Advanced

Plankton communities in a changing world - responses to temperature, brownification and lake restoration

Ekvall, Mattias LU (2014)
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

När man hör ordet ”klimatförändringar” tänker många direkt på en förhöjd temperatur – så kallad global uppvärmning. Även om en förhöjd temperatur är en viktig del av framtida klimatförändringar så är det inte den enda förändringen vi kan förvänta oss. Sjöar på norra halvklotet och således även i Sverige har under de senaste årtiondena fått en ökad vattenfärg. Orsaken bakom denna ökning är inte helt fastställd men klimatförändringar samt minskad försurning är förslag som har lagts fram hittills. Både vattenfärg och temperatur är faktorer som man förutspår kommer att fortsätta att öka även i framtiden. Trots vår misstanke om att dessa två faktorer, temperatur och vattenfärg, förväntas öka... (More)
Popular Abstract in Swedish

När man hör ordet ”klimatförändringar” tänker många direkt på en förhöjd temperatur – så kallad global uppvärmning. Även om en förhöjd temperatur är en viktig del av framtida klimatförändringar så är det inte den enda förändringen vi kan förvänta oss. Sjöar på norra halvklotet och således även i Sverige har under de senaste årtiondena fått en ökad vattenfärg. Orsaken bakom denna ökning är inte helt fastställd men klimatförändringar samt minskad försurning är förslag som har lagts fram hittills. Både vattenfärg och temperatur är faktorer som man förutspår kommer att fortsätta att öka även i framtiden. Trots vår misstanke om att dessa två faktorer, temperatur och vattenfärg, förväntas öka parallellt är det få studier som undersökt hur sjöar kan komma att reagera på en kombination av en ökad temperatur och vattenfärg.



Med hjälp av 24 stycken 400L tunnor, modellsjöar, har jag skapat vad som förutspås att bli framtidens sjöar med avseende på en förhöjd temperatur och en ökad vattenfärg. I dessa tunnor har jag undersökt hur djurplanktonsamhällen kan komma att påverkas under våren samt hur bildandet av algblomningar, dominerade av giftiga blågrönalger, kan komma att förändras. Resultaten visar att en förhöjd temperatur ledde till en snabbare etablering och tillväxt av djurplanktonsamhällen under våren. Endast ökad vattenfärg hade inte någon större effekt på djurplanktonsamhället under våren men en kombination av ökad vattenfärg och temperatur påverkade vissa arter positivt. Det visade sig också att en kombination av ökad vattenfärg och temperatur gynnade vissa specifika arter av blågrönalger under sommaren. Framförallt gynnades en art, Microcystis botrys, en art som visade sig ha stor betydelse för mängden alg-gifter som producerades under algblomningen. Detta är något som skulle kunna ha stor betydelse för användningen av sjöar i framtiden bland annat med tanke på dricksvattenkvalitet. Dessa studier visar att om man misstänker att flera faktorer påverkar miljön samtidigt så är det viktigt att de analyseras ihop och inte bara var och en för sig. Om man i vårt fall enbart hade tittat på ökningen i temperatur eller ökningen i vattenfärg skulle exempelvis aldrig effekterna på algblomningarna ha upptäckts.



I en annan studie undersökte jag hur man kan restaurera sjöar för att minska mängden giftiga alger i sjön. Behovet av att restaurera sjöar för att minska mängden giftiga algblomningar är något som man kan misstänka kan öka i framtiden baserat på såväl våra som andra forskares resultat. Restaureringsmetoden jag undersökte var så kallad biomanipulation, vilket innebär att man aktivt går in och ändrar födovävens sammansättning i sjön. I min studie handlade det om att man tog bort karpfiskar från Ringsjön. Enligt teorin ska detta leda till att det finns färre fiskar som äter djurplankton vilka i sin tur äter alger. Om färre djurplankton blir uppätna finns det fler kvar som kan äta alger och då får man en klarare sjö med lägre förekomster av giftiga alger och i och med det lägre halter av alg-gifter i vattnet. Våra resultat visar att det är precis vad som händer i Ringsjön, åtminstone under våren innan nya fiskar kläcker ut och börjar äta djurplanktonen. I samband med denna utvärdering gjordes också ett experiment där vi undersökte hur bra de djurplankton som finns i sjön idag är på att äta alger jämfört med ett djurplanktonsamhälle dominerat av större djurplankton. När det finns mycket fisk i sjön finns det väldigt få stora djurplankton men i och med en biomanipulation, där man tar bort fisken, kan dessa komma att öka i antal – något vi också såg i Ringsjön. Denna studie visade att samhället dominerat av stora djurplankton var effektivast på att äta de giftiga algerna i sjön. De olika djurplanktonsamhällena hade däremot ingen effekt på hur mycket gift algerna bildade. Dock fann vi att en större andel av giftet som algerna producerar var löst i vattnet istället för inuti algerna när det fanns många stora djurplankton närvarande. Detta innebär att dessa gifter blir tillgängliga för nedbrytning i vattnet vilket i långa loppet skulle kunna leda till en bättre vattenkvalitet.



Sammanfattningsvis tyder mina resultat på att vi kan förvänta oss förändringar i planktonsamhällena till följd av en förhöjd temperatur och en ökad vattenfärg. Det är också viktigt att dessa faktorer studeras tillsammans eftersom det visar på effekter som annars inte hade kunnat gå att förutse. Jag visar också att det finns existerande metoder för att restaurera sjöar som kan hjälpa till att förbättra vattenkvaliteten med avseende på förekomsten av giftiga algblomningar. (Less)
Abstract
The effects of increasing temperatures, in light of climate change, have been a well-studied topic during the past decades. However, aquatic ecosystems are also faced with additional challenges such as increasing water colour, known as “brownification”. Although we know that temperature and water colour will increase simultaneously this has been given little attention in ecological research. In this thesis I investigated how an increasing temperature and increasing water colour affect planktonic communities. More specifically I studied the effects of these drivers on zooplankton spring dynamics and cyanobacterial bloom formation. My studies show that zooplankton will start to establish earlier in spring in response to an increasing... (More)
The effects of increasing temperatures, in light of climate change, have been a well-studied topic during the past decades. However, aquatic ecosystems are also faced with additional challenges such as increasing water colour, known as “brownification”. Although we know that temperature and water colour will increase simultaneously this has been given little attention in ecological research. In this thesis I investigated how an increasing temperature and increasing water colour affect planktonic communities. More specifically I studied the effects of these drivers on zooplankton spring dynamics and cyanobacterial bloom formation. My studies show that zooplankton will start to establish earlier in spring in response to an increasing temperature but that the effects of water colour were small. However, cladoceran zooplankton seemed to benefit from the combination of increasing water colour and temperature.



An increasing temperature did not lead to larger algal blooms in our experiment. However, the combination of increasing temperature and water colour showed to favour one cyanobacterial species, namely Microcystis botrys. This showed to have a large impact on the amount of cyanobacterial toxins in the water (microcystins), which increased by 300% in the combined elevated temperature and brownification treatment in comparison to the control scenario. This clearly highlights the importance of studying drivers together rather than in isolation if we expect then to occur simultaneously in nature. Also, as it was the changes in one species that explained the majority of the changes in toxicity this also stress the need of high taxonomic resolution.



As climate change is expected to increase the occurrence of cyanobacterial blooms I also investigated how a biomanipulation can aid in controlling cyanobacterial blooms. This was done by evaluating an ongoing biomanipulation in Lake Ringsjön, southern Sweden. The results from this study show that biomanipulation can help in reducing algal blooms but that this effect was strongest during early summer (June). Following biomanipulation, the relative proportion of large, efficient grazers (Daphnia spp.) has increased during early summer. At the same time, cyanobacterial biomasses have decreased and the amount of cyanobacterial toxins (microcystins) have gone down. Furthermore, to evaluate if the decrease in cyanobacterial biomass could be the result of increased grazing by Daphnia we performed a field grazing experiment. This showed that a zooplankton community dominated by Daphnia were in fact more efficient in controlling cyanobacterial biomass compared to a community dominated by small cladocerans and copepods.



In conclusion my results show that we can expect significant effects of increasing temperatures and water colour on both zooplankton spring dynamics and cyanobacterial blooms. However, there are methods, developed in light of eutrophication, which can help in controlling the extent of cyanobacterial blooms. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
supervisor
opponent
  • Winder, Monika, Stockholms universitet
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
Climate change, temperature, warming, brownification, biomanipulation, zooplankton, cyanobacteria, microcystin, grazing, Daphnia
pages
100 pages
publisher
Department of Biology, Lund University
defense location
Blå hallen, Ekologihuset, Sölvegatan 37, Lund
defense date
2014-05-08 09:00
ISBN
978-91-7473-951-0
language
English
LU publication?
yes
id
db439009-203f-46f3-bdec-c3a776f642f1 (old id 4393077)
date added to LUP
2014-04-15 17:29:04
date last changed
2016-09-19 08:45:05
@phdthesis{db439009-203f-46f3-bdec-c3a776f642f1,
  abstract     = {The effects of increasing temperatures, in light of climate change, have been a well-studied topic during the past decades. However, aquatic ecosystems are also faced with additional challenges such as increasing water colour, known as “brownification”. Although we know that temperature and water colour will increase simultaneously this has been given little attention in ecological research. In this thesis I investigated how an increasing temperature and increasing water colour affect planktonic communities. More specifically I studied the effects of these drivers on zooplankton spring dynamics and cyanobacterial bloom formation. My studies show that zooplankton will start to establish earlier in spring in response to an increasing temperature but that the effects of water colour were small. However, cladoceran zooplankton seemed to benefit from the combination of increasing water colour and temperature.<br/><br>
<br/><br>
An increasing temperature did not lead to larger algal blooms in our experiment. However, the combination of increasing temperature and water colour showed to favour one cyanobacterial species, namely Microcystis botrys. This showed to have a large impact on the amount of cyanobacterial toxins in the water (microcystins), which increased by 300% in the combined elevated temperature and brownification treatment in comparison to the control scenario. This clearly highlights the importance of studying drivers together rather than in isolation if we expect then to occur simultaneously in nature. Also, as it was the changes in one species that explained the majority of the changes in toxicity this also stress the need of high taxonomic resolution.<br/><br>
<br/><br>
As climate change is expected to increase the occurrence of cyanobacterial blooms I also investigated how a biomanipulation can aid in controlling cyanobacterial blooms. This was done by evaluating an ongoing biomanipulation in Lake Ringsjön, southern Sweden. The results from this study show that biomanipulation can help in reducing algal blooms but that this effect was strongest during early summer (June). Following biomanipulation, the relative proportion of large, efficient grazers (Daphnia spp.) has increased during early summer. At the same time, cyanobacterial biomasses have decreased and the amount of cyanobacterial toxins (microcystins) have gone down. Furthermore, to evaluate if the decrease in cyanobacterial biomass could be the result of increased grazing by Daphnia we performed a field grazing experiment. This showed that a zooplankton community dominated by Daphnia were in fact more efficient in controlling cyanobacterial biomass compared to a community dominated by small cladocerans and copepods.<br/><br>
<br/><br>
In conclusion my results show that we can expect significant effects of increasing temperatures and water colour on both zooplankton spring dynamics and cyanobacterial blooms. However, there are methods, developed in light of eutrophication, which can help in controlling the extent of cyanobacterial blooms.},
  author       = {Ekvall, Mattias},
  isbn         = {978-91-7473-951-0},
  keyword      = {Climate change,temperature,warming,brownification,biomanipulation,zooplankton,cyanobacteria,microcystin,grazing,Daphnia},
  language     = {eng},
  pages        = {100},
  publisher    = {Department of Biology, Lund University},
  school       = {Lund University},
  title        = {Plankton communities in a changing world - responses to temperature, brownification and lake restoration},
  year         = {2014},
}