Rajala, Salla2025-10-172025-10-172025-11-28978-952-84-1621-0http://hdl.handle.net/10138/602787Freshwater browning is a phenomenon observed in northern Europe and North America in recent decades. Despite its several harmful effects on aquatic ecosystems there are no suitable biological monitoring methods for browning. The EU’s Water Framework Directive requires member states to use biological monitoring methods to achieve good ecological status of waterbodies by year 2027. However, the current monitoring methods used in the water monitoring programmes are mainly designed to detect eutrophication, and the effects of browning often remain unnoticed. The aim of this thesis was to assess how water colour, dissolved organic carbon and total phosphorus concentration in small lakes and streams affects the photosynthetic pigment content, mainly the chlorophyll a to b ratio (CHL a:b), of primary producers. Additionally, the potential of photosynthetic pigments as indicators of browning was examined by investigating whether the sampling site or depth affects the pigment content. Temporal variation in pigment content was also studied in response to both seasonal and short-term changes in water quality. Data were collected from altogether 17 lakes with the water colour ranging from 14 to 505 mg Pt l-1 and from 7 small streams with water colour gradient from 37 to 158 mg Pt l-1. The study areas were located near the Evo district in southern Finland, and in the northern Pirkanmaa–northern Satakunta region of western Finland. The target species in lakes was a common floating-leaved macrophyte species yellow water lily (Nuphar lutea), whilst in streams the target species was the bryophyte Fontinalis antipyretica. Periphytic algae were collected by incubating polycarbonate plates at different depths for three weeks in 13 lakes. The results showed that the CHL a:b of N. lutea and periphyton decreases with increasing water colour. No effect of water colour on photosynthetic pigment content of F. antipyretica was found. The CHL a:b of N. lutea decreased with increasing total phosphorus concentration, an effect observed especially in eutrophic lake during a phytoplankton bloom in August. These findings suggest that multiple sampling campaigns, especially in eutrophic lakes, may be required during the growing season. The CHL a:b of periphyton, however, showed no correlation with total phosphorus concentration, emphasising its stronger pressure-response relationship with browning. In N. lutea, the effect of increasing water colour on the CHL a:b was observed in the depths of 10 to 50 cm, but not in the floating leaf. For periphyton, the effect of water colour on the CHL a:b was significant only at 80 cm incubation depth. No effect of short-term changes in weather conditions on the photosynthetic pigments of N. lutea was observed. Similarly, the CHL a:b of N. lutea did not respond to in-lake variations in the water colour, although individuals collected near the lake outlet reflected the average water colour most accurately. In conclusion, the CHL a:b of N. lutea and periphyton could serve as a new indicator of browning in lakes. No effect of stream water colour on the CHL a:b of F. antipyretica was observed. Given the relatively good and specific response of periphyton CHL a:b to increasing water colour, the effects of water quality of streams on periphyton photosynthetic pigment content should be further studied.Vesiekosysteemien tummuminen on viime vuosikymmeninä havaittu ympäristöongelma, joka koskettaa etenkin pohjoista Eurooppaa, sekä Pohjois-Amerikkaa. Tummumisella on useita negatiivisia vaikutuksia vesiekosysteemiin, mutta ilmiötä tunnistavia biologisia indikaattoreita ei tällä hetkellä ole. EU:n vesipolitikan puitedirektiivin tavoitteena on saavuttaa vesistöjen hyvä ekologinen tila vuoteen 2027 mennessä. Puitedirektiivi velvoittaa jäsenmaitaan käyttämään biologisia indikaattoreita ekologisen tilan selvittämisessä, mutta tällä hetkellä käytössä olevat indikaattorit on kehitetty lähinnä rehevöitymisen, eli ravinnepitoisuuden kasvun, tunnistamiseen. Tästä syystä vesistöjen tummuminen jää usein vähäiselle huomiolle. Tämän väitöskirjatutkimuksen tavoitteena oli selvittää, miten veden väriluku, liuenneen orgaanisen hiilen pitoisuus sekä kokonaisfosforipitoisuus pienissä järvissä ja virtavesissä vaikuttavat vesistöjen perustuottajien fotosynteettisiin pigmentteihin, erityisesti klorofylli a:b suhteeseen (CHL a:b). Lisäksi selvitettiin fotosynteettisten pigmenttien käyttömahdollisuutta vesistöjen tummumisen biologisena indikaattorina tutkimalla, vaikuttaako järven sisäinen näytteenottopaikka tai -syvyys pigmenttisisältöön. Tutkimusdata kerättiin yhteensä 17 järvestä ja 7 virtavedestä, joiden väriluku vaihteli kirkkaasta (14 mg Pt/l) erittäin tummaan (505 mg Pt/l). Tutkimusalue sijaitsi Etelä-Suomessa Evolla sekä Länsi-Suomessa Parkanon alueella. Tutkimuslajina järvissä toimi ulpukka ja virtavesissä isonäkinsammal. Lisäksi tutkittiin polykarbonaattilevyillä kasvatettujen pintalevien pigmenttisisältöä. Tulokset osoittivat, että sekä ulpukan että pintalevien CHL a:b suhde oli sitä alhaisempi, mitä tummempaa vesi oli. Samanlaista ilmiötä ei löydetty virtavesissä kasvavasta isonäkinsammalesta. Tilastollisesti merkitsevä yhteys löydettiin myös ulpukan CHL a:b suhteen sekä järven kokonaisfosforin, joka kuvastaa järven rehevyyttä, välillä. Tämä suhde näkyi etenkin elokuussa, jolloin järven kasviplanktontuotanto oli voimakkaimmillaan. Pintalevien CHL a:b suhteen ja veden kokonaisfosforipitoisuuden välillä ei havaittu yhteyttä, mikä korostaa pintalevien hyvää vastetta nimenomaan tummumiselle. Tutkimustulosten mukaan sekä ulpukan että pintalevien CHL a:b suhde voisi toimia hyvänä indikaattorina järvien tummumiselle. Virtavesissä kasvavan isonäkinsammalen ja veden väriluvun välillä ei havaittu yhteyttä. Etenkin pintalevien pigmenttisisällön käyttöä virtavesien tummumisen indikaattorina tulisi tutkia lisää, sillä niiden vaste tummumiselle oli järvissä erityisen hyvä.application/pdfengJulkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.Publikationen är skyddad av upphovsrätten. Den får läsas och skrivas ut för personligt bruk. Användning i kommersiellt syfte är förbjuden.ympäristötiedeURN:ISBN:978-952-84-1621-0ArtikkeliväitöskirjafulltextDoctoral Programme in Interdisciplinary Environmental SciencesYmpäristöalan tieteidenvälinen tohtoriohjelmaDoktorandprogrammet i tvärvetenskaplig miljöforskning1172 Ympäristötiede1172 Miljövetenskap1172 Environmental sciences1181 Ekologia, evoluutiobiologia1181 Ekologi, evolutionsbiologi1181 Ecology, evolutionary biology11831 Kasvibiologia11831 Växtbiologi11831 Plant biology