Seasonal primary production at the EPEA station, southwestern Atlantic: relationships with phytoplankton composition and environmental properties

Abstract

This study presents the first estimates of primary production (PP) from the Marine Ecological Time Series, Estación Permanente de Estudios Ambientales (EPEA) in the Argentine Sea and examines its relationship with phytoplankton community composition and environmental factors using data obtained between 2006 and 2019. Our findings indicate that PP at EPEA exhibits seasonal pulses, with an estimated annual average of 202 ± 115 g C m-2 yr-1, classifying the system as mesotrophic. The peak of PP occurred in spring associated with increased irradiance and water column stratification, and the dominance of diatoms, dinoflagellates, and haptophytes. Winter was the least productive season, characterized by low light levels and a deep mixed layer, with a prevalence of cryptophytes and ultraphytoplankton. In summer, PP was lower than in spring, and the community was dominated by picoplanktonic Synechococcus spp., adapted to low nutrients and high light. In autumn, PP increased relative to summer, associated with higher microphytoplankton biomass. A key finding was the decoupling between PP and total carbon biomass, highlighted by the high variability of the BC to ChlaS (BC/ChlaS) ratio. This ratio is crucial for linking carbon-based biogeochemical models with satellite-based PP models. Deviations from the expected seasonal patterns could point to the sensitivity of coastal PP to large-scale climate influences, such as the Southern Annular Mode (SAM) and the El Niño-Southern Oscillation (ENSO). Our results evidence the physiological adaptability of phytoplankton in this dynamic coastal environment and highlight the necessity of high-frequency sampling to improve primary productivity models in this under-sampled region.

Este estudio presenta las primeras estimaciones de producción primaria (PP) de la Serie Temporal Ecológica Marina de la Estación Permanente de Estudios Ambientales (EPEA) en el Mar Argentino, y examina su relación con la composición de la comunidad fitoplanctónica y factores ambientales, utilizando datos obtenidos entre 2006 y 2019. Nuestros hallazgos indican que la PP en la EPEA presenta pulsos estacionales, con un promedio anual estimado de 202 ± 115 g C m-2 año-1, lo que clasifica al sistema como mesotrófico. El pico de PP se registró en primavera, asociado a un aumento de la irradiancia y la estratificación de la columna de agua, y al predominio de diatomeas, dinoflagelados y haptofitas. El invierno fue la estación menos productiva, caracterizada por bajos niveles de luz y una capa de mezcla profunda, con prevalencia de criptofitas y ultrafitoplancton. En verano, la PP fue menor que en primavera, y la comunidad estuvo dominada por especies picoplanctónicas de Synechococcus spp., adaptadas a bajos nutrientes y alta luminosidad. En otoño, la PP aumentó con respecto al verano, asociada a una mayor biomasa de microfitoplancton. Un hallazgo clave fue la disociación entre la PP y la biomasa total de carbono, evidenciada por la alta variabilidad de la relación BC a ChlaS (BC/ChlaS). Esta relación es crucial para vincular los modelos biogeoquímicos basados en carbono con los modelos de PP basados en satélite. Las desviaciones de los patrones estacionales esperados podrían indicar la sensibilidad de la PP costera a las influencias climáticas a gran escala, como el Modo Anular del Sur (SAM) y El Niño-Oscilación del Sur (ENSO). Nuestros resultados evidencian la adaptabilidad fisiológica del fitoplancton en este dinámico entorno costero y resaltan la necesidad de un muestreo de alta frecuencia para mejorar los modelos de productividad primaria en esta región poco estudiada.