Πρωτογενής παραγωγικότητα του φυτοπλαγκτού και δευτερογενής παραγωγικότητα του βακτηριοπλαγκτού στον όρμο Θεσσαλονίκης

Abstract

This dissertation is a study of phytoplankton and bacterioplankton biomass dynamics and of the coupling between these two functional groups in the production of newly synthesized organic carbon at the base of the food web in an especially eutrophic system in the Bay of Thessaloniki. The assumption that is being tested is: the production of heterotrophic bacteria in this system, and apparently in similar systems, loaded with plenty of organic matter and in which phytoplankton blooms regularly will depend up to a point on the autochthonously produced organic matter, the primary productivity, independently of the richness of the system in organic matter. Based on this assumption, the following question arises: which are the periods of the year (e.g. during the phytoplankton bloom period) and under what conditions is a coupling between bacteria and phytoplankton production formed? The study area is the part of the coastal zone of the Bay of Thessaloniki with a maximum depth of 10 m, close to the shore (~500 m), in the territory of the municipality of Thessaloniki. This coastal system is shallow, is affected directly by climatic factors, is eutrophic with the anthropogenic effects being also macroscopically visible, is the part of the broader bay with the most regular occurrence of red tides and phytoplankton blooms, is closely related to the shore and is simultaneously part of the broader Thermaikos Gulf in continuum with the open sea. The temporal and the depth variation of phytoplankton, heterotrophic bacteria, protozooplankton (heterotrophic dinoflagellates, nanoflagellates, ciliates), photosynthetic pigments and some environmental parameters were studied from December 1996 to June 1998. In addition, experimental incubations of seawater for the study of primary productivity of phytoplankton (PP) and of secondary productivity of bacteria (BP) were carried out. Sampling frequency was monthly for the period December 1996 - April 1997, and bimonthly for the rest of the period, except for May 1997 during which sampling frequency was weekly. During the period 15 April - 16 June 1998 an extra set of experiments was conducted in order to assess: a) the exudation of dissolved organic matter (DO14C) from phytoplankton and b) its taking up by bacteria. Sampling and incubation depths were those where the irradiance immediately below the surface is reduced to 90 %, 50 %, 20 % and 1 %. These depths, which were chosen for the study of PP, were the depths where all measurements and incubations were carried out and all seawater samples were collected. Extra samples of seawater were collected just above the sea bottom when euphotic zone depth was smaller than the depth of the water column. Euphotic zone depth was highly variable (1.2 - 10.0 m). Seawater temperature followed the expected seasonal cycle with the highest temperature in summer (26.8 οC) and the lowest in winter (9.5 οC). Seawater salinity varied form 33.7 to 38.3 ‰, pH from 7.7 to 8.7, the concentration of dissolved inorganic carbon from 17.2 to 33.2 mg l-1. The concentration of dissolved oxygen exhibited a wide range of values (2.2 mg l-1 - 13.2 mg l-1), with the highest ones occurring along with lower seawater temperature as well as with high values of PP. The concentration of nitrate nitrogen varied from 0.3 to 52.0 mg m-3, of nitrite nitrogen from 0.2 to 37.1 mg m-3, while ammonium nitrogen exhibited a wide range of values (1.0 - 382.6 mg m-3). Ammonium nitrogen consisted the most important form (on average 70.7 %) of total dissolved inorganic nitrogen. The concentration of orthophosphate ranged from 1.5 to 178.9 mg m-3, and of dissolved silicon from 2.4 to 440.5 mg m-3. The concentration of suspended particulate matter varied from 24.8 to 160.4 mg l-1.

H παρούσα διδακτορική διατριβή αφορά στην αναγνώριση και ερμηνεία των προτύπων της δυναμικής του φυτοπλαγκτού και του βακτηριοπλαγκτού και την αναγνώριση της σύζευξης μεταξύ των δύο αυτών λειτουργικών ομάδων στην παραγωγή νέου οργανικού άνθρακα για τη στήριξη του τροφικού πλέγματος σε ένα ιδιαίτερα εύτροφο σύστημα στον Όρμο Θεσσαλονίκης. H υπόθεση εργασίας που εξετάζεται είναι: η βακτηριακή παραγωγικότητα σ’ αυτό το σύστημα, και πιθανόν σε παρόμοια συστήματα, με άφθονο οργανικό υλικό και σύνηθες το φαινόμενο της άνθισης του φυτοπλαγκτού, θα εξαρτάται σε κάποιο βαθμό από το αυτόχθονο πρωτογενώς παραγόμενο οργανικό υλικό, δηλαδή την πρωτογενή παραγωγικότητα, ανεξάρτητα από την αφθονία αλλόχθονου οργανικού υλικού. Mε βάση την υπόθεση αυτή προκύπτει το ερώτημα: σε ποιές περιόδους του έτους (π.χ. περίοδοι άνθισης φυτοπλαγκτού) και κάτω από ποιές συνθήκες υπάρχει σύζευξη μεταξύ της βακτηριακής και της φυτοπλαγκτικής παραγωγικότητας; Η περιοχή έρευνας είναι το τμήμα της παράκτιας ζώνης του Όρμου Θεσσαλονίκης βάθους 10 m, πολύ κοντά στην ακτή (~500 m), στο πολεοδομικό συγκρότημα του Δήμου Θεσσαλονίκης. Το παράκτιο αυτό σύστημα είναι ρηχό, δέχεται άμεσα την επίδραση των κλιματικών παραγόντων, είναι ιδιαίτερα εύτροφο και η ανθρωπογενής επίδραση είναι ακόμα και μακροσκοπικά εμφανής, είναι η ζώνη με τη συχνότερη εμφάνιση του φαινομένου των ερυθρών παλιρροιών και των ανθίσεων του φυτοπλαγκτού, βρίσκεται σε άμεση σχέση με την ξηρά και ταυτόχρονα αποτελεί τμήμα του ευρύτερου Θερμαϊκού Κόλπου σε συνέχεια με το ανοιχτό πέλαγος. Μελετήθηκαν η χρονική και με το βάθος μεταβολή του φυτοπλαγκτού, του βακτηριοπλαγκτού, του πρωτοζωοπλαγκτού (ετερότροφα δινομαστιγωτά, νανομα-στιγωτά και βλεφαριδωτά) και των φωτοσυνθετικών χρωστικών, φυσικών και χημικών παραμέτρων του νερού ενώ πραγματοποιήθηκαν πειραματικές διεργασίες επώασης δειγμάτων νερού για τους προσδιορισμούς της πρωτογενούς παραγωγικότητας (ΠΠ) του φυτοπλαγκτού και της δευτερογενούς παραγωγικότητας των ετερότροφων βακτηρίων (ΒΠ), από το Δεκέμβριο του 1996 έως τον Ιούνιο του 1998. Η συχνότητα των δειγματοληψιών ήταν μηνιαία τους μήνες Δεκέμβριος 1996 έως Απρίλιος 1997, το Μάιο του 1997 πραγματοποιήθηκαν εβδομαδιαίες δειγματοληψίες και την περίοδο Ιούνιος 1997 - Ιούνιος 1998 η συχνότητα των δειγματοληψιών ήταν δεκαπενθήμερη. Την περίοδο 15 Απριλίου - 16 Ιουνίου 1998 υλοποιήθηκε, επιπλέον, σειρά πειραμάτων με σκοπό την εκτίμηση α) του ρυθμού αποβολής διαλυμένου οργανικού υλικού (DO14C) από το φυτοπλαγκτό και β) της πρόσληψης του από τα βακτήρια. Ως βάθη δειγματοληψίας και επώασης των δειγμάτων νερού επιλέχθηκαν τα βάθη εκείνα στα οποία η προσπίπτουσα στην επιφάνεια του νερού ηλιακή ακτινοβολία μειώνεται στο 90 %, 50 %, 20 % και 1 %. Τα βάθη αυτά επιλέχθηκαν για τις μετρήσεις της ΠΠ και αποτέλεσαν και τα βάθη δειγματοληψίας και μετρήσεων για όλες τις φυσικές, χημικές και βιολογικές παραμέτρους. Όταν το βάθος της εύφωτης ζώνης αποτελούσε τμήμα της στήλης νερού, ένα επιπλέον δείγμα συλλέγονταν από στρώμα νερού πάνω από τον πυθμένα.