Seasonal variation of macrophyte chlorophyll content in lakes with variable water quality

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-202207043158
Title: Seasonal variation of macrophyte chlorophyll content in lakes with variable water quality
Alternative title: Suurvesikasvien klorofyllipitoisuuksien vuodenaikaismuutokset veden laadultaan erilaisissa järvissä
Author: Rajala, Salla
Other contributor: Helsingin yliopisto, Bio- ja ympäristötieteellinen tiedekunta
University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences
Helsingfors universitet, Bio- och miljövetenskapliga fakulteten
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2022
Language: eng
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-202207043158
http://hdl.handle.net/10138/345773
Thesis level: master's thesis
Degree program: Ympäristömuutoksen ja globaalin kestävyyden maisteriohjelma (ECGS)
Master's Programme in Environmental Change and Global Sustainability
Magisterprogrammet i miljöförändringar och global hållbarhet
Specialisation: Ympäristömuutos
Environmental Change
Miljöförändring
Abstract: Järvien tummuminen on vakava ympäristöongelma, joka tarkoittaa veden väriluvun merkittävää nousua. Tummumisen syiksi on epäilty maaperän palautumista happamoitumisesta, maankäytön muutosta, kuten ojitusta, sekä ilmastonmuutosta, ja sen aiheuttamaa lisääntynyttä sadantaa. Tummuminen muuttaa järvien valaistusolosuhteita, lisää lämpötilakerrostuneisuutta, sekä sedimentaatiota, aiheuttaen järvien pohjien hapettomuutta. Huolimatta tummumisen merkittävistä vaikutuksista järviekosysteemeihin, tällä hetkellä EU:n vesipuitedirektiivissä ei ole sopivaa, biologista indikaattoria tummumisen vaikutuksille. Vesipuitedirektiivin biologiset mittarit on kehitetty seuraamaan lähinnä rehevöitymiskehitystä, eivätkä ne siten ole sopivia tummumisen seurantaan. Suurvesikasvien klorofyllipitoisuuden, etenkin klorofylli a:b -suhteen on havaittu laskevan, kun valon määrä vähenee järvissä, kuten tummumisen seurauksena tapahtuu. Tämän perusteella suurvesikasvien klorofyllipitoisuus, tai -suhde voisi toimia potentiaalisena tummumisen biologisena indikaattorina. Suurvesikasvien klorofyllipitoisuuden vuodenaikaismuutoksista on kuitenkin vain vähän tietoa, joten tämän maisterintutkielman tavoitteena on selvittää, millainen on suurvesikasvien (Ulpukka, Nuphar lutea) klorofyllipitoisuuden vuodenaikaisvaihtelu veden laadultaan erilaisissa järvissä. Ulpukka valittiin kohdelajiksi, sillä sitä esiintyy Suomessa runsaasti erityyppisissä järvissä. Mikäli vuodenaikaisvaihtelu on suurta, tai klorofyllipitoisuus reagoi herkästi esimerkiksi sääolosuhteisen muutoksiin, klorofyllipitoisuus voi olla liian herkkä indikaattori tummumisen pitkäaikaisseurantaan. On myös selvitettävä, vaihteleeko ulpukoiden klorofyllipitoisuus eri tavalla erilaisissa järvissä, jotta tulevaisuudessa mahdollinen näytteenotto osataan ajoittaa oikein. Tutkimusjärvinä toimi kirkasvetinen, rehevä, sekä humuspitoinen järvi, joiden veden laatua sekä ulpukoiden klorofyllipitoisuutta seurattiin kahden viikon välein kesäkuun alusta syyskuun alkuun kesällä 2021. Ulpukoista määritettiin klorofylli a ja klorofylli b, joiden perusteella laskettiin kokonaisklorofyllin (a+b) pitoisuus sekä klorofylli a:b -suhde. Klorofyllimääritykset tehtiin sekä ulpukan kelluslehdestä, että varresta 10 cm välein. Lisäksi jokaisesta järvestä otettiin vesinäytteitä päällys- ja alusvedestä liuenneen orgaanisen hiilen, veden värin, rautapitoisuuden sekä spesifin ultraviolettiabsorbanssin määrittämiseksi. Lisäksi järvistä mitattiin veden lämpötila, valon intensiteetti, happipitoisuus ja sameus jokaisella näytteenottokerralla. Tulokset osoittivat, että ulpukan klorofylli a:b suhde, sekä kokonaisklorofylli (a+b) on huomattavasti matalampi humuspitoisessa, kuin kirkasvetisessä järvessä. Rehevän järven ulpukoiden klorofyllipitoisuus ja -suhde oli korkeampi kuin humusjärvessä, mutta matalampi kuin kirkasvetisessä järvessä. Kaikissa järvissä klorofylli a:b -suhde lisääntyi kasvukauden aikana, kun veden kirkkaus lisääntyi. Klorofyllisuhteen muutos oli parhaiten nähtävissä ulpukan varressa, 10–30 cm syvyydessä. Kelluslehdessä klorofyllisuhde, sekä -pitoisuus vaihteli hyvin paljon, joten kelluslehti ei osoittautunut käyttökelpoiseksi indikaattoriksi. Klorofylli a:b -suhteen muutos kesti kaikissa järvissä noin 5–7 viikkoa, ja klorofyllisuhteen vuodenaikaisvaihtelu oli samanlaista kaikissa järvissä. Tämän tutkielman tulosten perusteella ulpukan varsi on potentiaalinen indikaattori tummumisen pitkäaikaisseurantaan. Tulevaisuudessa olisi tärkeää kuitenkin tutkia, miten vesikasvien hiilensidonta muuttuu tummumisen seurauksena, jos klorofyllin määrä vähenee tummissa järvissä, sillä tällä voi olla merkittäviä vaikutuksia järvien hiilensidontaan. Tässä tutkielmassa käytetty rehevä järvi oli myös väriluvultaan kohtalaisen korkea (> 100 mg Pt l-1), joten tulevaisuudessa tulisi tutkia, millainen on väriluvultaan alhaisen, mutta rehevän järven ulpukoiden klorofyllipitoisuus ja -suhde.Tiivistelmä * Referat * Abstract Brownification is a serious environmental problem, which means a substantial increase in water color. Suggested reasons for brownification are soil recovery from acidification, land-use change, especially ditching, climate change. Brownification changes the light conditions in the lakes, increases thermal stratification, and sedimentation. Despite the considerable effects of brownification on lake ecosystem, currently in the EU Water Framework Directive, there is no sufficient biological indicator for lake browning. Biological indicators of the Water Framework Directive are mainly targeted to eutrophication, and thus are not sufficient for measuring the effects of brownification. Macrophyte chlorophyll a:b ratio has been shown to decrease with decreasing light conditions, thus making it a potential indicator for browning. The seasonal variation of macrophyte chlorophyll content is not well studied. This master’s thesis aims to find out, how the chlorophyll content of yellow water lily (Nuphar lutea) changes during the growing season in lakes with variable water quality. N. lutea was chosen as a study species, as it is very common in different lakes in Finland. It is important to study the seasonal variation of the macrophyte chlorophyll content, because if the chlorophyll content reacts rapidly for example changes in the weather, it might be too sensitive to be used as a long-term indicator for lake browning. It is also needed to study, if the seasonal variation is different in lakes with variable water quality, so that in the future, the possible sampling can be timed right in different lakes. The study lakes were clear water lakes, humic and eutrophic lake, and their water quality and the chlorophyll content of N. lutea were examined with two weeks intervals from June to September. The concentration of chlorophyll a and chlorophyll b were measured from the floating leaf and from the petiole at 10 cm intervals. Based on these, the total chlorophyll concentration (CHL a+b) and CHL a:b ratio was calculated. In addition to macrophyte samples, water samples were taken from each lake from both epilimnion and hypolimnion. From the water samples, dissolved organic carbon, water color, iron concentration and specific ultraviolet absorbance at 254 nm were measured. In addition, water temperature, light intensity, oxygen concentration and water turbidity were measured at each sampling time. The results of this thesis showed, that the CHL a:b ratio, and total CHL concentration (a+b) were significantly lower in the humic than in the clear water lake. In the eutrophic lake, CHL a:b ratio and CHL a+b concentration was higher than in the humic lake but lower than in the clear water lake. In each lake, the CHL a:b ratio increased during the growing season, together with the increasing water clarity. The change in the CHL a:b ratio was detected best in the 10-30 cm petiole depth. In the floating leaf, CHL a:b ratio and CHL a+b concentration varied a lot, meaning that the floating leaf is not a sufficient indicator for brownification. The change in CHL a:b ratio took approximately 5 to 7 weeks, and the seasonal variation was similar in each lake. Based on the results of this thesis, the CHL a:b ratio of the N. lutea petiole seems to be a very promising long-term indicator for lake browning. In the future, it would be, however, important to study, how the carbon sequestration changes as a result of brownification, if the macrophyte chlorophyll concentration decreases, since this might have considerable effects on lake carbon sequestration. Also, the eutrophic study lake of this thesis had a water color over 100 mg Pt l-1, so it would be important to study, what is the macrophyte chlorophyll content in clear, but eutrophic lakes.
Subject: Brownification
macrophytes
chlorophyll a:b ratio
indicator
humus loading


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Rajala_Salla_tutkielma_2022.pdf 1.079Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record