Perustuotantomittauksia humuspitoisella Mekkojärvellä

Sain LBAYS:n stipendin vuonna 2012 akvaattisten tieteiden Pro Graduani varten Jyväskylän yliopistossa, aiheenani Evolla sijaitsevan, humuspitoisen Mekkojärven perustuotannon mittaukset. Työni oli osa laajempaa Mekkojärven ravintoverkkotutkimusta, jota Professori Roger Jones Jyväskylän yliopistosta johtaa. Graduni varsinaisena ohjaajana toimi FT Shawn Devlin.

Olin suurimman osan kesästä työsuhteessa tutkimusryhmääni, poikkeuksena loppukevät/alkukesä, johon LBAYS:n stipendi tarjosi taloudellisen tuen ja mahdollisti aineiston keruun aloittamisen graduani varten jo varhain. Näytteenottokertoja graduuni tuli kevään, kesän ja syksyn aikana yhteensä kahdeksan, mutta muu projektiin liittyvä näytteiden otto ja analysointi piti kiireisenä lähes joka viikko. Asuinkin lähes koko avovesikauden Lammin biologisella asemalla ja vietin paljon aikaa laboratoriossa näytteitä käsitellen.

Tutkimuskohteeni, Mekkojärvi, on hyvin pieni, kalaton ja erittäin humuspitoinen metsäjärvi Evolla, jota on tutkittu vuosikymmenten aikana varsin paljon. Mekkojärvi jaettiin muoviverholla kahtia ja eri puolille järveä istutettiin biomassaltaan saman verran aikuisia sekä kesänvanhoja ahvenia. Tarkoitus on tutkia, miten saman lajin sisäinen kokovaihtelu vaikuttaa järven ravintoverkkoon. Oma graduni käsitteli järven perustuotantoa ja erityisesti litoraalivyöhykkeen (rantavyöhykkeen) osuutta koko järven perustuotannosta.

Litoraalivyöhyke on habitaatti, josta vesikasvit, pohjalevät, pohjaeläimet, eläinplankton sekä kalat tekevät hyvin monimutkaisen. Erityisesti kirkkaissa ja vähäravinteisissa järvissä litoraalivyöhykkeen on todettu tarjoavan tärkeän ravintoresurssin järven eliöstölle. Suurin osa tutkimuksista onkin tehty kirkkaissa järvissä ja hyvin vähän on tutkittu humuspitoisten järvien litoraalivyöhykkeitä ja niiden perustuotantoja. Koska humuspitoisissa järvissä usein valo rajottaa tehokkaasti perustuotantoa, useimmat fysikaalis-kemiallisiin parametreihin perustuvat mallit ennustavat litoraalin pohjaleville pientä osuutta koko järven perustuotannosta. Mekkojärvessä, jossa valaistua pohjaa ei ole käytännössä ollenkaan, litoraalin perustuotannon osuus kokonaistuotannosta em. mallien perusteella olisi lähes olematon. Mekkojärven litoraalivyöhyke koostuu kuitenkin pääsääntöisesti kelluvasta sammalpatjasta ja vesikasveista, jotka tarjoavat monipuolisen ja hyvin valaistun tarttumapinnan epifyyttisille leville. Mittasin gradussani litoraalin kasvillisuuden pinnalla elävien leväyhteisöjen, perifytonin, perustuotantoa epäorgaanisen hiilen pitoisuuksien eroilla pimeässä ja valossa inkuboiduissa näytteissä. Samaan aikaan mittasin vapaan veden kasviplanktonin perustuotantoa eri syvyyksissä. Lopuksi laskimme estimaatit koko litoraalin perustuotannolle ja vertasimme sitä kasviplanktonin perustuotantoon. Litoraalin perustuotanto oli koko kesän ajan hyvin voimakasta, ja tulosten perusteella litoraalin osuus koko perustuotannosta voi kesällä olla jopa 90 %.

Tulokset osoittivat, ettei varsin yksinkertaisten mallien perusteella tulisi tehdä yleistyksiä. Ennen kaikkea tutkimus antoi pohjatietoa laajemmalla ravintoverkkotutkimukselle Mekkojärvessä. Koska perustuotanto litoraalissa on voimakasta, herää kysymys, minne tuo runsas ravintoresurssi järven ravintoverkossa kulkeutuu. Lisäksi herää kysymyksiä liittyen litoraalin perustuotantoon muissa humusjärvissä, oma tutkimukseni kun edustaa poikkeuksellisen humuspitoisen järven tilannetta, eikä ole yleistettävissä kaikkiin humusjärviin.

Sain graduni valmiiksi kevään 2013 aikana, jolloin avautui myös mahdollisuus jatkaa opintoja samassa tutkimusryhmässä. Tartuin heti tilaisuuteen ja aloitin väitöskirjani teon syksyllä 2013 liittyen Mekkojärven ravintoverkkoon. Toivottavasti löydämme vastauksia edellä esitettyihin kysymyksiin seuraavien vuosien aikana. Haluan kiittää LBAYS:ia stipendistä sekä Lammin biologista asemaa ja sen henkilökuntaa loistavista puitteista, avusta ja hyvästä seurasta gradutyöni aikana. Yhteistyö jatkuu onneksi edelleen väitöskirjatyöni merkeissä tulevina vuosina.

Jussi Vesterinen

Anaerobic bacterial production

The production in lakes has always been a major interest in ecological studies. Phytoplankton, often regarded as the major photosynthetic organisms in aquatic ecosystem, are driven by the sunlight. But in the boreal region where lakes receive a large inflow of terrestrial organic matter, the light penetration is often limited from a few centimetres to a few meters. This added allochthonous matter not only reduces the amount of photosynthetically active radiation (PAR), but at the same time is utilized by bacterial biomass as a source of carbon. And along with the phytoplanktonic respiration they exceed the total phytoplanktonic production resulting in an anoxic hypolimnia. In these environments, with reduced light intensity and reduced oxygen, a community of anaerobic bacteria, or green sulphur bacteria, (GSB) flourish just below the oxic-anoxic interface.

Apart from the anoxic condition, this class of bacteria requires an environment with reduced sulphur compounds and use CO₂ as a carbon source that is fixed via reductive tricarboxylic acid cycling. The cells of GSB contain a special antenna complex, chlorosomes, with bacteriochlorophyll photopigments that are capable of absorbing low light intensity thus, helping them to survive under such conditions. There have been many studies regarding the abundance of GSB in different environments and they have been shown to dominate in anaerobic water layers of stratified water bodies. Light plays the crucial role in photosynthetic reaction and has been suggested that light is the main factor governing primary production by GSB which is required in very low intensity.

In summer 2011, I started my Master’s Thesis with the aim to quantify these anaerobic bacterial productions in small humic lakes. The study site was Evo forest region in Southern Finland and four lakes were chosen on the basis of the background study of those lakes. The primary focus of the task was to build a sampler that would allow the sampling of these bacteria without contaminating the samples by light and oxygen. Once the sampling succeeded, the next step was to measure the production by this class of bacteria. 

The results indicated that there might be some significant role of these anaerobic bacteria in humic lakes as their abundance was plenty in the hypolimnia of study lakes, and are thought to play a major role in primary production in humic lakes. The results of the findings needed to be interpreted more as the final results are still being processed (comparing with phytoplanktonic production). This study tried to shed some light in the basal resources of humic lakes that have been overlooked and still requires further research. Some of the future research questions might be: How much does their biomass fluctuates throughout the year? How does their abundance vary under the ice? How much of the carbon demand do they supply to the zooplankton, if anything at all? Thus, this new dimension, of lake functioning, needs further research in terms of their contribution to the whole lake ecosystem.

Satish Basnet, originally from Biratnagar, Nepal, is a Master's student in Bio and Environmental Science at the University of Jyväskylä, and a 2013 LBAYS grant recipient.