Skip to main content
Login | Suomeksi | På svenska | In English

Linkages between dissolved organic matter characteristics and bacterial communities in subarctic ice-covered lakes

Show full item record

Title: Linkages between dissolved organic matter characteristics and bacterial communities in subarctic ice-covered lakes
Author(s): Tuomela, Nea
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences
Degree program: Master's Programme in Environmental Change and Global Sustainability
Specialisation: Environmental Change
Language: English
Acceptance year: 2022
Abstract:
Ilmastomuutos vaikuttaa arktisten alueiden järvien hydrologiaan ja järvien valuma-alueiden kasvillisuuteen. Järvet ovat lyhyemmän aikaa jään peittäminä, ja liukoisen orgaanisen aineen ja ravinteiden kuormitus valuma-alueilta järviin kasvaa. Valuma-alueelta peräisin oleva orgaaninen aines ei ole yhtä helposti bakteerien hajotettavissa kuin järvessä tuotettu aines. Valuma-alueen orgaanisella aineksella on usein suurempi molekyylipaino ja enemmän aromaattisia sidoksia rakenteessaan. Muutokset järven orgaanisen aineen ominaisuuksissa vaikuttavat bakteeriyhteisön rakenteeseen ja edelleen koko järviekosysteemin toimintaan. Vesinäytteitä kerättiin neljästä järvestä Kilpisjärven alueelta keväällä 2021. Vesinäytteet suodatettiin, jonka jälkeen niistä mitattiin liukoisten ja partikkelimaisten ravinteiden ja hiilen pitoisuudet. Orgaanisen aineen ominaisuuksien määrittämistä varten mitattiin fluoresenssi ja absorbanssi. Bakteeriyhteisöjen rakenne määritettiin hyödyntäen 16S rRNA polymeraasiketjureaktiota. Bakteeriyhteisöjen välisiä eroja visualisoitiin pääkomponenttianalyysillä (PCOA) ja bakteeriyhteisöiden sekä ympäristömuuttujien välisiä riippuvuuksia testattiin tilastollisella analyysilla (dbRDA ja ANOVA). Järvien ravinne- ja hiilipitoisuudet olivat osittain samankaltaisia ja odotusten mukaisesti matalia. Järven P3 pintavedessä nitraatin ja liukoisen orgaanisen typen pitoisuudet olivat kuitenkin korkeammat kuin muissa järvissä. Liukoisen orgaanisen aineen ominaisuudet vaihtelivat vain Coblen Peak M ja Peak T osalta, joiden arvot olivat korkeampia P3 pintavedessä kuin muissa järvissä. Biologinen indeksi (bix) oli myös korkeampi P3 pintavedessä. Yhdessä nämä ominaisuudet viittaavat labiiliin, järvessä tuotettuun orgaaniseen ainekseen. P3 pintavedessä labiilia orgaanista ainesta kuluttavien Gammaproteobakteerien suhteellinen osuus oli myös suurempi kuin muissa järvissä. Järven P3 pintavedessä esiintyi myös runsaammin syanobakteereita, joiden tuotanto voi olla syy labiilin orgaanisen aineen esiintymiseen ja biologiseen aktiivisuuteen. Tutkitut subarktiset järvet olivat vähäravinteisia ja liuenneen hiilen pitoisuudet olivat alhaisia. Yhdellä järvistä liuennut orgaaninen aines oli labiilimpaa kuin muissa järvissä, joka heijastui bakteeriyhteisön rakenteessa. Laajempi tutkimus orgaanisen aineen ominaisuuksien vaikutuksista arktisten järvien bakteeriyhteisöihin tulisi tutkia lisää, sillä kattavammalla tiedolla voidaan ymmärtää paremmin ilmastonmuutoksen vaikutuksia hiilen kiertoon arktisissa järvissä.
Climate change causes changes in the Arctic lakes, such as shortening of the ice-covered period and changes in hydrology as well as vegetation of the drainage area around the lakes. With these shifts in the function of the ecosystems, dissolved organic matter drainage from terrestrial sources is expected to increase. Terrestrial, allochthonous DOM is more refractory, higher molecular weight organic matter, which is less available to bacterial consumption. Alterations in the DOM pool of the lake may change the bacterial community composition, which could in turn alter the lake ecosystem. Four ice-covered lakes in Kilpisjärvi region were sampled in spring 2021. Water samples were filtered and analyzed for dissolved and particulate nutrients and carbon. Coloured dissolved organic matter and fluorescent dissolved organic matter properties were defined. Bacterial community composition was determined with multiplex polymerase chain reaction and sequences analyzed with DADA2 pipeline. Principal component analysis (PCOA) was done to visualize differences between lakes, and distance-based redundancy analysis (dbRDA) was used to detect any associations between dissolved organic matter properties and bacterial community composition. The lakes had low nutrient and carbon concentrations and had mainly similar properties of dissolved organic matter. However, P3 surface water had higher nitrate and total dissolved nitrogen concentrations. Optical properties in P3 surface water, Peak T, Peak M, biological index and humification index, indicated autochthonous production and lability of organic matter. This was reflected also in bacterial community composition by higher relative abundance of Gammaproteobacteriales. Lake P3 had also higher relative abundance of Cyanobacteria, which could be the cause for labile organic matter in the site. Sites P2 and P3 had similar bacterial community compositions, which is likely due to the sites forming a lake chain and sharing the same catchment area. The sites were oligotrophic and low nutrient environments as expected in the arctic environment. One of the sites had indications of more labile organic matter, which was reflected in the bacterial community structures. In the future shorter ice-cover period may induce autochthonous production such as Cyanobacteria, which reflects in the bacterial community. Changes in the DOM properties and bacterial communities can alter the whole food chain. with A more comprehensive study on this issue could be useful way of understanding the carbon cycling and impacts of climate change to the subarctic lakes.
Keyword(s): Subarctic lakes bacterial community composition dissolved organic matter


Files in this item

Files Size Format View
Tuomela_Nea_thesis_2022.pdf 920.1Kb PDF

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record