Toitainete limitatsioon ja eutrofeerumine

 

Põhiküsimus - kuidas toitainete kättesaadavuse suurenemine (eutrofeerumine) mõjutab fütoplanktoni kooslusi?

Toitainete limitatsioon on keerulisem kontseptsioon kui esmapilgus paistab.

Lihtne, aga mõtlemapanev näide:

• Võtame mõne ultra-oligotroofse veekogu. E.g. troopilise ookeani keskosa. Toitaineid on imevähe, fütoplanktoni biomass väga madal. Tundub, et tegemist on tugeva toitainete limitatsiooniga. Nõus?
• Nüüd uurime, mis fütoplankton seal kasvab -- enamasti piko-suurusklassis sinivetikad, ehk ka Prochlorococcus. Need on väga effektiivsed rakud omastamaks väheseid väga madalal kontsentratsioonil toitaineid. Need liigid moodustavad e.g. ca 95% kogu fütoplanktoni kooslusest seal (biomassist)
• Ja nüüd selgub, et need samused vetikad kasvavad oma liigispetsiifilise maksimaalse kasvukiirusega!! Ehk siis -- nad kasvavad ja paljunevad nii kiiresti, et kiiremini nad ei suudaks. Monod võrrandi järgi ei ole siis ju toitainete limitatsioonist juttugi!! Toitainete kättesaadavuse suurenemine (e.g. kontsentratsiooni tõus) ei muudaks neid kiiremini kasvavaks.

Mis siis toimub?

•  Jah, need rakud, mis moodustavad e.g. 95% fütoplanktoni kooslusest ultra-oligotroofses vees ei ole toitainete poolt limiteeritud ja kasvavad maksimaalse kiirusega.
• Kui aga toitaineid lisada, siis muutub kooslus! Uued liigid hakkavad domineerima, mis vajavad kasvuks palju kõrgemaid toitaine kontsentratsioone ja need olid enne väga tugevasti limiteeritud. Nüüd moodustavad uued liigid ehk 95% fütoplanktoni kooslusest. S.t. kooslus muutub. See mis kehtis vana koosluse kohta, ei kehti enam uue kohta.

 

---

Toitainete limitatsioon:

• Liebig’i miinimumi seadus (pärineb põllumajandusest)
  • Fütoplanktoni biomass on määratud limiteeriva toitaine hulgaga. See on igati arusaada: kui meil on e.g. 1kg fosforit, siis saame sellest teatud hulga vetikate biomassi (põllul saaki) ja ei grammigi rohkem.
  • Saagikuse (biomassi) määrab ära limiteeriva toitaine hulk.
  • Liebig'i miinimumi seadus ei räägi sõnagi kasvukiirusest, ainult lõppsaagist.
• Blackman’i limitatsioon
  • Fütoplanktoni kasvukiiruse sõltuvus limiteeriva toitaine kontsentratsioonist (Monod kõver). Suurendades (limiteeriva)toitaine kontsentratsiooni suurendame kasvukiirust. Kui kasvukiirus suureneb toitainete kontsentratsiooni suurendades -- järelikult oli meil enne toitainete limitatsioon.
  • Blackman'i limitatsioon räägib kasvukiiruse limiteerimisest, mitte sõnagi lõpplikust saagikusest või millise kasvukiirusega see lõppsaagis saavutati.

Niisis, kui räägime vetikate toitainete limitatsioonist, peaksime selgeks tegema, mida me mõtleme. See ei pruugi intuitiivselt selge olla.

Limiteeriv toitaine --

Või potentsiaalselt limiteeriv toitaine - element mis esmalt hakkab limiteerima kasvu. Reeglina N (meres) või P (magevees).

Terminit potentsiaalne kasutame siis, kui hetkel kumbki element fütoplanktonit ei limiteeri (s.t. mõlemit on piisavalt ja küllaga).  Kuid kui fütoplankton toitaineid omastab, siis üks saab tõenäoliselt varem otsa, -- üks hakkab ennem limiteerima. See ongi potentsiaalselt limiteeriv toitaine.

Sellek on aga vaja teada -- mis suhtes fütoplankton omastab toitaineid veest -- ehk siis nn. Redfield'i suhet