Une revue de la biogéochimie du mercure dans les sédiments de mangrove : des points chauds de production de méthylmercure ?

Numéro d'étude :

116

Auteur:

Pei Lei, Huan Zhong, Dandan Duan, Ke Pan

Abstrait:

Les zones humides sont des environnements hautement productifs et biologiquement diversifiés qui fournissent de nombreux services écosystémiques, mais peuvent également être des sources de production et d’exportation de méthylmercure (MeHg). Les zones humides de mangrove contribuent à hauteur de 15% au stockage de carbone dans les sédiments côtiers et à environ 10% de carbone particulaire terrestre exporté vers l'océan. Ainsi, la méthylation du mercure (Hg) dans les sédiments des mangroves et la production ultérieure de MeHg dans les eaux adjacentes pourraient avoir un impact important sur le cycle mondial du mercure. Dans cette revue, nous fournissons une analyse complète de la littérature sur les concentrations mondiales de Hg dans les écosystèmes de mangroves, et les résultats révèlent qu'une large gamme de concentrations totales de Hg (THg) et de MeHg est détectée dans les systèmes de mangroves. Nous discutons ensuite des rôles potentiels de la matière organique (MO) dans le contrôle de la biogéochimie du mercure dans les sédiments des mangroves. La décomposition intense de la MO par réduction anoxique (par exemple, réduction des sulfates) affecte considérablement la chimie des sédiments, telle que le potentiel rédox, le pH et la spéciation du soufre, qui peuvent tous avoir un impact important sur la production de MeHg. Bien que l’exode de carbone des mangroves ait été étudié de manière approfondie, on sait peu de choses sur leur rôle dans l’exportation du MeHg vers les eaux adjacentes. Notre compréhension des processus biogéochimiques du mercure dans les systèmes de mangroves est limitée par le nombre limité de données sur le MeHg et le manque d'études approfondies sur le potentiel de méthylation du mercure dans cet environnement écologiquement important. Des efforts supplémentaires sont nécessaires pour mieux comprendre la contribution des zones humides de mangrove au cycle mondial du mercure.

Principaux résultats et conclusions :

• Les mangroves jouent un rôle essentiel dans le stockage et l’exportation du carbone et du mercure.
  • « Les zones humides de mangrove contribuent à hauteur de 151 TP3T au stockage de carbone dans les sédiments côtiers et à environ 101 TP3T de carbone particulaire terrestre exporté vers l'océan. Ainsi, la méthylation du mercure (Hg) dans les sédiments des mangroves et la production ultérieure de MeHg dans les eaux adjacentes pourraient avoir un impact important sur le cycle mondial du Hg. » (140)    
  • « Les zones humides sont des environnements hautement productifs et biologiquement diversifiés qui fournissent de nombreux services écosystémiques, mais peuvent également être des sources de production et d’exportation de méthylmercure (MeHg). » (140)
• Les mangroves sont l’un des types de zones humides les plus précieuses de la planète.
  • « Les forêts de mangroves sont des zones humides d'importance écologique et économique qui couvrent environ 751 TP3T des côtes tropicales et subtropicales (Duke et al. 2007 ; Giri et al. 2015). Ces zones humides sont des écosystèmes hautement productifs et soutiennent une série de services écosystémiques, tels que la protection des côtes contre l’érosion, la fourniture de zones de reproduction et d’habitats pour les organismes aquatiques et la fourniture de produits forestiers et halieutiques aux humains (Alongi 2008 ; Nagelkerken et al. 2008). » (p. 141)                
  • « Occupant seulement environ 0,51 TP3T de la superficie océanique mondiale totale, les mangroves représentent environ 10% à 15% de la séquestration totale du carbone dans l'océan côtier (Alongi 2012 ; Donato et al. 2011). » (p. 141)                
  • "En fait, de nombreuses caractéristiques de l'environnement de la mangrove peuvent être idéales pour favoriser la méthylation du Hg, notamment des conditions anoxiques, de température élevée et de pH faible, une grande disponibilité de carbone au goût agréable et un substrat abondant pour soutenir les bactéries sulfato-réductrices (SRB), c'est-à-dire, un méthylateur microbien important (Correia et Guimarães 2016). (141)
• La matière organique influence une grande partie de la production de MeHg dans les sédiments des mangroves.
  • « … on pense que la riche MO a un impact majeur sur le stockage, le transport, la distribution et la méthylation du mercure dans les sédiments des mangroves. Les nombreux sites de soufre réduit sur les molécules de OM fournissent de puissants sites de liaison pour le Hg2+ et le MeHg (Khwaja et al. 2006 ; Tai et al. 2014), permettant l’enfouissement du Hg dans les sédiments ou le transport du Hg vers les eaux adjacentes. » (144)                
  • « De nombreuses études ont suggéré que la MO réduisait considérablement la production de MeHg en diminuant la biodisponibilité du Hg inorganique (Leclerc et al. 2015 ; Bouchet et al. 2018). Par exemple, Wu et al. (2011) ont trouvé une relation négative entre les concentrations de MeHg et la teneur totale en MO dans les sédiments des mangroves. (144)
  • «…La MO peut affecter la production de MeHg dans les zones humides de mangrove de différentes manières (Fig. 1). Il peut agir comme une source d'énergie et de nutrition qui stimule la croissance des méthylateurs du mercure tels que le SRB, un groupe principal de micro-organismes médiateurs de la transformation du mercure inorganique en MeHg (Beckers et Rinklebe 2017 ; Gilmour et al. 1992). Le processus de décomposition de la MO modifie davantage l’environnement chimique des sédiments (par exemple, potentiel rédox, pH et spéciation du soufre) (Beckers et al. 2019 ; Frohne et al. 2012), produisant des effets profonds sur la production de MeHg dans les sédiments de mangrove. » (144)    
• Les mangroves produisent ce qu'on appelle « l'effet d'excentration », qui est un processus par lequel les mangroves produisent une quantité excessive de CO2 et « expulsent » ces nutriments organiques dans la zone environnante, ce qui est important pour les zones environnantes.
  • « Connu sous le nom d’« effet d’externalisation », les forêts de mangroves exportent du carbone, de l’azote et d’autres éléments sous forme de subvention qui nourrit les réseaux trophiques côtiers et estuariens adjacents (Alongi 2014 ; Ray et al. 2018). » (146)                    
  • « Le taux moyen d’exportation de COD dans toutes les mangroves est de 26,6 g C m−2 an−1 (Adame et Lovelock, 2011), soit environ 131 TP3T de la moyenne de C exportée sous forme de litière (202 ± 241 g C m−2). an−1) et 45% de C exportés sous forme de POC (59,1 ± 88 g C m−2 an−1). Le POC exporté par les mangroves représente entre 10% et 11% de l’apport total de carbone terrestre dans l’océan et entre 12% et 15% de l’accumulation totale de carbone dans les sédiments de la marge du plateau continental (Dittmar et al. 2006).» (146)
  • « Bergamaschi et coll. (2012) ont estimé que les rendements en THg et MeHg filtrés dans l'estuaire de la rivière Shark dominé par les mangroves étaient respectivement de 28 ± 4,5 μg m−2 an−1 et de 3,1 ± 0,4 μg m−2 an−1, soit des taux cinq fois supérieurs aux taux habituels. signalé pour les zones humides terrestres, ce qui suggère que les marées des mangroves représentent une source potentiellement importante de THg et de MeHg pour les écosystèmes aquatiques estuariens et côtiers. (146)
• Les écosystèmes de mangroves ont une chimie sédimentaire complexe et tranquille qui est très importante non seulement pour les sédiments mais aussi pour ceux qui vivent dans ces écosystèmes et dans les zones environnantes.
  • « La MO abondante dans les sédiments des mangroves peut avoir une grande influence sur la biogéochimie du mercure. En tant que l'un des plus grands réservoirs de carbone des eaux côtières, les sédiments des mangroves peuvent agir comme un facteur respiratoire majeur pour le Hg. La MO elle-même peut affecter la spéciation et la biodisponibilité du mercure, modifiant ainsi les taux de méthylation du mercure. (146)        
  • « La décomposition de la MO a un impact sur la chimie des sédiments, telle que le pH, l'Eh et la spéciation du soufre, formant un environnement anoxique et acide susceptible de favoriser la production de MeHg. La nature hétérogène des sources de carbone complique encore davantage le processus de méthylation dans les sédiments des mangroves. (146) 
• Un gène spécifique a été isolé, appelé hgcAB, que possèdent tous les microbes méthylant le mercure.
  • « Les preuves actuelles indiquent que tous les microbes méthylant le mercure possèdent la paire de gènes hgcAB pour la méthylation du mercure (Liu et al., 2018 ; Parks et al. 2013). » (144)
  • « Les gènes hgcAB ont été identifiés chez plusieurs anaérobies, notamment les δ-protéobactéries (par exemple, SRB et FeRB) du phylum des protéobactéries, les bactéries du phylum des Firmicutes (Clostridia) et les bactéries des méthanomicrobes du phylum des Euryarchaeota (Gilmour et al. 2013). ; Parks et al., 2013 ; Regnell et Watras, 2019). Cependant, les rôles de ces anaérobies dans la production de MeHg dans les sédiments des mangroves n’ont pas été compris. » (144) 

Ouvrages cités:

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