Kolet forskarna glömde
Älvvatten för med sig näringsämnen som kväve och fosfor ut i havet. Ändå ökar inte produktionen av växtplankton i havet vid höga vattenflöden - snarare tvärtom. Ny forskning antyder att det lösta organiska kolet som älvarna för med sig begränsar växtplanktonens tillgång till solljus, samtidigt som det gynnar de konkurrerande havsbakterierna.
Omfattande forskning under de senaste årtiondena har inriktats på att förstå hur kväve och fosfor påverkar produktionen av organismer i kusthavet. Resultaten visar samstämmigt att mer näring oftast ger mer alger och växtplankton. En stor källa till näringsämnen är tillrinning från älvar, och om tillrinningen av älvvatten ökar borde därför även produktionen av alger och växtplankton i havet öka.
Oväntade effekter
Vi fick ett gyllene tillfälle att studera detta i full skala när nederbörden, och därmed tillförseln av älvvatten till Bottniska viken, ökade kraftigt några år runt millennieskiftet. Högt älvflöde innebär högre tillförsel av näringsämnen som kväve och fosfor. Därmed borde produktionen i kusthavet öka. Men när tidsserier från vår svenska miljöövervakning analyserades fann vi till vår förvåning att produktionen av växtplankton istället hade minskat betydligt. Vad berodde det på? Hade vi helt missförstått hur havet fungerade trots alla entydiga resultat från forskarsamhället?
Älvvatten för med sig näringsämnen som kväve och fosfor, men också stora mängder löst organiskt kol. Nya forskningsresultat visar att det lösta organiska kolet har lika stor betydelse för produktionen i kusthavet som kväve och fosfor. Foto: Peter Turander/Azote
Vid närmare eftertanke är det inte bara kväve och fosfor som kommer ut med älvvattnet. Löst organiskt kol i form av humusämnen är faktiskt den klart största mängden av alla de viktiga näringsämnen som flyter ut med älvvattnet. Kan löst organiskt kol ha gett den oväntade effekten?
Möjlig förklaring
Många av de lösta organiska ämnena är brunfärgade och fångar därmed solljus, vilket gör vattenmassan mörkare. Det tar bort den viktiga energikällan för växtplankton och alger: solljus. Med mindre ljusgenomsläpp kan man alltså förvänta sig en lägre produktion av växtplankton och alger.
Men inte nog med det, det älvburna organiska kolet fungerar även som en extra näringskälla för bakterier som lever i vattnet. De är i vanliga fall begränsade till det organiska kol som produceras direkt eller indirekt av växtplankton och alger.
Växtplankton och alger växer alltså sämre vid högre mängd löst organiskt kol i vattnet, medan bakterierna växer lika bra eller bättre. Det leder i sin tur till att bakterierna börjar konkurrera med växtplanktonen om begränsade näringsämnen som kväve och fosfor, vilket ytterligare hämmar deras tillväxt. Med andra ord orsakar en ökad mängd älvburet organiskt material från land en dubbel negativ effekt på växtplankton, både genom mindre solljus och genom sämre tillgång på kväve och fosfor.
Löst organiskt kol
finns i alla vattenmiljöer och är ett mått på de organiska kolföreningar som finns lösta i vattnet. I sjöar och vattendrag med större områden av myrmark i sina avrinningsområden är halten särskilt hög på grund av en stor mängd svårnedbrytbara ämnen som kallas humusämnen. Humusämnen bildas genom ofullständig nedbrytning av högre växter, och har en komplex kemisk struktur med ringar och många dubbelbindningar som gör att de fångar ljus effektivt och hämmar fotosyntesen. Det humusämnen, tillsammans med järn, som gör vattnet brunt.
Kontrollerat experiment
För att undersöka detta provade vi hur växtplankton och bakterier reagerade på tillsats av löst organiskt material i mesokosmer, fem meter höga experimentrör som innehåller 2,5 kubikmeter vatten. Så stora rör innehåller nästan hela näringsväven av organismer, och liknar därmed havet på ett så bra sätt som vi idag kan åstadkomma.
Mesokosmanläggningen vid Umeå marina forskningscentrum består av 12 rör, fem meter höga, där man med stor exakthet kan styra faktorer som temperatur, omrörning och temperaturskiktningar i vattnet. Foto: Markus Nordin
Resultaten vi fick var uppmuntrande. Vid en verklighetstrogen tillsats av löst organiskt kol så blev växtplanktonen missnöjda och deras tillväxt minskade till mindre än hälften. Bakterierna blev däremot glada och växte till och med lite bättre. Vi hade fått en trolig förklaring till den oväntade minskningen av växtplanktons tillväxt i Bottniska viken vid millennieskiftet!
Främst försämrar det lösta organiska kolet ljusinstrålningen till vattenmassan och därmed tillväxten för växtplankton och alger. Samtidigt gynnas bakterier eftersom de kan använda kolet och dess energi som en alternativ näringskälla, istället för den näring som de normalt får av växtplankton och alger. Illustration: Johan Wikner
Kunskap saknas
Flera uppföljande studier tyder nu samstämmigt på att löst organiskt kol måste uppmärksammas som en viktig reglerande faktor för kusthavets produktion. Hur tillförsel av näringsämnen från älvar och från industriella och kommunala avlopp påverkar kusthavet behöver omvärderas och studeras med nya typer av experiment.
Vi vet att denna inverkan av organiskt kol på kusthavets produktion gäller för Bottniska vikens miljö, och troligen också andra kustområden med stor sötvattentillrinning och hög andel löst organiskt kol. Men det senare vet vi inte säkert och det behövs mer forskning om hur den här effekten ser ut i olika kustområden.