Monthly changes in primary and bacterial productivity in the north-eastern Mediterranean shelf waters

Abstract

Bu tez çalışması kapsamında, kuzeydoğu Akdeniz?de üretken kıyı suları ve besin tuzlarınca fakir - verimsiz açık sularda birincil ve bakteriyel üretim miktarlarındaki aylık değişimlerin, ortam fizikokimyasal parametreleri dikkate alınarak kıyaslanması amaçlanmıştır. Ayrıca farklı hücre boy gruplarında birincil üretim hızları ve sınırlayıcı besin elementi deneyleri yapılmıştır. Bu hedeflere ulaşmak için Eylül 2008 ve Ekim 2011 tarihleri arasında biyolojik (birincil ve bakteriyel üretim, farklı boy gruplarında birincil üretim ve klorofil a, fitoplankton iz pigmentleri, bakteriyel bolluk, sınırlayıcı besin tuzu ekleme deneyi), kimyasal (nitrit+nitrat, silikat, fosfat, amonyum, çözünmüş oksijen, pH) ve fiziksel (sıcaklık, tuzluluk, yoğunluk, günlük yüzey fotosentetik aktif ışınım, Seki disk derinliği) verileri toplamak üzere basende ODTÜ-DBE?ne ait Bilim-2 araştırma gemisi ile 25 adet sefer gerçekleştirilmiştir. Birincil ve bakteriyel üretim miktarlarını belirlemek için sırasıyla karbon-14 ve lösin-3H metodları kullanılmıştır.Çalışılan bölgede su kolonu birincil ve bakteriyel üretim miktarları sırasıyla 2.05-121 ve 0.31-3.36 mgCm-2h-1 aralığında değişim göstermiştir. Yıllık birincil üretim ve bakteriyel üretim miktarları sırasıyla kıyı için 151.2 ve 14.6 g C.m-2 y-1 ve açık sular için 65.4 ve 12.9 g C.m-2 y-1 olarak hesaplanmıştır. Verimli kıyı sularında bakteriyel üretim ile birincil üretim ve klorofil arasında yüksek düzeyde pozitif ilişki bulunmuştur. Mersin Körfezi doğu kıyı fitoplanktonu batı kıyısındakinden birim klorofil başına daha yüksek karbon sentezleme oranına sahiptir. Birincil üretim batı kıyısında 5µm?den büyük hücreler tarafından domine edilirken, doğu kıyıları pikoplankton tarafından domine edilmektedir. Buna karşın, nehir girdilerinden yoğun olarak etkilenen doğu kıyı sularının ilk on metrelik yüzey kısmında birincil üretim 5µm?den büyük hücreler tarafından domine edilmektedir. Pikoplankton?un toplam birincil üretime yaptığı katkı kıyıdan uzaklaştıkça kademeli olarak artmaktadır (% 41.1?den 54.4?e ve sonrasında 70.7). Buna zıt olarak büyük hücrelerin toplam birincil üretime yaptığı katkı kıyıdan açığa giderek azalma göstermiştir (% 44.1?den, 27.5 ve 16.1?e düşmüştür). Çalışma süresi boyunca Mersin körfezi doğu kıyı sularında fitoplankton kompozisyonunu büyük ökaryotlar (diyatom ve dinoflagellat) domine ederken, batı kıyılarında bütün gruplar eşit derecede katkı yapmıştır. Açık sularda fitoplankton kompozisyonu prokaryotik pikoplankton (Prochlorophyta ve Cyanophyta) ve ökaryotik nanoflagellatlar (Chrysophyta, Chlorophyta ve Prymnesiophyta) tarafından domine edilmektedir. Açık sularda baskınlık zamana bağlı olarak Cyanobacteria ve Prymnesiophyta (kokkolithoforidler) arasında değişmektedir. Basende bakteriyel üretim fosfor tarafından sınırlanırken, fitoplanktonun gelişimi mevsime bağlı olarak fosfor, azot ya da ikisi tarafından kontrol edilmektedir.

Within the context of this thesis, it was aimed to compare monthly changes in primary and bacterial production rates of eutrophic shelf waters with those of nutrient impoverished oligotrophic open waters taking into consideration of ambient physicochemical properties of the basin waters. In addition, size fractionated primary production and limiting nutrient experiments were also carried out. To achieve these goals, a total of 25 cruises were realized on board R/V Bilim-2 of IMS-METU to collect biological (primary and bacterial productivity, size-fractionated primary productivity and chlorophyll a, phytoplankton marker pigments, bacterial abundance, nutrient enrichment experiments), chemical (nitrite+nitrate, silicate, phosphate, ammonium, dissolved oxygen, pH) and physical (temperature, salinity, density, daily surface PAR, Secchi disc depth) data between September 2008 and October 2011 in the basin. 14C and leucine-3H methods were applied to assess primary and bacterial productivity, respectively. Depth integrated primary productivity and bacterial productivity varied between 2.05 ? 121 and 0.31 ? 3.36 mgCm-2h-1, respectively in the study area. Annual primary and bacterial productivity were estimated to be 151.2 and 14.6 g C.m-2 y-1 for the shelf and 65.4 and 12.9 g C.m-2 y-1 for the offshore, respectively. A highly significant positive correlation was found between bacterial production and chlorophyll a and primary production in eutrophic coastal waters. Phytoplankton at east coast of Mersin Bay had displayed higher carbon to chlorophyll ratio than those in the west. Larger cells (>5µm) have been found to dominate Primary Production (PP) in the western shelf and picoplankters to dominate PP in the eastern shelf. However, in the east, the top 10 m that was affected greatly from the river runoff was dominated by cells larger than 5 µm. From inshore to offshore a gradual increase in picoplankton contribution to the total primary production was observed (% 41.1 to 54.4 to 70.7). Inversely, a gradual decrease in contribution of larger cells to total primary production was observed towards offshore (%44.1, 27.5, 16.1). While large eukaryotes (diatoms and dinoflagellates) dominated the flora in the eastern shelf, all groups seemed to contribute evenly to the bulk throughout the study period in the western shelf in Mersin Bay. Prokaryotic picoplankton (Prochlorophyta and Cyanophyta) and eukaryotic nanoflagellates (Chrysophyta, Chlorophyta and Prymnesiophyta) together formed the bulk of offshore flora where cyanobacteria and prymnesiophyta (coccolithophorids) shifted with each other in time. P was found to be the limiting nutrient for bacterial growth , while P, N and N+P controlled seasonally the growth of phytoplankton in the basin.