PrirodaPrirodaПрирода0032-874XAkademizdatcenter Nauka62780810.7868/S0032874X23060029ArticlesСтатьиResearch ArticlePhytoplankton of The Arctic SeasФитопланктон Арктических МорейPolyakovaYe. IПоляковаЕ. Иye.polyakova@mail.ruKlyuvitkinaT. SКлювиткинаТ. СLomonosov Moscow State UniversityМосковский Государственный Университет имени М.В.Ломоносова300620236NO6 (2023)№6 (2023)152401032024Copyright ©; 2023, Издательство «Наука»2023Издательство «Наука»https://journals.eco-vector.com/0032-874X/article/view/627808

Detailed data on phytoplankton composition and spatial distribution in the high-latitude areas of the Arctic remain limited. In the context of the ongoing environmental changes (increasing warming and ice melting), understanding of the seasonal and interannual phytoplankton community dynamics is of crucial importance. Our study provides new specifying data on species composition of phytoplankton over the vast area of the Laptev Sea shelf and the East Siberian Sea shelf. In September the outer shelf plankton communities of the Laptev and East Siberian seas were characterized by typical late spring diatom species. The community of the inner shelf of the Laptev Sea (strongly affected by river water masses) was found to be transitional from summer to autumn stage of development. In general, it has been established that regional differences in the species composition of phytoplankton communities on the shelf of the Laptev and East Siberian Seas are associated with diff erences in hydrography, marine chemical conditions, and seasonal sea ice regime.

Данные о составе фитопланктона и его пространственном распределении в высокоширотных арктических морях в настоящее время остаются весьма ограниченными. Вместе с тем в условиях нарастающего потепления климата и активного таяния полярных льдов важно понимать закономерности сезонной и межгодовой динамики арктических биоценозов. В статье представлены новые данные о видовом составе фитопланктона на обширной площади морей Лаптевых и Восточно-Сибирского. Мы установили, что во время пробоотбора (сентябрь) внешний шельф характеризовался типичными для арктических морей поздневесенними видами диатомовых водорослей. Сообщество фитопланктона на внутреннем шельфе, подверженном мощному влиянию речного стока, находилось в переходной фазе от летней к осенней стадии развития. В целом установлено, что региональные различия в видовом составе сообществ фитопланктона на шельфе морей Лаптевых и Восточно-Сибирского объясняются различиями в гидрографии, гидрохимических условиях и режиме сезонных морских льдов.

ArcticLaptev SeaEast Siberian SeaphytoplanktondiatomsdinoflagellatesАрктикаморе ЛаптевыхВосточно-Сибирское морефитопланктондиатомовые водорослидинофлагеллятыArrigo K.R., van Dijken G.L. Continued increases in Arctic Ocean primary production. Progress in Oceanography. 2015; 136: 60–70. DOI:10.1016/j.pocean.2015.05.002.Wassmann P., Slagstad D., Ellingsen I. Primary production and climatic variability in the European sector of the Arctic Ocean prior to 2007: preliminary results. Polar Biology. 2010; 33: 1641–1650. DOI:10.1007/s00300-010-0839-3.Романкевич Е.А., Ветров А.А. Углерод в Мировом океане. М., 2021.Agusti S., Sejr M.K., Duarte C.M. Impact of climate warming on polar marine freshwater ecosystems. Polar Biology. 2010; 33: 1595–1598. DOI:10.1007/s00300-010-0955-0.Bauerfeind E., Nöthig E.M., Beszczynska A. et al. Particle sedimentation patterns in the eastern Fram Strait during 2000–2005: results from the Arctic long-term observatory HAUSGARTEN. Deep Sea Research Part I. 2009; 56(9): 1471–1487. DOI:10.1016/j.dsr.2009.04.011.Li W.K.W., McLaughlin F.A., Lovejoy C., Carmack E.C. Smallest algae thrive as the Arctic Ocean freshens. Science. 2009; 326: 539. DOI:10.1126/science.1179798.Киселев И.А. Материалы по микрофлоре юго-восточной части моря Лаптевых. Исследования морей СССР. Л., 1932; 15: 67–103.Ширшов П.П. Сезонные явления в жизни фитопланктона полярных морей в связи с ледовым режимом. Труды Всесоюзного Арктического института: Биологические индикаторы гидрологического и ледового режима полярных полей CCCP. Л., 1937; 82: 47–110.Околодков Ю.Б. Водоросли льдов моря Лаптевых. Новости систематики низших растений. 1992; 28: 29–34.Okolodkov Y.B. Cryopelagic flora of the Chukchi, East Siberian and Laptev Seas. Polar Biology. 1992; 5: 28–43.Zheng S., Jianfeng H., Guizhong W., Shaojing L. Abundance, biomass and composition of spring ice algal and phytoplankton communities of the Laptev Sea (Arctic). Advances in Polar Science. 2005; 16(2): 70–80.Heiskanen A.-S., Keck A. Distribution and sinking rates of phytoplankton, detritus, and particulate biogenic silica in the Laptev Sea and Lena River (Arctic Siberia). Marine Chemistry. 1996; 53(3–4): 229–245. DOI:10.1016/0304-4203(95)00091-7.Juterzenka K., Knickmeier K. Chlorophyll a distribution in water column and sea ice during the Laptev Sea freeze-up study in autumn 1995. Land-Ocean Systems in the Siberian Arctic: Dynamics and History. Kassens H., Bauch H.A., Dmitrenko I. et al. (eds.). Berlin, 1999; 153–160.Tuschling K., Juterzenka K., Okolodkov Y.B., Anoshkin A. Composition and distribution of the pelagic and sympagic algal assemblages in the Laptev Sea during autumnal freeze-up. Journal of Plankton Research. 2000; 22(5): 843–864. DOI:10.1093/plankt/22.5.843.Kraberg A.C., Druzhkova E., Heim B. et al. Phytoplankton community structure in the Lena Delta (Siberia, Russia) in relation to hydrography. Biogeosciences 2013; 10(11): 7263–7277. DOI:10.5194/bg-10-7263-2013.Суханова И.Н., Флинт М.В., Георгиева Е.Ю. и др. Структура сообществ фитопланктона в восточной части моря Лаптевых. Океанология. 2017; 57(1): 86–102.Sorokin Yu.I., Sorokin P.Yu. Plankton and primary production in the Lena River estuary and in the south-eastern Laptev Sea. Estuarine, Coastal and Shelf Science. 1996; 43(4): 399–418. DOI:10.1006/ecss.1996.0078.Vetrov A.A., Romankevich E.A., Belyaev N.A. Chlorophyll, primary production, fluxes, and balance of organic carbon in the Laptev Sea. Geochemistry International. 2008; 46(10): 1055–1063. DOI:10.1134/S0016702908100091.Зернова В.В., Нютик Е.-М., Шевченко В.П. Вертикальные потоки микроводорослей в северной части моря Лаптевых (по данным годичной постановки седиментационной ловушки). Океанология. 2000; 40(6): 850–858.Lalande C., Nöthig E.-M., Somavilla R. et al. Variability in under-ice export fluxes of biogenic matter in the Arctic Ocean. Global Biogeochemical Cycles. 2014; 28: 571–583. DOI:10.1002/2013GB004735.Sakshaug E., Slagstad D. Light and productivity of phytoplankton in polar marine ecosystems: a physiological view. Polar Research. 1991; 10(1): 69–85. DOI:10.3402/polar.v10i1.6729.Janout M., Hölemann J., Juhls B. et al. Episodic warming of nearbottom waters under the Arctic sea ice on the central Laptev Sea shelf. Geophysical Research Letters. 2016; 43: 264–272. DOI:10.1002/2015GL066565.Pivovarov S., Hölemann J., Kassens H. et al. Dissolved oxygen, silicon, phosphorus and suspended matter concentrations during the spring breakup of the Lena River. Land-Ocean Systems in the Siberian Arctic: Dynamics and History. Kassens H., Bauch H.A., Dmitrenko I. et al. (eds.). Berlin, 1999; 251–264.Cauwet G., Sidorov I. The biogeochemistry of Lena River: organic carbon and nutrients distribution. Marine Chemistry. 1996; 53(3–4): 211–227. DOI:10.1016/0304-4203(95)00090-9.Holmes R.M., McClelland J.W., Peterson B.J. et al. Seasonal and annual fluxes of nutrients and organic matter from large rivers to theArctic Ocean and surrounding seas. Estuaries and Coasts. 2011; 35(2): 369–382. DOI:10.1007/s12237-011-9386-6.Johnson M.A., Polyakov I.V. The Laptev Sea as a source for recent Arctic Ocean salinity change. Geophysical Research Letters. 2001; 28(10): 2017–2020. DOI:10.1029/2000GL012740.Timokhov L.A. Regional characteristics of the Laptev and the East Siberian seas: climate, topography, ice phases, thermohaline regime, and circulation. Reports on Polar Research: Russian-German cooperation in the Siberian Shelf Seas: geo-system Laptev Sea. 1994; 144: 15–31.Janout M.A., Hölemann J., Waite A.M. et al. Sea-ice retreat controls timing of summer plankton blooms in the Eastern Arctic Ocean. Geophysical Research Letters. 2016; 43(24): 12493–12501. DOI:10.1002/2016GL071232.Polyakova Ye.I., Kryukova I.M., Martynov F.M. et al. Community structure and spatial distribution of phytoplankton in relation to hydrography in the Laptev Sea and the East Siberian Sea (autumn 2008). Polar Biology. 2021. DOI:10.1007/s00300-021-02873-w.Полякова Е.И. Арктические моря Евразии в позднем кайнозое. М., 1997.Polyakova Ye.I. Diatom assemblages in surface sediments of the Kara Sea (Siberian Arctic) and their relationship to oceanological conditions. Proceedings in Marine Science: Siberian River Run-off in the Kara Sea: Characterization, Quantification, Variability and Environmental Significance. Stein R., Fahl K., Futterer D.K. et al. (eds.). Amsterdam, 2003; 375–399.Dmitrenko I.A., Kirillov S.A., Tremblay L.B. et al. Impact of the Arctic Ocean Atlantic water layer on Siberian shelf hydrography. Journal of Geophysical Research. 2010; 115(C8): 1–17. DOI:10.1029/2009JC006020.Okolodkov Y.B. Species range types of recent marine dinofagellates recorded from the Arctic. Grana. 1999; 38(2–3): 162–169. DOI:10.1080/00173139908559224.Matthiessen J., de Vernal A., Head M. et al. Modern organic-walled dinoflagellate cysts in Arctic marine environments and their (paleo-)environmental significance. Palaeontologische Zietschrift. 2005; 79/1: 3–51. DOI:10.1007/BF03021752.Wang J., Cota G.F., Comiso J.C. Phytoplankton in the Beaufort and Chukchi Seas: distribution, dynamics, and environmental forcing. Deep Sea Research Part II. 2005; 52(24–26): 3355–3368. DOI:10.1016/j.dsr2.2005.10.014.Hirche H.J., Kosobokova K.N., Gaye-Haake B. et al. Structure and function of contemporary food webs on Arctic shelves: a panarctic comparison. The pelagic system of the Kara Sea-communities and components of carbon flow. Progress in Oceanography. 2006; 71(2–4): 288–313. DOI:10.1016/j.pocean.2006.09.010.Макаревич П.Р., Дружкова Е.И. Сезонные циклические процессы в прибрежных планктонных альгоценозах северных морей. Ростов-на-Дону, 2010.Макаревич П.Р. Олейник А.А. Структура годового цикла развития фитопланктонного сообщества Обь-Енисейского мелководья Карского моря. Доклады Академии наук. 2009; 426(3): 397–399.Sugie K., Kuma K. Resting spore formation in the marine diatom Thalassiosira nordenskioeldii under iron- and nitrogen-limited conditions. Journal of Plankton Research. 2008; 30(11): 1245–1255. DOI:10.1093/plankt/fbn080.Ильяш Л.В., Житина Л.С., Федоров В.Д. Фитопланктон Белого моря. М., 2003.Makarevich P.R., Larionov V.V., Moiseev D.V. Phytoplankton succession in the Ob-Yenisei shallow zone of the Kara Sea based on Russian databases. Journal of Sea Research. 2014; 101: 31–40. DOI:10.1016/j.seares.2014.10.008.Trigueros J.M., Orive E. Seasonal variations of diatoms and dinoflagellates in a shallow, temperate estuary, with emphasis on neritic assemblages. Hydrobiologia. 2001; 444: 119–133. DOI:10.1023/A:1017563031810.Huisman J., Pham Thi N.N., Karl D.M., Sommeijer B. Reduced mixing generates oscillations and chaos in the oceanic deep chlorophyll maximum. Nature. 2006; 439: 322–325. DOI:10.1038/nature04245.