Relación entre el tamaño del fitoplancton y la tasa especifica de fijación de carbono en un sistema de surgencia

Abstract

La variabilidad espacial y temporal de la productividad primaria (fijación de carbono, FC), está regulada por factores fisicos, químicos y biológicos (e.g.: luz, temperatura, nutrientes, biomasa autótrofa, herbivoría, diversidad). En relación a los factores biológicos, se analiza el efecto del atributo tamaño del individuo sobre la FC. Se ha encontrado que el tamaño promedio de las especies de microalgas se relaciona inversamente con la tasa de crecimiento poblacional y con la tasa específica de fijación de carbono (FC normalizado a clorofila-a, Cl). Con el objeto de evaluar el efecto del tamaño corporal de las microalgas del fitoplancton sobre la tasa específica de fijación de carbono ([FC/CI]) en el sistema de surgencia frente a Coquimbo, se pone a prueba la hipótesis "El tamaño corporal del fitoplancton se relaciona inversamente a la [FC/CI]". Además, se analiza el efecto de la proporción de células pequeñas del fitoplancton (estructura de tamaños, ET) en la variabilidad de la FC. En el Pacífico Sur-Oriental frente a Coquimbo (30 °S), la FC y concentración de clorofila-a (Cl) fueron cuantificados en 57 muestras, con el propósito de calcular la razón [FC/CI] del fitoplancton. Estas mediciones fueron tomadas en dos fracciones de tamaño durante julio de 1995 y enero de 1996 (0.45-8 у 8-200 µm), y en tres fracciones de tamaño durante julio de 1996 (0.45-8, 8-47 y 47-200 µm). stas mediciones permiten comparar valores de [FC/CI] entre las fracciones de tamaño mencionadas. Además, los resultados fueron comparados entre agrupaciones de muestras, asignadas arbitrariamente como: i) zona costera (<50 km) o zona oceánica (200-150 km), ii) la profundidad en la columna de agua (en la capa superficial de mezcla o bajo la capa superficial mezcla) y iii) el período de observación (julio de 1995, enero de 1996 o julio de 1996). Los resultados mostraron que la [FC/CI] de la fracción pequeña del fitoplancton es mayor que el de la fracción grande, ya sea considerando dos o tres fracciones de tamaño. La [FC/CI] de la fracción 0.45-8 µm fue significativamente mayor que la [FC/CI] de la fracción 8-200 µm, tomando en cuenta dos fracciones de tamaño, y considerando tres fracciones de tamaño (julio 1996), las [FC/CI] de las fracciones 0.45-8 y 8-47 µm fueron significativamente mayores que la [FC/Cl] de la fracción 47-200 µum. Cuando se analiza el efecto de la localización espacial y temporal en la relación tamaño- [FC/CI], considerando dos fracciones de tamaño, se concluye que la localización espacial del fitoplancton no afecta la relación tamaño-[FC/CI]. Sin embargo, se observó que el período de observación si afectó la relación tamaño-[FC/CI], ya que en julio de 1995 la [FC/CI] de las dos fracciones de tamaño fueron iguales. Se proponen dos explicaciones que podrían dar cuenta de la variabilidad en la relación [FC/CI] - tamaño: i) limitación de nutrientes - la disponibilidad de nutrientes limita la tasa de adquisición de recurso principalmente en los individuos de mayor tamaño del fitoplancton, y ii) limitación por tamaño - la significancia de la varianza de la [FC/CI] explicada por el tamaño depende del rango de tamaños del fitoplancton considerado en el análisis. La FC se correlaciona significativamente con la variable Cl que explica hasta un 79% de la varianza en la FC. Al incorporar la ET como otra variable independiente de la FC, el índice de correlación múltiple no es significativamente mayor al índice de correlación entre las variables FC y Cl. Por lo tanto, aunque en la mayoría de las muestras, la [FC/CI] y la FC están en función de la fracción de tamaño del fitoplancton, esto no implica necesariamente que la ET contribuya a la variabilidad espacial y temporal de la FC en el sistema pelágico frente a Coquimbo.

Temporal and spatial variability of primary production (carbon fixation, FC) is regulated by physical, chemical and biological factors (e.g.: light, temperature, nutrients, autotrophic biomass, herbivory, diversity). In the case of the biological factors the potential effects of the individual size attribute as related to FC was analyzed. It has found that the average size of microalgae species is related inversely to the population growth rate and to the specific rate of carbon fixation (FC normalized to the chlorophylla, Cl). In order to test the effects of the phytoplankton body sizes over the specific rate of carbon fixation ([FC/CI]) in the upwelling system off Coquimbo, the following hypothesis will be evaluated: The body size of the phytoplankton is related inversely to the [FC/CI]. In addition, the effect of the proportion of small cells of the phytoplankton (size structure, ET) to the FC variability will also be analyzed. In the Southeast Pacific off Coquimbo (30°S), the FC and concentrations of chlorophyll-a (Cl) were quantified in 57 samples, with the purpose of calculating phytoplankton [FC/CI] ratios. These measurements were taken in two size fractions during July 1995 and January 1996 (0.45-8 and 8-200 µm), and in three size fractions during July 1996 (0.45-8, 8-47 and 47-200 µm). These measurements allow for a comparison of the [FC/CI] values amongst the mentioned size fractions. Also, the results were compared among different sample groupings, arbitrarily assigned as: i) coastal zone (<50 km) or oceanic zone (150-200 km), ii) the depth within the water column (within or under the upper mixed layer) and iii) the observation period (July 1995, January 1996 or July 1996). The results showed that the [FC/CI] of the phytoplankton small fraction was higher than the [FC/CI] of the larger cells, when either two or three size fractions were considered. The [FC/CI] of the 0.45-8 µm fraction was significatively higher than the [FC/CI] of the 8-200 um fraction, when evaluating the two size fractions, while considering the three size fractions (during July 1996), the [FC/CI] of the 0.45-8 and 8-47 um were significatively higher than the [FC/CI] of the 47-200 µm fraction. When the effect of spatial locations and observation periods as related to the [FC/CI]-size relationship for the two size fractions were considered, it was concluded that the spatial locations of the phytoplankton did not effect the [FC/CI]-size relationship. However, it seemed that the observation period did, because in July 1995 the [FC/Cl] of the two size fractions were the same. Therefore two explanations are proposed to account for the variability of the [FC/CI]-size relationship: i) nutrients limitation - the availability of nutrients limits the rate of resource acquisition, mainly of the large size phytoplankton, and ii) size limitation - the significance of the variance of the [FC/CI] ratio explained by size dependence of the phytoplankton size range considered in the analysis. The FC is correlated significatively to the Cl variable, that explains up to 79% of the variance in the FC. When the ET is incorporated as another independent variable of the FC, the multiple correlation index was not significatively higher from the correlation index between FC and Cl. Therefore, even though in almost all sample groupings, the [FC/CI] and the FC are a function of the size fraction of the phytoplankton, this does not necessarily imply that the size structure (ET) contributes to the temporal and spatial variability of the carbon fixation in the pelagic system off Coquimbo.