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