There are increasing evidences of climate change in the Antarctic and Arctic Oceans, especially elevated temperature due to the continuous burning of the fossil fuels and ultraviolet B(UV-B) flux within the ozone hole. Light-dependent, temperature-sensitive, and fast-growing organisms respond to these physical and biogeochemical changes. Polar marine phytoplankton, which are pioneer endemic species and important carbon contributors in the polar waters, are therefore highly suitable biological indicators of such changes. By virtue of light requirement, the primary producers are exposed to extreme seasonal fluctuations in temperature, photosynthetically active radiation, and UV radiation. Local environmental warming and increased UV-B radiation during ozone depletion may have profound effects on the primary producers that are primary carbon producers in the polar water. Small changes in climate temperature and solar radiation may have profound effects on the activity threshold of the polar phytoplanktion. To demonstrate biological response to the environmental changes, standardized representative natural and biological parameters are needed so that replicate samples (including controls) can be taken over extended periods of time. In this paper, we review general characteristics of polar phytoplankton, their environment, environmental changes in the polar waters, the effects on the environmental changes to the polar phytoplankton, and the importance of the polar phytoplankton to understand the global environmental changes. [Biological indicators, Global environmental change, Polar phytoplankton, UV].
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.28
no.5
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pp.712-720
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2022
In this study, we evaluated the production and photoreactivity of CDOM of two polar phytoplanktons - Phaeocystis antarctica and Phaeocystis pouchetii, in order to find out UV effects on phytoplanktons. In visible region, CDOM in media of both phytoplanktons under UV-R decreased during 48hrs incubation period. However, in UV region CDOM decreased 30 % in the media of P. antarctica, but increased 10% in media of P. pouchetii, compared to CDOM concentrations of control after 48 hr incubation. This result indicates that biota in polar environment would not well protected from UV-R harmful effect when P. antarctica is dominant because of loss of CDOM, but when P. pouchetii is dominant species, production of UV absorbing organic matter could play more efficiently for UV screening for marine biota. Also we confirmed that FDOM of humic substance (C-peak) produced by these phtoplanktons under UV-R stress were well matched with fluorescence characteristics of the UV-protecting compound, MAAs. This finding shows that Phaeocystis pouchetti with low photoreactivity would contribute to DOM pool of polar marine environment under stratification by global warming.
Chorom Shim;Jun-Oh Min;Boyeon Lee;Seo-Yeon Hong;Sun-Yong Ha
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.29
no.5
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pp.417-426
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2023
Rapid climate change has resulted in glacial retreat and increased meltwater inputs in the Antarctic Peninsula, including King George Island where Marian Cove is located. Consequently, these phenomena are expected to induce changes in the water column light properties, which in turn will affect phytoplankton communities. To comprehend the effects of glacial retreat on the marine ecosystem in Marian Cove, we investigated on phytoplankton biomass (chlorophyll-a, chl-a) and various environment parameters in this area in December 2021 and January 2022. The average temperature at the euphotic depth in January 2022 (1.41 ± 0.13 ℃) was higher than that in December 2021 (0.87 ± 0.17 ℃). Contrastingly, the average salinity was lower in January 2022 (33.9 ± 0.10 psu) than in December 2021 (34.1 ± 0.12 psu). Major nutrients, including dissolved inorganic nitrogen, phosphate, and silicate, were sufficiently high, and thus, did not act as limiting factors for phytoplankton biomass. In December 2021 and January 2022, the mean chl-a concentrations were 1.03 ± 0.64 and 0.66 ± 0.15㎍ L-1, respectively. The mean concentration of suspended particulate matter (SPM) was 24.9 ± 3.54 mgL-1 during the study period, with elevated values observed in the vicinity of the inner glacier. However, relative lower chl-a concentrations were observed near the inner glacier, possibly due to high SPM load from the glacier, resulting in reduced light attenuation by SPM shading. Furthermore, the proportion of nanophytoplankton exceeded 70% in the inner cove, contributing to elevated mean fractions of nanophytoplankton in the glacier retreat marine ecosystem. Overall, our study indicated that freshwater and SPM inputs from glacial meltwater may possibly act as main factors controlling the dynamics of phytoplankton communities in glacier retreat areas. The findings may also serve as fundamental data for better understanding the carbon cycle in Marian Cove.
The Sea:JOURNAL OF THE KOREAN SOCIETY OF OCEANOGRAPHY
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v.15
no.4
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pp.149-157
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2010
Seasonal fluctuations in abundances and ingestion rates of the three major copepods, Acartia hongi, Calanus sinicus and Paracalanus parvus s. l., around the Taean Peninsula were studied along with the estimation of the grazing impacts by them on phytoplankton standing stocks. These three copepods occupied about 50% of total mesozooplankton abundances and about 70% of total copepod abundances. A. hongi dominated in winter and spring while C. sinicus showed only one peak in spring. P parvus s. l. occurred dominantly in summer and fall. The ingestion rates of these three copepods were the highest in spring, when their abundances of eggs and nauplii were more than 10 times greater. Abundances of copepodites of these copepods were also very abundant at this time of high ingestion rates. These increased ingestion rates seemed to be related with reproduction. The grazing impacts by these three copepods were about 5% of the available chlorophyll a in the water column (with the range of 0.7 to 40.5%). The highest value was found in spring.
Ha, Sun-Yong;Kang, Sung-Won;Park, Mi-Ok;Kim, Young-Nam;Kang, Sung-Ho;Shin, Kyung-Hoon
Ocean and Polar Research
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v.32
no.4
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pp.397-409
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2010
Herein, we compared the production rate of UV-absorbing compounds (mycosporine-like amino acids) and carotenoids in two phytoplankton species--Phaeocystis pouchetii and Porosira glacialis--which are the dominant species in Polar Regions under artificial UV radiation conditions. P. pouchetii exposed to UVR and PAR evidenced reductions in the carbon fixation rate, and was not significantly influenced by differing light conditions. However, the concentrations of UV-absorbing compounds and photo-protective pigments of P. pouchetii were increased with increasing exposure time, but P. glacialis maintained constant levels during the UVR exposure experiment. The production rates of MAAs showed a reverse phase between the two phytoplankton species. The carbon fixation rate of P. pouchetii cells was inhibited by exposure to UV radiation, but the production rates of MAAs in P. pouchetii were increased under UV radiation exposure. The carbon fixation rate and production rate of MAAs in P. glacialis were simultaneously inhibited under UV radiation exposure conditions. These results provide us with new information regarding the processes involved in the production of UV-absorbing compounds and photoprotective pigments in two phytoplankton species.
While a fairly large amount of organic matter is produced daily via phytoplankton photosynthesis in Lake Paldang, South Korea, knowledge of the role of algal-derived organic matter (OM) as a refractory OM source is not adequate. To understand the contribution of algal-derived OM to the refractory pool, biodegradation experiment and $KMnO_4$ oxidation experiment were conducted for 60 days using $^{13}C$ and $^{15}N$ labeled natural phytoplankton assemblage. The assemblage was collected from Lake Paldang on May 20, 2010. The photosynthetically produced total organic carbon ($TO^{13}C$), particulate organic carbon ($PO^{13}C$), and particulate nitrogen ($P^{15}N$) remained at 26%, 20%, and 17% of the initial concentrations, respectively, in the form of non-biodegradable organic matter. In addition, 12% and 38% of $PO^{13}C$ remained after $KMnO_4$ treatment on Day 0 and 60, respectively. These results indicate that photosynthetic products could be an important source of refractory organic matter after microbial degradation. Moreover, the microbially transformed algal-derived OM could contribute to the oxidation rate of the chemical oxygen demand.
The Sea:JOURNAL OF THE KOREAN SOCIETY OF OCEANOGRAPHY
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v.14
no.1
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pp.48-55
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2009
Seasonal variations of microalgal biomass and community composition in both the sediment and the seawater were investigated by HPLC pigment analysis in an estuarine muddy sandflat of Gwangyang Bay from January to November 2002. Based on the photosynthetic pigments, fucoxanthin, diadinoxanthin, and diatoxanthin were the most dominant pigments all the year round, indicating that diatoms were the predominant algal groups of both the sediment and the seawater in Gwangyang Bay. The other algal pigments except the diatom-marker pigments showed relatively low concentrations. Microphytobenthic chlorophyll ${\alpha}$ concentrations in the upper layer (0.5 cm) of sediments ranged from 3.44 (March at the middle site of the tidal flat) to 169 (July at the upper site) mg $m^{-2}$, with the annual mean concentrations of $68.4{\pm}45.5,\;21.3{\pm}14.3,\;22.9{\pm}15.6mg\;m^{-2}$ at the upper, middle, and lower tidal sites, respectively. Depth-integrated chlorophyll ${\alpha}$ concentrations in the overlying water column ranged from 1.66 (November) to 11.7 (July) mg $m^{-2}$, with an annual mean of $6.96{\pm}3.04mg\;m^{-2}$. Microphytobenthic biomasses were about 3${\sim}$10 times higher than depth-integrated phytoplankton biomass in the overlying water column. The physical characteristics of this shallow estuarine tidal flat, similarity in taxonomic composition of the phytoplankton and microphytobenthos, and similar seasonal patterns in their biomasses suggest that resuspended microphytobenthos are an important component of phytoplankton biomass in Gwangyang Bay. Therefore, considering the importance of microphytobenthos as possible food source for the estuarine benthic and pelagic consumers, a consistent monitoring work on the behavior of microphytobenthos is needed in the tidal flat ecosystems.
The Sea:JOURNAL OF THE KOREAN SOCIETY OF OCEANOGRAPHY
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v.14
no.1
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pp.56-62
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2009
Stable carbon isotope analysis was used to investigate the autotrophic carbon sources supporting fisheries in three coastal bay systems of the southern coast of Korea. Carbon isotope ratios (${\delta}^{13}C$) of 31 fish species were analysed and compared with those of a range of potential primary food sources [e.g., seagrass (Zostera marina), seagrass epiphytes, benthic microalgae, macroalgae, marine particulate organic matter (marine POM), marsh plant (Phragmites australis) and terrestrial POM]. ${\delta}^{13}C$ values (range, -16.2${\sim}$-8.3‰) of fishes from the coastal embayment systems were overlapped with those of seagrass (-8.3${\pm}$1.9‰), seagrass epiphytes (-12.4${\pm}$0.6‰), benthic microalgae (-15.4${\pm}$1.6‰) and macroalgae (-16.0${\pm}$1.8‰). In addition, fishes (-12.9${\pm}$1.5‰) from the study area had distinctly higher ${\delta}^{13}C$ values compared to those collected in offshore sites (-17.3${\pm}$0.8‰) of the southern sea of Korea and Nakdong River (-23.2${\pm}$1.6‰). This result indicates that carbon supporting fish communities of these coastal bay systems is mainly derived from the local benthic producers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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