Restaurering av kransalgsängar - test av metodik med borststräfse (Chara aspera) och rödsträfse (C. tomentosa)

Trenden med ökat behov av muddring (och även dumpning av muddermassor) kommer sannolikt att fortsätta, eftersom fritidsbåtstrafiken ökar och landhöjningen fortsätter i den nordliga delen av Sverige. De negativa effekterna av muddring och dumpning av muddermassor är speciellt tydliga i grunda skärgårdsmiljöer. Kransalger är särskilt känsliga mot muddring och dumpning eftersom de är känsliga för fysisk påverkan och förändringar i ljustillgänglighet. I dessa grunda skärgårdsmiljöer utför kransalger flera viktiga ekosystemtjänster, såsom stabilisering av sediment, förhindring av grumling, förbättrad vattenkvalitet och upptag och lagring av näring i sedimentet. De har också en viktig funktion som fiskuppväxtområden, habitat samt föda för evertebrater och som födosöksområden för fågel och fisk. De är även lämpliga indikatorarter då de är känsliga mot övergödning, fysisk störning och förändringar i vågexponeringsgrad. I denna rapport utvärderar vi två återplanteringsförsök av kransalger, arterna borststräfse (Chara aspera) och rödsträfse (C. tomentosa), i områden som utsatts för muddring och dumpning i Siviksfjärden i Gävleborgs län. Detta är det första dokumenterade försöket med återplantering av kransalger i Östersjön. Tre olika metoder för återplantering av C. aspera har testats: flytt av plantor med spade, att fästa skott med juteband och att använda en struktur gjord av nedbrytningsbara polymerer av potatisstärkelse (BESEelements©) för att förankra plantorna. Plantering med spade var den billigaste och snabbaste metoden, medan plantering med BESEelements© var dubbelt så tidskrävande och därmed relativ dyrt per kvadratmeter. Ingen metod lyckades bättre än den naturliga återkoloniseringen av dumpningsvallen, som återkoloniserades till ungefär hälften av den befintliga C. aspera äng täckningsgraden på tre år. För C. tomentosa testade vi endast plantering med BESEelements©, som ej var lyckat. Det skulle i framtida försök vara värdefullt att försöka plantera C. tomentosa med andra metodiker, till exempel med spade. Med beaktande av de positiva ekosystemtjänsterna och habitatbildande egenskaperna som är kopplade till friska kransalgsängar samt det faktum att det är både svårt och dyrt att återetablera dem bör vi iaktta ett stort ansvar att skydda dessa miljöer i Östersjön för att säkerställa framtida ekosystemfunktioner i grunda vågskyddade områden

Kunskapsunderlag för ekosystembaserad havsförvaltning i Bottenhavet

Ekosystembaserad havsförvaltning anges som ett viktigt verktyg för att nå Sveriges miljömål. Denna rapport tar ett första steg i riktning mot ett vetenskapligt underlag för att stödja ekosystembaserad havsförvaltning i ett pilotområde i södra Bottenhavet. Ekosystemkomponenter (dvs. arter och livsmiljöer) som är viktiga för modellering av ekosystemet identifieras och deras status samt faktorer som påverkar dem redovisas. Även kunskapsluckor kopplade till påverkansfaktorer diskuteras, samt hur dessa påverkansfaktorer integreras med ekosystemkomponenterna, liksom vilka ekosystemtjänster som ekosystemkomponenterna bidrar till. Många av ekosystemkomponenterna har inte god miljöstatus, särskilt grunda bottnar som har ett högt exploateringstryck. Oroväckande nog saknas det övervakning av både grunda kustnära mjukbottnar och utsjöbankar, fastän dessa områden är av intresse för exploatering samtidigt som de har hög biodiversitet och är kopplade till många ekosystemtjänster. Dock finns det en del data tillgängligt i området som kan användas vid modellering för att ta fram kartor över ekosystemkomponenter och även ekosystemtjänster, som kan vara viktiga underlag för ekosystembaserad förvaltning i södra Bottenhavet. I flera fall är kunskapen om belastningar i södra Bottenhavet och hur de kopplar till statusen av ekosystemkomponenter relativt god, men det saknas information om kumulativa effekter av påverkansfaktorer. Många av de marina arter som finns längst in i Östersjön lever här vid sin nordliga utbredningsgräns, vilket kan innebära att de är extra känsliga för mänskliga belastningar och klimatförändring. Storskaligt fiske efter strömming i utsjön och dess effekter på strömmingsbestånden kan påverka ekosystemets funktion. Strömmingen är talrik och spelar en stor roll i södra Bottenhavets ekosystem. Eftersom strömming vandrar mellan utsjön och kusten kan den koppla samman näringsvävar i kust och utsjö. I Bottenhavets område kan man se tydliga intressekonflikter gällande resursförvaltning. Traditionella lokala näringar baserar sig mycket på fiske av strömming och laxfisk, men vikande fångster av den mer storvuxna strömming som fiskas för humankonsumtion, liksom av laxfisk, skapar problem för det kustnära yrkesfisket. Här finns en uppenbar konkurrenssituation både med det storskaliga pelagiska fisket i utsjön och med naturliga predatorer. Dessa konflikter är svåra att lösa med de förvaltningsmetoder som används idag. Södra Bottenhavets ekosystem skulle sannolikt gynnas av en mer helhetsbaserad förvaltning av fiskbestånden och livsmiljöer, utifrån samtliga faktorer som påverkar dem. I kustområdet gäller detta även, inte minst, de områden där gösens och sikens status är mycket svag, liksom viktiga områden för rekrytering av gädda. En sådan mer helhetsbaserad förvaltning innefattar en samplanering av fiskeregleringar, skyddade områden och åtgärder för att restaurera och skydda diverse livsmiljöer. Förbättring av livsmiljöer för fisk förväntas även gynna andra delar av den biologiska mångfalden och ekosystemtjänster, inklusive olika arters motståndskraft och förmåga att anpassa sig till pågående klimatförändringar

Ekosystemtjänstanalyser som stöd för en regional ekosystembaserad havsförvaltning : Erfarenheter från tre pilotområden: 8-fjordar, Stockholms skärgård och Södra Bottenhavet

Kartläggning och analys av ekosystemtjänster är viktiga verktyg för att synliggöra människans relation till och beroende av ekosystemet. De kan till exempel påvisa samband mellan processer i ekosystemet och samhället, och användas som underlag för att diskutera avvägningar mellan olika mål och intressen. I ekosystembaserad havsförvaltning kan diskussioner om ekosystemtjänster öka aktörers förståelse för ekosystemet som grund för vårt nyttjande av havet. De kan också stödja åtgärdsarbete och strategisk planering. Här presenterar vi analyser av ekosystemtjänster som tagits fram som underlag för en regional ekosystembaserad havsförvaltning i Södra Bottenhavet, Stockholms skärgård och området 8+fjordar i Bohuslän. Vi har dels använt två olika metoder för att kartlägga utbredningen av ekosystemtjänster och associerade nyttigheter i pilotområden - en naturbaserad metod som utgår från utbredningen av ekosystemkomponenter och en öppen GIS-metod för att samla in lokal kunskap om ekosystemtjänster från intressenter och allmänhet. Den naturbaserade kartläggningen gjordes för Södra Bottenhavet och Stockholms skärgård. Studien hade som mål att utveckla och testa en metod för att kartlägga kustnära ekosystemtjänster utifrån kartor av arter och livsmiljöer och utvärdera hur metoden kan användas för ekosystembaserad planering. Vi har gjort en bedömning av vilka ekosystemtjänster som är relevanta att kartlägga med metoden i dessa områden och vilka arter och livsmiljöer som främst kan förväntas bidra till dessa tjänster. För att lätt kunna dela resultaten har vi utvecklat en app som tillåter en användare att ta fram potentiella ekosystemtjänstkartor utifrån kartor över arter och livsmiljöer. Som nästa steg behöver appen utvärderas tillsammans med användare, för att testa användbarhet och vidare utvecklingsbehov. Öppen-GIS-analysen gjordes inom projektet 8+fjordar, där intressenter och allmänhet bjöds in till workshops för att beskriva sin syn på områdets värden och vad som påverkar miljön i området. De resulterande GIS-lagren ger en bild av hur användare av det lokala ekosystemet uppfattar sin närmiljö och vilka ekosystemtjänster de värdesätter och nyttjar. En initial utvärdering visar att resultaten kan användas till exempel för att identifiera platser där det finns konflikter mellan olika användningar av havet och peka ut behov av åtgärder för att lösa dessa konflikter. Processen att ta fram underlagen bidrog dessutom till ett gemensamt lärande inom projektet. Den tredje metoden som vi har använt är en enkät- och intervjustudie för att undersöka markägares attityder och preferenser i samband med åtgärdsarbete i Stockholms skärgård. Den här studien fokuserade på vilka ekosystemtjänster och nyttigheter markägare värdesätter i naturtypen grunda havsvikar. Resultatet kompletterar kunskapen om människans förhållande till denna naturtyp och lägger en viktig grund för att inkludera sociala mål och indikatorer i arbetet för att skydda och restaurera grunda havsvikar. Ekosystemtjänster är fortfarande ett abstrakt begrepp för många och rapporten syftar till att genom exempel synliggöra hur ekosystemtjänster kan användas för att stödja en långsiktigt hållbar förvaltning av kustområden. Att ta hänsyn till det komplexa samspelet mellan människa och natur är en central del av ekosystembaserad förvaltning. Våra tre exempel fyller delvis olika syften inom denna komplexitet. De kan användas individuellt för särskilda ändamål eller komplettera varandra. I samtliga fall är det viktigt att arbeta nära aktörer för att tydligt definiera behov, syften, och säkerställa att de slutliga resultaten blir lokalt användbara

Productivity and carbon transfer in pelagic food webs in response to carbon, nutrients and light

Some of the major problems we face today are human induced changes to the nitrogen (N), phosphorus (P) and carbon (C) cycles. Predicted increases in rainfall and temperature due to climate change, may also increase dissolved organic matter (DOM) inflows to freshwater ecosystems in the boreal zone. N, P, C and light, are essential resources that most often limit phytoplankton (PPr) and bacterial production (BP) in the pelagic zone of lakes. PPr and BP not only constitute the total basal C resource for the pelagic aquatic food web, but also influence ecosystem function and biogeochemical cycles. In this thesis I studied how N, P, C and light affect the relative and absolute rates of PPr and BP, along a wide latitudinal and trophic gradient using published data, and in two in situ mesocosm experiments in a clear water oligotrophic lake. In the experiments I manipulated bottom-up drivers of production and top-down predation to examine how these factors interact to affect pelagic food web structure and function. The most important predictors of PPr globally (Paper I) were latitude, TN, and lake shape. Latitude alone explained the most variation in areal (50%) and volumetric (40%) PPr. In terms of nutrients PPr was primarily N-limited and BP was P-limited. Therefore bacteria and phytoplankton were not directly competing for nutrients. BP:PPr was mostly driven by PPr, therefore light, N, temperature and other factors affecting PPr controlled this ratio. PPr was positively correlated with temperature, but not BP, consequently, higher temperatures may reduce BP:PPr and hence the amount of energy mobilised through the microbial food web on a global scale. In papers II and III interaction effects were found between C-additions and top-down predation by young-of-the-year (YOY) perch. Selective predation by fish on copepods influenced the fate of labile C-addition, as rotifer biomass increased with C-addition, but only when fish were absent. Interaction effects between these top-down and bottom-up drivers were evident in middle of the food web, which is seldom examined in this type of study. Although the energy pathway from bacteria to higher consumers is generally longer than from phytoplankton to higher trophic levels, increased BP still stimulated the biomass of rotifers, calanoid copepods and YOY fish. However, this appeared to be mediated by intermediate bacterial grazers such as flagellates and ciliates. Light was an important driver of crustacean zooplankton biomass (paper IV), but the light:nutrient hypothesis was inadequate to predict the mechanisms behind the decrease in zooplankton biomass at low light. Instead, it appeared that reduced edibility of the phytoplankton community under low light conditions and reduced BP most strongly affected zooplankton biomass. Thus, the LNH may not apply in oligotrophic lakes where PPr is primarily N-limited, Daphnia is rare or absent and mixotrophic phytoplankton are abundant. N, P, C and light manipulations have very different effects on different parts of the pelagic food web. They influence the relative rates of PPr and BP, affect phytoplankton community composition, alter the biomass of higher trophic levels and change pathways of energy transfer through the pelagic food web. This thesis adds valuable information as to how major changes in these resources will affect food web structure and function under different environmental conditions and future climate scenarios.Lake ecosystem response to environmental chang

Waikato peat lakes sediment nutrient removal scoping exercise

This report was commissioned by Environment Waikato to examine the available methods for internal (bottom sediment) nutrient removal and their suitability for application in the Waikato peat lakes. Lakes Ngaroto, Kainui, Rotomanuka and Cameron were chosen as focus lakes for the study, based on existing restoration objectives and recreational and conservation values. A range of methods designed to reduce internal nutrient loading was reviewed, including hypolimnetic aeration, hypolimnetic withdrawal and fish removal, with sediment removal, and additions of alum, Phoslock, zeolite, iron making slag and carbon examined in detail

Nitrogen effects on the pelagic food web are modified by dissolved organic carbon

Global environmental change has altered the nitrogen (N) cycle and enhanced terrestrial dissolved organic carbon (DOC) loadings to northern boreal lakes. However, it is still unclear how enhanced N availability affects pelagic food web efficiency (FWE) and crustacean zooplankton growth in N limited boreal lakes. Here, we performed in situ mesocosm experiments in six unproductive boreal Swedish lakes, paired across a DOC gradient, with one lake in each pair fertilized with N (2011: reference year; 2012, 2013: impact years). We assessed how zooplankton growth and FWE were affected by changes in pelagic energy mobilization (PEM), food chain length (phytoplankton versus bacterial production based food chain, i.e. PP:BP), and food quality (seston stoichiometry) in response to N fertilization. Although PP, PEM and PP:BP increased in low and medium DOC lakes after N fertilization, consumer growth and FWE were reduced, especially at low DOC-potentially due to reduced phytoplankton food quality [increased C: phosphorus (P); N:P]. At high DOC, N fertilization caused modest increases in PP and PEM, with marginal changes in PP:BP and phytoplankton food quality, which, combined, led to a slight increase in zooplankton growth and FWE. Consequently, at low DOC (<12 mg L-1), increased N availability lowers FWE due to mismatches in food quality demand and supply, whereas at high DOC this mismatch does not occur, and zooplankton production and FWE may increase. We conclude that the lake DOC level is critical for predicting the effects of enhanced inorganic N availability on pelagic productivity in boreal lakes

Testing the light : nutrient hypothesis in an oligotrophic boreal lake

Anthropogenic changes in the nitrogen (N), phosphorus (P), and carbon (C) cycles have altered nutrient concentrations and the light climate in freshwaters globally. These factors affect phytoplankton (PPr) and bacterial production (BP), which constitute the basal energy resource for higher trophic levels in the pelagic zone of lakes. The light:nutrient hypothesis (LNH) predicts that although basal production decreases at low light, seston C:nutrient ratios also decrease, thus increasing food quality for crustacean zooplankton and potentially offsetting the negative effects of reduced food availability. We tested the LNH in an oligotrophic boreal lake by manipulating N, P, C and reducing light, and measuring PPr, BP, seston C:nutrient ratios and zooplankton biomass in 32 mesocosms. Low light strongly reduced zooplankton biomass in contrast to LNH predictions. PPr did not decrease with low light as predicted by the LNH, however, the phytoplankton community shifted towards low light adapted, but potentially less edible phytoplankton species, such as colony forming Dinobryon (Chrysophyta) and gymnoid (Dinoflagellata) taxa, which were negatively correlated with zooplankton biomass. Seston C:nutrient ratios did not decrease with reduced light, possibly due to the high abundance of mixotrophic phytoplankton across treatments. BP decreased with low light and correlations between BP, bacterial biomass, ciliates and zooplankton suggest that bacteria may be coupled with zooplankton biomass. Thus, the LNH was inadequate when predicting changes in crustacean zooplankton biomass in this typical oligotrophic boreal system, where Daphnia is rare and mixotrophic phytoplankton are abundant. Instead, alternative explanations, such as changes in phytoplankton edibility and energy transferred through the microbial food chain may need investigation to explain reduced zooplankton biomass in low light treatments

The effects of food stoichiometry and temperature on copepods are mediated by ontogeny

Climate change is warming the oceans, increasing carbon dioxide partial pressure and reducing nutrient recycling from deep layers. This will affect carbon (C) and phosphorus (P) availability in the oceans, thus, altering the balance between the nutrient content of consumers and their food resource. The combined effects of food quality and temperature have been investigated for adult copepods; however, nauplii, the early developmental stages of copepods, often far outnumber adults, grow more rapidly and have a higher phosphorus body content and demand than later life stages. Consequently, ontogeny may affect how copepods respond to the combined stressors of increasing temperature and altered food stoichiometry. We conducted temperature-controlled experiments (24, 28 and 32 A degrees C) where Parvocalanus crassirostris was fed either a P-replete or a P-limited phytoplankton food source. Reduced survival of nauplii and copepodites at the highest temperature was ameliorated when fed P-replete food. At higher temperatures, copepodite growth remained stable, but internal C:P stoichiometry diverged in the direction of phytoplankton C:P, suggesting that increased temperature affected copepodite stoichiometric homeostasis. In contrast, naupliar P content increased with temperature and naupliar growth was P limited, suggesting nauplii required additional phosphorus at higher temperatures. We conclude that resource stoichiometry plays a key role in how copepod survival and growth are impacted by temperature, and that ontogeny mediates these responses. Our results suggest that as the extent of warming oceans and phytoplankton nutrient limitation increase, copepod survival and the growth of early life stages may decline

An operational framework for the advancement of a molecule-to-biosphere stoichiometry theory

Biological stoichiometry is an approach that focuses on the balance of elements in biological interactions. It is a theory that has the potential to causally link material processes at all biological levels—from molecules to the biosphere. But the lack of a coherent operational framework has so far restricted progress in this direction. Here, we provide a framework to help infer how a stoichiometric imbalance observed at one level impacts all other biological levels. Our framework enables us to highlight the areas of the theory in need of completion, development and integration at all biological levels. Our hope is that this framework will contribute to the building of a more predictive theory of elemental transfers within the biosphere, and thus, to a better understanding of human-induced perturbations to the global biogeochemical cycles