Nye metoder gør det muligt at følge søens puls

Peter Anton Stæhr

Udvikling af nye målemetoder gør det muligt at følge den daglige udvikling i de forhold som styrer stofomsætningen i en sø. Dette åbner døren for en meget detaljeret indsigt i søernes komplicerede liv, og forbedrer vores evne til at forstå og modvirke konsekvenserne af menneskeskabte miljøforandringer.

Søers stofomsætning
Søer har ligesom mennesker brug for ilt til at fordøje den tilførte føde. I modsætning til mennesker, foregår der en også en betydelig produktion af ilt i forbindelse med at søens planter optager energi fra sollyset og laver nyt plantemateriale ved en proces kaldet fotosyntese. Ændringer i søers iltindhold, afspejler på dynamisk vis den biologiske balance (~stofomsætning) mellem planternes produktion af ilt og iltforbruget (~respiration) fra alle søens organismer. Hertil kommer en fysisk udveksling af ilt med luften som påvirkes af vindforholdene og tilførsel af iltfattigt grundvand (Figur 1).

Figur 1. Iltkoncentration i en sø reguleres af den biologiske aktivitet samt til og fraførelse af ilt fra luften og af indsivende iltfattigt grundvand. Søens stofomsætning kan bestemmes ved at følge ændringer i søens iltkoncentration.

Hvad styrer søens stofomsætning?
Mens vi længe har vidst at sæsonbetingede ændringer i lys og temperatur og næringssalt forhold styrer den årlige variation, har vi først for nyligt erkendt at der foregår betydelige kortvarige (~minutter, timer og dage) variationer i søens stofomsætning. Vekslende lysforhold forklarer en stor del af disse variationer, men langt fra det hele. Den seneste forskning tyder på et kompliceret samspil af fysiske, kemiske og biologiske forhold, som kun detaljerede og følsomme målinger kan afsløre.

Forskellige typer af søer fungerer endvidere fundamentalt forskelligt. Vi ved f.eks. at en brunvandet skovsø har et ganske anderledes stofskifte end f.eks. en lys åben klarvandet sø. Dette skyldes især de dårlige lysforhold og en større tilførsel af svært nedbrydelige blade fra skoves træer. Det er også velkendt at tilførsel af næringssalte (eutrofiering) ændrer stofskiftet i en sø ved at stimulere opformeringen af planktoniske mikroalger. Endelig er der stærke indikationer på at den igangværende klimaopvarmning vil ændre grundlæggende på stofbalancen i tempererede søer.
 

Frivandsmålinger
De daglige ændringer i søens stofomsætning kan følges med fintfølende ilt sensorer monteret på en flydende målebøje, som yderligere følger udvikling i lys klimaet, temperatur og vindforhold (Figur 2).

Der er en række fordele ved at bestemme en sø’s stofomsætning ud fra frivandsmålinger af ilt. Tidligere bestemte man produktion og nedbrydning af organisk materiale ud fra måling af til- og fraførsel af bakterier, blade, mikroskopiske dyr og planter og fisk til søen. Det svarer til at man ville måle et menneskes stofskifte ved måling af fødeindtag og afføring over et døgn, frem for moderne bioteknologiske metoder som kan registrere ændringer i menneskets stofskifte over få minutter.

Fordelene ved at anvende frivandsmålinger er at: 1) Frivandsmålingerne registrerer hele søens stofom-sætning, 2) Etablerede sammenhænge mellem søen’s iltproduktion hhv. iltforbrug og de regulerende fysiske forhold, bestemmes under naturlige og uforstyrrede forhold og 3) Ved at supplere ilt målingerne med automatisk indsamlede målinger af lys, temperatur, opblandingsdybde og vind, opnås en styrket forståelse af daglige ændringer i søens stofsomsætning og de regulerende parametre. Mængden af mikroskopiske planktoniske alger (fytoplankton) kan endvidere følges ud fra de automatisk indsamlede målinger af lysniveauet i søen. Bøjemålingerne vil herved kunne bruges til at fastlægge de omstændigheder der udløser og afvikler algeopblomstringer. Det skaber muligheder for en betydelig mere detaljeret indsigt i søer’s liv end den eksisterende.

Figur 2. Bøje til frivandsmålinger af lysindstråling, temperatur, vindhastighed og iltindhold. Ved at måle lysniveauet på flere dybder, kan man bestemme mængden af planktoniske mikroalger da denne er tæt knyttet til lyssvækkelsen. Temperaturmålinger på flere dybder kan bruges til at bestemme om der er en fysisk lagdeling (springlag) i søen.

 

I projektet udføres frivandsmålinger på en række forskellige søer, herunder Frederiksborg Slotssø. Det overordnede mål er at afklare hvad der regulerer stofomsætningen i en sø, og forstå de relevante tidslige skalaer (minutter, timer, uger, måneder og år) for de regulerende forhold. Udover at forøge vores grundlæggende viden om livet i søer, anvendes den opnåede forståelse til at forbedre en eksisterende matematisk model som beskriver fysiske, kemiske og biologiske forhold i en sø. Herved vil vi få et vigtigt værktøj til at forudsige og forstå effekten af miljøforandringer for livet i søer. I relation til genopretningsprojektet på Frederiksborg Slotssø, drager CLEAR projektet fordel af at der blev udført frivandsmålinger i 2003 og 2004 som gør det muligt at vurdere betydningen af fiske-manipulation og fosfor udfældning for søens stof-omsætning.