3.2 Фитопланктон и первичная продукция

The Barents Sea Abloom. Photo: eoimages.gsfs.nasa.gov

WGIBAR 2019 - Annex 4: The state and trends of the Barents Sea ecosystem in 2018
Typography
  • Smaller Small Medium Big Bigger
  • Default Helvetica Segoe Georgia Times

Развитие фитопланктона в Баренцевом море типично для высокоширотного района с отчетливо выраженным максимумом биомассы и продуктивности в весенний период. Зимой и в начале весны (январь - март) как биомасса фитопланктона, так и продуктивность относительно низки. Весеннее цветение начинается в середине апреля - середине мая, и его интенсивность может значительно отличаться от года к году. Обычно цветение продолжается 3-4 недели, и за ним следует уменьшение биомассы фитопланктона преимущественно из-за исчерпания питательных веществ и выедания зоопланктоном. Позднее осенью, когда усиливающиеся ветра начинают перемешивать верхний слой и поднимать питательные вещества к поверхности, может наблюдаться короткое осеннее цветение. Тем не менее, сроки развития фитопланктона могут отличаться в разных районах. Весеннее цветение в акватории с атлантическими водами (не имеющими ледового покрова) вызывается перепадом температур, тогда как в арктических водах (имеющих сезонный ледовый покров) цветение определятся стабильностью таяния льда (Skjoldal and Rey 1989, Hunt et al. 2012).  Таким образом, весеннее цветение у кромки льда иногда может происходить ранее, чем в южных районах Баренцева моря благодаря более ранней стратификации, вызываемой таянием льда.

Наблюдение за фитопланктоном 

Stuart Larsen

В 2018 г. Институтом морских исследований (ИМИ) в Баренцевом море были отобраны два набора образцов фитопланктона. Образцы были отобраны из бутылок с водой, установленных при помощи СТД-зондов и проанализированы с использованием метода осаждения Утермеля 50 мл проб воды, зафиксированных раствором Люголя.

Первый набор образцов был отобран весной, между 22 и 25 мая, вдоль разреза «Фулёй - Медвежий» (ФМ) (рисунок 3.2.1). Второй набор был отобран осенью, между 4 сентября и 3 октября в норвежском секторе (рисунок 3.2.2). В это время года высота Солнца в более высоких широтах слишком мала для сбора данных спутником, и поэтому полный охват спутником Баренцева моря был невозможен. Метод отбора проб и результаты анализа фитопланктона представлены в отчете BESS, доступном по адресу https://www.hi.no/filarkiv/2018/03/5_1_phytopl_chloroph_nutrients_.pdf/nb-no. В течение 2018 г. численность Cryptophyceae, Dinophyceae и Dictyophyceae была сопоставима с 2017 г. Тем не менее, в среднем по всем образцам, отобранным на глубине 10 м, в ходе съемки BESS 2018 г. было обнаружено гораздо большее количество неидентифицированных жгутиковых: в среднем в этом году примерно 300 000 l-1 по сравнению с 70 000 l-1 в 2017 г. Напротив, в 2018 г. диатомовых было меньше: в среднем приблизительно 53 000 l-1 в 2017 г. по сравнению с 5 700 l-1 в 2018 г. Данные съемки 2018 г. также указывают на увеличение числа кокколитофоров, идентифицированных как Emiliania huxleyi, в среднем примерно 11 300 l-1 в 2018 г. по сравнению с 1 070 l-1 в 2017 г.


Рисунок 3.2.1. Слева: Средняя поверхностная концентрация хлорофилла по спутниковым снимкам MODIS за 21-26 мая 2018 г. с образцами, отобранными вдоль разреза «Фулёй - Медвежий». Справа: Средняя поверхностная концентрация хлорофилла в течение всего мая. Красными точками обозначены места выборки для съемки вдоль разреза, а белые области указывают на отсутствие спутниковых данных. Рисунок 3.2.1. Слева: Средняя поверхностная концентрация хлорофилла по спутниковым снимкам MODIS за 21-26 мая 2018 г. с образцами, отобранными вдоль разреза «Фулёй - Медвежий». Справа: Средняя поверхностная концентрация хлорофилла в течение всего мая. Красными точками обозначены места выборки для съемки вдоль разреза, а белые области указывают на отсутствие спутниковых данных.


Рисунок 3.2.2. Слева: Местоположения и номера станций для проанализированных образцов фитопланктона, полученных со съемки BESS в период с 4 сентября по 3 октября.  Красные точки указывают, что были проанализированы только образцы с глубины 10 м; синие точки указывают, что были проанализированы образцы как с глубины 10 м, так и 50 м, за исключением станции 912, для которой образцы с глубины 10 м отсутствовали. Справа: Средняя поверхностная концентрация хлорофилла, полученная по ежедневным спутниковым снимкам MODIS за период с 4 сентября по 4 октября 2018 г. Местоположения станций съемки обозначены красными точками; белый указывает регионы отсутствующих спутниковых данных. Рисунок 3.2.2. Слева: Местоположения и номера станций для проанализированных образцов фитопланктона, полученных со съемки BESS в период с 4 сентября по 3 октября.  Красные точки указывают, что были проанализированы только образцы с глубины 10 м; синие точки указывают, что были проанализированы образцы как с глубины 10 м, так и 50 м, за исключением станции 912, для которой образцы с глубины 10 м отсутствовали. Справа: Средняя поверхностная концентрация хлорофилла, полученная по ежедневным спутниковым снимкам MODIS за период с 4 сентября по 4 октября 2018 г. Местоположения станций съемки обозначены красными точками; белый указывает регионы отсутствующих спутниковых данных.

Спутниковые данные

Padmini Dalpadado

Данные дистанционного зондирования, имеющие высокое пространственное и временное разрешение, использовались при получении концентрации Chl a (мг м-3) и средней дневной чистой первичной продукции (ЧПП) (г C м-2 день-1). Дневная чистая первичная продукция (ЧПП) и площадь открытой воды (OWA) были рассчитаны при помощи спутниковых данных, как подробно описано в Arrigo and Van Dijken (2015). Рассчитанные по спутниковым данным показатели Chl a (Sat Chl a, уровень 3, группированные за 8 дней) основаны на показаниях датчиков SeaWiFS и MODIS/Aqua. SeaWiFS использовался в 1998-2002 гг., а MODIS/Aqua - в 2003-2017 гг. Данные были обновлены в соответствии с последними расчетами NASA версии R2018.0.  Значения для юго-восточного и печорского полигонов были пересчитаны после исключения районов, на которые больше всего оказывает влияние речной сток (18% и 41% от общей площади соответственно). Эта работа была проведена в сотрудничестве с профессором Кевином Арриго и Гертом ван Дийкеном из Стэнфордского университета, США.

Подтверждение спутниковых данных

Padmini Dalpadado

Работы по подтверждению спутниковых данных Chl a с использованием данных непосредственных измерений показали значительную связь между двумя переменными в Баренцевом море (Dalpadado et al. 2014, ICES/WGIBAR 2017, это исследование) и, таким образом, модель ЧПП, основанная на спутниковых данных Arrigo et al. (2015) дает приемлемые результаты, сравнимые с натурными измерениями морского дна. Кроме этого, оценки новой продукции фитопланктона, основанные на потреблении азота (сезонное снижение количества нитратов в водной толще), на разрезах «Фулёй - Медвежий» (ФМ) и «Вардё - север» (ВС), представляющих западную и центральную части Баренцева моря соответственно, с марта по июнь были сравнимы со спутниковыми значениями ЧПП (Rey et al., в печати).

Пространственные и временные закономерности Chl а весной

Padmini Dalpadado

Для изучения сезонной и межгодовой изменчивости в распределении Chl a использовались данные дистанционного зондирования, обеспечивающие хороший пространственный и временной охват. Спутниковые данные из Баренцева моря в течение 2016-2018 гг. показали большую межгодовую изменчивость с самой высокой концентрацией Chl a, обычно наблюдаемой в мае (рисунок 3.2.3). В 2016 г. было гораздо меньше морского льда, и имело место расширение распространения Chl a на север и восток. Кроме этого, в этом году наблюдалось более раннее цветение и более высокие концентрации в восточных регионах в апреле и мае. 2017 г. был более холодным с большим количеством льда, особенно по сравнению с 2016 г. Chl a был намного ниже в апреле-июле 2017 г. по сравнению с предыдущим годом.  Ледяной покров в апреле 2017 г. и 2018 г. был больше, чем в 2016 г. Несмотря на то, что показатель Chl a в апреле 2018 г. был ниже по сравнению с 2016 г., высокая концентрация наблюдалась в мае в течение обоих лет.

Рисунок 3.2.3.  Пространственные распределения Chl a (мг м-3) в апреле, мае и июне 2016, 2017 и 2018 гг.  Белые области указывают на ледяной покров. Розовые линии показывают климатологическое (среднее за 1981-2010 гг.) положение кромки льда. Рисунок 3.2.3.  Пространственные распределения Chl a (мг м-3) в апреле, мае и июне 2016, 2017 и 2018 гг.  Белые области указывают на ледяной покров. Розовые линии показывают климатологическое (среднее за 1981-2010 гг.) положение кромки льда.

Чистая первичная продукция (ЧПП)

Padinini Dalpadado

ЧПП всего Баренцева моря показала значительную межгодовую изменчивость, но в целом значительно увеличилась в период 1998-2018 гг. (рисунок 3.2.4, p = 0.001). Средняя дневная скорость чистой первичной продукции (мг C м-2 дней-1), для всего Баренцева моря (объединяя все полигоны) увеличилась со значения в 163 мг C м-2 дней-1 в 1998-2009 гг. до значения в 189 мг C м-2 дней-1 в 2010-2018 гг.  ЧПП в восточных районах (северо-восточный и печорский полигоны) значительно увеличилась (p<0,01) в течение исследуемого периода. ЧПП в некоторых северных полигонах также продемонстрировала тенденцию к увеличению с годами. Тем не менее, величина продукции по сравнению с южными и восточными районами здесь низка.  ЧПП в юго-западном полигоне показала значительную межгодовую изменчивость, но отчетливая тенденция с течением времени отсутствовала (p = 0,511).


 Рисунок 3.2.4. Годовая чистая первичная продукция (ЧПП, основанная на спутниковых данных) для всего Баренцева моря. Рисунок 3.2.4. Годовая чистая первичная продукция (ЧПП, основанная на спутниковых данных) для всего Баренцева моря.

Logo ICES