Väder- och klimatförändringars effekter på produktivitet och sedimentation i en boreal sjö

Examensarbete i Miljö- och hälsoskydd, 15 hp Kandidatprogrammet i Miljö- och hälsoskydd, 180 hp

Vt 2021

VÄDER- OCH

KLIMATFÖRÄNDRINGARS EFFEKTER PÅ

PRODUKTIVITET OCH SEDIMENTATION I EN

BOREAL SJÖ

Albin Eriksson

Weather- and climate changes impact on productivity and sedimentation in a boreal lake

Albin Eriksson

Abstract

This report aimed to investigate how chlorophyll-concentrations (Chl-a) in the water column and varved sediments were affected by changes in air temperature and precipitation and consequently how climate change will affect the sedimentation and productivity in boreal aquatic ecosystems. VRS (visible-reflectance-spectroscopy) was used to asses Chl-a and its derivates in sediment trap samples between 2002-2021 and in a series of freeze cores (1979- 2021) from lake Nylandssjön, with annually laminated sediments. In order to evaluate how weather and climate change affected the sedimentation and productivity in the lake the results were compared with meteorological data from SMHI (Swedish Meteorological and Hydrological Institute) and Chl-a data from seperate depths in the water column. The results indicate that the majority of the yearly sedimentation occur either in May or June, where a higher cumulative amount of precipitation in May lead to a higher sedimentation rate in May (r=0,49; p=0,03). The amount of precipitation in spring also had a significant impact on the primary production in spring and summer (r=0,59; p=0,01; r=0,73; p=0,002). Water column Chl-a and spectrally inferred Chl-a in sediments show similar trends in concentrations with deeper water sampling, however, water column Chl-a displayed significant differences in values between various depths (p=0,0004). Consequently, climate change will much likely increase the productivity of boreal aquatic ecosystems within years and the amount of sedimentation that occurs between years due to higher temperatures. An increased amount of precipitation will also enhance the primary productivity and the transportation of

allochthonous- and minerogenic material to the lake.

Key Words: Chlorophyll; Climate-change; Paleolimnology; Sediment traps; Freeze-coring

Förord

Stort tack till Johan Rydberg för många lärorika samtal och värdefulla förbättringsförslag till

studien under arbetets gång. Jag vill även tacka både Johan Rydberg och Christian Bigler för

möjligheten att undersöka detta spännande studieområde. Tack till Sofia Ninnes för hjälpen

med VRS och R-studio. Slutligen vill jag tacka Christian Bigler och Robin Eklund för en sista

korrekturläsning av arbetet.

1 Inledning ... 1

1.1 Syfte och frågeställningar ... 3

1.2 Provtagningsområdet ... 3

2 Material och Metod ... 4

2.1 Provtagning ... 4

2.2 Klorofyllanalyser ... 5

2.3 Väderdata ... 5

2.4 Statistiska metoder ... 5

3 Resultat ... 6

3.1 Jämförelser av sedimentackumulation ... 6

3.2 Klorofyllinnehåll i sediment och vattenmassa ... 8

3.3 Sedimentackumulation, klorofyll och väder ... 9

4 Diskussion ... 11

4.1 Jämförelser av sedimentackumulation ... 11

4.2 Klorofyllinnehåll i sediment och vattenmassa ... 12

4.3 Sedimentackumulation, klorofyll och väder ... 13

4.4 Relevans för framtida klimatförändringar ... 14

4.5 Slutsats ... 15

5 Referenser ... 16

Bilagor

Bilaga 1

Tabell med p-värden för jämförelser av resultat i sedimentation mellan och inom frysproppar Bilaga 2

Tabell med p-värden för jämförelser mellan väder under olika tidsperioder och Chl-a i

sedimentfällor

1

1 Inledning

Miljöförändringar pågår ständigt i vår omgivning. Det kan vara förändringar till följd av naturliga processer eller antropogen påverkan, eller en kombination av båda (Renberg et al.

2009; IPCC 2014). För att förstå hur människan påverkar miljön kan den historiska utvecklingen av miljön studeras och därmed visa om miljöförändringar, exempelvis klimatförändringar, eutrofiering och försurning av sjöar samt tillskott av olika typer av föroreningar har skett på naturlig väg eller inte (Bindler 2006; Renberg et al. 2009;

Battarbee & Bennion 2011). Studier av miljöförändringar kräver en eller flera

referenspunkter, som representerar ”normaltillståndet” i miljön, exempelvis innan en förorening har spridits i området för att därefter dra slutsatser om eventuella förändringar (Renberg et al. 2009). För att studera tidigare normaltillstånd och miljöförändringar kan provtagningar av iskärnor i inlandsisar och torv i myrar användas för att rekonstruera kemiska kompositioner, exempelvis av koldioxid- eller blyhalter i miljön och därefter användas för att se hur halterna har förändrats med tiden för tidsperioder då det inte finns mätdata att tillgå (Bindler 2006; Thomas et al. 2019). Naturliga miljöarkiv lämpar sig olika bra beroende på vilken typ av förändringar som studeras, där tidigare nämnda arkiv är effektiva för studier av atmosfäriska förändringar (Bindler 2006; Thomas et al. 2019). För studier av förändringar i akvatiska och terrestra ekosystem såsom försurning, eutrofiering samt olika föroreningshalter kan sjösediment användas som arkiv, och bidra med resultat för att dra slutsatser om vad som påverkar dessa förändringar och vad det kan ha för

konsekvenser (Smol & Cumming 2000; Renberg et al. 2009; Maier 2017). Studier av geologiska arkiv såsom sediment för att undersöka sådana förändringar kallas

paleolimnologi, och bidrar med information om framtida miljöförändringar, exempelvis med modeller utifrån sedimentdata (Bennion et al. 2011).

Sjösediment bildas när det sker någon typ av sedimentation på botten av sjön, antingen från minerogent material, biologiskt material eller kemisk utfällning av mineraler i vattenmassan (Zolitschka et al. 2015). Geologin i området kring sjöar är därför avgörande för sedimentets sammansättning (Zolitschka et al. 2015). Utöver sedimentation från vattenmassan sker sedimentation vid resuspension (omblandning) av sediment bland annat genom vinderosion och bioturbation (omgrävning av organismer) så att sedimentets struktur och innehåll påverkas (Zolitschka et al. 2015). Varviga sediment påverkas inte av sådana processer, vilket gör att de består av årligt avsatta sediment som kan urskiljas i dess varviga struktur och möjliggör därmed studier med årliga upplösningar av sediment (Maier 2017; Ojala et al.

2012; Zolitschka et al. 2015). Urskiljningen av varven görs visuellt genom identifiering av åtminstone två lager som har olika färg och struktur och möjliggör därmed bestämning av den kronologiska avsättningen av sedimentet samt den ungefärliga årtalet då det

sedimenterades (Ojala et al. 2012). Bildning av varvigt sediment från sedimenterat material kräver en sammansättning av materialet samt en sedimentackumulationshastighet (SAR) som varierar under året (Zolitschka et al. 2015). För att det sedan ska bevaras behöver sjöarna ha syrebrist vid botten för att undvika bioturbation, och vara tillräckligt djup för att undvika resuspension av sedimentet från tidigare nämnda processer så att sedimentlagrena inte blandas (Zolitschka et al. 2015). Trots frånvaro av resuspension sker nedbrytning av det sedimenterade meterialet även i varviga sediment, vilket påverkar dess sammansättning och är viktigt att ta hänsyn till vid sedimentundersökningar (Gälman, Rydberg & Bigler 2009a).

Vid provtagningar av sediment finns också en risk att förändra sedimentet, vilket gör att det är svårt att provta ett ostört sedimentprov (Renberg & Hansson 2010).

Klimatförändringar är en typ av miljöförändring som går att observera från

paleolimnologiska studier av varviga sediment (Besonen et al. 2008). Observationer tyder på

att naturliga processer kan förändra klimatet bland annat genom vulkanutbrott, då partiklar

släpps ut och reflekterar inkommande solljus vilket resulterar i en nedkylning av jorden

(IPCC 2014). Andra faktorer som medför klimatförändringar genom solljusets inverkan på

2

jorden är växthuseffekten, som innebär att strålning som reflekteras från jorden när solljuset träffar jordens ytan kan absorberas i atmosfären och innebär en uppvärmning av atmosfären, vilket är en förutsättning för att jorden ska vara tillräckligt varm för oss att leva på (IPCC 1991). De klimatförändringar som har observerats de senaste hundra åren har däremot inte primärt ett naturligt ursprung, utan är ett resultat av mänsklig aktivitet bland annat genom förbränning av fossila bränslen som har orsakat en markant ökning av halten växthusgaser i atmosfären (IPCC 2018). Konsekvenserna av den ökade koncentrationen av växthusgaser är bland annat förhöjda temperaturer som i sin tur kan orsaka andra konsekvenser, såsom ökad nederbördsmängd, förändrade ekosystem och olika feedbackloopar som medför ytterligare utsläpp av växthusgaser i atmosfären (IPCC 2014).

För att förstå konsekvenserna från ett förändrat klimat utifrån sedimentstudier krävs kunskaper om vad som påverkar mängden och sammansättningen av materialet som sedimenterar (Zolitschka et al. 2015). Exempelvis kan vädret påverka sedimentationen genom nederbörd och tillföra alloktont material (intransporterat material som har bildats på annan plats) innehållande bland annat näringsämnen som kväve och fosfor i ekosystemet där det tillförs (Polis, Anderson & Holt 1997; Zolitschka et al. 2015). Den alloktona tillförseln kan därmed påverka produktiviteten i sjön (Polis, Anderson & Holt 1997). En ökad produktivitet i vattendrag innebär en högre autokton produktion (material som har bildats på platsen), bland annat av klorofyll som finns i växtceller (Michelutti & Smol 2016). Klorofyll kan därför användas som en indikator på den autoktona produktionen (Michelutti & Smol 2016).

Sedimentationen av alloktont och autoktont material varierar med väder och årstider, vilket gör att varviga sediments sammansättning skiljer sig åt under årets gång (Zolitschka et al.

2015). Under våren sker en hög tillförsel av alloktont material i samband med vårfloden (Ojala et al. 2013). På sommaren när det är relativt hög produktion i sjön bildas mer autoktont material, medan alloktont- och utfällt material har en större betydelse under vintern, vilket gör att sedimentet under vintern främst består av minerogent material och sediment som avsätts under sommaren domineras av kiselalger (Renberg 1981a; Ojala et al.

2013; Zolitschka et al. 2015). Ojala et al. (2013) har också visat att sedimentinnehållet på hösten, likt sommaren främst består av sedimenterat autoktont material. Det finns även säsongsvariationer av mängden inkommande sediment, där den högsta dagliga SAR återkommer på våren och troligen är till följd av erosion från vårfloden (Ojala et al. 2013).

SAR under våren och sommaren visar också positiva samband med nederbördsmängd samt temperatur (Schiefer et al. 2017). Under vintern, så sker däremot en lägre sedimentation till följd av istäckta sjöar, en relativt liten intransport av material och en låg autokton produktion (Kaal et al. 2015; Johansson, Saarni & Sorvari 2019).

För att samla in sediment och se hur sedimentationen varierar under olika perioder på året kan sedimentfällor användas (Maier 2017). De samlar in material och möjliggör analys av sedimentet under perioder då det är svårt att samla in prover, exempelvis då sjöar är istäckta (Maier 2017). Detta underlättar även säsongsmässiga klorofyllanalyser, för att se vilka perioder som är viktiga för produktiviteten i sjön, vilket sedan kan visa hur

primärproduktionen i akvatiska ekosystem förändras med olika klimat (Florian et al. 2015).

Varmare temperaturer har visats leda till en ökad produktion i sjöar och därmed en högre klorofyllhalt i vattenmassan och sedimentet (Korosi et al. 2011; Michelutti & Smol 2016).

Även en ökad nederbördsmängd har en positiv korrelation med klorofyllhalten i sediment (Michelutti & Smol 2016). Noterbart är att klorofyll genomgår nedbrytning redan i

vattenmassan innan det har sedimenterat, vilket även pågår i sedimentet (Carpenter, Elser &

Elser 1986; Michelutti & Smol 2016). I det här examensarbetet undersöks vädrets påverkan

på sedimentation för att studera hur det påverkar klorofyllhalter i Nylandssjöns sediment och

vattenmassa. Sedimentprovtagningen i Nylandssjön har skett över en relativt lång tidsperiod

och möjliggör observationer av förändringar i väder. Utifrån det dras slutsatser om hur ett

förändrat klimat kan påverka sedimentationen och produktiviteten i akvatiska boreala

ekosystem.

3

1.1 Syfte och frågeställningar

Den här studien syftar till att undersöka hur sedimentationen och produktiviteten påverkas av förändringar i väder och klimat. Ytterligare ett syfte är att jämföra klorofyllhalten i vattenmassan och sedimentet/sedimentfällor för att undersöka vad som lagras in i

sedimentet och hur representativt det är för primärproduktionen i vattenmassan. Det kan i sin tur bidra med förståelse för ekologiska konsekvenser i akvatiska ekosystem vid

förändrade årstider och klimat. Studien syftar även till att undersöka hur representativa sedimentfälleprover är för sedimentets innehåll.

Frågeställningarna för att besvara syftet är följande: (1) Hur representativa är prover från respektive sedimentfälla i jämförelse med frysproppsproverna? (2) Hur väl avspeglas vattenmassans klorofyllhalter i sedimentet? (3) Hur påverkas sedimentationen och klorofyllhalten i sediment av temperaturvariationer i atmosfären? (4) Hur påverkas sedimentationen och klorofyllhalten i sediment av förändrad nederbörd och olika typer av nederbörd (snö/regn)?

1.2 Provtagningsområdet

Nylandssjön (62°57´N, 18°17´E) i Nordingrå är en mesotrofisk, dimiktisk sjö (har två årliga cirkulationsperioder) med två djupbassänger som är 17,5 respektive 14,3 m djupa (Gälman 2009; Maier 2017). Omgivningen består av kulligt jord- och skogsbrukslandskap och har endast temporär vattentillförsel från bäckar och diken, vid regniga perioder samt under vårfloden (Gälman, Petterson & Renberg 2006; Rydberg & Martínez-Cortizas 2014). Sjön har varvigt sediment sedan i början av 1900-talet, troligtvis till följd av en ökad näringstillförsel från jordbruk i området, som resulterade i en högre produktivitet i sjön (Renberg 1986).

Sedimentet har provtagits sedan 70-talet och ger därför en bra bild över vilka förändringar som har skett i sjön, samtidigt som dess varviga egenskaper enklare ger möjlighet till uppföljning av årliga variationer (Rydberg & Martínez-Cortizas 2014; Gälman 2009; Maier 2017). Provtagningsområdet är beläget kring Höga kusten och omgivs av olika typer av markanvändning (Fig. 1).

Figur 1. Karta över Nylandssjön och dess omgivning. Kvadraten visar djuphålan där provtagningen har ägt rum.

Gråa delen av kartan är områden där skogsbruk bedrivs och de prickade områden jordbruksmark.

4

2 Material och Metod

2.1 Provtagning

Vattenprovtagningar utfördes månatligen mellan 2012-2014. Provtagningarna skedde från mars 2012 till augusti 2012 på 1- och 16 meters djup och under resterande perioden på 1-, 5-, 7-, 10-, och 16 meters djup (Maier, Diehl & Bigler 2019). Efter provtagningen frystes proverna innan de utfördes analyser på dem (Maier, Diehl & Bigler 2019). Sedan filtrerades proverna genom 0,7 µm glasfiber filter (Whatman GF/F) för att möjliggöra klorofyllanalyser (Maier, Diehl & Bigler 2019).

Två olika typer av sedimentfällor som var fästa sida vid sida användes. Sedimentfällorna har generellt sett tömts ungefär tre gånger per år. Den ena typen var en sekventiell sedimentfälla (Technicap PPS 4/3) som var programmerad att samla in tolv olika prover under varje

provtagningsperiod (Technicap 2021). Den sekventiella sedimentfällan (S-fällan) gav därmed 36 prover per år, med kontinuerliga provtagningar under olika tidsintervall beroende på tidpunkten under året. Under islossningen då sedimentationen antogs vara hög utfördes sedimentfälleprovtagningarna i intervall av 5 dagar. När sedimentationen antogs vara låg (stora delar av vintern) var provtagningsintervallen som längst 28 dagar. Den andra typen av sedimentfälla som provtog sediment var två stycken öppna sedimentfällor (Z-fällor), som samlade in material under hela provtagningsperioderna för S-fällan tills att underhåll på fällan hade utförts. Insamling av sedimenterat material med sedimentfällor har pågått sedan mars 2002 och sker fortfarande, där det senaste provet insamlades 2021-02-24, vilket

medförde att en relativt lång tidsserie av prover har använts i den här studien. Alla insamlade prover har frystorkats i en frystork och vägts innan vidare analyser. Den årliga

sedimentackumulationshastigheten (SAR

och SAR

; g m

yr

) beräknades för fälleproverna utifrån den summerade årliga sedimentationen, som dividerades med provtagningsarean för respektive sedimentfälla. Årsmedelvärdet för SAR beräknades från mars-april (till mars-april nästa år), eftersom avsättningen av varviga sediment följde det hydrologiska året och vinterlagret i sedimentet avsattes mellan november och april (Gälman 2009; Zolitschka et al. 2015). Under perioder då prover saknades från S-fällan (exempelvis när den inte hade fungerat som den skulle) kompletterades dataunderlaget med prover från Z-fällan under de tidsperioderna för att beräkna årliga SAR

(g m

). SA

och SA

(sedimentackumulation; g m

) under olika årstider beräknades också, för jämförelser under kortare tidsperioder.

Sedimentet provtogs med hjälp av en frysproppsprovtagare (Renberg 1981a). Provtagningar har utförts 1979, 1980, 1983, 1985, 1989, 1991, 1993, 1997, 2002, 2004, 2005, 2007, 2010, 2015 och 2021. Fryspropparna hyvlades och sågades för att få ut ett prov där det gick att urskilja varven i sedimentet. Varven skars så att material som har sedimenterat olika år separerades, frystorkades och sedan vägdes torrvikten på proverna. I samband med det mättes ytan av fryspropparna så att den årliga SAR

(g m

år

) kunde beräknas utifrån arean på proven. Sedimentet påverkades av olika nedbrytningsprocesser, som hade effekt på dess innehåll och vikt (Gälman 2009). Förlusten av sediment (vikt) med tiden i sedimentet beräknades enligt följande (Eq. 1):

Eq. 1 𝑆𝐴𝑅 𝑓ö𝑟𝑙𝑢𝑠𝑡 (%) =

𝑚2)−𝑛𝑦𝑎 𝑆𝐴𝑅(^𝑔

𝑚2) 𝐺𝑎𝑚𝑙𝑎 𝑆𝐴𝑅 (^𝑔

𝑚2)

∗ 100

Gamla SAR innebar SAR beräknat från ytlagret i fryspropparna och nya SAR representerade

SAR beräknat utifrån senare provtagna frysproppar där för att se hur sedimentet förändrades

av nedbrytning. Resultaten från ekvation 1 användes till att anpassa en regressionslinje till

datat (Eq. 2; r=0,15; p=0,18) och möjliggjorde korrigeringar av SAR

för år där det inte

fanns provtagna ytlager i frysproppen (Eq. 3). Trots avsaknad för statistisk signifikans

5

användes (Eq. 2) eftersom det bedömdes vara det bästa alternativet för att korrigera SAR

. Den korrigerade sedimentackumulationshastigheten beräknades efter den procentuella sedimenthastighetsförlusten efter x antal år från sedimentation enligt följande (Eq. 2):

Eq. 2 𝐹ö𝑟𝑙𝑜𝑟𝑎𝑑 𝑆𝐴𝑅 (%) = 0,6227 ∗ 𝑎𝑛𝑡𝑎𝑙 å𝑟 𝑒𝑓𝑡𝑒𝑟 𝑝𝑟𝑜𝑣𝑡𝑎𝑔𝑛𝑖𝑛𝑔 Eq. 3

𝐾𝑜𝑟𝑟𝑖𝑔𝑒𝑟𝑎𝑑 𝑆𝐴𝑅 ( 𝑔

𝑚2 ) = (100 + 𝐹ö𝑟𝑙𝑜𝑟𝑎𝑑 𝑆𝐴𝑅) ∗ 0,01 ∗ 𝑈𝑟𝑠𝑝𝑟𝑢𝑛𝑔𝑠𝑆𝐴𝑅 𝑓𝑟å𝑛 𝑓𝑟𝑦𝑠𝑝𝑟𝑜𝑝𝑝 Den korrigerade sedimentackumulationshastigheten jämfördes därefter med den beräknade sedimentackumulationshastigheten utifrån sedimentfällorna för jämförbara perioder och visade hur väl de överensstämmer. Årsmedelvärdet för SAR

(korrigerade värdet för frysproppsprovtagningarna; g m

år

) under provtagningsperioden 2002-2021 var det som användes vid jämförelser med SAR

och SAR

.

2.2 Klorofyllanalyser

Klorofyllanalyserna (Chl-a) i vattenmassan utfördes genom att tillsätta etanol till de filtrerade vattenproverna och analyserades därefter med spektroflourometri (Maier 2015).

Klorofyllanalyser i proverna från sedimentfällorna och sedimentet utfördes indirekt med VRS (visible reflectance spectroscopy) i en FOSS XDS Rapid Content Analyser (Foss Analytics 2021). Provernas innehåll reflekterade VRS-ljuset under analysen i spektrofotometern i våglängdsintervallet 650-700 nm med 2 nm upplösning. Därefter kalibrerades resultatet mot en framtagen kalibreringskurva i R-studio utifrån olika halter av klorofyll, analyserade med HPLC-metoden (Michelutti et al. 2010). Kalibreringskurvan framtogs utifrån faktiska Chl-a halter som har mätts för att kunna mäta sedimentets koncentration av klorofyll och dess derivat utifrån provets reflektans av våglängder mellan 650- 700 nm (Michelutti et al. 2010).

Analyserna utfördes på alla tillgängliga fälleprover från Z-fällan under tidsperioden 2002- 2021. Det utfördes även indirekta klorofyllanalyser på alla tillgängliga prover från S-fällan, som provtogs mellan 2012-2014 (NYL-36, 37, 39, 40, 41 och 42). Till sist utfördes

klorofyllanalyser indirekt med VRS på frysproppsprover provtagna 2015 och 2021, tyvärr saknades sedimentlagret från 2009 i de fryspropparna och ingick därför inte i

klorofyllanalyserna..

2.3 Väderdata

Väderdata för nederbördsmängden per dygn, snödjup per dygn och medellufttemperaturen per dygn från Härnösand väderstation hämtades från SMHI’s väderdatabas eftersom det var en av de väderstationerna belägna närmast provtagningsområdet (SMHI 2021).

Väderstationen saknade uppgifter om nederbördstypen (snö eller regn) och därför

uppskattades mängden snö under vintern (november-mars) som den nederbörd som föll när lufttemperaturen var mindre än en grad Celsius vid nederbördstillfället. Vinternederbörd vid lufttemperaturer större eller lika med en grad Celsius definierades som regn.

2.4 Statistiska metoder

Pearson korrelationstest utfördes för undersökningar av samband mellan olika variabler från proverna inhämtade med Z-, och S-fällan under perioden 2002-2021. 2007, 2009 , 2010 och 2018 exkluderades från de korrelationsanalyserna eftersom dataunderlaget för de åren inte var fullständigt och därmed inte jämförbart. Anledningen till exkluderandet av

provtagningsåret 2007 var att provtagningarna med Z-fällan tillsammans utgjorde en för

lång tidsperiod för att vara jämförbart med ett års sedimentation. Både provtagningarna från

2009 och 2010 var ej med i jämförelsen på grund av för få tillgängliga prover med både S-

och Z-fällan. Provtagningarna från 2018 exkluderades till följd av ”orimiligt avvikande

värden”, troligen till följd av störningar på proverna. Provtagningarna från 2010 och 2018

exkluderades även vid jämförelser sedimentationsvariationen under året av tidigare nämnda

anledningar, medan provtagningar från 2007 och 2009 inkluderades eftersom det fanns

6

tillräckligt med prover för att illustrera variationen i sedimentation över året. Pearson korrelationstester utfördes för korrelationsanalyser och utgick ifrån jämförelser mellan lufttemperaturer, nederbördsmängd, nederbördstyp, klorofyllhalter (i sediment och sedimentfällor), årsmedelvärden för SAR

, samt årsmedelvärden och

säsongs/månadsmedelvärden för SAR

och SAR

. Vattenprovtagningarna på 7m-djup uteslöts vid jämförelser av Chl-a mellan vattenmassan och S-fällan till följd av för få

provtagningar för att jämföra trenderna. Statistik vid jämförelser av trender för Chl-a

och Chl-a

utfördes inte eftersom prover i vattenmassan visade en ögonblicksbild av Chl-a medan sedimentet illustrerade Chl-a över längre tidsperioder vilket medförde svårigheter med representativa statistiska analyser. Tvåsidiga parade t-test utfördes också utöver korrelationstesten för att undersöka om det fanns en signifikant skillnad mellan SAR

beräknat utifrån fryspropparna, Z- och S-fällan, samt mellan olika frysproppar som provtogs inom samma område och vid samma tidpunkt. Bonferroni-korrektion utfördes för att

korrigera signifikansnivån vid jämförelser mellan olika frysproppar genom att dividera signifikansnivån med antalet jämförelser som utfördes. För jämförelser mellan Chl-a halter på olika vattendjup användes ensidiga parade t-tester. Signifikansnivån α=0,05 användes för alla statistiska analyser och utfördes i Microsoft Excel.

3 Resultat

3.1 Jämförelser av sedimentackumulation

Jämförelser mellan årliga SAR

och SAR

under tidsperioden 2002-2020 visar att det finns en signifikant skillnad mellan sedimentfällorna (SAR

=292,8 ± 43,1; SAR

=226,1

± 43,5; p=0,00016). Det kan även visas en signifikant skillnad mellan den årliga SAR

och SAR

(SAR

=292,8 ± 43,1; SAR

=242,7 ± 39,6; p=0,002). Den årliga SAR

och SAR

visar däremot inte någon signifikant skillnad i resultat (SAR

=226,1 ± 43,5;

SAR

=242,7 ± 39,6; p=0,15). Trots det kan inte heller någon signifikant korrelation visas mellan den årliga SAR

och SAR

(r=0,10;p=0,71). Förändringen av den årliga SAR beräknat från de olika provtagningsinstrumenten visar en relativt stor variation i den årliga mängden avsatt sediment under perioden 2002-2020, där SAR

generellt visar högst värden, SAR

mest frekvent visar mellerst värden och SAR

oftast visar lägst värden (Fig.

2).

Figur 2. Jämförelser mellan den årliga SARSed, SARZ-fälla och SARS-fälla under tidsperioden 2002-2020.

0 50 100 150 200 250 300 350 400

2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 SAR (g m-2år-1)

Årtal Fryspropp

S-Fälla Z-fälla

7

Sedimentackumulationshastigheten per månad (SAR

g m

månad

) och dess variation under året visar en relativt låg SAR

under stora delar av vintern och att

sedimentationstoppen antingen sker i maj eller juni, med undantag för 2011 då toppen kom i augusti samt 2013 och 2014 då den inträffade i december (Fig. 3). Perioden Juli-December tyder dock på en variabel sedimentation mellan olika år, och följer inget tydligt mönster (Fig.

3).

Figur 3. Förändring av SARS-fälla (g m^-2 månad^-1) per månad under olika år. a) SARS-fälla-andelens fördelning under året när sedimentationstoppen sker i maj. b) SARS-fälla under år när sedimentationstoppen sker i maj. c) SARS-fälla- andelens fördelning under året när sedimentationstoppen sker i juni. d) SARS-fälla under år när

sedimentationstoppen sker i juni.

8

Utöver variationerna i den årliga SAR beräknat från olika provtagningsmetoder visas också en signifikant skillnad i SAR

från olika lager mellan fryspropparna som är provtagna vid samma tidpunkt (2004-01-30), med en meters mellanrum (Bilaga 1). Signifikanta skillnader i SAR

finns mellan i stort sett alla provtagningar som jämfördes, utom vid två stycken

jämförelser av höger och vänster sida inom samma frysproppar (Bilaga 1).

3.2 Klorofyllinnehåll i sediment och vattenmassa

Klorofyllhaltens trender i vattenmassan (Chl-a

) jämfört med S-fällan (Chl-a

) överensstämmer relativt väl, ju djupare vattenprovtagningen har skett, desto mer lika är trenderna (Fig. 4). Samtidigt så visar Chl-a

-trenderna från provtagningar närmre ytan en viss eftersläpning i tid innan liknande trender visas i Chl-a

(Fig. 4). Chl-a

visar en signifikant högre halt i provtagningar från 1 meters djup jämfört med 16 meters djup (Fig 4;

p=0,0002).

Figur 4. Jämförelser av trender i Chl-aVatten på olika djup, mot trender i Chl-aS-fälla, provtaget vid ungefär samma tidpunkter. Dw (dry weight, torrvikt) indikerar att koncentrationen i sedimentfälleproverna är utifrån torrvikten i provet. a) Chl-aVatten på 1m-djup och Chl-aS-fälla. b) Chl-aVatten på 5m-djup och Chl-aS-fälla. c) Chl-aVatten på 10m-djup och Chl-aS-fälla. d) Chl-aVatten på 16m-djup och Chl-aS-fälla.

9

Den årliga klorofyllhalten i sedimentet (Chl-a

) visar en ökande trend under tidsperioden 2002-2020 och samma uppåtgående trend kan ses i Z-fällan (Chl-a

) under tidsperioden 2002-2021 (Fig. 5; p=0,03 ; p=0,001).

Figur 5. a) Den årliga variationen av Chl-aSed mellan 2002-2020. b) Säsongsmässiga variationer av Chl-aZ-fälla

mellan 2002-2021. Dw (dry weight, torrvikt) indikerar att koncentrationen i sedimentproverna är utifrån torrvikten på provet.

3.3 Sedimentackumulation, klorofyll och väder

Det finns en positiv korrelation mellan den årliga SAR

och den kumulativa nederbörden under året (r= 0,53; p=0,02), men inte vid jämförelser med SAR

(r= 0,29; p=0,23) eller SAR

(r= 0,30; p=0,22). Jämförelser mellan årsmedeltemperaturen och den årliga SAR

(r=0,28; p=0,29), SAR

(r=0,38; p=0,14) eller SAR

(r=0,35; p=0,14) visar inga signifikanta korrelationer. Den kumulativa nederbördsmängden under sommaren visar däremot en signifikant positiv korrelation på den årliga SAR

(r=0,52; p=0,04).

Medeltemperaturen under vintern och SA

under våren som följer visar en positiv korrelation (r=0,48; p=0,045). Den kumulativa vinternederbörden visar dock ingen korrelation med SA

på den följande våren (r=0,22; p=0,38), och inte heller mellan snömängden under vintern och SA

under våren (r=-0,29; p=0,24). En positiv korrelation mellan mängden årsnederbörd och andelen sedimentation som sker på vintern visas, under år med en större mängd nederbörd inträffar en större andel sedimentation på vintern (Fig.

6b; r=0,62; p=0,02). En korrelation finns också mellan sedimentationen som sker på vintern och den totala mängden sedimentation under året, där den totala mängden sediment är högre när det sker en större mängd vintersedimentation (Fig. 6a; r=0,72; p=0,002).

Höstnederbörden har också en positiv korrelation med sedimentationen som sker på vintern, när det är en större mängd höstnederbörd ökar SA

på vintern (Fig. 6c; r=0,58; p=0,02).

SA

under vintern visar även en svag positiv korrelation med medeltemperaturen under

vintern (Fig. 6d; r=0,49; p=0,047).

10

Figur 6. a) Vintersedimentationens påverkan på den årliga mängden sediment. b) Den årliga

nederbördsmängdens påverkan på hur stor andel av den årliga sedimentationen som sker på vintern. c) Mängden höstnederbörd och dess inverkan på sedimentackumulationshastigheten som sker på vintern. d)

Vintertemperaturens påverkan på sedimentackumulationshastigheten under vintern.

Andelen sedimentation som sker på sommaren korellerar med den totala mängden

sedimentation som sker under året, under år med låg total sedimentation så sker en större andel sedimentation på sommaren (r=-0,80; p=0,0003). Nederbördsmängden i maj visar ett positivt signifikant samband med andelen SA

i maj, där en högre nederbördsmängd ger en större andel SA

i maj (r=0,50; p=0,03).

Chl-a

visar en positiv korrelation med inomårsvariationen av medeltemperatur i luften under hela provtagningsperioden 2002-2021 (Bilaga 2; r=0,49; p=0,0001).

Korrelationsanalys mellan inomårsvariationen i medellufttemperatur och Chl-a

visar även en positiv korrelation (Bilaga 2; r=0,59; p=0,0003). Den korrelationen kan inte visas vid jämförelser mellan årsmedeltemperaturen i luft och Chl-a

fryspropparna (Bilaga 2;

r=0,22; p=0,39). Lufttemperaturen visar däremot en positiv korrelation med Chl-a

på 5- respektive 10 meters djup (r=0,48; p=0,01; r=0,66; p=0,0002), men inte mellan

lufttemperaturen och Chl-a

på 1, samt 16 meters djup (r=0,16; p=0,40; r=0,30; p=0,11).

Den kumulativa nederbördsmängden under våren visar en positiv korrelation med Chl-a

under våren, och med Chl-a

under sommaren mellan 2002-2020 (Bilaga 2; r=0,59;

11

p=0,013; r=0,73; p=0,002). Nederbördsmängden i maj visar utöver sambandet med SA

även en positiv korrelation med Chl-a

i sedimentet under våren, respektive sommaren (Bilaga 2; r=0,49; p=0,04; r=0,59; p=0,02). Vinternederbördsmängden visar en relativt stark korrelation med Chl-a

under höst/vinter (Bilaga 2; r=0,70; p=0,002). Under år med en större mängd snö under vintern visas även en positiv korrelation av Chl-a

under

hösten/vintern (Bilaga 2; r=0,51; p=0,04).

4 Diskussion

4.1 Jämförelser av sedimentackumulation

Eftersom SAR är högre i Z-fällan än S-fällan och fryspropparna går det att dra slutsatsen att det under den undersökta perioden inte har sedimenterats lika mycket material i Z- och S- fällan, respektive Z-fällan och fryspropparnas ytlager (Fig. 2). Oftast visar

provtagningsmetoderna relativt liknande resultat, men vissa provtagningsår finns en stor skillnad i resultat (Fig. 2). Att SAR

oftast visar högre sedimentation än SAR

och SAR

beror troligen på dess cylinderformade struktur (Bloesch & Burns 1980).

Cylinderformade sedimentfällor visar generellt en högre sedimentation än vad trattformade fällor (S-fällan) gör, speciellt vid smala och höga cylinderformade sedimentfällor (Z-fällan) eftersom det skapas ett motstånd kring dess väggar som kan bidra till en högre

sedimentation, vilket överensstämmer med resultatet i den här studien (Bloesch & Burns 1980). Trattliknande sedimentfällor har däremot en tendens att underskatta

sedimentationen, vilket förmodligen är anledningen till att SAR

visar relativt låga resultat i jämförelse med SAR

och SAR

(Fig. 2).

Att SAR

visar en viss variabilitet i resultat trots att de är tagna inom samma område och tidpunkt är inte förvånande, eftersom det finns en viss vågighet i sedimentet som medför en ojämn fördelning av sedimentet över botten (Bilaga 1; Gälman, Petterson & Renberg 2006;

Rydberg & Martínez-Cortizas 2014). Det bidrar troligen till osäkerheterna i beräkningen av hur sedimentmängden förändras av nedbrytning (Eq. 2) och kan vara en av anledningarna till att (Eq. 2) inte är statistiskt signifikant. Skillnaden i SAR

mellan olika frysproppar ger därför även svårigheter i jämförelserna med SAR med de båda sedimentfällorna, då SAR

visar en spatial variation i resultat mellan olika provtagningsplatser (Rydberg & Martínez- Cortizas 2014). Sammanfattningsvis så tenderar S-fällan att underestimera sedimentationen, Z-fällan kan ha överestimerat sedimentationen till följt av dess korta diameter och höga väggar, medan fryspropparna visar varierande resultat, vilket är viktigt att ta hänsyn till vid vidare jämförelser. Z-fällan är dock den sedimentfällan som visar minst tendenser till att över-/underestimera resultat och därför beror skillnaderna i sedimentation mellan

sedimentfällorna mest troligt på S-fällans underestimering av sedimentationen (Bloesch &

Burns 1980). Viktigt att notera är att det trots relativt stora skillnader i SAR

endast finns marginella skillnader i resultat från koncentrationsanalyser i sedimentet, exempelvis Chl-a (Rydberg & Martínez-Cortizas 2014; Rydberg et al. 2020).

Sedimentationsmönstrena över året beror förmodligen på olika saker (Fig. 3). Eftersom sedimentationen är låg mellan januari- april under de flesta åren är det troligen ett resultat av en mindre produktion i sjön under vinterperioden, kombinerat med en istäckt sjö som minskar intransporten av alloktont material (Ojala et al. 2013). Ojala et al. (2013) visar också att det sedimenterade materialet under vintern domineras av minerogent material, samt under den följande vårfloden. Därför bör det sedimenterade materialet mellan januari-april främst ha ett minerogent ursprung. Detta gäller även för perioden april-juni, eftersom vårfloden under den perioden transporterar en stor mängd eroderat material, men på våren har även den autoktona produktionen påskyndats och bör därmed utgöra en större andel av det sedimenterade materialet än tidigare (Ojala et al. 2013). Mängden sediment som

inkommer under snösmältningen är därför avgörande för om sedimentationstoppen sker i

12

maj eller juni. Att sedimentationstoppen sker just i maj eller juni är ett resultat av att de största vattentransporten (och därmed intransport av minerogent material) sker i maj och att produktiviteten är som störst i slutet av maj och sedimenterar i juni (Poister & DeGuelle 2005; Ojala et al. 2013). Det innebär att sedimentationstoppen förekommer i juni under år då primärproduktionen i sjön utgör en större del av sedimentationen under vår/tidig sommar, och under år med en stor intransport av minerogent material sker

sedimentationstoppen i maj, vilket i sin tur avgörs av hur stor snösmältningen är och därmed hur stort vattenflödet blir (Ojala et al. 2013). Eftersom sedimentationen under juli-december inte följer något tydligt mönster är det svårare att avgöra vad orsaken till variationen i

sedimentet är. En orsak till sedimentationstoppen som vid enstaka tillfällen sker i augusti kan vara en hög primärproduktion under sommaren som resulterar i en efterföljande sedimentation, som domineras av autoktont material (Ojala et al. 2013; Zolitschka et al.

2015). Sedimentationstoppen i december har troligen mindre innehåll av alger, och större andel minerogent material som har tillförts till sjön eftersom primärproduktionen under vintern är låg och sedimentationen består av utfällt material i vattenmassan och alloktont material (Renberg 1981b; Ojala et al. 2013). I detta fall är det förmodligen till följd av någon typ av störning i provtagningsområdet eftersom provtagningen visar en så pass avvikande vikt från andra provtagningar, vid beräkning av SAR.

4.2 Klorofyllinnehåll i sediment och vattenmassa

Att trenderna för klorofyllhalter i vattenmassan i högre grad överensstämmer med

sedimentets trender av klorofyllinnehåll desto djupare vattenprovtagningen har skett är inte överraskande, samt att det visas skillnader i Chl-a

-halter på olika djup (Fig. 4). Tidigare studier har visat att det sker nedbrytning av klorofyll redan i vattenmassan, vilket gör att provtagningar närmre ytan i vattenmassan generellt innehåller högre

klorofyllkoncentrationer än djupare vattenmassor (Carpenter, Elser & Elser 1986; Sun, Aller

& Lee 1991). De relativt stora skillnaderna i Chl-a

på olika djup är inte heller förvånande, eftersom primärproduktionen sker i epilimnion (1-5 m djup) och provtagningarna är tagna vid samma tidpunkt i vattenmassan. Det innebär att tiden det tar för Chl-a

att

sedimentera är avgörande för när liknande trender av klorofyll kan visas i sedimentet (Fig.

4). Alltså kommer det finnas en viss eftersläpning från provtagningar närmre ytan, på grund av tiden det tar innan kiselalger, och annat innehållande Chl-a sedimenterar till botten av sjön (Peperzak et al. 2003). Algerna sedimenterar till botten av sjön genom gravitation och sedimentfokusering som driver sedimentet till den djupaste delen av sjön (Blais & Kalff 1995). Det innebär att koncentrationen av Chl-a i sedimentfällorna påverkas av alger som sedimenterar i andra delar av sjön än där vattenprovtagningen har ägt rum, vilket är en annan faktor som kan förklara skillnader i Chl-a

och Chl-a i sedimentfällorna. Om

vattnet i sjön är stratifierat tar det också längre tid för sedimentationen att ske till följd av det låga utbytet mellan epi- och hypoliminion (Peperzak et al. 2003). Stratifieringen i

Nylandssjön medför därför att det kan ta längre tid innan trenderna av Chl-a

visas i Chl- a

. I kombination med att Chl-a

bryts ned under sedimentationen är det inte säkert att trenderna för Chl-a

replikeras tydligt i Chl-a

därefter. Vanligtvis återspeglar trender för Chl-a

trender i VRS-Chl-a relativt väl, men för att vidare undersöka hur det påverkas av stratifierade förhållanden i sjöar, sedimentfokusering och på olika djup krävs uppföljande studier under längre tidsperioder än vad som har använts i den här studien (Korosi et al. 2011). Framtida användning av Chl-a i sediment bör också ta hänsyn till den nedbrytning som sker i vattenmassan eftersom det visas signifikanta skillnader mellan Chl- a

-halter på olika djup, vilket i sin tur bör påverka klorofyllinnehållet i sedimentet.

Eftersom VRS-Chl-a tar hänsyn till en del av nedbrytningen genom indirekt mätning av

nedbrytningsprodukter från Chl-a är det en lämplig metod för framtida studier av

produktivitet i sjöar (Michelutti & Smol 2016; Rydberg et al. 2020).

13

4.3 Sedimentackumulation, klorofyll och väder

Mängden sedimentation under vintern har en relativt stor påverkan på den totala

sedimentationen (Fig. 6a). År då det är en högre årsnederbörd tenderar att medföra att en större andel av sedimentackumulationen sker på vintern (Fig. 6b). En högre årsnederbörd kan därmed orsaka en större mängd total sedimentation under året (Fig. 6a). Vid varmare år blir SAR

högre (Fig. 6a, 6d). Det kan bero på att tillväxt av kiselalger stimuleras under istäcket i sjön under varmare vintrar, vilket kan bero på att snösmältning och regn

transporterar kisel till sjön (Maier, Diehl & Bigler 2019). Det finns också en eftersläpande effekt av höstnederbörden på sedimentationen som sker under vintern, höstnederbörden för med sig minerogent material som sedimenterar under vintern, år med en större mängd höstnederbörd medför en högre sedimentackumulation på vintern (Fig. 6c; Wren et al. 2019).

En ökad vintersedimentation är mest troligt ett resultat av en ökad transport av minerogent material, eftersom sediment under vintern främst består av minerogent material till följd av låg produktion i sjön under den perioden (Ojala et al. 2013).

Som tidigare nämnts visar inomårsvariationen av sedimentation att den största mängden samt största andelen sedimentation vanligtvis sker i maj eller juni (Fig. 3). En större

nederbördsmängd i maj medför en högre sedimentation i maj samtidigt som det innebär en lägre andel sedimentation i juni. Inom år då en stor mängd nederbörd tillkommer i maj är en sedimentationstopp i maj istället för juni därför ett troligt scenario. Anledningen till det är att nederbörd kan medföra erosion, vilket i sin tur ger en högre tillförsel av sediment i

tillrinningsområdet (Abdellah et al. 2018). Under perioder med hög tillförsel av eroderat material domineras sedimentets beståndsdelar av minerogent material, speciellt under våren (Ojala et al. 2013; Poraj-Górska et al. 2017). Följaktligen bör den ökade

sedimentationsmängden i maj bero på en större erosion och tillförsel av alloktont material, orsakat av en högre kumulativ nederbördsmängd (utöver den tidigare diskuterade betydelsen av snömängden). En annan orsak till varför nederbörden för med minerogent material som sedimenterar i maj under de åren är att tillrinningsområdet i Nylandssjön består av

jordbruksmark där det finns större möjlighet till erosion och därmed tillförsel av minerogent material (Rydberg & Martinez-Cortizas 2014; Poraj-Górska et al. 2017). Den ökade tillförseln av minerogent material bör på grund av den ökade nederbördsmängden som ett resultat av klimatförändringar även ge större årliga avlagringar i det varviga sedimentet (Renberg 1981b;

IPCC 2018). För att säkerställa att det är fallet krävs uppföljande studier som bekräftar sedimentets innehåll under olika tidsperioder. Eftersom sedimenteringen i juni främst består av kiselalger med autoktont ursprung, kommer de under år med lägre nederbördsmängd i maj utgöra en större del av sedimentet till följd av en mindre betydande intransport av minerogent material (DeGuelle 2005). Alltså sker troligtvis sedimentationstoppen i juni (Fig.

3) till följd av autokton produktion av alger till skillnad från toppen i maj som troligen har ett högre andel minerogent innehåll. Det överensstämmer även med tidigare studier som har visat att vårfloden bidrar med minerogent material och följs av en vårblomning av alger (Petterson et al. 2010; Ojala et al. 2013). Sedimentationstoppen i juni kommer alltså inom år med lägre nederbörd i maj, eftersom transporten av minerogent material till sjön blir mindre och den autoktona produktionen har större betydelse för sedimentmängden.

Användandet av Chl-a i sediment som proxy för akvatisk primärproduktion indikerar att det antingen har skett en ökning i primärproduktionen mellan provtagningsåren, eller att en större mängd alger har sedimenterats och bidragit till högre Chl-a koncentration i sedimentfällorna, eftersom halterna av Chl-a

och Chl-a

har ökat under

provtagningsperioderna (Fig. 5; Michelutti et al. 2010). Chl-a

ökar till viss del under hela provtagningsperioden vid en högre lufttemperatur, eftersom det stimulerar produktionen av alger i vattenmassan, då högre temperaturer bidrar till ett effektiviserat näringsupptag, vilket kan vara en av förklaringarna till ökningen av Chl-a

, samt sambandet mellan

lufttemperaturen och Chl-a

på olika vattendjup (Bilaga 2; Michelutti et al. 2005; De

Senerpont Domis et al. 2014). Chl-a

har också ökat mellan olika år under vissa perioder,

till följd av en ökad nederbördsmängd under vintern (Bilaga 2). En ökad snömängd har även

14

bidragit till denna ökningen då det visar ett samband med klorofyllmängden under hösten/vintern (Bilaga 2). Det kan vara ett resultat av ökad transport av kisel från

vinternederbörden till sjön, speciellt under varmare vintrar som medför en högre tillväxt av kiselalger under istäcket (Maier, Diehl & Bigler 2019). Högre upplöst data behövs däremot för att dra den slutsatsen, eftersom klorofyllmätningarna sträcker sig över både hösten och vintern, vilket innebär att ökningen i Chl-a

lika gärna kan bero på en ökad produktivitet under hösten och därmed inte visa en kausalitet med vinternederbörden. Att den kumulativa vår/maj nederbördsmängden medför en ökad produktivitet under våren, respektive

sommaren är däremot rimligt eftersom en hög transport av minerogent material under våren ofta följs av en blomning av kiselalger, till följd av näringstransporten till sjön från bland annat jordbrukslandskapet och vittringsprodukter som möjliggör en högre primärproduktion (Bilaga 2; Ojala et al. 2013; Møller et al. 2015).

4.4 Relevans för framtida klimatförändringar

Varmare år och varmare vintrar medför en högre årlig SA

samt högre SA

under vintern, troligtvis till följd av en ökad produktivitet i akvatiska och terrestra system i kombination med en större nederbördsmängd som transporterar in mer material, både under vintern och andra delar av året (Michelutti et al. 2005; Maier, Diehl och Bigler 2019).

Eftersom lufttemperaturen väntas öka av klimatförändringar påverkar det därmed SA

och i framtiden kommer det leda till en högre årlig SA

samt högre SA

under vintern.

Som tidigare nämnts visar SA

relativt låga resultat, vilket innebär att den kommande ökningen i sedimentation kan vara större än vad som visas i den här studien.

Pågående klimatförändringar förväntas resultera i en ökning av globala mängden nederbörd, både medelnederbörden och mängden vinternederbörd, medan mängden sommarnederbörd väntas minska (IPCC 2018). I kombination med att resultaten i den här studien visar att en ökad nederbördsmängd medför en högre sedimentackumulation under vissa perioder av året kan det i framtiden innebära att sedimentackumulationen också kommer öka i samband med klimatförändringarna som ett resultat av den ökade nederbördsmängden. De

sedimentationsmönster som kan väntas i framtiden till följd av den förändrade

nederbördsmängden från klimatförändringar är: (1) Ökad årlig sedimentackumulation till följd av en ökad årlig nederbördsmängd. (2) Större mängd sedimentation samt en högre andel av den årliga sedimentationen sker på vintern till följd av ökad nederbördsmängd (Fig.

6). (3) Minskad sommarnederbörd medför ett mindre bidrag till den årliga

sedimentackumulationen, och en mindre andel sedimentation under sommaren ger en ökad mängd sedimentation under de andra årstiderna och generellt en högre årlig

sedimentackumulation.

Trots att det inte visas en korrelation mellan vinternederbörden och

sedimentackumulationshastigheten under våren är det ett samband som bör undersökas vidare i uppföljande studier för att se hur en ökad nederbörd till följd av klimatförändringar påverkar SA eftersom det i tidigare studier har visats att vårfloden påverkas av

snösmältningen som i sin tur ger en påverkar sedimentackumulationshastigheten samt vilken typ av material som sedimenterat (Johansson, Saarni & Sorvari 2019; Rydberg &

Martínez-Cortizas 2015). I den här studien användes inte data för snömängden under vintern, utan beräknades utifrån lufttemperaturen och väderdatat är inhämtat från en

väderstation relativt långt ifrån provtagningsområdet, vilket kan vara en av anledningarna till att ett samband mellan vinternederbörden och SA på våren inte kunde replikeras. Det långa avståndet från väderstationen innebär att de andra sambanden som har visats kan vara något annorlunda än vad som har visats. Ett intressant studieområde i framtiden är vad sedimentet under år med sedimentationstoppar i maj, respektive juni består av för att följa upp

resultaten som har diskuterats i den här studien och vidare studera hur klimatförändringar

kan påverka sedimentinnehållet inom och mellan olika år. Tidigare studier av Nylandssjön

har visat att dess sediment domineras av organiskt material, följt av minerogent material,

biogent kisel och kväve (Gälman, Petterson & Renberg 2006). Eftersom SA väntas öka av den

15

ökade nederbördsmängden och det påverkar den alloktona tillförseln kan minerogent material troligtvis utgöra en större andel av den årliga sedimentationen i framtiden. Gälman et al. (2009b) har visat att järninnehållet i varviga sediment har en påverkan på dess

utseende. Vintersedimentationen sker till stor del av järn som fälls ut i vattenmassan till följd av förändrade redoxförhållanden, och eftersom en ökad mängd årsnederbörd samt en högre vintertemperatur kan komma att öka mängden vintersedimentation (Fig. 6) så blir det även intressant att studera hur järninnehållet i sedimentet påverkas av de förändrade

vinterförhållandena (Renberg 1981b). Eftersom vintersedimentationen är som högst i november-december, som tidigare diskuterat troligtvis består av minerogent material lär utfällt järn utgöra en mindre andel av sedimentet innehåll i framtiden, till följd av en ökad intransport av minerogent material under tidiga delar av vintern.

Klimatförändringar väntas öka den inkommande nederbördsmängden och lufttemperaturen kommer det troligtvis medföra en högre primärproduktion inom år till följd av en ökad lufttemperatur, men också en ökad primärproduktion mellan olika år orsakat av en högre näringstillförsel till sjön vilket visas av att Chl-a

ökar. Primärproduktionen påverkar förekomsten av organismer i andra trofiska nivåer, alltså ger en ökad produktivitet effekter på hela ekosystemet (Karlsson et al. 2009). Följaktligen påverkas artsammansättningen i ekosystemet av primärproduktionen (Korhonen, Wang & Soininen 2011). Därför kan den ökade temperaturen och nederbörden indirekt påverka artsammansättningen och hela ekosystemets funktion. Klimatförändringar väntas också öka transporten av DOM (löst organiskt material) till sjöar eftersom varmare temperaturer bidrar till en större terrester produktion och en ökad nederbördsmängd transporterar DOM, vilket i sin tur kan reducera siktdjupet och därmed leda till lägre primärproduktion i sjön på lång sikt (Karlsson et al.

2009; Larsen, Andersen & Hessen 2011; Hamdan et al. 2021). Med det i åtanke kommer primärproduktionen i Nylandssjön att öka tills DOM i sjön begränsar den fotiska zonen. Hur stor ökningen i primärproduktion och dess effekter på ekosystemet väntas bli av

klimatförändringar behöver därför undersökas ytterligare, men en generell ökning i produktivitet, både inom, och mellan olika år kan väntas.

4.5 Slutsats

Sedimentackumulationen väntas öka till följd av högre temperatur och nederbördsmängd, orsakat av klimatförändringar, delvis av en högre akvatisk primärproduktion, men också av en större tillförsel av alloktont- samt minerogent material. Vid år med mer nederbörd under våren, speciellt i maj, kommer minerogent material utgöra den största delen av sedimentet, men bidrar också till en stor näringstillförsel och hög primärproduktion under sommaren.

Eftersom nederbördsmängden väntas öka av klimatförändringar kan den minerogena transporten till sjöar öka samt medföra mer frekventa sedimentationstoppar i maj, än i juni, samtidigt som en ökad nederbördsmängd även bidrar till en ökad produktivitet under våren, sommarn och vintern. Primärproduktionen kommer troligtvis fortsätta att öka tills att solljuset blir begränsande för produktionen, vid högre innehåll av DOM i sjön. Trender i Chl- a

avspeglar sedimentets trender i klorofyll bättre vid djupare vattenprovtagningar, till följd av att sedimentationstiden medför en eftersläpning innan trenderna visas i sedimentet.

Vid framtida användning av sedimentfällor och frysproppar för jämförelser av SA/SAR

behövs det tas hänsyn till fryspropparnas spatiala variation i resultat och de olika

sedimentfällornas tendenser att under-/överestimera sedimentationen, vilket även det

medför skillnader i resultat.

16

5 Referenser

Abdellah, M., Mohamed, H., och Farouk, D. 2018. The implication of climate change and precipitation variability on sedimentation deposits in Algerian dams. Arabian journal of geosciences 11(23). DOI: 10.1007/s12517-018-4100-7

Battarbee, R.W., och Bennion, H. 2011. Palaeolimnology and its developing role in assessing the history and extent of human impact on lake ecoystems. Journal of Paleolimnology 45(4):

399-404. DOI: 10.1007/s10933-010-9423-7

Bennion, H., Battarbee, R.W., Sayer, C.D., Simpson, G.L., och Davidson, T.A. 2011. Defining reference conditions and restoration targets for lake ecosystems using palaeolimnology: a synthesis. Journal of Paleolimnology 45(4): 533-544. DOI: 10.1007/s10933-010-9419-3 Besonen, M.R., Patridge, W., Bradley, R.S., Francus, P., Stoner, J.S., och Abbott, M.S. 2008.

A record of climate over the last millennium based on varved lake sediments from the Canadian High Arctic. The Holocene 18(1): 169-180. DOI: 10.1177/0959683607085607 Bindler, R. 2006. Mired in the past - looking to the future: Geochemistry of peat and the analysis of past environmental changes. Global and Planetary Change 53(4): 209-221. DOI:

10.1016/j.gloplacha.2006.03.004

Blais, J.M., och Kalff, J. 1995. The influence of lake morphometry on sediment focusing.

Limnology and Oceanography 40(3): 582-588. DOI: 10.4319/lo.1995.40.3.0582 Bloesch, J., och Burns, N.M. 1980. A critical review of sedimentation trap technique.

Schweizerische Zeitschrift fur Hydrologie- Swiss Journal of Hydrology 42(1): 15-55. DOI:

10.1007/BF02502505

Carpenter, S.R., Elser, M.M., och Elser, J.J. 1986. Chlorophyll production, degradation, and sedimentation: Implications for paleolimnology. Limnology and Oceanography 31(1): 112- 124. DOI: 10.4319/lo.1986.31.1.0112

De Senerpont Domis, L.N., Van de Waal, D.B., Halmsing, N.R., Van Donk, E., och Mooij, W.M. 2014. Community stoichiometry in a changing world: combined effects of warming and eutrophication on phytoplankton dynamics. Ecology 95(6): 1485-1495. DOI: 10.1890/13- 1251.1

Florian, C.R., Miller, G.H., Fogel, M.L., Wolfe, A.P., Vinebrooke, R.D., och Geirsdóttir, Á.

2015. Algal pigments in Arctic lake sediments record biogeochemical changes due to Holocene climate variability and anthropogenic global change. Journal of

Paleolimnology 54(1): 53-69. DOI: 10.1007/s10933-015-9835-5

FOSS Analytics. 2021. Foss analytics. https://www.fossanalytics.com/en (Hämtad 2021-05- 06).

Gälman, V., Petterson, G., Renberg, I. 2006. A comparison of sediment varves (1950-2003 AD) in two adjacent lakes in northern Sweden. Journal of Paleolimnology 35(4): 837-853.

DOI: 10.1007/s10933-005-5952-x

Gälman, V. 2009. Varved lake sediments and diagenetic processes. Diss., Umeå universitet.

https://umu.diva-portal.org/smash/get/diva2:145344/FULLTEXT01.pdf

17

Gälman, V., Rydberg, J., och Bigler, C. 2009a. Decadal diagenetic effects on delta C-13 and delta N-15 studied in varved lake sediment. Limnology and Oceanography 54(3): 917–924.

DOI: 10.4319/lo.2009.54.3.0917

Gälman, V., Rydberg, J., Shcukarev, A., Sjöberg, S., Martínez-Cortizas, A., Bindler, R., och Renberg, I. 2009b. The role of iron and sulfur in the visual appearance of lake sediment varves. Journal of Paleolimnology 42(1): 141-153. DOI: 10.1007/s10933-008-9267-6 Hamdan, M., Byström, P., Hotchkiss, E.R., Al-Haidarey, M.J., Karlsson, J. 2021. An experimental test of climate change effects in northern lakes: Increasing allochthonous organic matter and warming alters autumn primary production. Freshwater Biology 66(5):

815-825. DOI: 10.1111/fwb.13679

IPCC, 1991: Climate Change: The IPCC Scientific Assesment. Report prepared for IPCC by working Group 1 [Houghton, J.T., Jenkins, G.J., Ephraums, J.J. (eds.)]. Meteorological Office, Bracknell, United Kingdom.

IPCC, 2014: Climate Change 2014: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Core Writing Team, R.K. Pachauri and L.A. Meyer (eds.)]. IPCC, Geneva, Switzerland, 151 pp.

IPCC, 2018: Summary for Policymakers. In: Global Warming of 1.5°C. An IPCC Special Report on the impacts of global warming of 1.5°C above pre-industrial levels and related global greenhouse gas emission pathways, in the context of strengthening the global response to the threat of climate change, sustainable development, and efforts to eradicate poverty [Masson-Delmotte, V., P. Zhai, H.-O. Pörtner, D. Roberts, J. Skea, P.R. Shukla, A. Pirani, W.

Moufouma-Okia, C. Péan, R. Pidcock, S. Connors, J.B.R. Matthews, Y. Chen, X. Zhou, M.I.

Gomis, E. Lonnoy, T. Maycock, M. Tignor, and T. Waterfield (eds.)]. World Meteorological Organization, Geneva, Switzerland.

Johansson, M., Saarni, S., och Sorvari, J. 2019. Ultra-High-Resolution Monitoring of the Catchment Response to Changing Weather Conditions Using Online Sediment Trapping.

Quaternary 2(2). DOI: 10.3390/quat2020018

Kaal, J., Martínez-Cortizas, A., Rydberg, J., och Bigler,C. 2015. Seasonal changes in

molecular composition of organic matter in lake sediment trap material from Nylandssjön, Sweden. Organic Geochemistry 83-84: 253-262. DOI: 10.1016/j.orggeochem.2015.04.005 Karlsson, J., Byström, P., Ask, J., Ask, P., Persson, L., och Jansson, M. 2009. Light limitation of nutrient-poor lake ecosystems. Nature 460(7254): 506-509. DOI: 10.1038/nature08179 Korhonen, J.J., Wang, J., och Soinonen, J. 2011. Productivity-Diversity Relationships in Lake Plankton Communities. PloS One 6(8). DOI: 10.1371/journal.pone.0022041

Korosi, J.B., Burke, S.M., Thienpont, J.R., och Smol, J.P. 2011. Anomalous rise in algal production linked to lakewater calcium decline through food web interactions. Proceedings of the Royal Society B-Biological Sciences 279(1731): 1210-1217. DOI:

10.1098/rspb.2011.1411

Larsen, S., Andersen, T., Hessen, D.O. 2011. Climate change predicted to cause severe increase of organic carbon in lakes. Global Change Biology 17(2): 1186-1192. DOI:

10.1111/fwb.12468

18

Maier, D.B. 2017. Combining limnology and paleolimnology: A refined understanding of environmental sediment signal formation i a varved lake. Diss., Umeå universitet.

http://umu.diva-portal.org/smash/get/diva2:1097345/FULLTEXT01.pdf

Maier, D.B., Diehl, S., och Bigler, C. 2019. Interannual variation in seasonal diatom

sedimentation reveals the importance of late winter processes and their timing for sediment signal formation. Limnology and Oceanography 64(3): 1186-1199. DOI: 10.1002/lno.11106 Michelutti, N., Wolfe, A.P., Vinebrooke, R.D., Rivard, B., och Briner, J.P. 2005. Recent primary production increases in arctic lakes. Geophysical Research Letters 32(19).

DOI: 10.1029/2005GL023693

Michelutti, N., Blais, J.M., Cumming, B.F., Paterson, A.M., Ruhland, K., Wolfe, A.P., och Smol, J.P. 2010. Do spectrally inferred determinations of chlorophyll a reflect trends in lake trophic status? Journal of Paleolimnology 43(2): 205-217. DOI: 10.1007/s10933-009-9325-8 Michelutti, N & Smol, JP. 2016. Visible spectroscopy reliably track trends in paleo-

production. Journal of Paleolimnology 56(4): 253-265. DOI: 10.1007/s10933-016-9921-3 Møller, A.P., Flensted-Jensen, E., Laursen, K., och Mardal, W. 2015. Fertilizer Leakage to the Marine Environment, Ecosystem Effects and Population Trends of Waterbirds in Denmark.

Ecosystems 18(1): 30-44. DOI: 10.1007/s10021-014-9810-4

Ojala, A.E.K., Francus, P., Zolitschka, B., Besonen, M., och Lamoureux, S.F. 2012.

Characteristics of sedimentary varve chronologies- A review. Quaternary Science Reviews 43: 45-60. DOI: 10.1016/j.quascirev.2012.04.006

Ojala, A.E.K., Kosonen, E., Weckström, J., Korkonen, S., och Korhola, A. 2013. Seasonal formation of clastic-biogenic varves: the potential for palaeoenvironmental interpretations.

GFF 135(3-4): 237-247. DOI: 10.1080/11035897.2013.801925

Petterson, G., Renberg, I., Sjöstedt-de Luna, S., Arnqvist, P., och Anderson, N.J. 2010.

Climatic influence on the inter-annual variability of late-Holocene minerogenic sediment supply in a boreal forest catchment. Earth Surface Processes and Landforms 35(4): 390- 398. DOI: 10.1002/esp.1933

Peperzak, L., Colijn, F., Koeman, R., Gieskes, W.W.C., Joordens, J.C.A. 2003. Phytoplankton sinking rates in the Rhine region of freshwater influence. Journal of Plankton Research 25(4): 365-383. DOI: 10.1093/plankt/25.4.365

Poister, D., och DeGuelle, C. 2005. The influence of particle size distribution and

composition on seasonal sedimentation rates in a temperate lake. Hydrobiologia 537: 35-46.

DOI: 10.1007/s10750-004-1711-7

Polis, G.A., Anderson, W.B. och Holt, R.D. 1997. Toward an Integration of Landscape and Food Web Ecology: The Dynamics of Spatially Subsidized Food Webs. Annual review of ecology and systematics 28: 289-316. DOI: 10.1146/annurev.ecolsys.28.1.289

Poraj-Górska, A.I., Zarczynski, M.J., Ahrens, A., Enters, D., Weisbrodt, D., och Tylmann, W.

2017. Impact of historical land use changes on lacustrine sedimentation recorded in varved sediments of Lake Jaczno, northeastern Poland. Catena 153: 182-193. DOI:

10.1016/j.catena.2017.02.007

Renberg, I. 1981a. Improved methods for sampling, photographing and varve-counting of

varved lake sediments. Boreas 10(3): 255-258. DOI: 10.1111/j.1502-3885.1981.tb00486.x