Seasonal variations in food-web dynamics of Barents Sea plankton communities in a changing Arctic

Abstract

Havisen i Arktis gjennomgår for tiden smelting i et raskt tempo, noe som kan ha store innvirkning på marine arktiske næringsnett. Planteplankton er essensielt for livet i havet, og er en viktig matkilde for dyreplankton, som fungerer som en trofisk kobling til høyere trofiske nivåer, f.eks marine pattedyr, fisk og sjøfuglkolonier. Senhøst og vinter er lite studerte årstider i Arktis, og sesongstudier er viktige for å øke vår kunnskap om fremtidens endringer økosystemer. Dette for å forsterke fremtidige forvaltnings strategier og for å hjelpe å beskytte økosystemet i Barentshavet. Måling av vekst og beiterater av planteplankton og dyreplankton i Barentshavet gir økt forståelse for planktonsamfunnene. Dette er viktig for å kunne forutsi hvordan fremtidig oppvarming kan påvirke samfunnsdynamikken. Det ble samlet inn prøver på sesongtoktene til Arven etter Nansen i mars og mai 2021 og august og desember 2019. Det ble tatt prøver fra tre stasjoner: P7 som var isdekket hele året, P4 som var sesongmessig isdekket og P1 som hadde åpent vann hele året.

Målet med oppgaven var å undersøke vekst av planteplankton og dyreplankton, og beiterater for dyreplankton, for de ulike årstidene og stasjonene som ble tatt prøver av. For å gi mer vitenskapelige data om spesielt beitehastigheter til dyreplankton, som er lite studert i Arktis. Fortynningseksperiment ble utført for å koble fra rateestimater for planteplankton vekst og dyreplankton beiting. Ytterligere behandlinger med hoppekrepsene Calanus spp., og Oithona spp. ble satt opp for å se på potensialet for toppstyrt kontroll og selektiv beiting. Næringsbehandling ble satt opp for å se på potensialet for næringsbegrensning.

Resultatene viste at det var sesongmessige forskjeller i abundans av planteplankton med høyere abundans om våren sammenlignet med vinteren, og at abundans av dyreplankton var høyere senere på sommeren. Det var et skifte i samfunnssammensetningen i dominansen av Cryptophyta til flagellates og kiselalger fra mars til mai, med de mest tallrike kiselalgene Thalassiosira spp. og Chaetoceros spp. På tvers av alle årstider var det mest tallrike mikrozooplanktonet atekat dinoflagellaten Gymnodinium spp. De høyeste vekstratene for planteplankton ble funnet i mai, på grunn av gunstige vekstforhold, med de høyeste vekstratene for dyreplankton i august. Beitehastigheten for dyreplankton var ikke forskjellig på tvers av årstidene, noe som indikerer intern predasjon. Ingen næringsstoffbegrensninger ble funnet for noen av årstidene eller stasjonene. De høyere vekstratene om våren indikerte på et nedenfra og opp kontrollert planktonsamfunn tidlig på sesongen. Følgende nedgang i planteplankton abundans i august og økning i dyreplankton vekst, indikerte et ovenfra-og-ned kontrollert planktonsamfunn senere i august.

The Arctic is currently undergoing sea ice melting at a rapid pace, which could have detrimental impact on the marine Arctic food-webs. Phytoplankton is essential for life in the ocean, and is preyed upon by zooplankton, which acts as a trophic link to higher trophic levels e.g. marine mammals, fish and seabird colonies. Late autumn and winter are poorly studied seasons in the Arctic, and seasonal studies are important to increase our knowledge on future ecosystem changes. This will enhance future ecosystem management strategies and help to protect the Barents Sea ecosystem. Measuring growth and grazing rates of phytoplankton and microzooplankton in the Barents Sea gives an increased understanding of plankton communities. This is important for predicting how future warming can impact the community dynamics. Samples were collected during Nansen Legacy seasonal cruises in March and May 2021 and August and December 2019. Three stations were sampled: P7 that was ice-covered the entire year, P4 that was seasonally ice-covered and P1 which had open water the entire year.

The aim of the thesis was to investigate growth of phytoplankton and microzooplankton, and grazing rates of microzooplankton, for the different seasons and stations sampled. This should enhance data availability, especially on microzooplankton grazing rates that, have been poorly studied in the Arctic so far. Dilution experiments were carried out to uncouple rate estimates of phytoplankton growth and microzooplankton grazing. Additional treatments with the copepods Calanus spp. and Oithona spp. were set up to look at the potential of top-down control and selective grazing by mesozooplankton. Nutrient treatments were set up to look at the potential of nutrient limitation.

The results showed that there were seasonal differences in phytoplankton abundances with higher abundance in spring compared to winter, and that microzooplankton abundances followed the increase in phytoplankton abundance. There was a shift in the community composition from dominance of Cryptophyta to flagellates and diatoms from March to May, with the most abundant diatoms being Thalassiosira spp. and Chaetoceros spp. Across all seasons the most abundant microzooplankton was the athecate dinoflagellate Gymnodinium spp. The highest growth rates for phytoplankton were found in May, due to pre-bloom conditions, and the highest growth rates of microzooplankton in August. Microzooplankton grazing rates remained relatively constant across all seasons, probably due to internal predation. No nutrient limitation was found for any of the seasons or stations. The higher growth rates in spring indicated a bottom-up controlled plankton community early in the season. The following decrease in phytoplankton abundance in August and increase in microzooplankton growth rates, indicated a top-down controlled plankton community later in August.