Vertical distribution of bacteria and intensity of microbiological processes in two stratified gypsum Karst Lakes in Lithuania

Distribution verticale des bactéries et processus microbiologiques dans deux lacs stratifiés d’un karst gypseux en Lituanie

⁽¹⁾ Institute of Botany of Nature Research Centre, Zaliuju ezeru 49, Vilnius 08406, Lithuania
ale.kucinskiene@gmail.com
⁽²⁾ Vilnius Pedagogical University, Studentu 39, Vilnius 08106, Lithuania

Received: 22 November 2010
Revised: 13 December 2010
Accepted: 10 February 2011

Abstract

Physical-chemical parameters and the vertical distribution of bacteria and organic matter production-destruction processes were studied during midsummer stratification in two karst lakes (Kirkilai and Ramunelis) located in northern Lithuania. The lakes were characterized by high sulfate concentrations (369–1248 mg·L^-1). The O₂/H₂S intersection zone formed at 2–3 m depth. In Lake Kirkilai, the highest bacterial densities (up to 8.7 × 10⁶ cell·mL^-1) occurred at the O₂/H₂S intersection zone, whereas in Lake Ramunelis the highest densities were observed in the anoxic hypolimnion (up to 11 × 10⁶ cell·mL^-1). Pigment analysis revealed that green sulfur bacteria dominated in the microaerobic–anaerobic water layers in both lakes. The most intensive development of sulfate-reducing bacteria was observed in the anaerobic layer. Photosynthetic production of organic matter was highest in the upper layer. Rates of sulfate reduction reached 0.23 mg S²⁻·dm³·d^-1 in the microaerobic-anaerobic water layer and 1.97 mg S²⁻·dm³·d^-1 in sediments. Karst lakes are very sensitive to organic pollution, because under such impact in the presence of high sulfate amounts, sulfate reduction may become very intensive and, consequently, the increase in hydrogen sulfide and development of sulfur cycle bacteria may reduce the variety of other hydrobionts.

Résumé

Les paramètres physico-chimiques, la distribution verticale des bactéries et les processus de production-décomposition de la matière organique ont été étudiés pendant la stratification estivale dans les lacs de karst Kirkilai et Ramunelis au nord de la Lituanie. Les lacs sont caractérisés par de fortes concentrations en sulfates (369–1248 mg·L^-1). L’interface O₂/H₂S se forme vers 2–3 m de profondeur. Dans le lac Kirkilai, la plus grande densité de bactéries (jusqu’à 8 7 × 10⁶ cellules·mL^-1) se trouve à l’interface O₂/H₂S alors que dans le lac Ramunelis elle est dans l’hypolimnion anoxique (jusqu’à 11 × 10⁶ cellules·mL^-1). D’après l’analyse pigmentaire, les bactéries photosynthétiques du soufre dominent dans les couches anoxiques des deux lacs. Le développement le plus important de bactéries O réductrices des sulfates est relevé dans les couches anoxiques. De la production photosynthétique de matière organique existe dans toute la colonne d’eau avec un maximum dans la couche supérieure. La réduction des sulfates a été estimée dans les couches anoxiques (jusqu’à 0,23 mg S²⁻·dm³·jour^-1) et dans les sédiments (jusqu’à 1,97 mg S²⁻·dm³·jour^-1). Ces lacs karstiques sont très sensibles à la pollution organique, parce que, dans ce cas, en présence de fortes concentrations en sulfates, la réduction des sulfates peut devenir très intense et, en conséquence, l’augmentation du sulfure d’hydrogène et le développement des bactéries du cycle du soufre peuvent réduire la biodiversité.