Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät

Institut für Ostseeforschung

Fachgebiet: Biologische Meereskunde

Betreuer: PD Dr. Maren Voss



Dipl. Biol. Deniz Bombar
(e-mail: bombar@io-warnemuende.de )

Regulation factors of productivity, nitrogen fixation and phytoplankton species composition in the upwelling area and the Mekong estuary off southern central Vietnam, South China Sea

The South China Sea (SCS) is a marginal sea of the tropical western Pacific Ocean. The central SCS is permanently stratified and phytoplankton growth is nitrogen-limited. During southwest (SW) monsoon between June and September, surface waters in the western SCS off southern central Vietnam receive substantial nutrient inputs via coastal upwelling, while also the Mekong River discharge reaches its annual high. This thesis represents the first comprehensive in situ studies of the local pelagic ecosystem. Due to El Niño influence, weaker upwelling and consequently lower productivity was found in July 2003 (28 ± 18 mmol C m-2 d-1) compared to July 2004 (103 ± 25 mmol C m-2 d-1). Nitrate supply via Ekman upwelling would cover the nitrogen demand of primary producers during both years. In the adjacent offshore zone, nitrate supply via turbulent diffusion was an order of magnitude lower than Ekman fluxes, and pelagic nitrogen fixation was an additional important source of nitrogen. The importance of the Mekong River as a nutrient source and its influence on pelagic nitrogen fixation and phytoplankton species distributions were investigated during minimal and maximal river discharge in April 2007 and September 2008, respectively. The surface waters within the river plume were characterized by some of the highest rates of nitrogen fixation ever measured in the marine pelagial and in the SCS, with up to 22.77 nmol N L-1 h-1 in April 2007, and up to 5.05 nmol N L-1 h-1 in September 2008, which would cover up to 47% of the nitrogen demand of primary producers. Analyses of the diversity, distribution and expression of the nitrogenase (nifH) gene by PCR and quantitative PCR revealed that the Mekong River plume hosts a diverse diazotroph community, and seems to particularly favor the growth of Trichodesmium spp. and associations between diatoms and the heterocystous cyanobacterium Richelia intracellularis. Tropical river plumes seem to generally enhance oceanic nitrogen fixation by supplying phosphorus and iron, and thus might trigger a substantial contribution to global oceanic nitrogen fixation

Das südchinesische Meer (SCM) ist ein Nebenmeer des tropischen Westpazifiks. Das zentrale SCM ist permanent stabil geschichtet und das Phytoplanktonwachstum ist stickstofflimitiert. Der Südwest- (SW-) monsun zwischen Juni und September induziert vor der südvietnamesischen Küste zu Auftrieb von nährstoffreichem Tiefenwasser, während gleichzeitig der Abfluss des Mekongs sein Jahreshoch erreicht. In dieser Arbeit wurde der Einfluss dieser Nährstoffquellen auf das pelagische Ökosystem erstmals detailliert untersucht. Im Juli 2003 war die Auftriebsintensität und damit die Produktivität (28 ± 18 mmol C m-2 d-1) durch El Niño- Auswirkungen geringer als im Juli 2004 (103 ± 25 mmol C m-2 d-1). Die Nitrateinträge durch Ekman-auftrieb waren in beiden Jahren hoch genug, um den gesamten Stickstoffbedarf der planktischen Primärproduzenten zu decken. In den angrenzenden oligotrophen, küstenfernen Gewässern waren die Nitrateinträge durch Diffusion um eine Größenordnung geringer als jene durch Ekman-auftrieb, und pelagische Stickstofffixierung war eine weitere wichtige Stickstoffquelle. Die Bedeutung des Mekong- Abflusses als Nährstoffquelle und der Einfluss dieser Einträge auf die pelagische Stickstofffixierung und die Artenzusammensetzung des Phytoplanktons wurde im April 2007 (Niedrigabflusszeit) und im September 2008 (Hauptabflusszeit) untersucht. In der Flussfahne wurden extreme hohe Stickstofffixierungsraten gemessen. Im April 2007 lagen die Raten bei bis zu 22.77 nmol N L-1 h-1, und im September 2008 bei bis zu 5.05 nmol N L-1 h-1. Diese Raten zählen zu den höchsten je im Meer gemessenen Raten und würden bis zu 47% des Stickstoffbedarfs der in der Mekongfahne gemessenen Primärproduktion decken. Eine Analyse der Diversität, der Verteilung und der Expression des funktionellen Gens der Stickstofffixierung (nifH) wurde mittels quantitativer PCR durchgeführt. Dadurch konnte gezeigt werden, dass die Flussfahne des Mekongs eine diverse Gemeinschaft stickstofffixierender Mikroorganismen beheimatet, und dass Trichodesmium spp. sowie Symbiosen zwischen Diatomeen und dem Cyanobakterium Richelia intracellularis die quantitativ bedeutendsten Stickstofffixierer waren. Diese Arbeit liefert somit zusätzliche Beweise dafür, dass tropische Flussfahnen durch ihre Einträge von Phosphat und Eisen generell die Stickstofffixierung im Meer fördern, und es kann vermutet werden, dass sie dadurch einen bedeutenden Anteil zur globalen marinen Stickstofffixierung beitragen.