Research Brief: 20-Year Phytoplankton Biomass Trends in Lake Erie
1Climate change-induced changes to the Great Lakes regions have led to resurgent eutrophication in Lake Erie’s western basin. This eutrophication is characterized by the ever-familiar algal blooms that dominate the region. Despite consistent monitoring efforts, there is limited research on the effects of eutrophication and of the blooms themselves on the rest of the phytoplankton community.
Over time, blooms have increased in frequency and severity, likely as a result of agricultural runoff, which is exacerbated by climate change-driven increases in precipitation and intensive agriculture practices. As a result, algal monitoring is common in Lake Erie, but there are still knowledge gaps.
A 2023 study published in the Journal of Great Lakes Research examined temporal patterns in phytoplankton community structure as well as the biomass of six key phytoplankton groups from 1995 in the western basin or 2000 in the central basin to 2015 for both.1
The goal of the study was to answer the following questions:
- “How has phytoplankton community structure changed over the period of record in the WB and CB?
- How has the biomass of six key phytoplankton taxonomic groups changed over the period of record within these three seasons?
- What impact have these changes had on the relative biomasses and seasonal patterns of edible and less-edible algal taxa?”1
Based on previous observations, the researchers hypothesized that an increase in cyanobacterial biomass in both basins would correspond to clear declines in the absolute biomass of other phytoplankton taxa due to resource competition.
Methods
The analysis was conducted using the existing 20-year Lake Erie Plankton Abundance Study (LEPAS) dataset, which allowed them to quantify intra- and interannual trends in the dynamics of six major phytoplankton groups in the western and central basin during 1995–2015. The LEPAS dataset was chosen as it observed both regions of the lake during two decades of eutrophication and climate change.
From 1995 to 2015, an integrated water sample was taken at all eight monitoring sites approximately every two weeks.
Sampling locations in the Lake Erie’s western basin (1995–2015) and central basin (2000–2015). Sampling was conducted approximately biweekly in Ohio waters of both basins from late April through early October as part of the Lake Erie Plankton Abundance Study. Depth isoclines (white lines) are shown at 4-meter intervals. (Credit: O’Donnell et al., 2023)
Results
Contrary to predictions, the LEPAS dataset revealed increases in the biomass of several non-cyanobacteria phytoplankton groups. For example, “edible phytoplankton biomass increased in the western basin and exhibited no directional change in the central basin.”1
Instead of a recourse competition occurring during Microcystis blooms (resulting in increases in Microcystis and decreases in other taxa), increases in annual nutrient loading to Lake Erie between 1995–2015 benefited both Microcystis and other taxa.1
Blooms increased in frequency over the observed period. More specifically, cyanobacteria in the western basin increased >1000-fold, and all other major taxa groups increased 10- and 100-fold. Temporally, early summer (June-July) and spring (May) phytoplankton communities saw more modest directional change in the biomass of both edible and less-edible taxa as well as community structure.
Unlike the annual Microcystis blooms in the western basin, the LEPAS dataset shows that the central basin experienced its first of many over the observed period in 2008. However, the central basin faced less severe blooms than the western basin, and as a result, impacts on the phytoplankton communities were less dramatic.
While the analysis revealed more information on the spatial and temporal dynamics of phytoplankton biomass trends in Lake Erie, the underlying mechanisms are still not well understood.
Source
- O’Donnell, D.R., Briland Ruth, Budnik R.R., Ludsin, S.A., Hood, J.M., 2023. Trends in Lake Erie phytoplankton biomass and community structure during a 20-year period of rapid environmental change. Journal of Great Lakes Research, Volume 49, Issue 3, 672-684. ISSN 0380-1330. https://doi.org/10.1016/j.jglr.2022.12.011.
[…] Los cambios inducidos por el cambio climático en la región de los Grandes Lagos han provocado un resurgimiento de la eutrofización en la cuenca occidental del marisma Erie. Esta eutrofización se caracteriza por las floraciones de algas siempre conocidas que dominan la región. A pesar de los esfuerzos de seguimiento consistentes, existe una investigación limitada sobre los mercadería de la eutrofización y de las propias floraciones en el resto de la comunidad de fitoplancton. Con el paso del tiempo, las floraciones han aumentado en frecuencia y compromiso, probablemente como resultado de la torrentera agrícola, que se agrava por el aumento de la precipitación provocado por el cambio climático y las prácticas agrícolas intensivas. Como resultado, el seguimiento de algas es habitual en el marisma Erie, pero todavía existen carencias de conocimiento. Un estudio de 2023 publicado en el Journal of Great Lakes Research examinó los patrones temporales de la estructura de la comunidad de fitoplancton, así como la biomasa de seis grupos esencia de fitoplancton desde 1995 en la cuenca occidental o 2000 en la cuenca central hasta en 2015 para uno y otro. El estudio debía objetar a las siguientes preguntas: «¿Cómo ha cambiado la estructura de la comunidad de fitoplancton durante el período de registro en el BM y en el CB?» ¿Cómo ha cambiado la biomasa de seis grupos taxonómicos esencia del fitoplancton durante el período de registro de estas tres estaciones? ¿Qué impacto han tenido estos cambios en las biomasas relativas y los patrones estacionales de los taxones de algas comestibles y menos comestibles?»1 A partir de observaciones anteriores, los investigadores plantearon la hipótesis de que un aumento de la biomasa de cianobacterias en ambas cuencas correspondería a una clara disminución de la biomasa absoluta de otros taxones de fitoplancton conveniente a la competencia de los bienes Métodos El descomposición se llevó a extremidad mediante el conjunto de datos del estudio de afluencia de plancton del marisma Erie (LEPAS) de 20 primaveras, que les permitió cuantificar las tendencias intra e interanuales de la dinámica de seis grandes grupos de fitoplancton en la cuenca occidental y central durante el período 1995-2015.El conjunto de datos LEPAS se escogió porque observó ambas regiones del marisma durante dos décadas de eutrofización y cambio climático, entre 1995 y 2015, se tomó una muestra de agua integrada en los ocho lugares de seguimiento aproximadamente cada dos semanas. Lugares de muestreo en la cuenca occidental del marisma Erie (1995–2015) y la cuenca central (2000–2015). El muestreo se realizó aproximadamente cada quincenal en las aguas de Ohio de ambas cuencas desde finales de abril hasta principios de octubre como parte del Estudio de afluencia del plancton del marisma Erie. Las isoclinas de profundidad (líneas blancas) se muestran a intervalos de 4 metros. (Crédito: O’Donnell et al., 2023) Resultados Contrariamente a las predicciones, el conjunto de datos LEPAS reveló aumentos de la biomasa de diversos grupos de fitoplancton no cianobacterias. Por ejemplo, «la biomasa de fitoplancton comestible aumentó en la cuenca occidental y no mostró ningún cambio direccional en la cuenca central».1 En empleo de una competencia de apelación que se produjo durante las floraciones de Microcystis (dando como resultado aumentos de Microcystis y disminuciones de otros taxones), aumentos de nutrientes anuales. la carga en el marisma Erie entre 1995 y 2015 benefició tanto a Microcystis como a otros taxones.1 Las floraciones aumentaron en frecuencia durante el período observado. Más concretamente, las cianobacterias de la cuenca occidental aumentaron más de 1000 veces, y todos los demás grupos de taxones principales aumentaron 10 y 100 veces. Temporalmente, las comunidades de fitoplancton a principios de verano (junio-julio) y primavera (mayo) vieron un cambio direccional más modesto en la biomasa tanto de los taxones comestibles como de los menos comestibles, así como de la estructura de la comunidad. A diferencia de las floraciones anuales de Microcystis en la cuenca occidental, el conjunto de datos LEPAS muestra que la cuenca central experimentó la primera de muchas durante el período observado en 2008. Sin confiscación, la cuenca central se enfrentó a floraciones menos graves que la cuenca occidental y, como resultado, los impactos. en las comunidades de fitoplancton eran menos dramáticas. Aunque el descomposición reveló más información sobre la dinámica espacial y temporal de las tendencias de la biomasa del fitoplancton en el marisma Erie, los mecanismos subyacentes todavía no se entienden acertadamente. Fuente O’Donnell, DR, Briland Ruth, Budnik RR, Ludsin, SA, Hood, JM, 2023. Tendencias de la biomasa del fitoplancton del marisma Erie y la estructura de la comunidad durante un período de 20 primaveras de rápido cambio ambiental. Journal of Great Lakes Research, convexidad 49, número 3, 672-684. ISSN 0380-1330. https://doi.org/10.1016/j.jglr.2022.12.011. Source link […]