Vårblomning - Spring bloom
Den vårblomningen är en kraftig ökning av växtplankton överflöd (dvs stock) som normalt förekommer i början av våren och varar till slutet av våren eller försommaren. Denna säsongsbetonade händelse är karakteristisk för tempererade nordatlantiska, subpolära och kustvatten. Växtplanktonblommor uppstår när tillväxten överstiger förluster, men det finns ingen allmänt accepterad definition av förändringens storlek eller tröskeln för överflöd som utgör en blomning. Storleken, den rumsliga omfattningen och varaktigheten av en blomning beror på en mängd olika abiotiska och biotiska faktorer. Abiotiska faktorer inkluderar ljustillgänglighet, näringsämnen, temperatur och fysiska processer som påverkar ljusets tillgänglighet, och biotiska faktorer inkluderar bete, viral lys och växtplanktonfysiologi. Faktorerna som leder till blomstart initieras fortfarande aktivt (se Kritiskt djup ).
Klassisk mekanism
| Del av en serie om |
| Plankton |
|---|
 |
På våren blir mer ljus tillgängligt och skiktning av vattenpelaren inträffar när stigande temperaturer värmer ytvattnet (kallas termisk skiktning). Som ett resultat hämmas vertikal blandning och växtplankton och näringsämnen är inblandade i den eufotiska zonen. Detta skapar en förhållandevis hög näringsämne och mycket ljus miljö som möjliggör snabb växtplanktontillväxt.
Tillsammans med termisk skiktning kan vårblomningar utlösas av salthaltskiktning på grund av sötvattentillförsel, från källor som hög flodavrinning. Denna typ av skiktning är normalt begränsad till kustområden och flodmynningar, inklusive Chesapeake Bay. Sötvatten påverkar primärproduktiviteten på två sätt. För det första, eftersom sötvatten är mindre tätt, vilar det ovanpå havsvatten och skapar en skiktad vattenkolonn. För det andra bär sötvatten ofta näringsämnen som växtplankton behöver för att utföra processer, inklusive fotosyntes.
Snabba ökningar av växtplanktontillväxt, som vanligtvis inträffar under vårblomningen, uppstår eftersom växtplankton snabbt kan reproducera sig under optimala tillväxtförhållanden (dvs. höga näringsnivåer, idealiskt ljus och temperatur och minimala förluster från bete och vertikal blandning). När det gäller reproduktion kan många arter av växtplankton fördubblas minst en gång om dagen, vilket möjliggör exponentiella ökningar av växtplanktonbeståndets storlek. Till exempel kommer lagerstorleken för en befolkning som fördubblas en gång per dag att öka 1000-faldigt på bara 10 dagar. Dessutom finns det en fördröjning i betesvaret för växtätande zooplankton i början av blomningen, vilket minimerar växtplanktonförluster. Denna fördröjning inträffar eftersom det finns låg vinterdjurplanktonmängd och många zooplankton, som copepods, har längre generationstider än växtplankton.
Vårblommor varar vanligtvis till sena våren eller försommaren, då blomningen kollapsar på grund av utarmning av näringsämnen i den stratifierade vattenspelaren och ökat betestryck av zooplankton. Det mest begränsande näringsämnet i den marina miljön är typiskt kväve (N). Detta beror på att de flesta organismer inte kan fixera atmosfäriskt kväve till användbara former (dvs. ammonium, nitrit eller nitrat). Men med undantag för kustvatten kan det hävdas att järn (Fe) är det mest begränsande näringsämnet eftersom det krävs för att fixera kväve, men är endast tillgängligt i små mängder i den marina miljön, som kommer från dammstormar och urlakning från stenar. Fosfor kan också vara begränsande, särskilt i sötvattensmiljöer och tropiska kustregioner.
Under vintern bryter vinddriven turbulens och kylvattentemperaturer ner den stratifierade vattenspelaren som bildades under sommaren. Denna nedbrytning möjliggör vertikal blandning av vattenspelaren och fyller på näringsämnen från djupt vatten till ytvattnet och resten av den eufotiska zonen . Men vertikal blandning orsakar också stora förluster, eftersom växtplankton transporteras under den eufotiska zonen (så deras andning överstiger primärproduktionen). Dessutom begränsar minskad belysning (intensitet och daglig varaktighet) under vintern tillväxttakten.
Alternativa mekanismer
Historiskt sett har blommor förklarats av Sverdrups kritiska djuphypotes, som säger att blommor orsakas av att det blandade lagret sköljer. På samma sätt beskrev Winder och Cloern (2010) vårblomningar som ett svar på ökande temperatur och ljustillgänglighet. Nya förklaringar har dock erbjudits nyligen, inklusive att blommor uppstår på grund av:
- Koppling mellan växtplanktontillväxt och djurplanktonbetning.
- Uppkomsten av nära ytskiktning på våren.
- Blandning av vattenkolonnen, snarare än skiktning
- Låg turbulens
- Ökande ljusintensitet (i grunt vatten).
Nordlig utveckling
På större breddgrader sker vårblommor senare på året. Denna progression norrut beror på att våren inträffar senare, fördröjer termisk skiktning och ökar belysningen som främjar blomning. En studie av Wolf and Woods (1988) visade bevis på att vårblomningar följer den nordliga migrationen av 12 ° C -isotermen, vilket tyder på att blommor kan styras av temperaturbegränsningar, utöver stratifiering.
På höga breddgrader resulterar den kortare varma säsongen vanligtvis i en mittsommarblomning. Dessa blommor tenderar att vara mer intensiva än vårblommor i tempererade områden eftersom det är längre dagsljus för att fotosyntesen ska äga rum. Betestrycket tenderar också att vara lägre eftersom de i allmänhet svalare temperaturerna vid högre breddgrader saktar ner zooplanktonmetabolismen.
Arvsföljd
Vårblomningen består ofta av en serie sekventiella blomningar av olika växtplanktonarter. Succession sker eftersom olika arter har optimalt näringsupptag vid olika omgivningskoncentrationer och når sina tillväxttoppar vid olika tidpunkter. Förskjutningar i de dominerande växtplanktonarterna är sannolikt orsakade av biologiska och fysiska (dvs. miljöfaktorer). Till exempel blir kiselalgernas tillväxthastighet begränsad när tillgången på silikat är utarmad. Eftersom silikat inte krävs av andra växtplankton, såsom dinoflagellater , fortsätter deras tillväxttakt att öka.
Till exempel i oceaniska miljöer dominerar kiselalger (celldiameter större än 10 till 70 µm eller större) vanligtvis först eftersom de kan växa snabbare. När silikat är uttömt i miljön, efterföljs kiselalger av mindre dinoflagellater. Detta scenario har observerats i Rhode Island, liksom Massachusetts och Cape Cod Bay. Vid slutet av en fjäder blom, när de flesta näringsämnen har utarmat, majoriteten av den totala fytoplankton biomassa är mycket liten fytoplankton, känd som ultraphytoplankton (celldiameter <5 till 10 um). Ultrafytoplankton kan upprätthålla låga, men konstanta bestånd, i miljöer med utarmning av näringsämnen eftersom de har en större yta till volymförhållande , vilket ger en mycket effektivare diffusionshastighet . De typer av växtplankton som omfattar en blomning kan bestämmas genom undersökning av de olika fotosyntetiska pigmenten som finns i kloroplaster av varje art.
Variabilitet och klimatförändringarnas inflytande
Variabilitet i mönstren (t.ex. tidpunkt för start, varaktighet, storlek, position och rumslig omfattning) för årliga vårblomningshändelser har dokumenterats väl. Dessa variationer uppstår på grund av fluktuationer i miljöförhållanden, såsom vindintensitet, temperatur, sötvattentillförsel och ljus. Följaktligen är vårblommönster troligen känsliga för globala klimatförändringar .
Länkar har hittats mellan temperatur och vårblommönster. Till exempel har flera studier rapporterat ett samband mellan tidigare vårblommans början och temperaturökningar över tid. Dessutom, i Long Island Sound och Gulf of Maine, börjar blommor senare på året, är mer produktiva och håller längre under kallare år, medan år som är varmare visar tidigare, kortare blommor av större storlek.
Temperaturen kan också reglera blomstorlekarna. I Narragansett Bay, Rhode Island, en studie av Durbin et al. (1992) indikerade att en höjning av vattentemperaturen med 2 ° C resulterade i ett tre veckors skift i mognaden av copepod, Acartia hudsonica , vilket kan öka djurplanets intensitet bete avsevärt. Oviatt et al. (2002) noterade en minskning av vårblommans intensitet och varaktighet i år då vinterns vattentemperaturer var varmare. Oviatt et al. föreslog att minskningen berodde på ökat betestryck, som potentiellt kan bli tillräckligt intensivt för att förhindra att vårblommor uppstår helt och hållet.
Miller och Harding (2007) föreslog att klimatförändringar (som påverkar vintervädermönster och sötvatteninflöden) var ansvariga för förändringar i vårblommönster i Chesapeake Bay. De fann att under varma, våta år (i motsats till svala, torra år) var den rumsliga omfattningen av blommor större och placerades mer utåt havet. Under samma år var också biomassan högre och toppbiomassan inträffade senare på våren.