Rapp. Comm. int. Mer Médit., 37,2004

238

SEASONAL VARIATIONS OF THE NO3:PO4 RATIOS IN THE NORTHWESTERN ALBORAN SEA

T. Ramírez*, D. Cortés, J. Mercado, M. Vargas-Yáñez and M. Sebastián

Instituto Español de Oceanografía. Centro Oceanográfico de Málaga. Puerto pesquero s/n, Apdo. 285, 29640 Fuengirola, Malaga, Spain

* teodoro.ramirez@ma.ieo.es

Abstract

Seasonal variations of nutrient concentrations were studied in the northwestern Alboran Sea during 2002. On overall, the average NO

3-

:

PO

43-

ratios in the upper layers were lower than the Redfield ratio throughout all the year, indicating a NO

3-

deficiency relative to PO

43-

.

NO

3-

was removed to undetectable levels, particularly in summer and autumn, while PO

43-

concentrations of ~0.15 

µ

M remained

unutilised. In contrast, in the deeper layers the N:P ratio was on average higher than 16:1, indicating a PO4 deficiency relative to NO

3-

.

The mean N:P ratio for all data from the slope of NO

3-

vs. PO

43-

was 23.78.

Key words: nutrients; ratio NO

3-

: PO

43-

; Alboran Sea.

Introduction

The Alboran Sea has been object of a great number of studies on

physical oceanography and mesoscale processes, however the number

of works dealing with nutrients is scarce, particularly in the

continental margin. In addition most of these studies has been carried

out during spring or summer, when the weather conditions are more

favourable. Therefore there is a lack of information about the seasonal

cycles of nutrients in this area and their role on primary production. In

a very simple approach the Alboran Sea could be considered as a two

layer system, with the upper layer being occupied by the Atlantic

Waters AW (more and less modified). Below this layer saltier

Mediterranean waters ?ow towards the Gibraltar Strait (1). The

Atlantic Water entering the Alboran Sea is depleted in nutrients (2),

and the molar proportions of N:P are considered to be similar to that

of Redfield (3) in the Atlantic side of Gibraltar, while they are lower

than 16:1 in the layer of Atlantic water in the Alboran Sea (2).

However, a recent study indicated that the N:P ratio in the Atlantic

layer on the western side of Gibraltar was lower than 16:1 (4),

indicating a deficiency of NO

3-

relative to PO

43-

, while the in the

eastern side of Gibraltar the AW were deficient in PO

43-

(4) as occur

in other areas in the Eastern Basin and in the NW Mediterranean (5).

The aim of this study is to analyse the seasonal variations of

nutrient concentrations in the continental margin of the northwestern

Alboran Sea, analysing the seasonal variations of the N:P ratios and

their departures from the theoretical ratio of Redfield N:P (16:1). The

sampling was carried out in February, April, July and October 2002,

at 24 stations situated in six transects off the coast of Málaga (South

of Spain). Seawater samples were taken at different depths with

Niskin bottles, down to a maximum depth of 300 m. Nutrient analysis

were carried out in a Bran-Luebbe AA3 autoanalyser.

Results

On overall, the highest concentrations of nutrients in the surface

layers were found during the April cruise, coinciding with a

generalised increase of salinity that was caused by upwelling events.

During this season the mean concentrations in the top 20 m were 2.54

µ

M NO

3-

±1.98 (SD) and 0.21 

µ

M PO

43-

±0.76 (SD). In contrast, the

lowest concentrations in the upper layers were found during the

summer cruise. During this season a strong pycnocline was developed

due to the combined effect of the seasonal thermocline and a marked

halocline, the latter due to the intrusion of fresh Atlantic Waters (AW)

with salinities lower than 36.5 psu. Thus, in most of the stations NO

3-

concentrations were below the detection limit (<0.05 

µ

M). At those

stations where NO

3-

was detected, the mean concentration in the

upper 20 m was 0.24 

µ

M±0.36 (SD). The mean PO

43-

concentration

in the top 20 m during this season was 0.13 

µ

M±0.04(SD). In the

deeper waters, 100-300 m, the lowest nutrient concentrations were

observed in spring, while the higher concentrations were found in

autumn. The vertical profile of nutrient concentrations suggested the

occurrence of intense remineralisation processes in the water column

during summer and autumn, leading to a relative maximum of PO

43-

at 75 m and an increase of nutrient concentrations below the

thermocline.

The mean N:P ratios in the upper layers (top 20 m), during all the

cruises, were lower than the classical Redfield ratio of 16:1, indicating

that there was a deficiency of NO

3-

relative to PO

43-

. The lowest N:P

ratios were detected during the summer, ranging from<0.32 to 5.15,

with a mean of 1.28±1.51 (SD). During the summer and autumn

cruises PO

43-

concentrations ~0.15 

µ

M were detected whereas NO

3-

levels dropped below the detection limit. In contrast, during the spring

cruise the N:P ratios were closer to the Redfield ratio, due to the

upwelling of deeper waters, with a higher N:P ratio. The N:P ratios in

the top 20 m during the spring ranged from <0.32 to 16.69, with a

mean of 9.19±5.87.

The N:P ratio increased with depth, reaching in general a maximum

value at 200 m. In general, the N:P ratios of the deeper waters (200-

300 m) were higher than 16:1, indicating a PO

43- 

deficiency relative

to NO

3-

. The plot of NO

3-

vs. PO

43- 

concentrations for all the data

gives a slope of 23.78, while the mean N:P ratio at 200-300 m was

18.99±2.32 (SD), which is slightly lower than the mean N:P ratios

reported for the deep Mediterranean waters ~22-24 (3). The higher

N:P ratios in the deep waters were found in spring 20.49±0.97 (SD),

while the lowest values were found in autumn 17.63±1.41(SD). The

low values of the N:P ratio found during the autumn cruise was due to

the increase in PO

43- 

caused by remineralisation processes in the

water column.

In general, the low NO

3- 

concentrations observed during winter,

summer and autumn, together with the low N:P ratios during all the

cruises suggest that new primary production, in the northwestern

Alboran Sea, could be potentially limited by NO

3-

. This NO

3-

deficiency would favour the development of phytoplankton

communities based on recycled nutrients within the photic layer. This

is consistent with a change in the phytoplankton community

assemblages in the Northwestern Alboran Sea that has been observed

to occur from 1994 to 2001 (6).

References

1-Parrilla G., and Kinder T., 1987. Oceanografía física del Mar de

Alboran. Bol. Inst. Esp. Oceanogr., 4(1): 133-166.

2-Minas H.J., Coste B., Le Corre P., Minas M., and Raimbault P., 1991.

Biological and geochemical signatures associated with the water

circulation through the Strait of Gibraltar and in the Western Alboran Sea.

J. Geophys. Res., 96(C5): 8755-8771.

3-Bethoux J.P., Morin P., and Ruiz-Pino D., 2002. Temporal trends in

nutrient ratios: chemical evidence of Mediterranean ecosystem changes

driven by human activity. Deep Sea Res., II, 49: 2007-2016.

4-Dafner E.V., Boscolo R., and Bryden H.L., 2003. The N:Si:P molar

ratio in the Strait of Gibraltar. Geophys. Res. Lett., 30(10): 1506

5-Krom M.D., Kress N., and Gordon L.I., 1991. Phosphorus limitation of

primary productivity in the eastern Mediterranean Sea. Limnol. Oceanogr.,

36(3): 424-432.

6-Mercado J.M., Ramírez T., Cortés D., Sebastián M., and Vargas-Yañez

M., 2003. Temporal changes in phytoplankton communities in a upwelling

area of the Alboran Sea. J. Plankton Res. (submitted)