Kihistunud järve varakevadine metabolism

Abstract

Töö põhieesmärk oli Verevi järve uuringu näitel võrrelda ainevahetust kihistunud järve erinevates veekihtides ning anda hinnang sellele, kui palju mõjutavad erinevates veekihtides teostatud vaatlused kogu järve metabolismi. Käesolevas bakalaureusetöös kasutatud andmed koguti Verevi järvest 2013. aastal, mil leidis aset ülemaailmne uuring rahvusvahelise projekti GLEON alamprojekti Spring Blitz raames. Mõõdetud andmete põhjal leiti, et ülemises segunenud kihis olid GPP ja R keskmisteks väärtusteks vastavalt madalamad kui järve hüppekihis või vahetult selle peal. Kogu veemassi kohta arvutatuna oli vaadeldava perioodi keskmine GPP 56,1 ja R 73,0 μmol O2 m-3 d-1. Ülemise segunenud kihi NEP mõõtmisperioodil oli keskmiselt 47,0 μmol O2 m-3 d-1, ning kogu veemassi kohta oli sama näitaja 39,5 μmol O2 m-3 d-1. Eelneva põhjal saame järeldada, et vaid ülemise segunenud kihi metabolismi uuringute põhjal kogu järve iseloomustades ülehindaksime me kogu järve puhasproduktsiooni. Verevi järves olid nii GPP kui R keskmiselt kõrgemad just 2. kihis. 3. veekiht (hüpolimnion) oli kogu mõõtmisperioodi jooksul heterotroofne. Verevi järv käitus 2013. aasta mai ja juuni kuus peamiselt heterotroofsena ainult kahel päeval kümnest, mil kõikide kihtide metabolisminäitajaid oli võimalik arvutada. Aastal 2013 pärast jää minekut ei segunenud Verevi järv täies ulatuses. Vaid esimesel kolmel päeval peale jääminekut esines pindmiste ja põhjakihtide vahel temperatuuri erinevus, mis oli väiksem kui viis kraadi Celsiuse järgi. Kõige kõrgemad lahustunud hapniku kogused registreeriti 1-2 meetri sügavusel. Nimetatud veesambas ulatus mõnedel uurimispäevadel DO küllastus kui 200%. Käesoleva töö sissejuhatuses püstitati kaks hüpoteesi, milledele töö kinnitust otsiti. Käesoleva tööga lükati ümber järgnev hüpotees: 1. Kihistunud järves on produktsioon kõige suurem veekogu ülemises segunenud kihis; Käesoleva uuringu andmetele toetudes oli küll kõige suurem puhasproduktsioon (NEP) 1. kihis, ent suurimad produktsiooniväärtused (GPP) mõõdeti 2. kihis. Seega võib öelda, et kihistunud järvede metabolismiuurimisel ei piisa kindlasti vaid ülemise segunenud kihi uurimisest.

Töös lükati osaliselt ümber järgnev hüpotees: 2. Verevi järv on oma metabolismitüübilt heterotroofne veekogu. Kogu veemassi põhjal arvutatuna oli Verevi järv mõõtmisperioodil enamiku ajast autotroofne - kaheksal päeval kümnest, mil sai arvutada kogu veemassi metabolismi. Eelnevast tulenevalt esineb Verevi järves ka perioode, kus järv käitub valdavalt autotroofse veekoguna. Samas aga ei saa käesoleva uuringu tulemuste põhjal ümber lükata, et aasta keskmisena käitub järv siiski heterotroofse veekoguna, ehk siis järvest emiteerub ümbritsevasse keskkonda rohkem süsihappegaasi kui järv seda siduda suudab.

In order to understand a wide range of processes, like food webs or global carbon cycle in aquatic ecosystems, it is important to measure or calculate gross primary production (GPP) and respiration (R). Metabolic balance is determined by the amount of organic matter produced and consumed within a lake. If the GPP exceeds R the lake is autotrophic (net ecosystem production (NEP) ˃ 0), while if R exceeds GPP the lake acts as a heterothophic system (NEP < 0). High frequency automated monitoring can be used to measure changes of dissolved oxygen (DO) in waterbodies. The change of DO can be used to determine metabolic rates. Usually lake buoys have only one DO sensor, placed in the upper mixed layer of the lake. Therefore calcualtion of whole lake metabolism only with that single sensor is not recommended. Still, researchers usually rely on a single sensor which can lead to inaccuracies in metabolic rate measurements in deeper lake layers. The aim of this research was to compare lake metabolic rates within three depth layers in stratified Lake Verevi. This study was the first experiment to get knowledge about whole lake metabolism in stratified lakes in Estonia. The mean GPP in upper layer (mostly epilimnion) was 122,2 μmol O2 m-3 d-1 while it was 56,1 μmol O2 m-3 d-1 in the whole lake water column. The highest GPP was found in second layer (metalimnion), with a value of 124,8 μmol O2 m-3 d-1. During sampling time there was no GPP in hypolimnion of the lake. R was highest also in the second layer of the lake, and varied between 1,9 to 307,6 μmol O2 m-3 d-1 in whole water column. The mean rates of NEP were 47,0 μmol O2 m-3 d-1 in the first layer and 39,5 μmol O2 m-3 d-1 in the whole water column. Therefore the mean NEP in the first layer was 13,7 μmol O2 m-3 d-1 higher than in the whole water column. Whole lake metabolism type was autotrophic eight days out of the ten days that we managed to investigate whole water column. There were two hypotheses in this study: Firstly it was suggested that GPP is the highest in the upper mixed layer. The research did not confirm the first hypothesis. NEP was highest in first layer, but highest GPP values were found in second layer (metalimnion) of lake. Secondly it was suggested that metabolic type of lake Verevi is heterotrophic. During most of the measuring period, lake Verevi was clearly autotrophic, but this does not confirm that on a yearly basis lake is acting more like an autotrophic waterbody.