Mänsklig påverkan på Östersjöns ekosystem har lett till ökad algblomning, utbredning av syrefria bottnar och en minskning av fiskbeståndet. Att minska tillförseln av näringsämnen och därmed övergödning är en viktig fråga när man diskuterar hållbar utveckling för Östersjön.
Effekten av minskad kvävetillförsel på Östersjön är oklar eftersom ansträngningarna kan motverkas av att kvävefixerande blågröna alger, som kan binda atmosfäriskt kväve (N2) löst i vattnet, gynnas. Blomningar av blågröna alger täcker havsytan som tjocka ansamlingar som hindrar bad och skadar rekreation och turism. De förekommer naturligt i Östersjön, men de kan vara giftiga och förvärrar eutrofieringen genom att fixera 200-400 tusen ton kväve/år.
I kvävebegränsade vattenområden, såsom stora delar av Egentliga Östersjön, har ny forskning vist att en stor del av det kväve som utnyttjas av växtplankton kan komma direkt från kvävefixering (2-3 månader) under hela sommaren. Fotosyntetiserande blågröna alger (Aphanizomenon sp.) anses vara de huvudsakliga kvävefixerarna i Östersjön.
Nya undersökningar, som vi har utfört med nya känsliga metoder, har visat att dessa blågröna alger friger kväve som ammonium direkt i Östersjön när atmosfäriskt kväve (N2) binds. Målet med detta projekt är att ta reda på flera kvävefixerare och dessas aktivitet i Östersjön. Användandet av nanoscale secondary ion mass sprectrometry (nanoSIMS) och mikrosensorer medför att kvävefixering per cell i naturliga blandade populationer av planktonceller kan mätas, vilket tidigare har varit omöjligt eftersom traditionella metoder inte är tillräckligt känsliga. Direkta mätningar av fysikalisk-kemiska egenskaper och biogeokemiska processer i dessa cyanobakterier och kolonier är nödvändiga för att förstå deras roll för flödet av kol och kväve från atmosfären till de akvatiska ekosystemen.
In the Baltic Sea proper, N2-fixation contributes with a yearly N input larger than the entire riverine load. Summer blooms by filamentous, N2-fixing cyanobacteria are dominated by Nodularia sp., Aphanizomenon sp., and Anabeana sp. in the Baltic Sea. Aphanizomenon sp. blooms 2 to 3 months each summer.
Using novel technology (combining nansocale secondary ion mass spectrometry, elemental analysis mass spectrometry, and microsensors) we recently demonstrated that this cyanobacterium may contribute between 50-100% of total yearly N2-fixation in the Baltic Sea of which at least one third is directly released as NH4+ to the surrounding water during N2-fixation. This cyanobacterium may, thus, supply other phytoplankton species and heterotrophic organisms with a substantial fraction of their N-demand during the whole summer season in the Baltic Sea. Other (so far unknown) organisms appeared to dominate N2-fixation and NH4+ release during darkness (Ploug and Musat et al., in press.).
Using this forceful combination of novel high-technology, the present project aims at identifying the organisms responsible for N2-fixation and N-release in the Baltic Sea. Small-scale C- and N-fluxes associated with the different N2-fixing microorganisms in the Baltic Sea will be quantified during bloom and decay, and their respective contributions to overall C- and N-fluxes will be estimated in the Baltic Sea.
Stockholms universitet
Botaniska institutionen
Helle Ploug, forskare, helle.ploug@botan.su.se
Systemekologiska institutionen
Jakob Walve, forskare, jakob.walve@ecology.su.se
Jennie Sveden, doktorand, jennie.sveden@ecology.su.se
Max Planck Institute for Marine Microbioology, Bremen, Tyskland
Birgit Adam, doktorand, badam@mpi-bremen.de
