Research Paper

Different responses of primary producers to mild winter in macrophyte- and phytoplankton-dominated lakes

Différentes réactions des producteurs primaires aux hivers doux dans les lacs à macrophytes ou phytoplancton dominants

¹ The John Paul II Catholic University of Lublin, Faculty of Biotechnology and Environmental Sciences, Department of Animal Physiology and Toxicology, Konstantynów 1i, 20-708 Lublin, Poland
² Laboratory of Research and Nature Protection, 23-110 Krzczonów, Krzczonów Trzeci 54, Poland
³ The John Paul II Catholic University of Lublin, Faculty of Biotechnology and Environmental Sciences, Department of Plant Physiology and Biotechnology, Konstantynów 1i, 20-708 Lublin, Poland

^* Corresponding author: tomasz.lenard@kul.pl

Received: 4 July 2019
Accepted: 18 September 2019

Abstract

Early ice-out on lakes or the absence of ice cover can lead to intense water mixing, high turbidity, and changes in nutrient balance and light conditions in the water, which in turn affect the phytoplankton community and submerged aquatic vegetation (SAV) in the aquatic environment. This study aimed to evaluate whether the effects of a mild winter on these primary producers are differentiated in two types of eutrophic lakes: phytoplankton-dominated (PDL), with a low proportion of SAV, and macrophyte-dominated (MDL), with extensive benthic vegetation. The physical and chemical parameters of the water, concentration of chlorophyll a, and the biomass of phytoplankton and SAV were investigated in four small eutrophic lakes (Eastern Poland) during the growing season after cold winters (CW) and mild winters (MW). In both types of lakes, the concentrations of soluble and total nitrogen were higher and the values of soluble and total phosphorus were lower after the MW than after the CW. The concentration of chlorophyll a and the phytoplankton biomass were always higher in the PDL than in the MDL, but the increase in both parameters in the vegetation season after the MW was statistically important only in the PDL. A poor underwater light climate was stressful for the SAV in the PDL, but not in the MDL. The MW had negative effects on phytoplankton diversity and the loss of light-demanding macrophytes. However, the biomass of primary producers in the MDL seems to be more resistant to climate warming, in comparison to the PDL.

Résumé

Une fonte de glace précoce ou l'absence de couverture de glace sur les lacs peut entraîner un mélange intense de l'eau, une turbidité élevée et des changements dans l'équilibre nutritif et les conditions de luminosité de l'eau, ce qui à son tour affecte la communauté phytoplanctonique et la végétation aquatique submergée (SAV) dans le milieu aquatique. Cette étude visait à évaluer si les effets d'un hiver doux sur ces producteurs primaires sont différenciés dans deux types de lacs eutrophes : les lacs à dominance phytoplanctonique (PDL), avec une faible proportion de SAV, et les lacs à dominance macrophytique (MDL), à végétation benthique abondante. Les paramètres physiques et chimiques de l'eau, la concentration en chlorophylle a et la biomasse du phytoplancton et du SAV ont été étudiés dans quatre petits lacs eutrophes (Pologne orientale) pendant la saison de croissance après des hivers froids (CW) et doux (MW). Dans les deux types de lacs, les concentrations d'azote dissous et d'azote total étaient plus élevées et les valeurs de phosphore dissous et total étaient plus faibles après le MW qu'après le CW. La concentration de chlorophylle a et la biomasse phytoplanctonique ont toujours été plus élevées dans les PDL que dans les MDL, mais l'augmentation des deux paramètres dans la saison de végétation après le MW n'était statistiquement importante que dans les PDL. Une mauvaise luminosité subaquatique a été stressante pour le SAV dans le PDL, mais pas dans le MDL. Le MW a eu des effets négatifs sur la diversité du phytoplancton et la perte de macrophytes exigeants en lumière. Toutefois, la biomasse des producteurs primaires dans les MDL semble plus résistante au réchauffement climatique que celle dans les PDL.