Indicators of changes in the phytoplankton metabolism in the littoral and pelagial zones of a eutrophic lake

• Autorzy: Dunalska J. A. , Zieliński R. A. , Bigaj I. , Szymański D.

Warianty tytułu

PL

Wskaźniki zmian metabolizmu fitoplanktonu w strefie litoralu i pelagialu jeziora eutroficznego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

PL

Badania przeprowadzono na eutroficznym Jeziorze Kortowskim położonym w granicach administracyjnych miasta Olsztyn (Pojezierze Mazurskie). Próbki wody do analiz pobierano codziennie w okresie od 31 lipca do 12 sierpnia 2010 roku w strefie litoralu (w pasie roślin wynurzonych) oraz w strefie pelagialu (w najgłębszej części jeziora). Badania obejmowały wielkość produkcji pierwotnej oraz respirację metodą jasnych i ciemnych butelek. Dodatkowo analizowano parametry fizyko-chemiczne wody oraz dane meteorologiczne. Wyraźna dobowa zmienność tempa produkcji pierwotnej fitoplanktonu i respiracji w obu badanych strefach świadczyła o dużej dynamice procesów metabolicznych zachodzących w całym jeziorze. Nieco wyższą produkcję pierwotną fitoplanktonu stwierdzono w pelagialu, tutaj też procesy respiracji były bardziej dynamiczne. Przy dużej dostępności substancji biogennych w pelagialu Jeziora Kortowskiego o dynamice produkcji pierwotnej w większym stopniu decydowała ilość uwolnionej łatwo przyswajalnej materii organicznej, pochodzącej z produkcji pierwotnej, aniżeli dostępność azotu (r = 0,20, n = 13, p < 0,05) czy fosforu (r = -0.47, n = 13, p < 0,05). Brak istotnych statystycznie zależności pomiędzy GPP a wskaźnikami chemicznymi wody czy danymi meteorologicznymi świadczył, że w jeziorze nie było czynników ograniczających rozwój fitoplanktonu. Produkcja pierwotna fitoplanktonu dominowała w całym okresie badawczym. Czynniki zewnętrzne miały natomiast większy wpływ na wielkość i tempo respiracji. W litoralu istotne znaczenie miała pulsacyjna dostawa labilnego węgla organicznego, w pelagialu zaś temperatura powietrza oraz wielkość opadów atmosferycznych. Interesujący jest fakt, że w Jeziorze Kortowskim z dnia na dzień tempo produkcji pierwotnej i respiracji zmieniało się nawet o ponad 40%, natomiast zawartość TOC utrzymywała się na dość stałym, wyrównanym poziomie. Zależność ta może być wykorzystana w monitoringu jakości wód. Pomiary produkcji pierwotnej fitoplanktonu metodą jasnych i ciemnych butelek w danym dniu nie odzwierciedlają rzeczywistych procesów metabolicznych w całym jeziorze. Jest to wynik adekwatny do danej chwili i miejsca poboru próbek wody. Zatem lepszym i bardziej stabilnym wskaźnikiem nawet dobowej zmianności metabolizmu fitoplanktonu może być TOC. Każda istotna zmiana stężeń TOC w pelagialu w powiązaniu z danymi meteorologicznymi powinna być sygnałem do szerszych badań w celu uchwycenia zmian odpowiedzialnych za gwałtowny rozwój fitoplanktonu, a szczególnie uciążliwych zakwitów sinicowych. Przeprowadzenie tego typu badań porównawczych w regionach różniących się ilością substancji biogennych oraz w różnych strefach klimatycznych, umożliwiłoby opracowanie modelu dobowej równowagi metabolicznej fitoplanktonu, który mógłby być wykorzystany w programach ochrony wód.

Słowa kluczowe

EN

litoral zone; pelagial zone; phytoplankton metabolism

PL

metabolizm fitoplanktonu; strefa litoralu; strefa pelagialu

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2013
• Tom: Tom 15, cz. 1
• Strony: 621--636
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., rys.

Twórcy

autor

Dunalska J. A.

• University of Warmia and Mazury in Olsztyn

autor

Zieliński R. A.

• University of Warmia and Mazury in Olsztyn

autor

Bigaj I.

• University of Warmia and Mazury in Olsztyn

autor

Szymański D.

• University of Warmia and Mazury in Olsztyn

Bibliografia

• 1. Bocaniov S., Schiff S., Smith R.: Plankton metabolism and physical forcing in a productive embayment of a large oligotrophic lake: insights from stable oxygen isotopes. Freshwater Biology, 57: 481–496 (2012).
• 2. Carignan R., Bliss A-M., Vis C.: Planktonic production and respiration in oligotrophic Shield lakes using the Winkler method. Carpenter SR, Kitchell JF. Can J Fish Aquat Sci., 55:1078–84 (2000).
• 3. Chróst R.J., Siuda W.: Microbial production, utilization, and enzymatic degradation of organic matter in the upper trophogenic water layer in the pelagial zone of lakes along the eutrophication gradient. Limnol. Oceanogr., 51: 749–762 (2006).
• 4. Cole J.J, Pace M.L, Carpenter S.R, Kitchell J.F.: Persistence of net heterotrophy in lakes during nutrient addition and ford web manipulations. Limnol. Oceanogr., 45:1718–30 (2000).
• 5. Coloso J., Cole J., Pace M.: Difficulty in Discerning Drivers of Lake Ecosystem Metabolizm with High-Frequency Data. Ecosystems 14: 935–948 (2011).
• 6. del Giorgio PA, Peters RH.: Patterns in planktonic P:R ratios in lakes: influence of lake trophy and dissolved organic carbon. Limnol. Oceanogr. 39:772–787 (1994).
• 7. Dunalska J.: Variability of organic carbon forms in lake ecosystems of varying trophic state. Wyd. UWM Olsztyn, 115. (in Polish with English summ). Olsztyn 2009.
• 8. Dunalska J., Wiśniewski G., Mientki Cz.: Assessment of multi-year (1956–2003) hypolimnetic withdrawal from Lake Kortowskie, Poland. Lake and Reservoir Management, 23: 377–387 (2007).
• 9. Dunalska J.A., Wiśniewski G., Glińska-Lewczuk K., Obolewski K.: The Impact of the Climate Change on the Effectiveness of the Lake Restoration by the Hypolimnetic Withdrawal Method. Lowland Technology International Journal, Civil Engineering Department, Hasanuddin University: 406–412 (2012).
• 10. Gelda R., Efflem S.: Metabolic rate estimates for a eutrophic lake from diel dissolved oxygen signals. Hydrobiologia 485: 51–66 (2002).
• 11. Gűde H., Teiber P., Rolinski S., Sala M.: Comparison of production and degradation of organic matter at a littoral site of the prealpine Lake Constance. Limnologica 34. 117–123 (2004).
• 12. Hanson P.C., Bade D.L., Carpenter S.R., Kratz T.K.: Lake metabolism: Relationships with dissolved organic carbon and phosphorus. Limnol. Oceanogr., 48(3): 1112–1119 (2003).
• 13. Hanson P.C., Carpenter S.R., Kimura N., Wu C., Cornelius S.P., Kratz T.K.: Evaluation of metabolism models for free-water dissolved oxygen methods in lakes. Limnol. Oceanogr. Methods, 6: 454–465 (2008).
• 14. Jaworska B., Zdanowski B.: Patterns of seasonal phytoplankton dynamics as the element of ecological successional changes proceding in a lake (Lake Kortowskie, northen Poland). Limnol. Rev., 11(3): 105–112 (2011).
• 15. Jones R.I.: Phytoplankton Primary Production and Nutrient Substances. [w] Hessen, D.O., L.J. Tranvik (eds.) Aquatic Humic Substances. Ecology and Biogeochemistry. Springer Verlag. Berlin – Heidelberg, 145–176. 1998.
• 16. Kajak Z.: Hydrobiologia-limnologia. Ekosystemy wód śródlądowych. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2001.
• 17. Kurashov E.A.: The role of meiobenthos in lake ecosystems. Aquatic Ecology, 36: 447–463 (2002).
• 18. Lauster G.H., Hanson P.C., Kratz T.K.: Gross primary production and respiration differences among littoral and pelagic habitats in northern Wisconsin lakes. Can. J. Fish. Aquat. Sci., 63: 1130–1141 (2006).
• 19. Lossow K., Gawrońska H., Mientki Cz., Łopata M., Wiśniewski G.: Lakes of Olsztyn, Trophic State, Threat. Edition, (in Polish) Olsztyn 2005.
• 20. Nagata T.: Production mechanisms of dissolved organic matter, p. 121–152. In D. L. Kirchman [ed.], Microbial ecology of the oceans. John Wiley. 2000.
• 21. Petersen J.E., Chen C.-C.: A method for measuring depth-integrated community metabolism in experimental planktonic-benthic ecosystems. Hydrobiologia, 319: 23–32 (1999).
• 22. Sand-Jensen K., Staehr P.A.: Scaling of pelagic metabolism to size, trophy and forest cover in small Danish lakes. Ecosystems, 10: 127–141 (2007).
• 23. Simčič T., Germ M.: Organic matter degradation through respiration in littoral and pelagial including profundal zones of an oligotrophic lake assessed by electron transport system activity. Hydrobiologia, 635:137–146 (2009).
• 24. Simon M, Tilzer M.M.: Bacterial response to seasonal changes in primary production and phytoplankton biomass in Lake Constance. J. Plankton Res., 9: 535–552 (1987).
• 25. Søndergaard M., Williams P.J.B., Cauwet G., Riemann B., Robinson C., Terzic S., Woodward E.M.S. and Worm J.: Net accumulation and flux of dissolved organic carbon and dissolved organic nitrogen in marine plankton communities. Limnol. Oceanogr., 45, 1097−1111 (2000).
• 26. Staehr P., Baastrup-Spohr L., Sand-Jensen K., Stedmon C.: Lake metabolism scales with lake morphometry and catchment conditions. Aquat Sci., DOI 10.1007/s00027-011-0207-6. 2011.
• 27. Standard Methods for examination of water and wastewater. Am. Publ. Health ASN., New York 1999.
• 28. Strickland J.D.H., Parsons T.R.: A practical handbook of seawater analysis. Bull. Fish. Res. Bd Can. 167. 1972.
• 29. Tank J.L., Rosi-Marshall E.J., Griffiths n.A., Entrekin S.A., Stephen M.L.: A revive of allochthonous organic matter dynamics and metabolism in streams. J North Am Benthol Soc., 29: 118–146 (2010).
• 30. Teira E., Pazó M.J., Serret P., Fernández E.: Dissolved organic carbon production by microbial populations in the Atlantic Ocean. Limnol. Oceanogr., 46(6), 2001, 1370–1377 (2001).
• 31. Vadeboncoeur Y., Lodge D.M., Carpenter S.R.: Whole-lake fertilization effects on distribution of primary production between benthic and pelagic habitats. Ecology, 82: 1065–1077 (2001).