Published October 1, 2018
| Version v1
Publication
Open
Effects of Water Column Mixing and Stratification on Planktonic Primary Production and Dinitrogen Fixation on a Northern Red Sea Coral Reef
Creators
- 1. University of Bremen
- 2. Leibniz Centre for Tropical Marine Research
- 3. Stazione Zoologica Anton Dohrn
- 4. Scientific Centre of Monaco
- 5. University of Queensland
- 6. University of Jordan
Description
The northern Red Sea experiences strong annual differences in environmental conditions due to its relative high-latitude location for coral reefs. This allows the study of regulatory effects by key environmental parameters (i.e., temperature, inorganic nutrient, and organic matter concentrations) on reef primary production and dinitrogen (N2) fixation, but related knowledge is scarce. Therefore, this study measured environmental parameters, primary production and N2 fixation of phytoplankton groups in the water overlying a coral reef in the Gulf of Aqaba. To this end, we used a comparative approach between mixed and stratified water column scenarios in a full year of seasonal observations. Findings revealed that inorganic nutrient concentrations were significantly higher in the mixed compared to the stratified period. While gross photosynthesis and N2 fixation rates remained similar, net photosynthesis decreased from mixed to stratified period. Net heterotrophic activity of the planktonic community increased significantly during the stratified compared to the mixed period. While inorganic nitrogen (N) availability was correlated with net photosynthesis over the year, N2 fixation only correlated with N availability during the mixed period. This emphasizes the complexity of planktonic trophodynamics in northern Red Sea coral reefs. Comparing mixed and stratified planktonic N2 fixation rates with those of benthic organisms and substrates revealed a close seasonal activity similarity between free-living pelagic and benthic diazotrophs. During the mixed period, N2 fixation potentially contributed up to 3% of planktonic primary production N demand. This contribution increased by ca. one order of magnitude to 21% during the stratified period. Planktonic N2 fixation is likely a significant N source for phytoplankton to maintain high photosynthesis under oligotrophic conditions in coral reefs, especially during stratified conditions.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يواجه شمال البحر الأحمر اختلافات سنوية قوية في الظروف البيئية بسبب موقعه النسبي على خطوط العرض العالية للشعاب المرجانية. وهذا يسمح بدراسة التأثيرات التنظيمية من خلال المعايير البيئية الرئيسية (أي درجة الحرارة والمغذيات غير العضوية وتركيزات المواد العضوية) على الإنتاج الأولي للشعاب المرجانية وتثبيت ثنائي النيتروجين (N2)، ولكن المعرفة ذات الصلة نادرة. لذلك، قامت هذه الدراسة بقياس المعلمات البيئية والإنتاج الأولي وتثبيت N2 لمجموعات العوالق النباتية في الماء الذي يعلو الشعاب المرجانية في خليج العقبة. وتحقيقا لهذه الغاية، استخدمنا نهجا مقارنا بين سيناريوهات عمود المياه المختلطة والطبقات في سنة كاملة من الملاحظات الموسمية. كشفت النتائج أن تركيزات المغذيات غير العضوية كانت أعلى بكثير في الفترة المختلطة مقارنة بالفترة الطبقية. بينما ظلت معدلات التركيب الضوئي الإجمالي وتثبيت N2 متشابهة، انخفض صافي التمثيل الضوئي من الفترة المختلطة إلى الفترة الطبقية. زاد صافي النشاط غير المتجانس لمجتمع العوالق بشكل كبير خلال الفترة الطبقية مقارنة بالفترة المختلطة. في حين أن توافر النيتروجين غير العضوي (N) كان مرتبطًا بالتمثيل الضوئي الصافي على مدار العام، فإن تثبيت N2 كان مرتبطًا فقط بتوافر N خلال الفترة المختلطة. وهذا يؤكد على تعقيد الديناميكا الغذائية للعوالق في الشعاب المرجانية في شمال البحر الأحمر. كشفت مقارنة معدلات تثبيت N2 العوالق المختلطة والطبقية مع تلك الخاصة بالكائنات القاعية والركائز عن تشابه وثيق في النشاط الموسمي بين الديازوتروفات البحرية والقيمية. خلال الفترة المختلطة، من المحتمل أن يكون تثبيت N2 قد ساهم بنسبة تصل إلى 3 ٪ من الإنتاج الأولي للعوالق. زادت هذه المساهمة بمقدار واحد تقريبًا إلى 21 ٪ خلال الفترة الطبقية. من المحتمل أن يكون تثبيت N2 العوالق مصدر N مهم للعوالق النباتية للحفاظ على التمثيل الضوئي العالي في ظل ظروف قلة التغذية في الشعاب المرجانية، خاصة أثناء الظروف الطبقية.Translated Description (French)
Le nord de la mer Rouge connaît de fortes différences annuelles dans les conditions environnementales en raison de son emplacement relativement à haute latitude pour les récifs coralliens. Cela permet d'étudier les effets réglementaires par paramètres environnementaux clés (c.-à-d. la température, les nutriments inorganiques et les concentrations de matières organiques) sur la production primaire des récifs et la fixation du diazote (N2), mais les connaissances connexes sont rares. Par conséquent, cette étude a mesuré les paramètres environnementaux, la production primaire et la fixation de N2 des groupes de phytoplancton dans l'eau recouvrant un récif corallien dans le golfe d'Aqaba. À cette fin, nous avons utilisé une approche comparative entre les scénarios de colonne d'eau mixte et stratifiée au cours d'une année complète d'observations saisonnières. Les résultats ont révélé que les concentrations de nutriments inorganiques étaient significativement plus élevées dans le mélange par rapport à la période stratifiée. Alors que les taux de photosynthèse brute et de fixation de N2 sont restés similaires, la photosynthèse nette a diminué de la période mixte à la période stratifiée. L'activité hétérotrophe nette de la communauté planctonique a augmenté significativement au cours de la période stratifiée par rapport à la période mixte. Alors que la disponibilité de l'azote inorganique (N) était corrélée à la photosynthèse nette au cours de l'année, la fixation de N2 n'était corrélée qu'à la disponibilité de N pendant la période mixte. Cela souligne la complexité de la trophodynamique planctonique dans les récifs coralliens du nord de la mer Rouge. La comparaison des taux de fixation de N2 planctoniques mixtes et stratifiés avec ceux des organismes benthiques et des substrats a révélé une similitude étroite de l'activité saisonnière entre les diazotrophes pélagiques et benthiques libres. Au cours de la période mixte, la fixation de N2 a potentiellement contribué jusqu'à 3% de la demande en N de la production primaire planctonique. Cette contribution a augmenté d'environ un ordre de grandeur pour atteindre 21 % au cours de la période stratifiée. La fixation planctonique de N2 est probablement une source d'azote importante pour le phytoplancton afin de maintenir une photosynthèse élevée dans des conditions oligotrophes dans les récifs coralliens, en particulier dans des conditions stratifiées.Translated Description (Spanish)
El norte del Mar Rojo experimenta fuertes diferencias anuales en las condiciones ambientales debido a su ubicación relativa en latitudes altas para los arrecifes de coral. Esto permite el estudio de los efectos regulatorios por parámetros ambientales clave (es decir, temperatura, nutrientes inorgánicos y concentraciones de materia orgánica) en la producción primaria del arrecife y la fijación de dinitrógeno (N2), pero el conocimiento relacionado es escaso. Por lo tanto, este estudio midió los parámetros ambientales, la producción primaria y la fijación de N2 de los grupos de fitoplancton en el agua que cubre un arrecife de coral en el Golfo de Aqaba. Con este fin, utilizamos un enfoque comparativo entre escenarios de columna de agua mixta y estratificada en un año completo de observaciones estacionales. Los hallazgos revelaron que las concentraciones de nutrientes inorgánicos fueron significativamente mayores en el periodo mixto en comparación con el estratificado. Si bien las tasas brutas de fotosíntesis y fijación de N2 se mantuvieron similares, la fotosíntesis neta disminuyó del período mixto al estratificado. La actividad heterotrófica neta de la comunidad planctónica aumentó significativamente durante el periodo estratificado en comparación con el mixto. Si bien la disponibilidad de nitrógeno inorgánico (N) se correlacionó con la fotosíntesis neta durante el año, la fijación de N2 solo se correlacionó con la disponibilidad de N durante el período mixto. Esto enfatiza la complejidad de la trofodinámica planctónica en los arrecifes de coral del norte del Mar Rojo. La comparación de las tasas de fijación de N2 planctónico mixto y estratificado con las de organismos bentónicos y sustratos reveló una estrecha similitud de actividad estacional entre los diazótrofos pelágicos y bentónicos de vida libre. Durante el período mixto, la fijación de N2 contribuyó potencialmente hasta el 3% de la demanda de N de producción primaria planctónica. Esta contribución aumentó en aproximadamente un orden de magnitud al 21% durante el período estratificado. La fijación planctónica de N2 es probablemente una fuente significativa de N para que el fitoplancton mantenga una alta fotosíntesis en condiciones oligotróficas en los arrecifes de coral, especialmente durante condiciones estratificadas.Files
pdf.pdf
Files
(1.6 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:a836a46d0f224b2903e3bca87cf88176
|
1.6 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- آثار خلط العمود المائي وتقسيمه إلى طبقات على الإنتاج الأولي للعوالق وتثبيت الدينيتروجين على الشعاب المرجانية في شمال البحر الأحمر
- Translated title (French)
- Effets du mélange et de la stratification de la colonne d'eau sur la production primaire planctonique et la fixation du diazote sur un récif corallien du nord de la mer Rouge
- Translated title (Spanish)
- Efectos de la mezcla y estratificación de la columna de agua en la producción primaria de plancton y la fijación de dinitrógeno en un arrecife de coral del norte del Mar Rojo
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2891794576
- DOI
- 10.3389/fmicb.2018.02351
References
- https://openalex.org/W155990754
- https://openalex.org/W169254197
- https://openalex.org/W1879976203
- https://openalex.org/W1949564600
- https://openalex.org/W1963677380
- https://openalex.org/W1966253810
- https://openalex.org/W1969817454
- https://openalex.org/W1971786283
- https://openalex.org/W1975984303
- https://openalex.org/W1979761969
- https://openalex.org/W1980745225
- https://openalex.org/W1980889743
- https://openalex.org/W1981712879
- https://openalex.org/W1984106826
- https://openalex.org/W1986054350
- https://openalex.org/W1989427473
- https://openalex.org/W1990687299
- https://openalex.org/W1991465668
- https://openalex.org/W1999455283
- https://openalex.org/W2002781548
- https://openalex.org/W2003435746
- https://openalex.org/W2005741735
- https://openalex.org/W2012281715
- https://openalex.org/W2014589533
- https://openalex.org/W2014764343
- https://openalex.org/W2016533857
- https://openalex.org/W2018331585
- https://openalex.org/W2028276939
- https://openalex.org/W2028589259
- https://openalex.org/W2028915685
- https://openalex.org/W2029934222
- https://openalex.org/W2030299356
- https://openalex.org/W2032421630
- https://openalex.org/W2034100276
- https://openalex.org/W2041330625
- https://openalex.org/W2047810750
- https://openalex.org/W2049289047
- https://openalex.org/W2054573836
- https://openalex.org/W2055753907
- https://openalex.org/W2055809373
- https://openalex.org/W2059075825
- https://openalex.org/W2059567047
- https://openalex.org/W2066992661
- https://openalex.org/W2071790081
- https://openalex.org/W2073156337
- https://openalex.org/W2075895734
- https://openalex.org/W2076143112
- https://openalex.org/W2076278643
- https://openalex.org/W2079086252
- https://openalex.org/W2085537965
- https://openalex.org/W2090289492
- https://openalex.org/W2091303176
- https://openalex.org/W2108726766
- https://openalex.org/W2108756456
- https://openalex.org/W2109476731
- https://openalex.org/W2121950168
- https://openalex.org/W2122580963
- https://openalex.org/W2123759159
- https://openalex.org/W2133183654
- https://openalex.org/W2137507310
- https://openalex.org/W2142602691
- https://openalex.org/W2143964199
- https://openalex.org/W2147170411
- https://openalex.org/W2157601435
- https://openalex.org/W2158879787
- https://openalex.org/W2162254088
- https://openalex.org/W2165186957
- https://openalex.org/W2165520535
- https://openalex.org/W2276512084
- https://openalex.org/W2281155009
- https://openalex.org/W2283529239
- https://openalex.org/W2299019769
- https://openalex.org/W2315194793
- https://openalex.org/W2331346492
- https://openalex.org/W2335154603
- https://openalex.org/W2336566714
- https://openalex.org/W2460106436
- https://openalex.org/W2617679569
- https://openalex.org/W2726176079
- https://openalex.org/W2786932587
- https://openalex.org/W2792408301
- https://openalex.org/W2807049004
- https://openalex.org/W2808012623
- https://openalex.org/W2808672680
- https://openalex.org/W3020841357
- https://openalex.org/W4241236602
- https://openalex.org/W4285719527
- https://openalex.org/W4294372703