温暖で乾燥した夏と積雪量の変化が山岳湖の植物プランクトンの動態に果たす役割

The role of warm, dry summers and variation in snowpack on phytoplankton dynamics in mountain lakes.

• I A Oleksy
• W S Beck
• R W Lammers
• C E Steger
• C Wilson
• K Christianson
• K Vincent
• G Johnson
• P T J Johnson
• J S Baron

抄録

気候変動は、世界中の湖沼の生物地球化学的、代謝的、生態学的機能を変化させている。歴史的に温帯地域の山間部の湖沼は、短期間の無氷期、雪解け水の影響を受けた水路、低温、植生や土壌被覆の少ない急峻な地形のため、非生産的であった。我々は、植物プランクトンの動態を促進する要因として、冬と夏の天候、流域の特性、および水の化学が相対的に重要であるかどうかを検証した。コロラド州の28の山地湖のブースト回帰木モデルを用いて、湖の植物プランクトンの代理としてクロロフィルaの変動の地域的、季節内的、年間的な要因を調べた。植物プランクトンのバイオマスは、他の研究者が発見したように、前年の冬の最大積雪水量（SWE）に反比例していた。しかし、SWEが平均的な年であっても、夏の降水量の極端な変化と温暖化が植物プランクトンのバイオマスを増加させた。季節的な植物プランクトンバイオマスのピークは、水温が最も暖かく、窒素対リン比が最も低い年と一致していた。積雪量、湖温、栄養塩、有機物の動態の関連性は、標高の高い湖沼における変化の重要な推進要因として認識されるようになってきているが、我々の結果は、気候の継続的な変化に対応した湖沼の生産性に夏季条件がさらに影響を与えていることを浮き彫りにしている。降水のタイミング、種類、大きさが継続的に変化し、他の地球規模の変動要因（例えば、栄養塩の沈着）と組み合わされることで、山間部の湖沼の生産性に影響を与え、歴史的に寡栄養の湖沼を新たな生態系の状態へと移行させる可能性がある。最終的には、これらの推進要因とパターンを複数のスケールでより深く理解することで、地球規模の変化による生態系への影響をよりよく予測することができるようになるだろう。

Climate change is altering biogeochemical, metabolic, and ecological functions in lakes across the globe. Historically, mountain lakes in temperate regions have been unproductive due to brief ice-free seasons, a snowmelt-driven hydrograph, cold temperatures, and steep topography with low vegetation and soil cover. We tested the relative importance of winter and summer weather, watershed characteristics, and water chemistry as drivers of phytoplankton dynamics. Using boosted regression tree models for 28 mountain lakes in Colorado we examined regional, intra-seasonal, and inter-annual drivers of variability in chlorophyll a as a proxy for lake phytoplankton. Phytoplankton biomass was inversely related to the maximum snow water equivalent (SWE) of the previous winter, as others have found. However, even in years with average SWE, summer precipitation extremes and warming enhanced phytoplankton biomass. Peak seasonal phytoplankton biomass coincided with the warmest water temperatures and lowest nitrogen-to-phosphorus ratios. While links between snowpack, lake temperature, nutrients, and organic matter dynamics are increasingly recognized as critical drivers of change in high elevation lakes, our results highlight the additional influence of summer conditions on lake productivity in response to ongoing changes in climate. Continued changes in the timing, type, and magnitude of precipitation in combination with other global change drivers (e.g., nutrient deposition) will affect production in mountain lakes, potentially shifting these historically oligotrophic lakes toward new ecosystem states. Ultimately, a deeper understanding of these drivers and pattern at multiple scales will allow us to better anticipate ecological consequences of global change.

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