Benthic microbial loop functioning in coastal lagoons: a comparative approach

Coastal lagoons are highly variable and dynamic systems that have been rarely investigated in terms of benthic microbial loop. We present here the results of a comparative study aimed at investigating factors and benthic processes potentially affecting microbial loop functioning in three lagoon systems (Goro, Lesina and Marsala lagoons). The three lagoons were characterised by different geo-morphological, trophic and ecological features. We determined organic matter quantity and biochemical composition, exo-enzymatic activities, bacterial biomass and bacterial carbon production together with heterotrophic nanoflagellate and meiofauna biomass. These variables allowed providing estimates of biomass ratios between different benthic compartments and gathering information on C transfer in different systems. The results of this study indicate that organic matter composition played a primary role on microbial loop ability of channelling C-biomass to higher trophic levels. In coastal lagoons, indeed, quantity and quality of sediment organic matter control rates of organic matter degradation, turnover rates (through breakdown of large macromolecules) and utilisation by benthic heterotrophic organisms (bacterial C production). Exo-enzymatic activities in all lagoons investigated were generally low, when compared to coastal marine systems, and lowest rates were observed in systems characterised by refractory organic pools. Our results indicate that the autotrophic contribution to the biopolymeric carbon pools, which influences the ratio of autotrophic to heterotrophic biomass, is a key factor regulating the functional efficiency of the benthic system. The structure of the benthic microbial loop varied according to the different characteristics of the lagoons: from a classical "detritus sink" system (i.e., the Marsala lagoon, where organic matter was highly refractory), to the "source" system (Lesina lagoon, which displayed an efficient C transfer to higher trophic levels, mediated by benthic bacteria). (C) 2003 Editions scientifiques et medicales Elsevier SAS and Ifremer/CNRS/IRD. All rights reserved.

Très peu d'études existent sur la boucle microbienne dans les lagunes côtières, systèmes dynamiques à grande variabilité. Nous présentons ici les résultats d'une étude comparée s'intéressant aux facteurs du milieu et aux processus benthiques qui affectent le fonctionnement du réseau microbien dans trois systèmes lagunaires (Goro, Lesina et Marsala). Ces trois lagunes présentent des aspects géomorphologiques, trophiques et écologiques différents. Nous avons mesuré la teneur en matière organique et la composition biochimique, les activités exo-enzymatiques, la biomasse bactérienne et la production bactérienne carbonée ainsi que la biomasse de la méiofaune et des flagellés hétérotrophiques. Nous avons ainsi pu estimer les taux de transfert de biomasse et donc les flux de carbone entre les différents compartiments benthiques. La composition en matière organique joue un rôle primordial sur l'aptitude de la boucle microbienne à canaliser la biomasse de carbone vers les échelons supérieurs. Dans les lagunes côtières, la qualité et la quantité de matière organique sédimentaire contrôlent le taux de dégradation de la matière organique, les taux de renouvellement (par destructuration des grosses molécules) et l'utilisation par les hétérotrophes benthiques (production carbonée bactérienne). Dans les trois lagunes étudiées, les activités exo-enzymatiques sont faibles comparé aux écosystèmes marins côtiers ; les taux les plus bas se rencontrent dans les systèmes caractérisés par un pool organique réfractaire. Aussi, les taux de mobilisation de la matière organique sont-ils bas. Ces résultats montrent que la contribution autotrophique aux pools de carbone des biopolymères qui influencent le rapport biomasse autotrophe / biomasse hétérotrophe constitue un facteur de régulation essentiel de l'efficience de la boucle microbienne. La structure de ce réseau microbien varie d'une lagune à l'autre entre deux situations opposées : d'un classique « puits à détritus » (par exemple la lagune de Marsala où la matière organique est hautement réfractaire) à un système « source » (la lagune de Lesina avec un transfert efficace du carbone vers les niveaux trophiques supérieurs par l'intermédiaire des bactéries benthiques).