Development of phytoplankton in the winter-spring period in the coastal waters of Crimea

Main Article Content

Finenko Z. Z., Mansurova I. M., Kovalyova I. V., Georgieva E. Yu. Development of phytoplankton in the winter-spring period in the coastal waters of Crimea. Marine Biological Journal, 2021, vol. 6, no. 1, pp. 102-114. https://doi.org/10.21072/mbj.2021.06.1.08

Article Details

Abstract

The analysis of phytoplankton in the winter-spring period is important for investigating peculiarities of its annual dynamics and the Black Sea ecosystem overall functioning. Phytoplankton state in the winter-spring period in the Black Sea shelf zone is less studied than that of the summer-autumn season; conducting such a research is especially important for solving several problems, related to the productivity of the last links of the food chain, the formation of water hydrochemical regime, and the carbon cycle in the sea. The aim of the work is to assess the effect of seasonal conditions on the development of phytoplankton and its production estimates in the winter-spring period in the coastal waters of Crimea. The article presents the results of studies of hydrophysical (water temperature, density, and relative transparency) and biological indicators (chlorophyll a concentration, its fluorescence, taxonomic composition, and phytoplankton production estimates) in the Black Sea shelf zone in January – April 2016–2019. The studies were carried out at 50 stations, located in the coastal waters of Crimea from the Karkinitsky Bay to the Kerch Strait. Chlorophyll a concentration was measured by the standard fluorometric method, species composition was determined by microscopy, and phytoplankton specific growth rate was calculated according to the previously developed model. In winter (January – February), the values of chlorophyll a content and upper mixed layer depth were the highest (0.42–0.52 mg·m−3 and 44–58 m, respectively); in spring (March – April) they were 2–3 times lower. In January – February, the coccolithophore species Emiliania huxleyi (Lohmann) W. W. Hay & H. P. Mohler, 1967 predominated; in March – April, in different years, either dinoflagellates and diatoms or coccolithophores, dinoflagellates, and diatoms prevailed. In winter, chlorophyll a vertical distribution at most stations was uniform; in spring, unimodal profiles with a depth maximum prevailed, the location of which was not related to temperature and density gradients. Relative changes in chlorophyll a concentration and fluorescence with depth were usually the same. Phytoplankton production and daily production/biomass ratio (P/B) increased from winter to spring. There was no correlation between the values of integral production, biomass, and maximum specific growth rate of algae. Maximum specific growth rate was the least variable indicator. During the winter-spring period, algae in the photosynthetic zone divided on average once every 2–5 days.

Authors

Z. Z. Finenko

chief researcher, D. Sc.

http://orcid.org/0000-0003-4852-341X

https://elibrary.ru/author_items.asp?id=744590

I. M. Mansurova

junior researcher

http://orcid.org/0000-0003-1197-0339

https://elibrary.ru/author_items.asp?id=999258

I. V. Kovalyova

researcher, PhD

http://orcid.org/0000-0001-5430-2002

https://elibrary.ru/author_items.asp?id=1039761

E. Yu. Georgieva

leading engineer

http://orcid.org/0000-0002-8177-0781

https://elibrary.ru/author_items.asp?id=951670

References

Арашкевич Е. Г., Луппова Н. Е., Никишина А. Б., Паутова Л. А., Часовников В. К., Дриц А. В., Подымов О. И., Романова Н. Д., Станичная Р. Р., Зацепин А. Г., Куклев С. Б., Флинт М. В. Судовой экологический мониторинг в шельфовой зоне Чёрного моря: оценка современного состояния пелагической экосистемы // Океанология. 2015. Т. 55, № 6. С. 964–970. [Arashkevich E. G., Louppova N. E., Nikishina A. B., Pautova L. A., Chasovnikov V. K., Drits A. V., Podymov O. I., Romanova N. D., Stanichnaya R. R., Zatsepin A. G., Kuklev S. B., Flint M. V. Marine environmental monitoring in the shelf zone of the Black Sea: Assessment of the current state of the pelagic ecosystem. Oceanologiya, 2015, vol. 55, no. 6, pp. 964–970. (in Russ.)]. https://doi.org/10.7868/S0030157415060015

Кривенко О. В. Содержание и потребление неорганических соединений азота в Чёрном море // Морской экологический журнал. 2008. Т. 7, № 4. С. 13–26. [Krivenko O. V. Contents and uptake of inorganic nitrogen in the Black Sea. Morskoj ekologicheskij zhurnal, 2008, vol. 7, no. 4, pp. 13–26. (in Russ.)]

Кривенко О. В., Геворгиз Н. С., Финенко З. З. Пространственное распределение флуоресценции хлорофилла в южной части Чёрного моря в поздневесенний период // Морской экологический журнал. 2008. Т. 7, № 1. С. 31–45. [Krivenko O. V., Gevorgiz N. S., Finenko Z. Z. Spatial distribution of the chlorophyll fluorescence in the Southern Black Sea during late spring. Morskoj ekologicheskij zhurnal, 2008, vol. 7, no. 1, pp. 31–45. (in Russ.)]

Кривенко О. В., Пархоменко А. В. Восходящий и регенерационный потоки неорганических соединений азота и фосфора в глубоководной области Чёрного моря // Журнал общей биологии. 2014. Т. 75, № 5. С. 394–408. [Krivenko O. V., Parkhomenko A. V. Upward and regeneration fluxes of inorganic nitrogen and phosphorus in the deep-water areas of the Black Sea. Zhurnal obshchei biologii, 2014, vol. 75, no. 5, pp. 394–408. (in Russ.)]. https://doi.org/10.1134/S2079086415030044

Кубряков А. А., Белокопытов В. Н., Зацепин А. Г., Станичный С. В., Пиотух В. Б. Изменчивость толщины перемешанного слоя в Чёрном море и её связь с динамикой вод и атмосферным воздействием // Морской гидрофизический журнал. 2019. Т. 35, № 5. С. 449–468. [Kubryakov A. A., Belokopytov V. N., Zatsepin A. G., Stanichnyi S. V., Piotukh V. B. The Black Sea mixed layer depth variability and its relation to the basin dynamics and atmospheric forcing. Morskoj gidrofizicheskij zhurnal, 2019, vol. 35, no. 5, pp. 449–468. (in Russ.)]. https://doi.org/10.22449/0233-7584-2019-5-449-468

Пархоменко А. В. Сезонная изменчивость поглощения минерального фосфора микропланктоном в глубоководной области Чёрного моря // Морской экологический журнал. 2009. Т. 8, № 2. С. 5–23. [Parkhomenko A. V. Seasonal variability of mineral phosphorus uptake by microplankton in deep-water area of the Black Sea. Morskoj ekologicheskij zhurnal, 2009, vol. 8, no. 2, pp. 5–23. (in Russ.)]

Радченко И. Г., Капков В. И., Федоров В. Д. Практическое руководство по сбору и анализу проб морского фитопланктона : учебно-методическое пособие для студентов биологических специальностей университетов. Москва : Мордвинцев, 2010. 60 с. [Radchenko I. G., Kapkov V. I., Fedorov V. D. Prakticheskoe rukovodstvo po sboru i analizu prob morskogo fitoplanktona : uchebno-metodicheskoe posobie dlya studentov biologicheskikh spetsial’nostei universitetov. Moscow : Mordvintsev, 2010, 60 p. (in Russ.)]

Стельмах Л. В. Влияние размеров клеток на сезонную изменчивость скорости роста фитопланктона поверхностных прибрежных вод Чёрного моря // Морские биологические исследования: достижения и перспективы : в 3 т. : сб. материалов Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием, приуроч. к 145-летию Севастопольской биологической станции, Севастополь, 19–24 сентября 2016 г. Севастополь, 2016. Т. 2. С. 451–454. [Stelmakh L. V. Cell size effect on seasonal variability of phytoplankton growth rate in surface coastal waters of the Black Sea. In: Morskie biologicheskie issledovaniya: dostizheniya i perspektivy : v 3 t. : sb. materialov Vseros. nauch.-prakt. konf. s mezhdunar. uchastiem, priuroch. k 145-letiyu Sevastopol’skoi biologicheskoi stantsii, Sevastopol, 19–24 Sept., 2016. Sevastopol, 2016, vol. 2, pp. 451–454. (in Russ.)]

Стельмах Л. В. Удельная скорость роста фитопланктона в глубоководной части Чёрного моря в различные сезоны года // Морской экологический журнал. 2010. Т. 9, № 3. С. 83–87. [Stelmakh L. V. Specific phytoplankton growth rate in deep-water of the Black Sea in different seasons. Morskoj ekologicheskij zhurnal, 2010, vol. 9, no. 3, pp. 83–87. (in Russ.)]

Стельмах Л. В., Куфтаркова Е. А., Бабич И. И. Сезонная изменчивость скорости роста фитопланктона в прибрежных водах Чёрного моря (район Севастополя) // Морской экологический журнал. 2009. Т. 8, № 1. С. 67–80. [Stelmakh L. V., Kuftarkova E. A., Babich I. I. Seasonal variations of phytoplankton growth rate in coastal waters of the Black Sea (near Sevastopol). Morskoj ekologicheskij zhurnal, 2009, vol. 8, no. 1, pp. 67–80. (in Russ.)]

Финенко З. З., Мансурова И. М., Суслин В. В. Динамика концентрации хлорофилла a в Чёрном море по спутниковым измерениям // Морской биологический журнал. 2019. Т. 4, № 2. С. 87–95. [Finenko Z. Z., Mansurova I. M., Suslin V. V. Dynamics of chlorophyll a concentration in the Black Sea on satellite data. Morskoj biologicheskij zhurnal, 2019, vol. 4, no. 2, pp. 87–95. (in Russ.)]. https://doi.org/10.21072/mbj.2019.04.2.09

Финенко З. З., Стельмах Л. В., Мансурова И. М., Георгиева Е. Ю., Цилинский В. С. Сезонная динамика структурных и функциональных показателей фитопланктонного сообщества в Севастопольской бухте // Системы контроля окружающей среды. 2017. № 9. С. 73–82. [Finenko Z. Z., Stelmakh L. V., Mansurova I. M., Georgieva E. Ju., Tsilinsky V. S. Seasonal dynamics of structural and functional characteristics of the phytoplankton community in the Sevastopol Bay. Sistemy kontrolya okruzhayushchei sredy, 2017, no. 9, pp. 73–82. (in Russ.)]. https://doi.org/10.33075/2220-5861-2017-3-73-82

Финенко З. З., Суслин В. В., Чурилова Т. Я. Региональная модель для расчёта первичной продукции Чёрного моря с использованием данных спутникового сканера цвета SeaWiFS // Морской экологический журнал. 2009. Т. 8, № 1. С. 81–106. [Finenko Z. Z., Suslin V. V., Churilova T. Ya. The regional model to calculate the Black Sea primary production using satellite color scanner SeaWIFS. Morskoj ekologicheskij zhurnal, 2009, vol. 8, no. 1, pp. 81–106. (in Russ.)]

Финенко З. З., Чурилова Т. Я., Ли Р. И. Вертикальное распределение хлорофилла и флуоресценции в Чёрном море // Морской экологический журнал. 2005. Т. 4, № 1. С. 15–46. [Finenko Z. Z., Churilova T. Ya., Lee R. I. Vertical distribution of chlorophyll and fluorescence in the Black Sea. Morskoj ekologicheskij zhurnal, 2005, vol. 4, no. 1, pp. 15–46. (in Russ.)]

Финенко З. З., Ковалева И. В., Суслин В. В. Новый подход к оценке биомассы фитопланктона и её вариабельности в поверхностном слое Чёрного моря по спутниковым данным // Успехи современной биологии. 2018. Т. 138, № 3. С. 294–307. [Finenko Z. Z., Kovalyova I. V., Suslin V. V. A new approach to estimate phytoplankton biomass and its variability in the Black Sea surface water layer based on satellite data. Uspekhi sovremennoi biologii, 2018, vol. 138, no. 3, pp. 294–307. (in Russ.)]. https://doi.org/10.7868/S0042132418030079

Юнев О. А., Берсенева Г. П. Флуориметрический метод определения концентрации хлорофилла a и феофитина a в фитопланктоне // Гидробиологический журнал. 1986. Т. 22, № 2. С. 89–95. [Yunev O. A., Berseneva G. P. Fluorimetric method of determination of chlorophill a and pheophytin a concentration in phytoplankton. Gidrobiologicheskii zhurnal, 1986, vol. 22, no. 2, pp. 89–95. (in Russ.)]

Chen B., Liu H. Relationships between phytoplankton growth and cell size in surface oceans: Interactive effects of temperature, nutrients and grazing. Limnology and Oceanography, 2010, vol. 55, pp. 965–972. https://doi.org/10.4319/lo.2010.55.3.0965

Chiswell S. M. Annual cycles and spring blooms in phytoplankton: Don’t abandon Sverdrup completely. Marine Ecology Progress Series, 2011, vol. 443, pp. 39–50. https://doi.org/10.3354/meps09453

Finenko Z. Z., Kovalyova I. V., Suslin V. V. Use of satellite data for the estimation of the specific growth rate of phytoplankton in the surface layer of the Black Sea. Russian Journal of Marine Biology, 2019, vol. 45, iss. 4, pp. 313–319. https://doi.org/10.1134/S1063074019040059

Finenko Z. Z., Suslin V. V., Kovaleva I. V. Seasonal and long-term dynamics of the chlorophyll concentration in the Black Sea according to satellite observations. Oceanology, 2014, vol. 54, no. 5, pp. 596–605. https://doi.org/10.1134/S0001437014050063

Krivenko O. V., Burlakova Z. P., Eremeeva L. V. Basic characteristics of biotic nitrogen cycle in the open western part of the Black Sea. In: Ecosystem Modeling as a Management Tool for the Black Sea / L. I. Ivanov, T. Oguz (Eds). Dordrecht, Netherlands : Springer, 1998, pp. 121–136.

Lorenzen C. V. Determination of chlorophyll and phaeopigments: Spectrophotometric equations. Limnologica, 1967, no. 12, pp. 343–346.

Mikaelyan A. S., Chasovnikov V. K., Kubryakov A. A., Stanichny S. V. Phenology and drivers of the winter–spring phytoplankton bloom in the open Black Sea: The application of Sverdrup’s hypothesis and its refinements. Progress in Oceanography, 2017, vol. 151, pp. 163–176. https://doi.org/10.1016/j.pocean.2016.12.006

Phytoplankton Pigments in Oceanography: Guidelines to Modern Methods / S. W. Jeffrey, R. F. C. Mantoura, S. W. Wright (Eds). Paris : UNESCO Publishing, 1997, 661 p. (Monographs on oceanographic methodology ; 10).

Yunev O. A., Vedernikov V. I., Basturk O., Yilmaz A., Kideys A. E., Moncheva S., Konovalov S. K. Long-term variations of surface chlorophyll a and primary production in the open Black Sea. Marine Ecology Progress Series, 2002, vol. 230, pp. 11–28. https://doi.org/10.3354/meps230011

Statistics

Downloads

Download data is not yet available.