Production patterns in the estuary of the Razdolnaya River in period of freezing

Light conditions and nutrients supply, as factors of primary production, are considered for the Razdolnaya River estuary in period of freezing (January-March). Water samples were collected at the water surface and at the bottom for measuring of salinity and concentrations of chlorophyll (Chl), phosphate, nitrite, nitrate, ammonium, and silicate. Profiles of water temperature, conductivity, Chl fluorescence, and turbidity were measured in situ by CTD-probe RBR XR-620; besides, vertical attenuation of PAR was measured at each station. The internal estuary (salinity < 10 ‰) was characterized by high values of the light diffuse attenuation coefficient ( k_d ≈ 2 m^-1 that corresponded to the euphotic depth z_eu < 2.5 m) because of high turbidity (> 5 FTU) and high concentration of humine substances (up to 2 mgC/l) in the river waters. The ice cover lowered light intensity in the river water, too. In the zone close to the river bar with salinity 1-25 ‰, Chl concentration was 0.4-1.7 mg/m³ irrespective of salinity. DIN (dissolved inorganic nitrogen) and DISi (dissolved inorganic silicon) had conservative behaviour in this zone, the DISi : DIN ratio was ≈ 0.7-1.1.These features indicate an absence of significant production or destruction of organic matter in the internal estuary. However, intensive removal of dissolved inorganic phosphorus (DIP) (up to 80 %) was observed in this zone, that’s why the extraordinary high DIN : DIP ratio was observed under salinity 5-20 ‰ (up to 200 : 1, though the usual DIN : DIP ratio in the river water is close to Redfild ratio: DIN : DIP = (21-27) : 1). In the external estuary (salinity15-32 ‰), the water became more transparent ( k_d = 0.5-0.3 m^-1; z_eu ≈ 9-15 m) and both chlorophyll concentration and dissolved oxygen content became higher (Chl up to 20 mg/m³, DO up to 500 mM/kg) as the result of high primary production, whereas nutrients concentrations became lower: DIP were completely removed and DIN and DISi retained 10-25 % of their initial values in the river water. The primary production value was evaluated by two ways: on the data of light intensity and on the data of nutrients removal. The light conditions in the internal estuary in February-March corresponded to the value 20-80 mgC/m²d which declines in 6-13 times and 50-100 times (close to zero) under the ice and under the ice with snow, respectively. In the external estuary, the light conditions in March corresponded to the value 300-600 mgC/m²d in the areas without ice and to the value lower in 6-13 times under the ice. The nutrients removal corresponded to the primary production value ≈ 200-400 mgC/m²d in the external estuary, irrespective of ice cover, that is close to the previous estimation by light conditions. So, the primary production in the Razdolnaya River estuary changes in winter in the range from 0 to 500 mgC/m²d, increasing seaward, the ice and snow are the factors of its limitation by light.

primary production, estuary, Razdolnaya River, freezing, light, nutrients

1. Бартенева О.Д., Полякова Е.А., Русин Н.П. Режим естественной освещенности на территории СССР : моногр. - Л. : Гидрометеоиздат, 1971. - 239 с.

2. Буренков В.И., Васильков А.П. Термины и определения // Оптика океана. - М. : Наука, 1983. - Т. 1. - С. 6-18.

3. Буренков В.И., Ведерников В.И., Ершова С.В. и др. Использование данных спутникового сканера цвета океана SEAWIFS для оценки биооптических характеристик вод Баренцева моря // Океанол. - 2001. - Т. 41, № 4. - С. 485-492.

4. Важова А.С., Зуенко Ю.И. Особенности распределения биогенных элементов вдоль градиента солености в эстуариях рек Суходол и Раздольная (залив Петра Великого, Японское море) // Изв. ТИНРО. - 2015а. - Т. 180. - С. 226-235.

5. Важова А.С., Зуенко Ю.И. Оценка первичной продукции в эстуариях рек Раздольная и Суходол (залив Петра Великого, Японское море) // Изв. ТИНРО. - 2015б. - Т. 182. - С. 132-143.

6. Гершанович Д.Е., Елизаров А.А., Сапожников В.В. Биопродуктивность океана : моногр. - М. : ВО Агропромиздат, 1990. - 238 с.

7. Ерлов Н.Г. Оптика моря : моногр. - Л. : Гидрометеоиздат, 1980. - 248 с.

8. Звалинский В.И. Формирование первичной продукции в море // Изв. ТИНРО. - 2006. - Т. 147. - С. 276-302.

9. Звалинский В.И., Лобанов В.Б., Захарков С.П., Тищенко П.Я. Хлорофилл, замедленная флуоресценция и первичная продукция в северо-западной части Японского моря осенью 2000 г. // Океанол. - 2006. - Т. 146. - С. 27-37.

10. Звалинский В.И., Марьяш А.А., Стоник И.В. и др. Продукционные и гидрохимические характеристики льда, подледной воды и донных осадков эстуария реки Раздольной (Амурский залив, Японское море) в период ледостава // Биол. моря. - 2010. - Т. 36, № 3. - С. 186-195.

11. Звалинский В.И., Недашковский А.П., Сагалаев С.Г. и др. Биогенные элементы и первичная продукция в эстуарии реки Раздольной (Амурский залив Японского моря) // Биол. моря. - 2005. - Т. 31, № 2. - С. 107-116.

12. Звалинский В.И., Тищенко П.П., Тищенко П.Я. и др. Результаты съемки гидрохимических и продукционных параметров акватории Амурского залива в период паводка реки Раздольной в августе 2005 года // Современное состояние и тенденции изменения природной среды залива Петра Великого Японского моря. - М. : ГЕОС, 2008а. - С. 199-229.

13. Звалинский В.И., Марьяш А.А., Тищенко П.Я., Швецова М.Г. Хлорофилл и биогенные элементы в эстуарии реки Раздольной в период ледостава 2006-2007 гг. // Современное состояние и тенденции изменения природной среды залива Петра Великого Японского моря. - М. : ГЕОС, 2008б. - С. 184-199.

14. Звалинский В.И., Тищенко П.Я. Биогенные элементы в эстуариях. Поведение и биогеохимия // Состояние морских экосистем, находящихся под влиянием речного стока. - Владивосток : Дальнаука, 2005. - С. 89-124.

15. Звалинский В.И., Тищенко П.Я. Моделирование фотосинтеза и роста морского фитопланктона // Океанол. (в печати).

16. Марьяш А.А., Ходоренко Н.Д., Звалинский В.И., Тищенко П.Я. Органический углерод в эстуарии реки Раздольная (Амурский залив, Японское море) в период ледостава // Геохимия. - 2015. - № 8. - С. 1-9.

17. Марьяш А.А., Ходоренко Н.Д., Звалинский В.И., Тищенко П.Я. Хлорофилл, гуминовые вещества и органический углерод в эстуарии реки Раздольной в период ледостава // Вестн. ДВО РАН. - 2010. - № 6. - С. 44-51.

18. Михайлик Т.А., Тищенко П.Я., Колтунов А.М. и др. Влияние реки Раздольной на экологическое состояние вод Амурского залива (Японское море) // Вод. ресурсы. - 2011. - Т. 38, № 4. - С. 474-484.

19. Одум Ю. Экология : моногр. - М. : Мир, 1986. - Т. 1. - 328 с.

20. Одум Ю. Экология : моногр. - М. : Мир, 1986. - Т. 2. - 376 с.

21. Пугач С.П., Пипко И.И. Динамика растворенного окрашенного органического вещества на шельфе Восточно-Сибирского моря // Докл. РАН. - 2012. - Т. 447, № 6. - С. 671-674.

22. Раймонт Дж. Планктон и продуктивность океана : моногр. Т. 1 : Фитопланктон. - М. : Агропромиздат, 1983. - 568 с.

23. Тищенко П.Я., Вонг Ч.Ш., Волкова Т.И. и др. Карбонатная система эстуария реки Раздольной (Амурский залив Японского моря) // Биол. моря. - 2005. - Т. 31. - С. 51-60.

24. Behrenfeld M.J., Falkowski P.G. Photosynthetic rates derived from satellite based chlorophyll concentration // Limnol. and Oceanogr. - 1997a. - Vol. 42. - P. 1-20.

25. Behrenfeld M.J., Falkowski P.G. A consumer’s guide to phytoplankton primary production models // Limnol. and Oceanogr. - 1997b. - Vol. 42. - P. 1479-1491.

26. Boyle E.R., Collier A.T., Dengler J.M. et al. On the chemical mass-balance in estuaries // Geochim. et Cosmochim. Acta. - 1974. - Vol. 38. - P. 1719-1728.

27. Elskens M., Goeyens L., Dehairs F. et al. Improved estimation f-ratio in natural phytoplankton assemblages // Deep-Sea Res. - 1999. - Vol. 46. - P. 1793-1808.

28. Forget M.-H., Sathyendranath S., Platt T. et al. C. Extraction of photosynthesis-irradiance parameters from phytoplankton production data: demonstration in various aquatic systems // J. Plankton Res. - 2007. - Vol. 29(3). - P. 249-262.

29. Gao Y., Mucci A. Individual and competitive adsorption of phosphate and arsenate on goethite in artificial seawater // Chemical Geology. - 2003. - Vol. 199. - P. 91-109.

30. Harding Jr.L.W., Mallonee M.E., Perry E.S. Toward a predictive understanding of primary productivity in a temperate, partially stratified estuary // Estuar. Coast. Shelf Sci. - 2002. - Vol. 55. - P. 437-463.

31. Johnson K.S., Pitkowicz R.M., Wong C.S. Biological production and the change of oxygen and carbon dioxide across the sea surface in Stuart Channel, British Columbia // Limnol. and Oceanogr. - 1979. - Vol. 24. - P. 474-485.

32. Kaul L.W., Froelich P.N., Ir. Modeling estuarine nutrient geochemistry in a simple system // Geochim. et Cosmochim. Acta. - 1984. - Vol. 48. - P. 1417-1433.

33. Kirk J.T. The nature and measurement of the light environment in the ocean // Primary production and biogeochemical cycles in the sea. - N.Y. : Plenum Press, 1992. - P. 9-29.

34. Lohrenz S.E., Fahnenstiel G.L., Redalje D.G. et al. Nutrients, irradiance, and mixing as factors regulating primary production in coastal waters impacted by the Mississipi River plume // Continental Shelf Res. - 1999. - Vol. 19. - P. 1113-1141.

35. Marra J., Trees C.C., O’Reily J.E. Phytoplankton pigment absorption: a strong predictor of primary productivity in the surface ocean // Deep-Sea Res. - 2007. - Vol. 54, pt I. - P. 155-163.

36. Officer C.B. Discussion of the Behavior of Nonconservative Dissolved Constituents in Estuaries // Estuar. Coast. Mar. Sci. - 1979. - Vol. 9. - P. 91-94.

37. Platt T. Primary production of the ocean water column as a function of surface light intensity: algorithms for remote sensing // Deep-Sea Res. - 1986. - Vol. 33, № 2. - P. 149-163.

38. Spiteri C., Van Cappellen P., Regnier P. Surface complexation effects on phosphate adsorption to ferric iron oxyhydroxides along pH and salinity gradients in estuaries and coastal aquifers // Geochim. et Cosmochim. Acta. - 2008. - Vol. 72. - P. 3431-3445.

39. Turner R.E., Rabalais N.N., Nan Z.Z. Phytoplankton biomass, production and growth limitations on the Huanghe (Yellow) River continental shelf // Continental Shelf Res. - 1990. - Vol. 10. - P. 545-571.

40. Xiuren N., Vaulot D., Zhensheng L., Zilin L. Standing stock and production of phytoplankton in the estuary of the Changjiang (Yangtse) River and the adjacent East China Sea // Mar. Ecol. Progr. Ser. - 1988. - Vol. 49. - P. 141-150.