Hoppa till huvudinnehåll

Fokus Askö


Bottnar och fria vattenmassan i samspel?

Caroline Raymond, Ola Svensson, Ulf Larsson, Helena Höglander, Svante Nyberg, Hans Kautsky, Elena Gorokhova , Brita Sundelin & Jonas Gunnarsson, Stockholms universitet. Publicerad: 2016-02-10

I Asköområdet genomförs nationell och regional miljöövervakning som genererar flera långa och unika mätserier. Inom varje program har man kunnat se förändringar till exempel i koncentrationer av näringsämnen, temperatur, salthalter samt artsammansättning av djurplankton och sedimentlevande djur. Hittills har resultaten främst analyserats inom respektive program och endast i vissa fall länkats ihop med förändringar inom de andra programmen. Arbetet med denna artikel är ett försök att ta reda på hur olika delar av ekosystemet samverkar och svarar på variationer i miljön.

Förändringar sker ständigt i vår miljö, vissa är naturliga medan andra är orsakade av människan. Först när man har tillräckligt långa mätserier är det möjligt att särskilja förändringarna från naturliga mellanårsvariationer. Asköområdet ligger i Trosa skärgård i Södermanlands län, och sedan 1960-talet har marin forskning bedrivits där. Med tiden har denna forskning utvecklats till flera miljöövervakningsprogram som fortfarande pågår; växtplankton, djurplankton, kemiska och fysikaliska data, vegetationsklädda bottnars växt-och djursamhällen, sedimentlevande makrofauna samt vitmärlans reproduktion. Området ligger öppet och relativt exponerat, vilket gör att det är starkt påverkat av öppna Östersjön, medan påverkan av landavrinning är liten. Detta gör området väl lämpat som referensområde för miljöövervakning. Övervakningsprogrammen förväntas främst ge information om övergödningssituationen och klimatförändringar, och övervakningen av vitmärlans reproduktion fångar även upp påverkan av miljögifter. Tillsammans utgör provtagningsstationerna ett sammanhållet LTER (Long Term Ecological Research)-område som även omfattar Himmerfjärden och havsområdet ut till Landsortsdjupet. Sammantaget ger provtagningarna i Asköområdet värdefull information om långtidsförändringar i vår miljö. Miljöövervakningsprogrammen spänner över många olika delar av ekosystemet och eftersom de bedrivs inom samma område ger det en unik möjlighet att utvärdera vilka delekosystem som svarar på förändringar i miljö och klimat.

 

FAKTA: Förändringar i korthet

  • Medeltemperaturen i ytvattnet har ökat sedan början av 1990-talet.
  • Salthalten har ökat sedan början av 2000-talet.
  • Blåstångens medeldjuputbredning har ökat.
  • Tidigare vårblomning men ingen markant förändring i storlek eller sammansättning.
  • Aphanizomenon sp., en cyanobakterieart, har ökat under sommaren.
  • Djurplanktons biomassa har minskat.
  • Det bentiska kvalitetsindexet (BQI) har ökat sedan 2000-talets början efter att ha minskat under de föregående 20-åren.
  • År 2001 uppvisade vitmärlorna reproduktionsstörningar.

Salthalten ökar

Det exponerade Asköområdet påverkas i hög grad av det som sker i öppna havet. Salthalten har till exempel minskat sedan mitten av 1980-talet och fram till millennieskiftet, då halterna börjat öka igen (medelvärde mars–maj), vilket är samma mönster som i öppna Östersjön. Årsmedeltemperaturen i ytskiktet (0–20 meter) har ökat, vilket huvudsakligen skedde under några få år i slutet av 1980- och början på 1990-talet. Skillnaden i temperatur mellan yt- och bottenvatten har ökat under sommaren, vilket kan bidra till en skarpare skiktning av vattenmassan. För det marina livet är näringsämnen som kväve och fosfor nödvändiga för att växtplankton och alger, som utgör basen i näringsväven, ska kunna tillväxa. För mycket näringsämnen resulterar dock i alltför stor tillväxt av växtplankton och fintrådiga fastsittande alger, vilket bland annat leder till grumligare vatten och ökad sedimentation. Därmed får alger som växer djupare ner inte tillräckligt med ljus. Kustvattnets koncentrationer av näringsämnen under vintern är något högre jämfört med i öppna havet, men följer förändringen där väl. Koncentrationerna av både oorganiskt kväve (DIN) och fosfor (DIP) ökade fram till början av 1990-talet, men minskade därefter. Halten av oorganiskt kväve är nu åter på samma nivå som när mätningarna började på 1970-talet, medan den oorganiska fosforn har ökat sedan millennieskiftet.

En kedja utan självklara länkar

Storleken på vårblomningen bestäms framför allt av tillgången på oorganiskt kväve i vattenmassan under vintern. Mängden sedimenterande föda till bottenlevande organismer bör därför ha påverkats vid det oorganiska kvävets uppgång till mitten av 1990-talet och nedgången därefter. Denna förändring syns dock inte tydligt i till exempel vårens medelkoncentration av klorofyll a. Däremot har klorofyll a ökat under sommaren vilket har bidragit till sämre siktdjup. Koncentrationen av syrgas i djupvattnet når i Asköområdet relativt sällan kritiska nivåer för djurlivet (mindre än 2 mg/ liter). Låga syrekoncentrationer har dock uppmätts vid tre tillfällen; 1977, 2003 och 2009. Syreminimum inträffar oftast under augusti–oktober, men kan också ske i samband med inträngning av syrefattigt djupvatten från Östersjön, vilket till exempel skedde i mars 2009.

 

Årsmedeltemperaturen i ytvattnet (0–20 meter) steg i slutet av 1980- och början av 1990-talet. Bottenvattnets (30–40 meter) årsmedelvärde för salthalt sjönk fram till 2000-talet, för att sedan åter öka (observera att skalan för salthalt inte börjar vid 0). Förändringarna i salthalt är likvärdig i hela vattenmassan. Prickarna i diagrammen är medelvärde för 5 år.

Vinterns maximala koncentrationer av både oorganiskt kväve (DIN) och fosfor (DIP) innan vårblomningens start ökade fram till början av 1990-talet, och gick sedan ned. Vinterhalterna av oorganiskt kväve är idag tillbaka på samma nivå som då mätningarna började på 1970-talet, medan den oorganiska fosforn återigen har ökat sedan millennieskiftet. Data från 0–20 meters djup.

 

Syreminimum når sällan kritiska nivåer (mindre än 2 mg/l) i Asköområdet på 30–40 meters djup. Kritiska nivåer har dock uppmätts vid tre tillfällen: 1977, 2003 och 2009. Ringarna i diagrammet visar vilken månad syreminimum har infallit, vanligen under hösten. Låga syrenivåer kan också ske vid inträngning av syrefattigt djupvatten, vilket skedde i mars 2009. Syreminimumvärden mäts 2 meter över botten och kan därmed vara högre än faktiskta förhållanden vid bottnen.

Ökad djuputbredning av blåstång

Blåstångens djuputbredning har ökat kring Askö de senaste 20 åren. Foto: Hans Kautsky
Blåstången Fucus vesiculosus är en flerårig brunalg som också är en viktig livsmiljö för många organismer. I Östersjön kan den växa ända ned till 14 meters djup, men oftast växter den på 7–9 meters djup i ytterskärgården och på 4 meter i innerskärgården. I Asköområdet har blåstången ökat sin medeldjuputbredning (medelvärde för 30 transekter) från runt 3 meter i början av 1990-talet till nästan 5 meter i början av 2010-talet. Förändringarna är betydande i mellanskärgården där medeldjupet förändrats från cirka 2 till 4 meters djup och minst i ytterskärgården där medeldjupet bara ökat med drygt en meter. I innerskärgården är det tillgången på hårda ytor som oftast är begränsande för tångens djuputbredning, men även i innerskärgården har vi observerat att tången växer djupare (i medeltal från 3,4 till 5,6 meter). En ökad djuputbredning av blåstång har även observerats inom flera andra områden i Östersjön, till exempel i Stockholms skärgård och Ålands hav. I dessa områden har en avsevärd förbättring skett sedan 1980-talet, och idag går tången lika djupt ner som på 1940-talet.

Mindre näring ger mer tång?

En rimlig hypotes är att blåstångens ökade djuputbredning är kopplad till klarare vatten på grund av minskad näringstillgång under våren (mars–maj), eftersom blåstången framför allt reproducerar sig en eller två gånger på våren vid fullmåne och i relativt lugnt väder. Det är ganska sällan förhållandena för reproduktionen är ideala, vilket medför att tången får svårt att återetablera sig i områden där den en gång försvunnit. Minskad näringstillgång begränsar tillväxten av frilevande alger och mängden partiklar i vattenmassan och man kan förvänta sig bättre ljustillgång för de fastsittande växterna på bottnarna. Inga statistiskt signifikanta samband hittades dock mellan den ökade djuputbredningen av blåstång och mätresultat från stationen i det fria vattnet (närsalter, siktdjup, klorofyll och temperatur). Under samma period som blåstången har ökat i djuputbredning har även filtrerare och detritivorer, det vill säga djur som gynnas av plankton och förmultnande material, minskat på de vegetationsklädda bottnarna i Asköområdet. Detta står i motsats till utvecklingen i vattenmassan där mätdata tyder på en utveckling med till exempel mer klorofyll. Jämförelser med olika mätningar i det fria vattnet har inte kunnat förklara vilka faktorer eller under vilken del av året de har en avgörande betydelse för den förbättrade djuputbredningen av blåstång och förändringen i djurlivet. Möjligen kan sambanden döljas av det faktum att referensstationen i den fria vattenmassan är relativt exponerad i jämförelse med de undersökta lokalerna i programmet för de vegetationsklädda bottnarnas växt- och djurliv.

 

Blåstången Fucus vesiculosus har ökat i medeldjuputbredning inom samtliga områden.

Tidigare vårblomning

Växtplankton är mikroskopiska alger och basen i havets näringsväv. Under relativt kort tid kan planktonalger ha stark tillväxt och bilda algblomningar. I Östersjön har vi flera perioder av växtplanktonblomningar under året. Den första, och oftast också den största, är vårblomningen som brukar ske i april och ge basföda åt många organismer. Vårblomningen i Egentliga Östersjön, dominerad av kiselalger och dinoflagellater, avtar när tillgängligt kväve tar slut. Klorofyllhalten i vattnet används ofta som ett mått på växtplanktons biomassa, då den är både billigare och lättare att mäta än att analysera växtplankton i mikroskop. Långtidstrender visar att vårens klorofyllmaximum infaller ungefär tio dagar tidigare på året sedan början av 2000- talet jämfört med de tidigare årtiondena i mätserien. Däremot kan vi inte se någon förändring i vårblomningens storlek eller i förhållandet mellan kiselalger och dinoflagellater.

Kvävefixerande cyanobakterier ökar

Den andra stora blomningsperioden infaller under sommaren och domineras av cyanobakterier. Till skillnad från övriga växtplankton kan flera cyanobakteriearter fixera kvävgas och deras tillväxt begränsas istället av tillgången på fosfor. För sommarens kvävefixerande cyanobakterier har detskett en tydlig uppgång i biomassa av arten Aphanizomenon sp. (även kallad knippvattenblom) sedan mitten av 1990-talet. Den ökade biomassan sammanfaller med ökningen av medeltemperaturen i vattenmassan under sommaren. En möjlig förklaring är att temperaturökningen förlänger tillväxtsäsongen för Aphanizomenon som växer bäst vid temperaturer över 15 grader. En stabilare skiktning av vattenmassan under sensommaren kan också bidra. De kvävefixerande cyanobakterierna utgör nu runt en fjärdedel av den totala biovolymen av sommarens växtplanktonsamhälle. En ökning av den totala biovolymen av växtplankton under sommaren har inte observerats.

Förändringar bland djurplankton

Djurplankton utgör en viktig länk i näringsväven mellan växtplankton och högre nivåer, då de själva utgör föda för till exempel pungräkor, fisklarver och djurplanktonätande fisk som skarpsill och strömming. I Asköområdet finns miljöövervakningsdata över djurplankton från 1976 och framåt. Utvärdering av data från tidsserien visar att det totala antalet individer under sommartid inte har förändrats nämnvärt. Den totala biomassan av djurplankton har däremot minskat sedan mitten av 1990-talet. Anledningen till att den totala biomassan har påverkats, men inte antalet individer, är en förändring i artsammansättningen. Fram till mitten av 1990-talet var hoppkräftor (Copepoder) dominerande, därefter minskade deras andel och framför allt hjuldjur (Rotifera) och i viss mån även hinnkräftor (Cladocerer) ökade i motsvarande grad. Hoppkräftorna är större än hjuldjur och hinnkräftor, så även om det totala antalet individer varit oförändrad har det skett en signifikant minskning av biomassan.

Små djurplankton ger mindre näring

Hypotesen var att hoppkräftornas minskning var kopplad till förändringar i miljön, som kraftigare sommarblomningar av kvävefixerande cyanobakterier, men även till förändringar i syrehalt, temperatur och salthalt. Hypotesen testades med hjälp av en regressionsanalys och resultaten tyder på att hoppkräftornas andel av djurplanktonsamhället ökar med ökad temperatur och syrehalt och minskar med ökad cyanobakteriemängd. Inga statistiskt signifikanta effekter av förändrad salthalt hittades. Resultaten tyder på att miljöförhållan-dena under 2000-talet gynnat hjuldjur och hinnkräftor. Konsekvenserna för det marina samhället kan bli sämre näringskvalitet och födotillgång för djurplanktonätande fiskarter samt en minskad betning av växtplankton.


 

Korrelationen mellan hoppkräftornas andel av biomassan och ökad biovolym av cyanobakterier är signifikant negativ. Med andra ord, hoppkräftornas andel av den totala biomassan minskar när cyanobakte0,0 rierna ökar. Värdena är transformerade.

Lägre syrehalter påverkar bottendjur

Sedimentlevande ryggradslösa djur, ofta benämnda makrofauna eller bottenfauna, är relativt stationära och har förhållandevis långa livscykler. Olika arter reagerar olika på stress och makrofaunans sammansättning kan därmed säga något om förhållandena på och i bottnarna. Östersjömusslan Macoma balthica kan till exempel överleva i över en vecka under syrefattiga förhållanden. Om perioderna med syrebrist är så långa att de tar död på musslorna tar det flera år innan populationen är återställd, eftersom östersjömusslan vanligen reproducerar sig först vid fem till tio års ålder. Andra arter är mer känsliga för låga syrehalter. Detta gäller till exempel vitmärlorna Monoporeia affinis och Pontoporeia femorata, som vanligen reproducerar sig när de är ungefär två år. Ett sätt att bedöma miljötillståndet utifrån bottenfaunasamhället är att använda sig av det bentiska kvalitetsindexet BQI. I detta index integreras arternas sammansättning och deras känslighet för olika typer av stress, framför allt syrebrist. I Asköområdet visar BQI generellt på en nedåtgående trend sett över alla år sedan 1981. Detta gäller framför allt de 10 (av 20) stationer som ligger djupare än 30 meter. På de 10 grundare stationerna syns ingen större förändring sett över hela tidsperioden. Det är högst sannolikt att de djupare stationerna periodvis utsätts för låga syrehalter. Haloklinen, det salthaltssprångskikt som separerar sötare överliggande vatten från djupare, saltare och mer syrefattigt vatten, kan ställa sig så snett vid en storm att uppvällning av det djupare syrefattiga vattnet kan tränga in i kustområdet. Uppmätt syreminimum på djup mellan 30-40 meter har, i likhet med BQI, en negativ trend i området. Korrelationen mellan BQI och uppmätta årsminimumvärden för syrehalt är statistiskt signifikant.

Salthalten påverkar också

Även salthalten har förändrats med tiden. I början av 1980-talet uppmättes årsmedelvärden för djupvattnets (30-40 meter) salthalt till runt 7,3 för att sedan minska till 6,5 fram till 2001. Efter 2001 har salthalten gått upp igen, för att i början av 2010-talet åter vara nära 7. Den förändrade salthalteni Asköområdet är också signifikant korrelerad med områdets BQI-värden. Kompletterande artspecifika analyser bör göras för att fullt ut förstå processerna av förändrade syre- och salthalter och dess ekologiska konsekvenser på bottnarna. Även om BQI-trenden över hela mätserien (1981–2012) är negativ kan vi sedan början av 2000-talet se en positiv utveckling med högre värden. Detta gäller även för uppmätt salthalt samt årsminimumvärden för syrehalt, även om syre har kraftiga mellanårsvariationer. En annan förändring i makrofaunasamhället är tillkomsten av den för Östersjön nya havsborstmasken Marenzelleria spp. Den påträffades i området i slutet av 1990-talet, och har därefter blivit en av de dominerande arterna.

Havsborstmasken Marenzelleria påträffades första gången i slutet av 1990-talet i området och är nu en av de dominerande arterna i bottendjursamhället. Foto: Terése LarssonBild: Terese Larsson


Status för bottendjur

Bottendjursamhällets kvalitetsindex BQI tar hänsyn till arternas känslighet för förändringar i miljön (10 stationer i respektive djupintervall). För det grundare intervallet (9,5–27 m) har BQI varit relativt oförändrad över tid. I det djupare intervallet (33–60 m) skedde en nedgång fram till 2000-talet. Sedan dess har värdena åter börjat stiga. Förändringen i det djupare intervallet följer förändringarna i både salthalt och syreminimum.

Förändrad förekomst av vitmärlor

Två andra nyckelarter i makrofaunasamhället är vitmärlorna Monoporeia affinis och Pontoporeia femorata. Vitmärlorna är klassade med det högsta känslighetsvärdet i BQI-indexet samtidigt som de kan uppnå relativt höga tätheter, vilket medför att de har stor påverkan på indexet. Vitmärlornas förekomst har fluktuerat sedan 1981, med generellt högre tätheter under 1980-talet. År 2002 fanns det enligt mätningarna bara runt 70 vitmärlor per kvadratmeter i Asköområdet, vilket kan jämföras med 1981, då motsvarande siffra var 750 individer per kvadratmeter (medelvärde 20 stationer).

Sedan 1993 övervakas också vitmärlornas reproduktion för att på ett tidigt stadium kunna upptäcka effekter av miljögifter. I Asköområdet påvisades det inom detta program reproduktionsstörningar på vitmärlorna år 2001, med låg äggproduktion och hög andel missbildade embryon och döda äggsamlingar. Detta kan förklara det låga antalet individer i makrofaunaprogrammet år 2002, eftersom vitmärlorna är strax över ett år när de samlas in inom detta program.

Vitmärlan Monoporeia affinis är känslig för syrebrist, framför allt under reproduktionsperioden. Foto: Brita Sundelin


 

Vitmärlorna Monoporeia affinis och Pontoporeia femorata är två nyckelarter i bottendjursamhället. Figuren till vänster visar att antalet individer har minskat sedan 1980-talet, med de lägsta uppmätta tätheterna år 2002. Figuren visat medelvärden från 20 stationer. Figuren till höger visar andelen döda äggsamlingar hos vitmärlan Monoporeia affinis som 2001 uppvisade ett högt antal döda äggsamlingar i Egentliga Östersjön. 

Syrebrist huvudsaklig orsak

Missbildade embryon uppstår framför allt till följd av miljögifter som metaller och organiska föroreningar i sedimentet. Syrebrist påverkar istället äggen under dess utvecklingsfas och ger upphov till delvis eller helt döda äggsamlingar. Den mycket höga frekvensen av honor med döda äggsamlingar orsakades sannolikt av låga syrenivåer som uppmättes under tiden för gonadernas (ägganlagens) mognad i september 2000 (0,8 mg/liter, mätt strax ovan sedimentytan). Vitmärlan är känsligast för syrebrist när gonaderna mognar från juli till november/december då parningen sker. Studier i Vättern har visat att även låg kiselalgsproduktion ger outvecklade ägg, eftersom äggen stannar i utvecklingen innan de olika organen bildas. De analyser vi har gjort pekar dock inte på någon markant förändring av tillgängliga kiselalger i Asköområdet. I miljön är det med andra ord en mängd olika faktorer som påverkar reproduktionen och kunskapen om samverkanseffekter av olika stressfaktorer är begränsad och det krävs utökade studier av multipel stress för att klart förstå sambanden.

Att se nya samband

Genom att samanalysera data från olika program kan vi bättre förstå förändringar i havsmiljön, om alla eller bara vissa delsystem påverkas och om det finns samband mellan olika delsystems respons på förändringarna. En viktig förutsättning för analysen är att data samlas in från samma område, att provtagning sker kontinuerligt och med rätt tidsupplösning. Denna artikel är ett första steg i att länka samman de unika tidsserier som finns från Asköområdet i de olika miljöövervakningsprogrammen. De samband, eller möjliga sådana, som tas upp i artikeln utgör endast några exempel från respektive dataset. Kopplingarna mellan olika delar i näringsväven i vattenmassan och vegetation samt djur vid bottnarna är många, men inte lätta att påvisa. Till exempel visar mätdata från havsbottnens växt-och djursamhällen positiva trender sedan början av 2000-talet. Det är ännu oklart hur dessa förändringar är kopplade till förändringar i det fria vattnet. En utförligare analys behöver göras innan vi bättre kan svara på hur förändrade närsaltshalter och klimatförändringar påverkar vår kustmiljö och vad som kan ligga bakom de förändringar i artsammansättning vi kan se i olika delar av ekosystemet.