hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Sciences10.59887/2073-6673.2023.16(4)-6hydrophysics-1259Research ArticleГИДРОФИЗИЧЕСКИЕ И БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПОЛЯ И ПРОЦЕССЫHYDROPHYSICAL AND BIOGEOCHEMICAL FIELDS AND PROCESSESОсобенности профилей флуоресценции и видового состава фитопланктона в Черном и Азовском моряхFeatures of Fluorescence Profiles and Species Composition of Phytoplankton in the Black Sea and the Sea of AzovКудиновО. Б.KudinovО. B.

КУДИНОВ Олег Борисович

РИНЦ AuthorID: 861503, Scopus AuthorID: 57201072321

299011, Севастополь, ул. Капитанская, д. 2

KUDINOV, Oleg B.

РИНЦ AuthorID: 861503, Scopus AuthorID: 57201072321

299011, Каpitanskaya Str., 2, Sevastopol

kudinov_ob@mhi-ras.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8627-7603СуслинВ. В.SuslinV. V.

СУСЛИН Вячеслав Владимирович, кандидат физико-математических наук

РИНЦ AuthorID: 825673

Scopus AuthorID: 6602501867, WoS ResearcherID: B-4994-2017

299011, Севастополь, ул. Капитанская, д. 2

SUSLIN, Vyacheslav V., Cand.Sc. (Phys.-Math.)

РИНЦ AuthorID: 825673

Scopus AuthorID: 6602501867, WoS ResearcherID: B-4994-2017

299011, Каpitanskaya Str., 2, Sevastopol

slava.suslin@mhi-ras.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2482-0105ЛиР. И.LeeR. I.

ЛИ Раиса Игнатьевна

РИНЦ AuthorID: 937587

299011, Севастополь, пр. Нахимова, д. 2

LEE, Raisa I.

РИНЦ AuthorID: 937587

299011, Pr. Nakhimova, 2, Sevastopol

РябоконьД. А.RyabokonD. А.

РЯБОКОНЬ Данил Андреевич

РИНЦ AuthorID: 1144660

299011, Севастополь, ул. Капитанская, д. 2

RYABOKON, Daniil A.

РИНЦ AuthorID: 1144660

299011, Каpitanskaya Str., 2, Sevastopol

Морской гидрофизический институт РАНРоссияMarine Hydrophysical Institute, Russian Academy of SciencesRussian FederationИнститут биологии южных морей имени А.О. Ковалевского РАНРоссияA.O. Kovalevsky Institute of Biology of the Southern Seas of RASRussian Federation20230901202416475–86Copyright © Кудинов О.Б., Суслин В.В., Ли Р.И., Рябоконь Д.А., 20242024Кудинов О.Б., Суслин В.В., Ли Р.И., Рябоконь Д.А.Kudinov О.B., Suslin V.V., Lee R.I., Ryabokon D.А.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://hydrophysics.spbrc.ru/jour/article/view/1259

Цель работы состояла в изучении свойств вертикальных профилей интенсивности флуоресценции пигментов фитопланктона (хлорофилла-a, фикоцианина, фикоэритрина и бета-каротина) с привлечением данных о видовом составе фитопланктона, полученных в 114 рейсе НИС «Профессор Водяницкий». Проведённый анализ ковариационных матриц профилей ИФ пигментов фитопланктона в верхнем 50-метровом слое Чёрного моря указывает, что с глубиной происходит изменение пигментного состава фитопланктона, что может быть связано со сменой его видового состава. В то же время, изменчивость профилей ИФ пигментов фитопланктона на уровне 80 % в верхнем 20-метровом слое описывается первым собственным вектором, что хорошо согласуется с прямыми наблюдениями видового состава фитопланктона, свидетельствующие о доминировании одного отдела фитопланктона в 20-метровом слое. Кроме того, имеют место региональные особенности, в частности, средние значения ИФ пигментов фитопланктона в Азовском море существенно выше, чем в Чёрном море, что связано с более высокой концентрацией фитопланктона в Азовском море.

The aim of this work was to study the properties of vertical fluorescence intensity (FI) profiles of phytoplankton pigments (chlorophyll-a, phycocyanin, phycoerythrin, and beta-carotene) using data on the phytoplankton species composition obtained during the cruise 114 of the R/V ‘Professor Vodyanitsky’. The analysis of covariance matrices of phytoplankton pigment FI profiles in the upper 50-meter layer of the Black Sea indicates that the pigment composition of phytoplankton changes with depth, which may be associated with changes in its species composition. At the same time, 80 % variability of phytoplankton pigment FI profiles in the upper 20-meter layer is described by the first eigenvector. It agrees well with direct observations of the phytoplankton species composition, indicating the dominance of one phytoplankton division in the 20-meter layer. In addition, there are regional peculiarities: for example, the average FI values of the phytoplankton pigments in the Sea of Azov are significantly higher than those in the Black Sea, which is associated with a higher concentration of phytoplankton in the Sea of Azov.

флуоресценция пигментов фитопланктонавидовой состав фитопланктоназона фотосинтезаЧёрное мореАзовское мореphytoplankton pigment fluorescencephytoplankton species compositionphotosynthetic zonethe Black Seathe Sea of AzovИсследование выполнено в рамках государственного задания: по теме FNNN-2021-0003 «Развитие методов оперативной океанологии на основе междисциплинарных исследований процессов формирования и эволюции морской среды и математического моделирования с привлечением данных дистанционных и контактных измерений» (шифр «Оперативная океанология», ФГБУН ФИЦ МГИ); по теме FNNN-2021-0004 Центр коллективного пользования «НИС Профессор Водяницкий» (ФГБУН ФИЦ ИнБЮМ); по теме № 121041400077-1 «Функциональные, метаболические и токсикологические аспекты существования гидробионтов и их популяций в биотопах с различным физико-химическим режимом» (ФГБУН ФИЦ ИнБЮМ).The study was carried out within the framework of the state assignment of MHI RAS on themes No. FNNN-2021-0003 and IBSS No.FNNN-2021-0004, No.121041400077-1.ReferencesIOCCG. Phytoplankton Functional Types from Space. Sathyendranath, S. (ed.), Reports of the International OceanColour Coordinating Group, 2014. No. 15. IOCCG. Dartmouth, Canada.IOCCG. Phytoplankton Functional Types from Space. Sathyendranath, S. (ed.), Reports of the International OceanColour Coordinating Group, 2014, 15. IOCCG. Dartmouth, Canada.Efimova T., Churilova T., Skorokhod E. et al. Effect of water trophic status on bio-optical properties and productive characteristics of phytoplankton of the Black Sea coastal waters near Sevastopol // Marine Biology Research. 2023. P. 1–11. doi:10.1080/17451000.2023.2203502.Efimova T., Churilova T., Skorokhod E. et al. Effect of water trophic status on bio-optical properties and productive characteristics of phytoplankton of the Black Sea coastal waters near Sevastopol. Marine Biology Research. 2023, 1–11. doi:10.1080/17451000.2023.2203502Суслин В.В., Чурилова Т.Я., Пряхина С.Ф. Региональная методика восстановления первичных гидрооптических характеристик черного моря по данным цветового сканера SEAWIFS // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2012. № 26–2. С. 204–223.Suslin V.V., Churilova T.Y., Pryakhina S.F. Regional methodology of restoration of the primary hydrooptical characteristics of the Black Sea from color data primary hydro-optical characteristics of the Black Sea based on the data of the color SEAWIFS scanner. Ekologicheskaya Bezopasnost Pribrezhnoi i Shelfovoi Zon i Kompleksnoe Ispolzovanie Resursov Shelfa. 2012, 26–2, 204–223 (in Russian).Suslin V., Pryahina S., Churilova T., Slabakova V. The black sea IOPS based on SEAWIFS data // Proceedings of SPIE — The International Society for Optical Engineering. 2016. С. 1003531. doi:10.1117/12.2248332Suslin V., Pryahina S., Churilova T., Slabakova V. The black sea IOPS based on SEAWIFS data. Proceedings of SPIE — The International Society for Optical Engineering. 2016, 1003531. doi:10.1117/12.2248332Чурилова Т.Я., Берсенева Г.П., Георгиева Л.В. Изменчивость биооптических характеристик фитопланктона в Черном море // Океанология. 2004. Т. 44. № 2.C. 208–221.Churilova T.Y., Berseneva G.P., Georgieva L.V. Variability of the biooptical characteristics of phytoplankton in the Black Sea. Oceanology. 2004, 44, 2, 192–204.Чурилова Т.Я., Берсенева Г.П., Георгиева Л.В., Брянцева Ю.В. Биооптические характеристики фитопланктона Черного моря в период зимне-весеннего «цветения» // Морской гидрофизический журнал. 2001. № 5. C. 28–40.Churilova T.Y., Berseneva G.P., Georgieva L.V., Bryantseva Y.V. Bio-optical characteristics of phytoplankton of the Black Sea during the winter-spring “blooming” period. Morskoi Gidrofizicheskii Zhurnal. 2001, 5, 28–40 (in Russian).Берсенева Г.П., Чурилова Т.Я. Хлорофилл и оптические характеристики фитопланктона в шельфовых водах Черного моря у побережья Крыма // Морской гидрофизический журнал. 2001. № 2. С. 44–58.Berseneva G.P., Churilova T.Y. Chlorophyll and optical characteristics of phytoplankton in shelf waters of the Black Sea off the coast of Crimea. Morskoi Gidrofizicheskii Zhurnal. 2001, 2, 44–58 (in Russian).Салюк П.А., Степочкин И.Е., Букин О.А. и др. Определение концентрации хлорофилла-а спутниковыми радиометрами MODIS-Aqua и VIIRS в Восточной Арктике и Беринговом море // Исследование Земли из космоса. 2016. № 1–2. С. 161–172. doi:10.7868/S0205961416010115Salyuk P.A., Stepochkin I.E., Bukin O.A. et al. Definition chlorophyll-a concentration by MODIS-Aqua and VIIRS satellite radiometers at Eastern Arctic and Bering Sea. Issledovanie Zemli iz Kosmosa. 2016, 1–2, 161–172. doi:10.7868/S0205961416010115 (in Russian).Салюк П.А., Стёпочкин И.Е. Проблема разделения вкладов фитопланктона и окрашенных растворенных органических веществ в спектральные величины яркости выходящего из воды излучения // Труды X Юбилейной Всероссийской конференции «Современные проблемы оптики естественных вод». 2019. С. 49–54.Salyuk P.A., Stepochkin I.E. The problem of separation of phytoplankton and coloured dissolved organic matter contributions into remote sensed reflectance spectrum of seawater. Proceedings of X Anniversary All-Russia Conference «Current problems in optics of natural waters» (ONW’2019). 2019. P. 49–54 (in Russian).Karabashev G.S., Evdoshenko M.A. Narrowband shortwave minima in spectra of backscattered light from the sea obtained from ocean color scanners as a remote indication of algal blooms // Oceanologia. 2016. 58(4). P. 279–291. doi:10.1016/j.oceano.2016.05.001Karabashev G.S., Evdoshenko M.A. Narrowband shortwave minima in spectra of backscattered light from the sea obtained from ocean color scanners as a remote indication of algal blooms. Oceanologia. 2016, 58(4), 279–291. doi:10.1016/j.oceano.2016.05.001Roy S., Sathyendranath S., Bouman H. et al. The global distribution of phytoplankton size spectrum and size classes from their light-absorption spectra derived from satellite data // Remote Sensing of Environment. 2013. Т. 139. С. 185–197. doi:10.1016/j.rse.2013.08.004Roy S., Sathyendranath S., Bouman H. et al. The global distribution of phytoplankton size spectrum and size classes from their light-absorption spectra derived from satellite data. Remote Sensing of Environment. 2013, 139, 185–197. doi:10.1016/j.rse.2013.08.004Sathyendranath S., Gota G., Stuart V. et al. Remote sensing of phytoplankton pigments: a comparison of empirical and theoretical approaches // International Journal of Remote Sensing. 2001. Т. 22, № 2–3. С. 249–273. doi:10.1080/014311601449925Sathyendranath S. et al. Remote sensing of phytoplankton pigments: a comparison of empirical and theoretical approaches. International Journal of Remote Sensing. 2001, 22, 2–3, 249–273. doi:10.1080/014311601449925Sathyendranath S., Stuart V., Platt T. et al. Remote sensing of ocean colour: Towards algorithms for retrieval of pigment composition // Indian Journal of Marine Sciences. 2005. Т. 34, № 4. С. 333–340.Sathyendranath S. et al. Remote sensing of ocean colour: Towards algorithms for retrieval of pigment composition. Indian Journal of Marine Sciences. 2005, 34, 4, 333–340.Suslin V., Slabakova V., Churilova T. 4D structure of bio-optical characteristics of the upper 70 m layer of the Black Sea: Bio-Argo floats and ocean color scanners // Total Environment Research Themes. 2022. Vol. 3–4. Р. 100006. doi:10.1016/j.totert.2022.100006Suslin V., Slabakova V., Churilova T. 4D structure of bio-optical characteristics of the upper 70 m layer of the Black Sea: Bio-Argo floats and ocean color scanners. Total Environment Research Themes. 2022, 3–4, 100006. doi:10.1016/j.totert.2022.100006Кудинов О.Б., Мартынов О.В., Ли Р.И. Зондирующий спектральный измеритель флюоресценции и рассеяния, испытания в лабораторных и полевых условиях // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2020. Т. 13, № 2. С. 82–87. doi:10.7868/S2073667320020100Kudinov O.B., Martynov O.V., Lee R.I. Sounding spectral meter of fluorescence and light scattering: laboratory and field testing. Fundamental and Applied Hydrophysics. 2020, 13, 2, 82–87. doi:10.7868/S2073667320020100Патент № 2775809 C1 Российская Федерация, МПК G01N21/64. Способ определения концентрации фотопигментов фитопланктона, растворённого органического вещества и размерного состава взвеси в морской воде in situ: № 2021124358: заявл. 13.08.2021: опубл. 11.07.2022 / М.Е.Г. Ли, О.Б. Кудинов; заявитель Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр «Морской гидрофизический институт РАН».Patent No. 2775809 C1 Russian Federation, MPC G01N21/64. Method for determination of phytoplankton photopigment concentration, dissolved organic matter and suspended sediment size composition in seawater in situ: No. 2021124358: zayavl. 13.08.2021: opubl. 11.07.2022 / M.E.G. Li, O.B. Kudinov; zayavitel Federalnoe gosudarstvennoe byudzhetnoe uchrezhdenie nauki Federalnyi issledovatelskii tsentr “Morskoi gidrofizicheskii institut RAN” (in Russian).Сорокин Ю.И. К методике концентрирования проб фитопланктона // Гидробиологический журнал. 1979. Т. 15. С. 71–76.Sorokin Y.I. To the methodology of phytoplankton sample concentration. Gidrobiologicheskii Zhurnal. 1979, 15, 71–76 (in Russian).Суханова И.Н. Концентрирование фитопланктона в пробе // Современные методы количественной оценки распределения морского планктона. М.: Наука, 1983. С. 97–105.Sukhanova I.N. Concentration of phytoplankton in the sample. Sovremennye Metody Kolichestvennoi Otsenki Raspredeleniya Morskogo Planktona. M., Nauka, 1983. 97–105 (in Russian).Киселев И.А. Методы исследования планктона // Жизнь пресных вод СССР. Ленинград: АН СССР, 1956. Т. 4. С. 183–270.Kiselev I.A. Methods of plankton research. Zhizn Presnykh Vod SSSR. Leningrad, AN SSSR, 1956, 4, 183–270 (in Russian).Чурилова Т.Я., Финенко З.З., Акимов А.И. Пигменты микроводорослей // Микроводоросли Черного моря: проблемы сохранения биоразнообразия и биотехнологического использования / под ред. Ю.Н. Токарева, З.З. Финенко, Н.В. Шадрина. Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2008. С. 301–320.Churilova T.Y., Finenko Z.Z., Akimov A.I. Microalgal pigments. Microalgae of the Black Sea: Problems of biodiversity conservation and biotechnological utilization / NAN Ukrainy, Institut biologii yuzhnykh morei. Sevastopol, EKOSI-Gidrofizika, 2008, 301–320 (in Russian).Чурилова Т.Я., Ефимова Т.В., Моисеева Н.А., Скороход Е.Ю. Спектральные показатели поглощения света взвешенным веществом и растворенным органическим веществом в Азовском море // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2022. Т. 15, № 3. С. 73–83. doi:10.48612/fpg/ex1p-9vtp-phu8Churilova T.Y., Efimova T.V., Moiseeva N.A., Skorokhod E. Yu. Spectral indices of light absorption by suspended matter and dissolved organic matter in the Sea of Azov // Fundamental and Applied Hydrophysics. 2022, 15, 3, 73–83. doi:10.48612/fpg/ex1p-9vtp-phu8 (in Russian).Churilova T., Suslin V., Krivenko O. et al. Light absorption by phytoplankton in the upper mixed layer of the Black Sea: Seasonality and parametrization // Frontiers in Marine Science. 2017. Т. 4. С. 90. doi:10.3389/fmars.2017.00090Churilova T., Suslin V., Krivenko O. et al. Light absorption by phytoplankton in the upper mixed layer of the Black Sea: Seasonality and parametrization. Frontiers in Marine Science. 2017, 4, 90.

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