Seasonal variation of atmospheric and terrestrial nutrients and their influence on primary production in an oligotrophic coastal system-southeastern Brazil

Braga, Elisabete de Santis

doi:10.1590/S1413-77391999000100004

Abstracts

In an oligotrophic coastal zone, land drainage and atmospheric precipitation can temporarily modify the concentrations of specific dissolved compounds in local surface waters, mainly nutrient salts, setting up conditions for "new" primary production of phytoplankton. The Ubatuba region (23º30'S -45º06'W) is considered an oligo-mesotrophic region subject to a high average annual precipitation (- 2,000 mm). The small rivers flowing into Palmas' Inlet present outflow patterns linked to the precipitation cycle. Rain and river waters show nitrate, nitrite, ammonium, phosphate and silicate concentrations that are very variable often higher than in surface seawater. When one considers the total nutrient inventory ofPalmas' Inlet (total volume) in each sampling period, the relative contribution of nutrients ftom rain water presents the following seasonal variations: DIN (0.1-21.0 %), nitrate (0.06-15.86 %), phosphate (0.01 - 2.75 %), silicate (0.01 - 0.50 %); and the contribution ftom river waters varies within the following limits: DIN (0.02 - 0.36 %); nitrate (0.01 - 0.88 %); phosphate (0.01 - 0.11 %); silicate (0.04 - 4.70 %). Prime production in this oligotrophic zone showed seasonal variations with up to 17.83 mgC m-3 h- in the winter of 1992. When fertilization caused by the South Atlantic Central Water (SACW, T-S characteristics -14ºC and S -35.5 PSU) intrusion occurred in the during of 1991, the average value (all depths) of primary production was significant (7.00 mgC m-3 h- ). The atmospheric source of dissolved nitrogenous compounds is very important to this region on account of the high pluviosity and the fact that this input occurs directly into the surface seawater, and thus to the euphotic zone.

Nutrients; Atmospheric input; Terrestrial input; Nitrogenous compounds; Silicate; Phosphate; Primary production

Em zonas costeiras oligotróficas, os aportes de compostos dissolvidos via drenagem continental e precipitação atmosférica podem modificar temporariamente as concentrações de certas espécies químicas na água do mar, principalmente os sais nutrientes, fornecendo condições para uma produção primária "nova" do fitoplncton. A região de Ubatuba (23º30'S - 45º06'W) é considerada oligo-mesotrófica e possui uma precipitação anual média alta (-2.000 mm). Os pequenos rios que fluem para a Enseada das Palmas tem suas vazões refletindo os ciclos de precipitação local. As águas dos rios e das chuvas, possuem concentrações de nitrato, nitrito, amônio, fosfato e silicato variáveis, mas fteqUentemente maiores que aquelas encontradas nas águas de superficie do mar. Quando consideramos o reservatório total de nutrientes .na Enseada das Palmas (volume total), em cada período de amostragem, pode-se verificar que a contribuição relativa da água de chuva, apresentou variações sazonais dentro dos seguintes limites: NID (0,1-21,0 %), nitrato (0,06 - 15,86 %), fosfato (0,01 - 2,75%), silicato (0,04 - 4,70 %). A produção primária nesta zona oligotrófica mostra variações sazonais e o maior valor foi 17,83 mgC m- h-I, na primavera de 1992. Enquanto que na primavera de 1991, ocorreu uma fertilização promovida pela intrusão de Água Central do Atlntico Sul (ACAS) verificada pelas características do diagrama T-S (T-14"C e 8-35,50 USP), sendo que neste período, o valor médio da produção primária (considerando todas as profundidades) foi relativamente alto (7,00 mgC m-3 h-I). A atmosfera como fonte de compostos nitrogenados dissolvidos é muito importante para esta região devido à alta pluviosidade e pelo fato deste aporte ser feito diretamente na superficie da água do mar, assim sendo, na zona eufótica.

Nutrientes; Aportes atmosféricos; Aportes terrestres; Compostos nitrogenados; Silicato; Fosfato; Produção primária

RESEARCH ARTICLES

Seasonal variation of atmospheric and terrestrial nutrients and their influence on primary production in an oligotrophic coastal system-southeastern Brazil

Elisabete de Santis Braga

Instituto Oceanográfico da Universidade de São Paulo (Caixa Posta 166149, 05315-970, São Paulo, SP, Brasil)

ABSTRACT

In an oligotrophic coastal zone, land drainage and atmospheric precipitation can temporarily modify the concentrations of specific dissolved compounds in local surface waters, mainly nutrient salts, setting up conditions for "new" primary production of phytoplankton. The Ubatuba region (23º30'S -45º06'W) is considered an oligo-mesotrophic region subject to a high average annual precipitation (- 2,000 mm). The small rivers flowing into Palmas' Inlet present outflow patterns linked to the precipitation cycle. Rain and river waters show nitrate, nitrite, ammonium, phosphate and silicate concentrations that are very variable often higher than in surface seawater. When one considers the total nutrient inventory ofPalmas' Inlet (total volume) in each sampling period, the relative contribution of nutrients ftom rain water presents the following seasonal variations: DIN (0.1-21.0 %), nitrate (0.06-15.86 %), phosphate (0.01 - 2.75 %), silicate (0.01 - 0.50 %); and the contribution ftom river waters varies within the following limits: DIN (0.02 - 0.36 %); nitrate (0.01 - 0.88 %); phosphate (0.01 - 0.11 %); silicate (0.04 - 4.70 %). Prime production in this oligotrophic zone showed seasonal variations with up to 17.83 mgC m-3 h- in the winter of 1992. When fertilization caused by the South Atlantic Central Water (SACW, T-S characteristics -14ºC and S -35.5 PSU) intrusion occurred in the during of 1991, the average value (all depths) of primary production was significant (7.00 mgC m-3 h- ). The atmospheric source of dissolved nitrogenous compounds is very important to this region on account of the high pluviosity and the fact that this input occurs directly into the surface seawater, and thus to the euphotic zone.

Descriptors: Nutrients; Atmospheric input; Terrestrial input; Nitrogenous compounds; Silicate; Phosphate; Primary production.

RESUMO

Em zonas costeiras oligotróficas, os aportes de compostos dissolvidos via drenagem continental e precipitação atmosférica podem modificar temporariamente as concentrações de certas espécies químicas na água do mar, principalmente os sais nutrientes, fornecendo condições para uma produção primária "nova" do fitoplâncton. A região de Ubatuba (23º30'S - 45º06'W) é considerada oligo-mesotrófica e possui uma precipitação anual média alta (-2.000 mm). Os pequenos rios que fluem para a Enseada das Palmas tem suas vazões refletindo os ciclos de precipitação local. As águas dos rios e das chuvas, possuem concentrações de nitrato, nitrito, amônio, fosfato e silicato variáveis, mas fteqUentemente maiores que aquelas encontradas nas águas de superficie do mar. Quando consideramos o reservatório total de nutrientes .na Enseada das Palmas (volume total), em cada período de amostragem, pode-se verificar que a contribuição relativa da água de chuva, apresentou variações sazonais dentro dos seguintes limites: NID (0,1-21,0 %), nitrato (0,06 - 15,86 %), fosfato (0,01 - 2,75%), silicato (0,04 - 4,70 %). A produção primária nesta zona oligotrófica mostra variações sazonais e o maior valor foi 17,83 mgC m- h-I, na primavera de 1992. Enquanto que na primavera de 1991, ocorreu uma fertilização promovida pela intrusão de Água Central do Atlântico Sul (ACAS) verificada pelas características do diagrama T-S (T-14"C e 8-35,50 USP), sendo que neste período, o valor médio da produção primária (considerando todas as profundidades) foi relativamente alto (7,00 mgC m-3 h-I). A atmosfera como fonte de compostos nitrogenados dissolvidos é muito importante para esta região devido à alta pluviosidade e pelo fato deste aporte ser feito diretamente na superficie da água do mar, assim sendo, na zona eufótica.

Descritores: Nutrientes; Aportes atmosféricos; Aportes terrestres; Compostos nitrogenados; Silicato; Fosfato; Produção primária.

Full text available only in PDF format.

Texto completo disponível apenas em PDF.

Acknowledgements

The author would like to thank Dr Teixeira, C. for his help during this project and Dr Tundisi, J. G. for the incentive to produce this paper. I also thank Mr Philip Barsanti for this collaboration. This work was carried out as part of the research programme NIT AM (Nutrients: terrestrial, atmospheric and marine interactions) which was supported by FAPESP, process number 90/3375-1.

(Manuscript received 03 June 1998; revised 06 December 1998; accepted 28 June 1998)

Baker, M. B.; Caniparoli, D. & Harrison, R 1981. An analysis of the first year of MAP3S rain chemistry measurements. Atmos. Environ., 15(1):43-55.
araga, E. S. 1989. Estudo dos nutrientes dissolvidos nas águas da Enseada das Palmas, Ilha Anchieta (Ubatuba, SP) com ênfase as formas nitrogenadas e contribuição por aportes terrestres e atmosféricos. Dissertação de mestrado. Universidade de São Paulo, Instituto ~ográfico.207p.
Braga, E. S. 1995. Nutrientes dissolvidos e produção primária do fitoplâncton em dois sistemas costeiros do Estado de São Paulo. Tese de doutorado. Universidade de São Paulo, Instituto Ocenográfico. 2 v.
Braga, E. S. & Muller, T. 1998. Observation of regeneration of nitrate, phosphate and silicate during upwelling off Ubatuba, Brazil. Conto ShelfRes., 18(8):915-922.
Castro Filho, B. M de; Miranda, L. B. de & Miyao, S. Y. 1987. Condições hidrográficas na plataforma continental ao largo de Ubatuba: variações sazonais e em média escala. Bolm Inst. oceanogr., S Paulo, 35(2):135-151.
Cogbill C. V. & Likens, G. E. 1974. Acid precipitation in the Northeastern United States. Water Resour. Res., 10(6):1133-1137.
COX, R A. 1974. Paratlicle formation trom homogeneous reactions of sulphur dioxide and
Eppley, R W.; Garside, C.; Renger, E. H. & Orellana, E. 1991. Variability of nitrate concentration in nitrogen-depleted subtropical surface waters. Mar. Biol., 107(1):53-60.
Grasshofl: K.; Ehrhardt, M. & Kremling, K. 1983. Methods of seawater analysis. 2nd ed. Weinnhein, Verlag Chemie. 419 p.
Keene, W. C.; GalIoway, J. N. & Holden Jr., J. D. 1983. Measurement of weak organic acidity in precipitation from remote areas of the world. J. Geophys. Res., 88(C9):5122-5130.
Knap, A. H.; JickelIs, T.; Pszenny, A. & GalIoway, J. N. 1986. Significance of atmospheric derived nitrogen on producitivity of Sargasso Sea. Nature,320(6058):158-160.
Moreira-Nodermann, L. M.; Forti, M. C.; Andrade, M. 1. & Orsini, C. Q. 1985. Composição iônicadas chuvas da cidade de S. Paulo. In: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE HIDROLOGIA E RECURSOS HÍDRlCOS, 6. São Paulo, 1985. Anais. São Paulo, ABRH. p.419-424.
Naik, M. S.; Khemani, G. A.; Momin, P. S.; Rao, A.; PilIai, A. G. & Safai, P. D. 1994. Variation in the ionic composition in convective showers in Pune, India. TelIus, 46B:68-75.
Paerl, H. W. 1985. Enhancement of marine primary production by nitrogen-enriched acid rain. Nature,315(6022):747-749.
Paerl, H. W. 1995. Coastal eutrophication in relation to atmospheric nitrogen deposition: current perspectives. Ophelia, 41:237-259.
Paerl, H. W. 1995. Coastal eutrophication in relation to atmospheric nitrogen deposition: current perspectives. Ophelia, 41:237-259.
Sequeira, R. 1981. Acid rain: Some preliminary results from global data analysis. Geophys. Res. Lett.,8(2):147-150.
Steemann-Nielsen, E. 1952. The use of radio-active carbon (CJ4) for measuring organic production in the sea. J. Cons. int. Explor. Mer, 18:117-140.
Teixeira, C. 1973. Preliminary studies of primary production in the Ubatuba region (Lat. 23ş30'S-Long. 45ş06'W), Brazil. Bolm Inst. oceanogr., S Paulo, 22:49-58.
Teixeira, C. 1979. Produção primária e algumas considerações ecológicas da região de Ubatuba (Lat. 23ş30'S - 45ş06'W), Brasil. Bolm Inst. oceanogr., S Paulo, 28 (2):23-28.
Teixeira, C. & Tundisi, J. G. 1981. The efIects of nitrogen and phosphorus enrichments on phytoplankton in the region of Ubatuba (Lat. 23ş30'S - Long. 45ş06'W) Brazil. Bolm Inst. oceanogr., S Paulo, 30(1):77-86.
Tréguer, P. & Le Corre, P. 1975. Manuel d'analysis des seIs nutritifs and l'eau de mero 2eme éd. Brest, Université de Bretagne Occidentale. 1l0p.
Willey, J. D. & Cahoon, L. B. 1991. Enhancement of chlorophyll-a production in Gulf Stream surface seawater by rainwater nitrate. Mar. Chem., 34(1/2):63-75.
Zhang, J.; Huang, W. W.; Liu, S. M.; Liu, M. G.; Yu, Q. & Wang, J. H. 1992. Transport of particu1ate heavy metals towards the China Sea: a preliminary study and comparison. Mar. Chem.,40(3-4):161-178.

Publication Dates

Publication in this collection
22 Apr 2013
Date of issue
1999

History

Accepted
28 June 1998
Received
03 June 1998
Reviewed
06 Dec 1998

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

[1] Baker, M. B.; Caniparoli, D. & Harrison, R 1981. An analysis of the first year of MAP3S rain chemistry measurements. Atmos. Environ., 15(1):43-55.

[2] araga, E. S. 1989. Estudo dos nutrientes dissolvidos nas águas da Enseada das Palmas, Ilha Anchieta (Ubatuba, SP) com ênfase as formas nitrogenadas e contribuição por aportes terrestres e atmosféricos. Dissertação de mestrado. Universidade de São Paulo, Instituto ~ográfico.207p.

[3] Braga, E. S. 1995. Nutrientes dissolvidos e produção primária do fitoplâncton em dois sistemas costeiros do Estado de São Paulo. Tese de doutorado. Universidade de São Paulo, Instituto Ocenográfico. 2 v.

[4] Braga, E. S. & Muller, T. 1998. Observation of regeneration of nitrate, phosphate and silicate during upwelling off Ubatuba, Brazil. Conto ShelfRes., 18(8):915-922.

[5] Castro Filho, B. M de; Miranda, L. B. de & Miyao, S. Y. 1987. Condições hidrográficas na plataforma continental ao largo de Ubatuba: variações sazonais e em média escala. Bolm Inst. oceanogr., S Paulo, 35(2):135-151.

[6] Cogbill C. V. & Likens, G. E. 1974. Acid precipitation in the Northeastern United States. Water Resour. Res., 10(6):1133-1137.

[7] COX, R A. 1974. Paratlicle formation trom homogeneous reactions of sulphur dioxide and

[8] Eppley, R W.; Garside, C.; Renger, E. H. & Orellana, E. 1991. Variability of nitrate concentration in nitrogen-depleted subtropical surface waters. Mar. Biol., 107(1):53-60.

[9] Grasshofl: K.; Ehrhardt, M. & Kremling, K. 1983. Methods of seawater analysis. 2nd ed. Weinnhein, Verlag Chemie. 419 p.

[10] Keene, W. C.; GalIoway, J. N. & Holden Jr., J. D. 1983. Measurement of weak organic acidity in precipitation from remote areas of the world. J. Geophys. Res., 88(C9):5122-5130.

[11] Knap, A. H.; JickelIs, T.; Pszenny, A. & GalIoway, J. N. 1986. Significance of atmospheric derived nitrogen on producitivity of Sargasso Sea. Nature,320(6058):158-160.

[12] Moreira-Nodermann, L. M.; Forti, M. C.; Andrade, M. 1. & Orsini, C. Q. 1985. Composição iônicadas chuvas da cidade de S. Paulo. In: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE HIDROLOGIA E RECURSOS HÍDRlCOS, 6. São Paulo, 1985. Anais. São Paulo, ABRH. p.419-424.

[13] Naik, M. S.; Khemani, G. A.; Momin, P. S.; Rao, A.; PilIai, A. G. & Safai, P. D. 1994. Variation in the ionic composition in convective showers in Pune, India. TelIus, 46B:68-75.

[14] Paerl, H. W. 1985. Enhancement of marine primary production by nitrogen-enriched acid rain. Nature,315(6022):747-749.

[15] Paerl, H. W. 1995. Coastal eutrophication in relation to atmospheric nitrogen deposition: current perspectives. Ophelia, 41:237-259.

[16] Paerl, H. W. 1995. Coastal eutrophication in relation to atmospheric nitrogen deposition: current perspectives. Ophelia, 41:237-259.

[17] Sequeira, R. 1981. Acid rain: Some preliminary results from global data analysis. Geophys. Res. Lett.,8(2):147-150.

[18] Steemann-Nielsen, E. 1952. The use of radio-active carbon (CJ4) for measuring organic production in the sea. J. Cons. int. Explor. Mer, 18:117-140.

[19] Teixeira, C. 1973. Preliminary studies of primary production in the Ubatuba region (Lat. 23ş30'S-Long. 45ş06'W), Brazil. Bolm Inst. oceanogr., S Paulo, 22:49-58.

[20] Teixeira, C. 1979. Produção primária e algumas considerações ecológicas da região de Ubatuba (Lat. 23ş30'S - 45ş06'W), Brasil. Bolm Inst. oceanogr., S Paulo, 28 (2):23-28.

[21] Teixeira, C. & Tundisi, J. G. 1981. The efIects of nitrogen and phosphorus enrichments on phytoplankton in the region of Ubatuba (Lat. 23ş30'S - Long. 45ş06'W) Brazil. Bolm Inst. oceanogr., S Paulo, 30(1):77-86.

[22] Tréguer, P. & Le Corre, P. 1975. Manuel d'analysis des seIs nutritifs and l'eau de mero 2eme éd. Brest, Université de Bretagne Occidentale. 1l0p.

[23] Willey, J. D. & Cahoon, L. B. 1991. Enhancement of chlorophyll-a production in Gulf Stream surface seawater by rainwater nitrate. Mar. Chem., 34(1/2):63-75.

[24] Zhang, J.; Huang, W. W.; Liu, S. M.; Liu, M. G.; Yu, Q. & Wang, J. H. 1992. Transport of particu1ate heavy metals towards the China Sea: a preliminary study and comparison. Mar. Chem.,40(3-4):161-178.