Nitrogen concentration of the aquatic plant species in relation to land cover type and other variables of the environment

Abstract

Nitrogen (N) deposition data, together with inland water parameters, provide evidence that N load may affect the vegetation of Baltic States. There is much concern about eutrophication of the rivers, although information about physiological parameters of riparian plant species is still poor. The present study is aimed at comparison of leaf N concentration among populations of aquatic plant species of Lithuania, relating N concentration data to the type of land cover (classification system of COoRdinate Information on the Environment, CORINE) in the neighbouring areas, river state and size, intensity of agriculture in 1991–1996, and natural vice versa regulated fragments of the riverbed. The leaf N concentrations of widely spread native and invasive species (5 riparian and 2 water plants) were estimated for 241 sites (collection time 1st ten-day period of August, 2015) of the main river catchments of Lithuania. Only leaf blades were used for analyses and N concentrations were determined by the Kjeldahl method. The biggest (1.7 times) variation (p < 0.05) in leaf N concentration among populations was documented for Lythrum salicaria. According to the mean values (N % of dry mass, DM) of the leaf N concentration, species could be arranged into following order: Lythrum salicaria (3.0) < Stuckenia pectinata (3.1) < Phalaris arundinacea (3.5) < Bidens frondosa (3.8) < Phragmites australis (4.0) < Nuphar lutea (4.1) < Echinocystis lobata (4.2). Significantly higher (p < 0.05) concentrations of leaf N were found for L. salicaria populations growing near the small rivers (3.4% N DM) compared to the large ones (2.8% N DM). Other selected river and its environment parameters in most cases did not have significant effect on leaf N concentrations of aquatic plants of Lithuania. Leaf N concentration of the aquatic species was not influenced by land cover type (2000 and 2006 year data of database) and did not depend on the river size or state, based on the Water Directive guidance (EU, 2000). Among selected species the most nitrophylic was invasive for Lithuania species E. lobata, which is currently spreading along larger size (>1000 km2) rivers. The present levels of N entering riparian ecosystems are causing spread of the macrophyte species consuming relatively high amounts of N, although the main sources of macrophyte N remains to be examined.

Baltijos šalių azoto (N) iškritų duomenys kartu su sausumos vandenų rodikliais rodo, kad azoto apkrova gali lemti augmenijos pokyčius. Nors upių eutrofikacija yra plačiai analizuojama, vis dar trūksta informacijos apie pakrantės augalų rūšių fiziologinius rodiklius. Tyrimo tikslas – palyginti Lietuvos vandens pakrančių augalų rūšių populiacijų lapų azoto koncentracijų duomenis, juos susiejant su tyrimo vietoms pagal gretimų žemių dangos tipu ir naudojimo paskirtimi, taikant aplinkos informacijos koordinuotos sistemą (CORINE), upių būkle bei dydžiu, žemės ūkio intensyvumu 1991–1996 metais ir upių vagų keitimu. Tyrimo medžiagą surinkus per 2015 m. rugpjūčio mėn. pirmąjį dešimtadienį iš pagrindinių Lietuvos upių 241 vietos, buvo įvertintos plačiai paplitusių penkių pakrančių ir dviejų vandens augalų (natūralių ir invazinių) azoto koncentracijos. Analizėms naudoti augalų lapai, kurių azoto koncentracijos buvo nustatytos Kjeldalio metodu. Didžiausi (1,7 karto, p < 0,05) lapų azoto koncentracijos skirtumai tarp populiacijų nustatyti Lythrum salicaria. Pagal populiacijų lapų azoto koncentracijų (N % sausos masės, SM) vidutines vertes, tirtų rūšių augalai išdėstė taip: Lythrum salicaria (3,0) < Stuckenia pectinata (3,1) < Phalaris arundinacea (3,5) < Bidens frondosa (3,8) < Phragmites australis (4,0) < Nuphar lutea (4,1) < Echinocystis lobata (4,2). Iš esmės didesnės (p < 0,05) lapų azoto koncentracijos buvo nustatytos Lythrum salicaria populiacijų, augančių šalia mažų upių (3,4 % N SM) nei augančių šalia didelių upių (2,8 % N SM). Skirtingomis savybėmis pasižyminčiose upių vietose rinkti vandens augalai reikšmingai nesiskyrė pagal lapų azoto koncentracijas. Vandens augalų lapų N koncentracijos nesiskyrė tarp įvairios paskirties žemės tyrimo vietų (2000 ir 2006 m. duomenų bazės duomenys) ir upių fragmentų, besiskiriančių dydžiu arba būkle, įvertinta pagal Vandens pagrindų direktyvos gaires. Iš visų tirtų augalų nitrofiliškiausia buvo invazinė Lietuvoje rūšis – Echinocystis lobata, kuri pastaruoju metu plinta palei didesnio dydžio (>1000 km2) upes. Galima teigti, kad į pakrančių ekosistemas patenkantis azotas sukelia gausiai azotą naudojančių makrofitų rūšių plitimą, tačiau pagrindiniai makrofitų azoto šaltiniai dar nėra nustatyti.