizerte (Tunisia, Mediterranean Sea). During a 4-day experiment, phytoplankton was exposed in in situ immersed microcosms to sediment elutriates (untreated: El and sterilized: S-El), prepared from a sediment resuspension simulation process, and its responses were evaluated and compared with controls. Elutriate addition resulted in an enrichment of the water with contaminants (mix of metals and PAHs) and nutrients (NO$\begin{array}{}\mathrm{-}\\ \mathrm{2}\end{array}$, NH$\begin{array}{}\mathrm{+}\\ \mathrm{4}\end{array}$, PO$\begin{array}{}\mathrm{3}\mathrm{-}\\ \mathrm{4}\end{array}$, Si(OH)₄). The resulting contaminant enrichment was similar among treatments, but the nutrient enrichment was slightly higher in the S-El treatment than in the El treatment. Our results show that both elutriates strongly stimulated phytoplankton growth. They also show that the S-El-induced shifts in the phytoplankton community composition slightly enhanced the species diversity, whereas the El did not seem to have any effect on the phytoplankton community composition. In addition, our results show that the net production was stimulated by both elutriate treatments, after 24 h and 48 h of exposure to S-El and El. During the first hours, both elutriates induced a prompt increase in respiration, resulting in a temporary (2–3 days) switch of the systems from net autotrophy (P:R > 1) to net heterotrophy (P:R < 1). Hence in anthropized coastal environments, sediment resuspensions are likely to have significant effects on the structure and productivity of pelagic primary producers, and thereby on carbon transfer throughout food webs.

Résumé

Les effets combinés des contaminants et des nutriments relargués dans la colonne d’eau par le sédiment, lors de phénomènes de remise en suspension de sédiment, ont été évalués sur la composition et la productivité du phytoplancton dans la lagune anthropisée de Bizerte (Tunisie, Méditerranée). Pendant 4 jours, le phytoplancton a été exposé, au sein de microcosmes disposés in situ, à des élutriats de sédiment (non stérilisé : El, et stérilisé : S-El) préparés à partir de simulations de remise en suspension de sédiment, et ses réponses ont été évaluées et comparées à des contrôles. L’ajout d’élutriat a entraîné un enrichissement de l’eau en contaminants (mélange de métaux-traces et HAPs) et nutriments (NO$\begin{array}{}\mathrm{-}\\ \mathrm{2}\end{array}$, NH$\begin{array}{}\mathrm{+}\\ \mathrm{4}\end{array}$, PO$\begin{array}{}\mathrm{3}\mathrm{-}\\ \mathrm{4}\end{array}$, Si(OH)₄). L’enrichissement en contaminants était similaire dans les microcosmes traités avec El et S-El; par contre, l’enrichissement nutritif était légèrement supérieur dans les microcosmes traités avec S-El que dans ceux traités avec El. Les résultats obtenus mettent en évidence une forte stimulation de la croissance phytoplanctonique par les deux élutriats. Ils indiquent également que le S-El a engendré des modifications au niveau de la composition de la communauté phytoplanctonique, en augmentant légèrement la diversité spécifique, alors qu’El ne semble pas avoir eu d’effet sur la structure phytoplanctonique. De plus, les résultats obtenus mettent en évidence une stimulation de la production nette par les deux élutriats, après 24 h d’exposition pour S-El et 48 h pour El. Ils indiquent par ailleurs que les deux élutriats ont provoqué une augmentation rapide et importante de la respiration au cours des premières heures d’exposition, conduisant les systèmes à une hétérotrophie nette (P : R < 1) temporaire (2–3 jours). Cette étude montre ainsi que, dans les environnements côtiers anthropisés, les phénomènes de remise en suspension de sédiment peuvent engendrer des modifications de la structure et de la productivité des producteurs primaires pélagiques, et, par conséquent, modifier le transfert de carbone au sein des réseaux trophiques.