Benthic stream sediments interact strongly with phosphorus (P) and can buffer dissolved reactive P (DRP) concentrations. The sediment P buffer can be measured with the sediment equilibrium phosphate concentration at net zero sorption (EPC0), which often correlates well with DRP. Yet, it is unclear how much of this P affinity in sediments is attributable to biotic (microbial P demand) or abiotic (sorption) processes. To clarify the role of biotic processes on EPC0, we used two experiments with benthic sediment from 12 streams. First, sediments sterilized by γ-irradiation increased in EPC0 compared to fresh sediments by a median of 83%. This increase in EPC0 was likely a result of cell lysis, where microbial biomass P (2.4 to 22.6 mg P kg−1) was re-adsorbed to sediment surfaces. This data also shows that the sediment microbial biomass is a significant, yet under-reported biotic stock of P in streams compared to their photic zone counterpart (i.e., periphyton). In a second experiment, fresh sediment EPC0 was measured after alleviating potential limitation of carbon (C) and nitrogen (N) for microbial growth. Sediment EPC0 did not change with C addition and decreased slightly (0.5 µg P L−1 or ~ 5% decrease) with N addition, suggesting these sediments strongly buffered DRP towards the EPC0 in spite of biotic demand. Together, these experiments suggest that sediment EPC0 was primarily abiotic in nature but that sediments may subsidize biotic P requirements through desorption. Further work is needed on whether this relation holds for streams with different substrate, geology, and nutrient inputs.

中文翻译：

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生物对底栖河流沉积物磷缓冲的贡献

底栖河流沉积物与磷 (P) 相互作用强烈，可以缓冲溶解的活性磷 (DRP) 浓度。沉积物 P 缓冲液可以用净零吸附 (EPC0) 下的沉积物平衡磷酸盐浓度来测量，这通常与 DRP 相关。然而，尚不清楚沉积物中这种 P 亲和力有多少可归因于生物（微生物对磷的需求）或非生物（吸附）过程。为了阐明生物过程对 EPC0 的作用，我们对来自 12 条河流的底栖沉积物进行了两次实验。首先，与新鲜沉积物相比，在 EPC0 中经 γ 辐射灭菌的沉积物增加了 83% 的中位数。EPC0 的这种增加可能是细胞裂解的结果，其中微生物生物量 P（2.4 至 22.6 mg P kg-1）重新吸附到沉积物表面。该数据还表明，与光带对应物（即附生生物）相比，沉积物微生物生物量是溪流中磷的重要但被低估的生物储量。在第二个实验中，在减轻碳 (C) 和氮 (N) 对微生物生长的潜在限制后，测量了新鲜沉积物 EPC0。沉积物 EPC0 不随 C 的添加而改变，而随 N 的添加而略有下降（0.5 µg PL-1 或约 5% 的下降），这表明尽管有生物需求，这些沉积物仍强烈缓冲 DRP 朝向 EPC0。总之，这些实验表明沉积物 EPC0 本质上主要是非生物的，但沉积物可能通过解吸来补贴生物磷的需求。需要进一步研究这种关系是否适用于具有不同底物、地质和营养输入的河流。然而，与它们的光带对应物（即附生生物）相比，溪流中磷的生物存量被低估了。在第二个实验中，在减轻碳 (C) 和氮 (N) 对微生物生长的潜在限制后，测量了新鲜沉积物 EPC0。沉积物 EPC0 不随 C 的添加而改变，而随 N 的添加而略有下降（0.5 µg PL-1 或约 5% 的下降），这表明尽管有生物需求，这些沉积物仍强烈缓冲 DRP 朝向 EPC0。总之，这些实验表明沉积物 EPC0 本质上主要是非生物的，但沉积物可能通过解吸来补贴生物磷的需求。需要进一步研究这种关系是否适用于具有不同底物、地质和营养输入的河流。然而，与它们的光带对应物（即附生生物）相比，溪流中磷的生物存量被低估了。在第二个实验中，在减轻碳 (C) 和氮 (N) 对微生物生长的潜在限制后，测量了新鲜沉积物 EPC0。沉积物 EPC0 不随 C 的添加而改变，而随 N 的添加而略有下降（0.5 µg PL-1 或约 5% 的下降），这表明尽管有生物需求，这些沉积物仍强烈缓冲 DRP 朝向 EPC0。总之，这些实验表明沉积物 EPC0 本质上主要是非生物的，但沉积物可能通过解吸来补贴生物磷的需求。需要进一步研究这种关系是否适用于具有不同底物、地质和营养输入的河流。在减轻碳 (C) 和氮 (N) 对微生物生长的潜在限制后，测量了新鲜沉积物 EPC0。沉积物 EPC0 不随 C 的添加而改变，而随 N 的添加而略有下降（0.5 µg PL-1 或约 5% 的下降），这表明尽管有生物需求，这些沉积物仍强烈缓冲 DRP 朝向 EPC0。总之，这些实验表明沉积物 EPC0 本质上主要是非生物的，但沉积物可能通过解吸来补贴生物磷的需求。需要进一步研究这种关系是否适用于具有不同底物、地质和营养输入的河流。在减轻碳 (C) 和氮 (N) 对微生物生长的潜在限制后，测量了新鲜沉积物 EPC0。沉积物 EPC0 不随 C 的添加而改变，而随 N 的添加而略有下降（0.5 µg PL-1 或约 5% 的下降），这表明尽管有生物需求，这些沉积物仍强烈缓冲 DRP 朝向 EPC0。总之，这些实验表明沉积物 EPC0 本质上主要是非生物的，但沉积物可能通过解吸来补贴生物磷的需求。需要进一步研究这种关系是否适用于具有不同底物、地质和营养输入的河流。这表明尽管有生物需求，但这些沉积物强烈缓冲 DRP 朝向 EPC0。总之，这些实验表明沉积物 EPC0 本质上主要是非生物的，但沉积物可能通过解吸来补贴生物磷的需求。需要进一步研究这种关系是否适用于具有不同底物、地质和营养输入的河流。这表明尽管有生物需求，但这些沉积物强烈缓冲 DRP 朝向 EPC0。总之，这些实验表明沉积物 EPC0 本质上主要是非生物的，但沉积物可能通过解吸来补贴生物磷的需求。需要进一步研究这种关系是否适用于具有不同底物、地质和营养输入的河流。