Contribution of picoplankton to phytoplankton dynamics and bio-optics of the eastern Caribbean sea

Abstract

The picoplankton contribution to the total biomass has not been considered when it is estimated using remote sensors. In this work, In situ chlorophyll-a values were compared to values obtained from; a) Sea-viewing Wide Field-of-view Sensor (SeaWiFS) imagery, and b) different algorithms (calculated with data from a spectroradiometer) for the Caribbean Time Series Station (CaTS) from October 1997 to August 2002. Regression analysis suggests that the Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) algorithm provided the best estimate of the in situ chlorophyll-a value (r2=0.67089). The SeaWiFS OC-4v4 algorithm overestimated chlorophyll-a values when the in situ value was <0.2 μg/L and underestimate it when the in situ value was >0.2 μg/L. This is due to sampling error resulting from the use of 0.7 μm GF/F filters. Picoplankton loss through 0.7 μm filters (Whatman GF/F) compared to 0.2 μm membrane filters (Millipore TCMF) was quantified for oceanic stations of the North Eastern Caribbean Basin and Mayagüez Bay. On average, a 20% loss of picoplankton in oceanic stations, and a 9% loss for coastal stations were observed Size fractionated phytoplankton analysis revealed that picoplankton was the dominant size class in oceanic stations (accounting for 60-85% of the total phytoplankton biomass and 61-77% of the absorption of light by particulates), while larger phytoplankton (>2.0 μm) dominate coastal stations. Temporal and spatial variability was observed in the size distribution of the phytoplankton community in all the stations. Electrophoretic patterns of Restriction Fragment Length Polymorphism (RFLP) corroborated the variability. These results emphasize the importance of picoplankton variability when temporal and spatial scales are considered, and suggests that this group of photoautotrophs, rather than simply representing a “background noise”, constitutes an active and changing component of the microbial community in the open ocean and even in productive waters. To improve satellite estimates of phytoplankton biomass, future algorithms must take into account the contribution of the picoplankton to the phytoplankton population.

La aportación del picoplancton a la biomasa total del fitoplancton no ha sido considerada cuando esta es estimada por sensores remotos. En este trabajo se compararon valores in situ de clorofila-a con valores obtenidos a través de; a) imágenes de “Sea-viewing Wide Field-of-view Sensor” (“SeaWiFS”) y b) diferentes algoritmos (calculados con data obtenida de un espectroradiómetro) para la estación “Caribbean Time Series” (“CaTS”) desde octubre de 1997 hasta agosto de 2002. Análisis de regresión sugieren que el algoritmo de “Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer” (“MODIS”) fue el que mejor estimó los valores in situ de clorofila-a (r2=0.67089). El algoritmo de “SeaWiFS” (OC-4v4) sobrestimo el valor de clorofila-a cuando el valor in situ era <2.0 μg/L y lo subestimo cuando era >2.0 μg/L. Esto es debido al error de muestreo producido al usar un filtro de 0.7 μm GF/F. Se calculó el picoplancton que se pierde con el filtro de 0.7 μm (Whatman GF/F), en comparación con un filtro de 0.2 μm (Millipore TCMF), para estaciones oceánicas de la Cuenca del Caribe Oriental y la Bahía de Mayagüez. En promedio se observó una pérdida del 20% del picoplancton para las estaciones oceánicas y un 9% para estaciones costeras. El análisis de fraccionamiento por tamaño del fitoplancton reveló que el picoplancton es el tamaño dominante en las estaciones oceánicas (contribuyendo un 60-85% de la biomasa total del fitoplancton y un 61-77% de la absorción de la luz por partículas), mientras el fitoplancton más grande (> 2.0 μm) domina en las estaciones costeras. Se observó variabilidad temporal y espacial en la distribución de tamaño en la comunidad de fitoplancton en todas las estaciones muestreadas. Patrones electroforéticos de “Restriction Fragment Length Polymorphism” (“RFLP”) confirmaron la variabilidad. Los resultados enfatizan la importancia del picoplankton y sugieren que este grupo de fotoautótrofos, en vez de ser un factor de trasfondo, constituyen un componente activo y cambiante de la comunidad microbiana en aguas oceánicas y hasta en aguas costeras. Para mejorar los estimados de biomasa de fitoplancton obtenidos de sensores remotos, los próximos algoritmos deben de tomar en consideración la aportación del picoplankton a la población de fitoplancton.