Näringsväven i ”bruna” sjöar är mer motståndskraftig mot kvävenedfall

Kvävenedfall som orsakas av mänsklig verksamhet kan leda till en ökad produktion av växtplankton i nordliga sjöar, visar en ny avhandling från Umeå universitet. Dessutom är responsen från sjöarna till kvävedepositionen starkt beroende av den enskilda sjöns innehåll av organiskt kol, halter som väntas öka med framtida varmare och blötare klimat. Dessa slutsatser drar Anne Deininger i sin doktorsavhandling som hon försvarar fredagen den 10 februari.

Den globala ökningen av oorganiskt kvävenedfall via förbränning av fossila bränslen, gödsling och skogsbruk har drastiskt påverkat kvävets naturliga kretslopp i våra ekosystem. Näringsvävar i nordliga sjöar, som historiskt har fått lite kvävenedfall hittills, förväntas vara särskilt känsliga för en ökning av biotillgängligt oorganiskt kväve.

Samtidigt leder globala förändringar genom uppvärmning till ökad nederbörd och ökade mängder av löst organiskt kol som transpoteras från land till sjöar och hav.

Emellertid har storskaliga experiment som visar effekter av en ökad kvävebelastning och tillgänglighet av organiskt kol på produktiviteten och näringsvävens struktur i nordliga sjöar hittills saknats.

För att ta itu med dessa frågor har Anne Deininger genomfört kvävegödslingsförsök. Hon studerade sex sjöar i norra Sverige med naturligt olika organiska kolkoncentrationer (två sjöar med ”klart” vatten, två sjöar med mellanliggande nivåer av organiskt kol och två "bruna" sjöar rika på organiskt kol) över tidsperioden tre år. I upplägget ingick ett år med referensmätningar och två år med mätningar efter experimentella kvävemanipulationer. Därefter följde Anne Deininger kvävets väg in i näringsväven, hur det påverkade olika organismgrupper, och slutligen testade hon huruvida resultaten skildes åt beroende på innehållet av organiskt kol i sjöarna.

Tillsats av kväve ökade signifikant produkution och biomassa av växtplankton i alla manipulerade sjöar. Men Anne Deininger fann att denna stimulerande kväveeffekt minskade med ökad halt av organiskt kol i vattnet på grund av den minskade ljustillgången när vattnet blir brunare.

– Detta är mycket intressanta resultat, eftersom det visar att nordliga sjöars respons på kvävenedfall och ökad kvävetillgång är starkt kopplad till koncentrationen av organiskt kol i varje sjö. I sin tur innebär det också att globala förändringar och dess effekter på den globala kolcykeln och tillförsel av organiskt kol från mark till sjöar starkt påverkar nordliga sjöars respons på förändringar i kvävenedfall. Detta är något vi hittills bara kunnat spekulera om, säger Anne Deininger.

En annan viktig fråga som tas upp i avhandlingen är hur kvävenedfall kan påverka växtplanktonkonsumenterna och näringsvävens struktur i allmänhet. Intressant nog, även responsen av konsumenterna (djurplankton) till ökad kvävetillgång skilde sig åt beroende på mängden organiskt kol i varje sjö. Särskilt i sjöar med klart vatten och låga halter av organiskt kol, blev växtplanktonen så anrikade i kväve att kvaliteten som föda blev dålig för djurplankton. Även om födoresurserna ökade med kvävetillskott så resulterade dess sämre kvalitet i minskad tillväxt av konsumenterna och att mindre energi överfördes högre upp i näringsväven. I brunare sjöar med högre till mycket höga halter av organiskt kol hade kvaliteten på växtplankton inte försämrats i samma utsträckning som i klara sjöar och näringsväven var alltså mycket mer motståndskraftig mot kvävetillskottet.

– Sammanfattningsvis tyder min avhandling på att varje förändring i landskapet som ökar tillgången på oorganiskt kväve kommer att påverka näringsväven, särskilt i den öppna vattenzonen i klarvattensjöar. I motsats, global förändringar som leder till en ökning av organiskt koltillförsel från land till våra nordliga sjöar kommer att resultera i fler sjöar med lägre produktion och biomassa av växtplankton och med näringsvävar som är mer motståndskraftiga mot ökande kvävetillförsel, säger Anne Deininger.

Det är viktigt att framtida forskning undersöker var det kväve som deponeras till ”bruna” sjöar till slut hamnar. Eftersom det inte tas upp så effektivt av näringsväven i zonen av öppet vatten, kanske det införlivas i mikrobiella reaktioner på sjöbotten direkt eller alternativt sköljas ut och tas upp av nedströms strandvegetation.

I tider av ökande datorkapacitet är det viktigt att samla in data från empiriska fältförsök – ökade mängder empiriska data förbättrar befintliga modeller för att simulera när, var och hur ekosystemen kommer att reagera på globala klimatförändringar och kvävenedfall.

– Datainsamlandet var en viktig del av mitt arbete och att förbättra våra klimatmodeller är viktigt, eftersom det i hög grad kommer att hjälpa oss att hantera framtida globala förändringar.

Avhandlingen har publicerats digitalt

För mer information, kontakta gärna:

Anne Deininger, Institutionen för ekologi, miljö och geovetenskap
Telefon: 072-201 56 87, 090-786 65 74
E-post: anne.deininger@umu.se

Pressbild för nedladdning

Om disputationen:

Fredagen den 10 februari försvarar Anne Deininger, Institutionen för ekologi, miljö och geovetenskap, Umeå universitet, sin avhandling med titeln: Effects of inorganic nitrogen and organic carbon on pelagic food webs in boreal lakes. Svensk titel: Effekter av oorganiskt kväve och organiskt kol på pelagiska födovävar i boreala sjöar.

Disputationen äger rum klockan 09:30 i Älgsalen, Uminova Science Park

Fakultetsopponent är professor John A. Downing, Department of Biology, University of Minnesota.

Anne Deininger kommer från Tyskland och har en kandidatexamen i biologi från Ludwig-Maximilians University i München, och en masterexamen i ekologi från Umeå Universitet. Hon har arbetat vid University of the Balearic Islands, Spanien, innan hon startade sina doktorandstudier vid Umeå universitet under handledning av docent Ann-Kristin Bergström.