izvkgtuИзвестия КГТУKSTU News1997-3071Калининградский государственный технический университет10.46845/1997-3071-2022-64-11-22izvkgtu-111Research ArticleБИОЛОГИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЫБНОЕ ХОЗЯЙСТВОBIOLOGY, ECOLOGY AND FISHERIESМоделирование первичной продукции в юго-восточной части Балтийского моряModelling the primary production in the South-Eastern Baltic seaКудрявцеваЕ. А.KudryavtsevaE. A.

Кудрявцева Елена Андреевна, кандидат географических наук, научный сотрудник

Kudryavtseva Elena Andreevna, PhD in Geographic Sciences, Scientific researcher

kudryavtzeva@rambler.ruБукановаТ. В.BukanovaT. V.

Буканова Татьяна Васильевна, кандидат географических наук, научный сотрудник

Bukanova Tatiana Vasilyevna, PhD in Geographic Sciences, Scientific researcher

tatiana.bukanova@gmail.comАлександровС. В.AleksandrovS. V.

Александров Сергей Валерьевич, зав. лабораторией; кандидат биологических наук, старший научный сотрудник

Aleksandrov Sergey Valerievich, Head of Laboratory; PhD in Biological Sciences, Senior Researcher

hydrobio@mail.ruИнститут океанологии им. П. П. Ширшова РАНРоссияShirshov P. P. Institute of Oceanology RASRussian FederationАтлантический филиал Всероссийского научноисследовательского института рыбного хозяйства и океанографии; Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАНРоссияAtlantic branch of Russian Federal Research Institute of Fisheries and Oceanography; Shirshov P. P. Institute of Oceanology RASRussian Federation2022200320250641122Copyright © Кудрявцева Е.А., Буканова Т.В., Александров С.В., 20252025Кудрявцева Е.А., Буканова Т.В., Александров С.В.Kudryavtseva E.A., Bukanova T.V., Aleksandrov S.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.klgtu.ru/jour/article/view/111

Исследования в прибрежной зоне российского сектора юго-восточной части Балтийского моря, выполненные ежемесячно с апреля 2008 по апрель 2009 г., позволили описать закономерности сезонного распределения концентрации лорофилла (Хл) «а» и первичной продукции (ПП) фитопланктона в столбе воды под влиянием условий среды. Показано, что вертикальное распределение Хл «а» определяется его концентрацией в поверхностном слое и гидрофизическими условиями, а распределение ПП по вертикали является убывающей функцией глубины и света. В конце весны-начале лета, при лимитировании роста фитопланктона биогенными элементами, может наблюдаться образование подповерхностного максимума Хл «а», вследствие чего возрастает вклад этого слоя в интегральную ПП. Рассчитаны показатели продуктивности фитопланктона в прибрежной зоне в зависимости от трофического состояния вод (олиготрофное, мезотрофное, эвтрофное). Показана значительная вариация величин Х «а» (1,2–19,8 мг·м-3) и ПП фитопланктона (40–2153 мгC·м-2·сут-1) от олиготрофного уровня зимой (декабрь-март) до эвтрофного – весной (апрель) и летом в периоды максимального развития фитопланктона. Проведен анализ предлагаемых для Балтийского моря алгоритмов расчета ПП, включающих известные уравнения для описания зависимости фотосинтеза от света, предложенные Дж. Стиллом, Т. Платтом и А. Яссби-Т. Платтом. Уравнения Т. Платта и А. Яссби-Т. Платта обеспечивали лучшее соответствие вычисленных для разных глубин значений ПП с данными ее натурных измерений на выбранных горизонтах, а уравнение Дж. Стилла точнее воспроизводило интегральные величины ПП.

Field measurements conducted in the coastal zone of the Russian sector of the Baltic Sea south-eastern part from April 2008 to April 2009 allowed to describe patterns of seasonal distribution of the chlorophyll a concentration (Chl) and primary production (PP) of phytoplankton in the water column under environmental conditions. It is shown that the vertical distribution of Chl is determined by its concentration in the surface layer and hydrophysical conditions, while the vertical distribution of PP performs a decreasing function of depth and light. In late spring-early summer, when the growth of phytoplankton is limited by nutrients, the subsurface maximum of Chl can be observed; as a result, contribution of this layer to the integral PP increases. Indicators of phytoplankton productivity in the coastal zone have been calculated depending on the trophic state of waters (oligotrophic, mesotrophic, eutrophic). Significant variations of Chl (1.2-19.8 mg·m-3) and PP (40-2153 mgC·m-2·day-1) values are observed from the oligotrophic level in the winter period (December-March) to eutrophic level in spring (April) and summer during maximum phytoplankton growth. The analysis has been conducted of the well-known algorithms for calculating PP, proposed for the Baltic Sea, including the equations for detecting the dependence of photosynthesis on the light, presented by J. Still, T. Platt, and A. Jassby-T. Platt. Тhe equations of T. Platt and A. Yassby-T. Platt provided a better correspondence of the PP values calculated for different depths to the data of field measurements of PP at these depths, and J. Still's equation better reproduced the average value of water column PP. 

первичная продукцияхлорофилл «а»вертикальное распределениезависимость «фотосинтез-свет»Балтийское мореMODISprimary productionchlorophyll “a”vertical distributionlight curvesBaltic SeaMODISИсследования проведены в рамках государственного задания Института океанологии им П. П. Ширшова РАН № 0128-2021-0012. Статья подготовлена при поддержке гранта РФФИ № 19-05-50090.ReferencesГоголев, Д. Г. Региональная коррекция алгоритмов расчета концентрации хлорофилла «а» по данным спутниковых радиометров VIIRS и OLCI в юговосточной части Балтийского моря / Д. Г. Гоголев, Т. В. Буканова, С. В. Александров // Известия КГТУ. – 2020. – № 59. – С. 13–23.Gogolev D. G., Bukanova T. V., Aleksandrov S. V. Regional'naya korrektsiya algoritmov rascheta koncentratsii khlorofilla «a» po dannym sputnikovykh radiometrov VIIRS i OLCI v yugo-vostochnoy chasti Baltiyskogo morya [Regional correction of algorithms for chlorophyll «a» concentration retrieval from VIIRS and OLCI radiometers satellite data of in the south-eastern part of the Baltic Sea]. Izvestiya KGTU, 2020, no. 59, pp. 13–23.Morel, A. Light and marine photosynthesis: A spectral model with geochemical and climatological implications / A. Morel // Progress in Oceanography. – 1991. – V. 26, № 3. – P. 263–306.Morel A. Light and marine photosynthesis: A spectral model with geochemical and climatological implications. Progress in Oceanography, 1991, vol. 26, no. 3, pp. 263–306.Региональные алгоритмы оценки концентрации хлорофилла «а» и взвеси в Юго-Восточной Балтике по данным спутниковых сканеров цвета / Т. В. Буканова, С. В. Вазюля, О. В. Копелевич [и др.] // Современные проблемы дистанционного исследования Земли из космоса. – 2011. – Т. 8, № 2. – С. 64–73.Bukanova T. V., Vazyulya S. V., Kopelevich O. V., Burenkov V. I., Grigor'ev A. V., Khrapko A. N., Sheberstov S. V., Aleksandrov S. V. Regional'nye algoritmy otsenki kontsentratsii khlorofilla i vzvesi v Yugo-Vostochnoy Baltike po dannym sputnikovykh skanerov tsveta [Regional algorithms for estimation of chlorophyll and suspended matter concentrations in the south-eastern Baltic by ocean color sensors]. Sovremennye problemy distantsionnogo issledovaniya Zemli iz kosmosa. 2011, vol. 8, no. 2, pp. 64–73.Darecki, M. Algorithms for the remote sensing of the Baltic ecosystem (DESAMBEM). Part 2: Empirical validation / M. Darecki, D. Ficek, A. Krężel, M. Ostrowska, R. Majchrowski, S.B. Woźniak, K. Bradtke, J. Dera, B. Woźniak // Oceanologia. – 2008. – V. 50, № 4. – P. 509–538.Darecki M., Ficek D., Krężel A., Ostrowska M., Majchrowski R., Woźniak S. B., Bradtke K., Dera J., Woźniak B. Algorithms for the remote sensing of the Baltic ecosystem (DESAMBEM). Part 2: Empirical validation. Oceanologia, 2008, vol. 50, no. 4, pp. 509–538.Stramska, M. Comparison of primary productivity estimates in the Baltic Sea based on the DESAMBEM algorithm with estimates based on other similar algorithms / M. Stramska, A. Zuzewicz // Oceanologia. – 2013. – V. 55, № 1. – Р. 77–100.Stramska M., Zuzewicz A. Comparison of primary productivity estimates in the Baltic Sea based on the DESAMBEM algorithm with estimates based on other similar algorithms. Oceanologia. 2013, vol. 55, no. 1, pр. 77–100.Kudryavtseva, E. A. Hydrological and hydrochemical underpinnings of primary production and division of the Russian sector in the Gdansk Basin of the Baltic Sea / E. A. Kudryavtseva, S. V. Aleksandrov // Oceanology. – 2019. – V. 59, № 1. – P. 49–65.Kudryavtseva E. A., Aleksandrov S. V. Hydrological and hydrochemical underpinnings of primary production and division of the Russian sector in the Gdansk Basin of the Baltic Sea. Oceanology, 2019, vol. 59, no. 1, pp. 49–65.Kudryavtseva, E. Relationship between seasonal variations of primary production, abiotic factors and phytoplankton composition in the coastal zone of the southeastern part of the Baltic Sea / E. Kudryavtseva, S. Aleksandrov, T. Bukanova, O. Dmitrieva, I. Rusanov // Regional studies in Marine Science. – 2019. – V. 32. – Article № 100862.Kudryavtseva E., Aleksandrov S., Bukanova T., Dmitrieva O., Rusanov I. Relationship between seasonal variations of primary production, abiotic factors and phytoplankton composition in the coastal zone of the south-eastern part of the Baltic Sea. Regional studies in Marine Science. 2019. vol. 32, article no. 100862.Vollenweider, R. A. A manual on methods for measuring primary production in aquatic environments / R. A. Vollenweider / IBP. №12. Oxford: Blackwell Scientific Publication, 1969. 213 p.Vollenweider R. A. A manual on methods for measuring primary production in aquatic environments. IBP. №12. Oxford: Blackwell Scientific Publication, 1969. 213 p.Renk, H. Primary production in the Southern Baltic in 1979–1983 / H. Renk // Oceanologia. – 1990. – V. 29. – P. 51–75.Renk H. Primary production in the Southern Baltic in 1979–1983. Oceanologia. 1990, vol. 29, pp. 51–75.Steele, J. H. Environmental control of photosynthesis in the sea / J. H. Steele // Limnology and Oceanography. – 1962. – V. 7. – P. 137–149.Steele J. H. Environmental control of photosynthesis in the sea. Limnology and Oceanography, 1962, vol. 7, pp. 137–149.Platt, T. Basin-scale estimates of Oceanic primary production by remote sensing: The North Atlantic / T. Platt, C. Caverhill, S. Sathyendranath // Journal of Geophysical Research. – 1991. – V. 96. – № 8. – P. 15147-15159.Platt T., Caverhill C., Sathyendranath S. Basin-scale estimates of Oceanic primary production by remote sensing: The North Atlantic. Journal of Geophysical Research. 1991, vol. 96, no. 8, pp. 15147–15159.Platt, T. The relationship between photosynthesis and light for natural assemblages of coastal marine phytoplankton / T. Platt, A. D. Jassby // Phycology. – 1976. – V. 12, № 4. – P. 421–430.Platt T., Jassby A. D. The relationship between photosynthesis and light for natural assemblages of coastal marine phytoplankton. Phycology. 1976, vol. 12, no. 4, pp. 421–430.Uitz, J. Vertical distribution of phytoplankton communities in open ocean: An assessment on surface chlorophyll / J. Uitz, H. Claustre, A. Morel, S. B. Hooker // Journal of Geophysical Research. – 2006. – V. 111. – C08005.Uitz J., Claustre H., Morel A., Hooker S.B. Vertical distribution of phytoplankton communities in open ocean: An assessment on surface Chlorophyll. Journal of Geophysical Research. 2006. vol. 111, C08005.Platt, T. Modelling Primary Production. / T. Platt., C. L. Gallegos / In: Falkowski P. G. Primary Productivity in the Sea. Environmental Science Research. Springer, Boston, MA. – V. 19. – 1980.Platt T., Gallegos C. L. Modelling Primary Production. In: Falkowski P. G. Primary Productivity in the Sea. Environmental Science Research. 1980, vol. 19. Springer, Boston, MA.Lindgren, D. Functional classification of coastal areas as a tool in ecosystem modeling and management / D. Lindgren, L. Håkanson / In: Mass-Balance Modelling and GIS-Based 137 Data Analysis as Tools to Improve Coastal Management. Uppsala, Sweden Uppsala University. – Licentiate thesis. – 2007. – 126 p.Lindgren D., Håkanson L. Functional classification of coastal areas as a tool in ecosystem modeling and management. In : Mass-Balance Modelling and GIS-Based 137 Data Analysis as Tools to Improve Coastal Management. Uppsala, Sweden Uppsala University. Licentiate thesis. 2007, 126 p.Кудрявцева, Е. А. Расчет первичной продукции по спутниковым данным в юго-восточной части Балтийского моря / Е. А. Кудрявцева, Т. В. Буканова // VII Международный Балтийский морской форум (07–12 октября 2019): материалы. – Калининград, 2019. – С. 341–346.Kudryavtseva E. A., Bukanova T. V. Raschet pervichnoy produktsii po sputnikovym dannym v yugo-vostochnoy chasti Baltiyskogo morya [Primary production calculation from remote sensing data]. Materialy VII Mezhdunarodnogo Baltiyskogo morskogo foruma [Proceedings of the VII International Baltic Maritime Forum]. Kaliningrad, 2019, pp. 341–346.Behrenfeld, M. J. Carbon-based ocean productivity and phytoplankton physiology from space / M. J. Behrenfeld, E. Boss, D. A. Siegel, D. M. Shea // Global Biogeochemical cycles. 2002, vol. 19, GB1006, doi:10.1029/2004GB002299.Behrenfeld M. J., Boss E., Siegel D. A., Shea D. M. Carbon-based ocean productivity and phytoplankton physiology from space. Global Biogeochemical cycles. 2002, vol. 19, GB1006.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.