Norwegian University of Life Sciences 1

Algevekst – innvirkning av klima,

næringsstoffer og lyset langtiddstudie fra en landbrukspåvirket innsjø

(1999-2016)

Gunnhild Riise, Sverre Anmarkrud, Inggard Blakar, Ståle

Haaland, Nils-Otto Kitterød, Thomas Rohrlack

Bakgrunn

• Gjennomført mange tiltak for å redusere tilførsler av fosfor til

Årungen – en eutrof innsjø i SØ-Norge

– Algeveksten er redusert siden 1960-1970 tallet, men er

fremdeles høy og tilfredsstiller ikke vannforskriften

• Dynamisk innsjø som er sterkt regulert av værforhold og tilførsler av

partikler

– Endringer i temperatur og avrenning har stor innvirkning på

• eksterne tilførsler av næringsstoffer og partikler

• innsjøinterne prosesser

– Spesielt er tidlige perioder av vekstsesongen viktig

• Følsom for endringer i klima

• Våren kommer tidligere

– Forlenget vekstsesongNorwegian University of Life Sciences 2

Målsetning

• Vurdere ulike faktorer som påvirker

algevekst tidlig i vekstsesongen

– Klima – temperatur og nedbør

– Næringsstoffer

– Lysforhold

• Langtidsstudie i en eutrof innsjø –

første uke av juni 1999-2016

– Vertikal fordeling av sentrale limnologiske

variable

Norwegian University of Life Sciences 3

Outline• Lokalisering/bakgrunnsdata

–Historisk utvikling av pigmenter

–Temperaturfordeling gjennom året

• Resultater

–Første uke av juni (1999-2016)

• Vertikal fordeling av Chl a, næringsstoffer,

partikler, temp.,O2,

• Lysforhold

• Værforhold

• Tidsutvikling – Mann Kendall

• Konklusjon

Norwegian University of Life Sciences 4

Accumulation of nutrients and trace metals in eutrophic lake sediments 5

Photo: Ulf Larson

Årungens nedbørsfelt

Årungens nedbørsfelt med Universitets Campus i forkant

Catchment area: 52 km2

Lake surface area: 2,3 %

Agriculture: 53 %

Forest: 34 %

Settlement: 10 %

6

Max dyp 13,2 m

Gjennomsnittsdyp 8,1 m

Overflateareal 1,2 km2

Oppholstid vann: 4,5 mnd

Kurve over areal vs dyp

Dybdefordeling Årungen

Sedimentprøver fra Årungen

(Photo Vibeke Hoff)

Lake Årungen - sediments 2016

Pigments (µg g C)*

0 500 1000 1500 2000

De

pth

(cm

)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

Total algaeCyano_1 (Echinenone)Cyano_2 (Myxoxantophyll)

*Spectrophotometric analysis of pigments according to Kyle et al. 2015, PLOSE ONE Sep. 11

1980

1950

9

Shallow dimitic lake that stratify – dynamic temperature distribution

Water temperature 2014-2016

Hobo loggers – 1 h resolution (0,5, 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 10, 13 m)

Tot P (µg L-1)

0 20 40 60 80 100 120

Depth

(m

)

0

2

4

6

8

10

12

Tot. N (mg L-1)

0 1 2 3 4 5

Depth

(m

)

0

2

4

6

8

10

12

Color (Pt mg L-1)

20 25 30 35 40 45 50 55

Depth

(m

)

0

2

4

6

8

10

12

Turbidity

0 5 10 15 20 25 30

Depth

(m

)

0

2

4

6

8

10

12

Lake Årungen - first week June (1999-2016)

- Average values +/- standard deviation

Årungen har høye verdier for næringsstoffer og partikler – store årlige variasjoner

Oxygen saturation (%)

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Depth

(m

)

0

2

4

6

8

10

12

Årungen - first week June (1999-2016)

Temperature (°C)

6 8 10 12 14 16 18 20

Depth

(m

)

0

2

4

6

8

10

12

pH

6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5

Depth

(m

)

0

2

4

6

8

10

12

Chla (µg L-1)

0 10 20 30 40 50 60

Depth

(m

)

0

2

4

6

8

10

12

Med unntak av ett år (2015) har innsjøen vært lagdelt i første uke av juni. Høy algeproduksjon fører til

høye pH verdier og overmetning av oksygen i øvre sjikt av innsjøen

Light transmission (%)

0,01 0,1 1 10 100

De

pth

(m

)

0

1

2

3

4

5

6

7

Secchi depth

1,3 m (SD 0,5m)

Årungen – første uke av juni (1999-2016)

Secchi depth (m)

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5V

ert

ica

l ext

inctio

n c

oe

ffic

ient (m

-1)

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4r

2 =0,76

Lyset svekkes raskt med dypet (PAR)

Relativt lavt siktedyp (1,3 +/- 0,5 m) og grunn eufotisk sone (ca. 3 m).

13

Chl a (µg L-1) at 1 m depth

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Vert

ical extinction c

oeffic

ient (m

-1)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

Lake Årungen - first week June (1999-2016)

Turbidity at 1 m depth

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Vert

ical extinction c

oeffic

ient (m

-1)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

Color (Pt mg L-1) at 1 m depth

20 30 40 50 60 70

Vert

ical extinction c

oeffic

ient (m

-1)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

r2 =0,92 r

2 =0,39r

2 =0,39

Værforhold vår – mars, april og mai

(avvik fra normalperioden 1960-1990)

Norwegian University of Life Sciences 14

March

Year

1998 2001 2004 2007 2010 2013 2016

Te

mp

era

ture

(°C

)

-6

-4

-2

0

2

4

6

March

Year

1998 2001 2004 2007 2010 2013 2016

Pre

cip

itatio

n (

mm

)

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

April

Year

1998 2001 2004 2007 2010 2013 2016

Pre

cip

itatio

n (

mm

)

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

May

Year

1998 2001 2004 2007 2010 2013 2016P

reci

pita

tion

(m

m)

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

May

Year

1998 2001 2004 2007 2010 2013 2016

Te

mp

era

ture

(°C

)

-6

-4

-2

0

2

4

6

April

Year

1998 2001 2004 2007 2010 2013 2016

Te

mp

era

ture

(°C

)

-6

-4

-2

0

2

4

6

Temp. Turbidity Tot-P PO4-P Chla O2 (mg L-1) O2 (%) Tot N NO3-N

Depth Test Z S Test Z S Test Z S Test Z S Test Z S Test Z S Test Z S Test Z S Test Z S

0,5 m 0,21 2,93** 2,92** -0,05 0,87 1,19 -0,16 1,62

1 m -0,08 3,05** 2,98** 0,09 1,28 1,07 1,34 0,16 1,58

2 m -0,08 2,97** 3,38*** 0,05 0,89 1,28 1,59 1,37 1,58

3 m 0,00 3,22** 2,92** 0,91 0,08 1,61 1,24 0,66 1,58

4 m -1,69+ 3,13** 2,89** 1,04 -0,31 1,28 0,05 0,27 1,71+

5 m -1,53 2,72** 2,73** 0,86 1,24 0,15 0,55 1,49

6 m -0,74 2,72** 2,89** 1,26 * 2,02* 1,29 0,77 1,54

7 m -0,41 2,56* 2,97** 1,13 -0,47 2,14* 1,78+ 1,20 1,94+

8 m 0,33 2,64** 2,47* 1,94+ 1,69+ 1,78+ 1,31 1,76+

9 m 0,33 2,56* 2,53* 1,89+ 1,90+ 2,28* 1,53 1,80+

10 m 0,33 2,56* 2,66** 2,30* -0,72 1,65+ 1,73+ 1,75+ 1,94+

11 m 0,00 2,39* 2,52* 2,66** 1,61 2,18* 1,64 2,39*

12 m 0,62 2,47* 2,43* 2,52* 1,90+ 2,23* 1,64 2,84**

12,5 m 0,58 2,47* 1,98* 2,21* 1,69+ 1,83+ 1,75+ 2,61**

*Mann-Kendall Test and Sen's Slope Estimates for the Trend of Annual Data, Version 1.0

Freeware, Copyright Finish Meteorological Inst. 2002

Mann-Kendall trend* - Første uke av juni (1999-2016)

S = Significance

-20,00

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

1995 2000 2005 2010 2015 2020

PA

R (

%)

0,5

m

Year

Data

Sen'sestimate99 % conf.min99 % conf.max95 % conf.min

Vertikal svekking av lyset øker med tiden

Norwegian University of Life Sciences 17

-20,00

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

120,00

1995 2000 2005 2010 2015 2020

Year

-5,00

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

1995 2000 2005 2010 2015 2020

Year

Data

Sen's estimate

99 % conf. min

99 % conf. max

95 % conf. min

95 % conf. max

Residual

Turbidity

Tot P (µg L-1)

Lake Årungen – 1 m depth

Norwegian University of Life Sciences 18

-40,00

-20,00

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

1995 2000 2005 2010 2015 2020

1 m

Year

Data

Sen's estimate

99 % conf. min

99 % conf. max

95 % conf. min

95 % conf. max

Residual

Chl a (µg L-1)

Ingen signifikant trend for Chl-a med tiden

Norwegian University of Life Sciences 19

Årungen week 23 (1 m)

Temperature (°C)

6 9 12 15 18 21 24

Chl a (

µg L

-1)

0

20

40

60

80

Samspill mellom ulike faktorer (temperatur, lys og næringsstoffer)

Årungen week 23 (1 m)

Tot P (ug -1

)

10 20 30 40 50 60 70 80 90

Chl a (

µg L

-1)

0

20

40

60

80

r2=0,72

Årungen week 23 (1 m)

Light extinction coefficient (m-1

)

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5

Chl a (

µg L

-1)

0

20

40

60

80

r2=0,39

Konklusjon

• Ingen signifikant økning i vanntemperaturen med tiden

(tidlig juni)

• Signifikant økning i partikler (turbiditet) og Tot P

• Økt avrenning og intensitet av nedbørsepisoder bidrar til:

– økte tilførsler av næringsstoffer

– redusert lystilgang for algevekst

• Ingen signifikant endring i klorofylla

– dynamisk situasjon som er veldig

væravhengig

–Krever integrerte tilnærminger

Norwegian University of Life Sciences 20