Fordeling og økologisk betydning av spormetaller i en humøs og vegnær innsjø gjennom en sommersesong

Abstract

Denne oppgaven tar for seg fordeling og økologisk betydning av spormetaller i en vegnær og humøs innsjø, eksemplifisert av Oppegårdstjern i Frogn kommune. I overflødige konsentrasjoner kan spormetaller føre til negative effekter for akvatisk liv, da flere metaller er toksiske allerede ved svært lave konsentrasjoner. Klimaendringer kan skape ytterligere problemer for vannkvaliteten i boreale innsjøer, ettersom økt avrenning transporterer mer metaller fra nedbørfeltet. Feltarbeidet ble gjennomført fra mai 2021 til august 2021, hvor det ble tatt vannprøver hver 14 . dag over en firemånedersperiode. Prøver av sedimenter, bunndyr, makrofytter og plankton ble tatt 16. august. Det ble funnet relativt lave konsentrasjoner av metaller i vannmasser og sedimenter. Det tyder på at mye av metallene holdes tilbake i nedbørfeltet. Nivåene var tilsvarende andre vegnære innsjøer i Sørøst-Norge. Trendanalyser av oksygennivåer viser utvikling av en oksygengradient etter tydeligere dannelse av temperatursjiktning utover sesongen. Ut i fra målingene ble det ikke påvist saltsjiktning som følge av avrenning av vegsalt. Det ble påvist anrikning av Fe, Mn og Co i bunnvannet mot slutten av sommeren, noe som skyldes at disse elementene er redokssensitive og lekker ut fra sedimentene ved oksygenmangel. En mer gradvis anrikning ble påvist for Cd, Zn og Pb i bunnvannet, og betydningen av andre faktorer enn oksygen vurderes i oppgaven. Basert på dataene var det ingen tydelige utviklingstrender for Cu, Cr, og Ni. Det var jevnt høye konsentrasjoner av DOC gjennom vannmassene (13-14 mg/L), men manglende korrelasjon mellom DOC og metaller indikerer at DOC ikke en viktig styrende faktor for metallfordeling i Oppegårdstjern. DOC kan likevel være av betydning for mobilitet og transport av spormetaller fra nedbørfeltet, noe som belyses av liknende studier fra boreale systemer. Det ble funnet generelt lavere metallkonsentrasjoner i bunndyr og makrofytter enn i sedimentene, som indikerer lav biotilgjengelighet. I flere makrofytter ble det funnet relativt høyt opptak av Cu sammenliknet med andre spormetaller, som stemmer overens med andre studier. Det ble funnet forskjellige konsentrasjoner av samme metall i ulike makrofytter. I oppgaven trekkes det frem i hovedsak to mulige årsaker til dette, evnen til å ta opp metaller fra vannfase og sedimenter, og varierende translokasjon mellom røtter og skudd. Denne oppgaven belyser noen sentrale faktorer som påvirker fordelingen av spormetaller i Oppegårdstjern, og det er gjort rede for vertikale utviklingstrender gjennom sesongen. I framtiden kan klimaendringer og økt press fra antropogene aktiviteter i nedbørfeltet påvirke tilførsler, fordeling og biologisk opptak av spormetaller i boreale innsjøer. Det er derfor viktig med jevnlig overvåkning av disse systemene.

This thesis addresses the distribution and ecological impact of trace metals in a humic lake near a road, exemplified by Oppegårdstjern in Southeastern Norway. In excessive concentrations, trace metals can have a negative impact on aquatic life, as several are toxic already at very low levels. Climate change can cause additional problems for water quality in boreal lakes, as an increase in runoff will lead to an increased transport of trace metals from the catchment. The field work was conducted from May 2021 to August 2021, and water samples were obtained every 14th day during a four-month period. Samples of sediments, benthic organisms, macrophytes and plankton were obtained 16th of august. It was found relatively low concentrations of trace metals in the water bodies, indicating that a large fraction is retained in the catchment. The levels were in accordance with other road-near lakes in Southeastern Norway. Trend analyses of oxygen levels shows formation of an oxygen gradient after a temperature stratification gradually was established over the summer. Based on the data, a salinity stratification from road salt runoff could not be detected. An enrichment of Fe, Mn and Co was found in hypolimnion towards the end of summer, as the redox sensitivity of these elements causes them to leak form the sediments during anoxic conditions. A gradual enrichment of Cd, Zn and Pb in hypolimnion was detected, and the importance of other factors than oxygen is considered. Baaed on the data there were no clear development trends for Cu, Cr or Ni. There were consistently high concentrations of DOC through the water bodies. There was no correlation between DOC and trace element, suggesting that DOC is not a controlling factor for trace metal distribution in Oppegårdstjern. DOC could still affect trace metal mobility and transport from the catchment, which is emphasized in other studies from boreal systems. In general, the trace metal concentrations in macrophytes and benthic organisms were lower than in the sediments, indicating limited bioavailability. The concentrations of Cu in macrophytes were considerably higher than other trace metals, suggesting an efficient uptake of this element. It was found significant concentration differences of the same metals between different macrophytes. This study suggests two possible causes: Varying biological uptake from water and sediments, or varying translocation between roots and shoots. This thesis highlights some important factors affecting distribution of trace metals in Oppegårdstjern, based on vertical development trends. In the future, climate change and increased anthropogenic activities in the catchment can affect trace metal loading, distribution, and biological uptake in boreal lakes. Regular monitoring will therefore be important.