Relaciones entre la producción de nitrógeno orgánico y la organización trófica del ecosistema pelágico

Abstract

The release of dissolved organic nitrogen (DON) is an important process for the planktonic ecosystems, because of its relevant role in the biogeochemical nitrogen cycle. There is growing evidence that, both inorganic and organic dissolved forms of nitrogen, are determinant for the type of trophic interactions and size-group composition of planktonic communities. Phytoplankton-size structure is the principal controlling mechanism of the trophic organization of planktonic communities and, consequently, the cycling of nitrogen through the pelagic ecosystem. In this way, the relationship between phytoplankton size structure and nitrogen flux through pelagic ecosystem, is one of the main challenges of biological oceanography in the present decade. The aim of this research was to determinate the relationship between DON release rates and phytoplankton size over a wide range of productivity levels in the surface layer of Atlantic waters, ranging from upwelling systems to oligotrophic areas. Also, we determine the coupling between DON release and bacterioplankton activity. Sizefractionated phytoplankton biomass (estimated from clorophyll a concentration) and bacterial abundance and biomass were measured. In addition, determinations of nitrogen uptake rates, DON release rates and bacterial production were carried out. The results showed in this memory revealed that DON release rates ranged between 0.01 and 59.46 mg N 1˄-1 h˄-1. The percentage of DON release (PER) with respect to total nitrogen uptake ranged from 4 to 80%. Phytoplankton size structure did not show a clear relationship with PER, because of the variability of PLE values. On average, the highest values for PER were found in oligotrophic oceanic waters ( 0.25 mg Chlorophyll-a m -3), where picoplankton biomass dominated; which is indicative of an overall inverse relationship between the PER and the gross nitrogen uptake rates. The DON release rates accounted for less than 15 % of the variability observed in bacterial production rates, showing a weak relationship between bacterioplankton and phytoplankton compartments on short time scales (hours). However, according to the nitrogen balances calculated, there was an excess of DON release in relation to the requirements of the bacteria, suggesting an uncoupling on a larger time scale.

La liberación de nitrógeno orgánico disuelto (NOD) por las poblaciones microbianas tiene importantes consecuencias para los ecosistemas planctónicos, debido a su relevante papel en los ciclos de la materia en general, y del N en particular. Se dispone de evidencias que indican que las formas nitrogenadas, tanto inorgánicas como orgánicas, determinan el tipo de interacciones tróficas así como la estructura de tamaños de las comunidades de fitoplancton. El tamaño del fitoplancton es el principal factor biológico que controla la organización trófica de las comunidades planctónicas y, consecuentemente los flujos de nitrógeno en los ecosistemas pelágicos. En este contexto, desentrañar la relación entre la estructura de la comunidad planctónica y el flujo de nitrógeno a través del ecosistema pelágico, constituye en la actualidad uno de los principales retos para la oceanografía biológica. En el presente trabajo de investigación se estudio la relación entre las tasas de liberación de NOD y la estructura de tamaños de fitoplancton en ambientes hidrográficos muy contrastados en la capa superficial del Océano Atlántico, cubriendo tanto regiones de afloramiento como regiones oligotróficas. Además, se determinaron las relaciones entre la liberación de NOD y la actividad del bacterioplancton. Para ello se llevaron a cabo medidas de la biomasa fitoplanctónica (estimada a partir de la concentración de clorofila a) fraccionada por clases de tamaño y biomasa y abundancia bacteriana; y se cuantificaron las tasas de absorción de N, liberación de NOD y producción bacteriana. Los resultados obtenidos y presentados en esta memoria mostraron que las tasas de liberación de NOD variaron entre 0.01 y 59.46 nmol N 1˄-1 h˄-1. El porcentaje de liberación extracelular de NOD (PLE) con relación a la incorporación total de nitrógeno representó entre un 4 y un 80%. La estructura de tamaños de fitoplancton no presentó un patrón de distribución claramente definido con el porcentaje de liberación extracelular de NOD (PLE), ya que éste resultó ser una fracción muy variable de la absorción total de N. En promedio, los valores más elevados de PLE se encontraron en los ambientes oceánicos oligotróficos (concentración de clorofila a 0.25 mg m-3), donde la biomasa de picoplancton era dominante, confirmando, por lo tanto una relación inversa entre la cantidad de NOD liberado y la absorción total de N. Las tasas de liberación de NOD explicaron menos de un 15% de la variabilidad observada en las tasas de producción bacteriana, sugiriendo un débil acoplamiento entre el fitoplancton y el bacterioplancton a escalas de tiempo cortas. Por otro lado, según los balances de masas calculados, se encontró un exceso de NOD liberado con respecto a los requerimientos bacterianos, lo que sugiere un desacoplamiento a una escala de tiempo mayor.