Hydrobiology, ecological status assessment, applied ecology (Council of Complex Environmental Sciences)
100 %
Panel
Ecology and evolution 1
Department or equivalent
Balaton Limnological Institute, Centre for Ecological Research, Hungarian Academy of Sciences (Centre for Ecological Research)
Participants
Somogyi, Boglárka Vörös, Lajos
Starting date
2006-02-01
Closing date
2010-01-31
Funding (in million HUF)
12.400
FTE (full time equivalent)
1.41
state
closed project
Summary in Hungarian
Az ultraibolya sugárzás „öl”, ezért a sztratoszféra ózonkoncentráció csökkenése komoly fenyegetést jelent a bioszféra számára. Ráadásul az UV-sugárzás vízi élőlényegyüttesekre gyakorolt direkt káros hatása mellett közvetett hatása is beigazólódott. Ennek egyik megnyilvánulása az oldott szervesanyagok átalakulásával van összefüggésben. A Nap UV-sugárzása ugyanis központi szerepet játszik a legnagyobb vízi szervesanyag „pool”, az oldott szervesanyagok (DOM) transzformációjában. Hazai tavainkra vonatkozóan nincsenek ismereteink a vízalatti UV-sugárzásról, az oldott szerves(humin)anyagoknak az UV-klíma alakításában betöltött szerepéről, az oldott szervesanyagok tavon belüli fotolitikus átalakulásáról, biológiai reaktivitásuk dinamikájáról. A kutatás célja, hogy vizsgáljuk eltérő szerves szén koncentrációjú hazai tavakban: 1) a vízalatti UV-klíma és a fényabszorbeáló konponensek koncentrációját; 2 ) az UV-sugárzás hatását az oldott szerves(humin)anyagok degradációjára és fiziko-kémiai tulajdonságaira; 3) az UV-sugárzás hatását az oldott szerves(humin)anyagok biológiai hozzáférhetőségére; 4) a szerves szén „pool”, a bakterioplankton, a szervesanyagok fotolitikus bomlástermékének in situ kapcsolatát. A kapott eredmények alapján felállított empirikus függvények felhasználásával megtudjuk, hogy az oldott szervesanyagok milyen mértékben járulnak hozzá a vízalatti UV-klíma alakításához, és viszont, hogy a természetes napfény UV-sugárzása hogyan hat a szervesanyagok átalakulására, fotolitikus és mikrobiális bonthatóságára sekély vizekben.
Summary
Ultraviolet radiation „kills”, therefore the depletion of stratospheric ozone concentration is a serious threat for the biosphere. In addition, the indirect effect of UV-radiation on aquatic organisms has been proven besides its direct negative effect. One of these manifestations is connected to the transformation of dissolved organic substances, as the solar UV-radiation plays a central role in the transformation of the largest organic substance pool: the dissolved organic matter (DOM). So far we have no information about the underwater UV-radiation in Hungarian lakes. Neither do we know the role of dissolved organic(humic)substances in the formation of the UV-climate, the in-lake photolytical transformation of dissolved organic substances, or the dynamics of their biological reactivity. The object of this study is to determine: 1) the underwater UV-climate and concentration of light absorbing components; 2) the effect of UV-radiation on the degradation and physico-chemical properties of dissolved organic(humic)substances; 3) the effect of UV-radiation on the biological availability of dissolved organic(humic)substances; 4) the in situ relationship between organic carbon pool, bakterioplankton and photolitical degradation products of organic substances in Hungarian lakes with differing concentrations of organic carbon substances. Using the empirical relationships constructed on the basis of the obtained results, we can determine the degree of the contribution of the dissolved organic substances to the formation of the underwater UV-regime, and, the same time, the role of natural solar UV-radiation in the transformation, photolytical and microbial degradation of organic substances in shallow lakes.
Final report
Results in Hungarian
Sekély tavakra (30 magyarországi víztest, 140 mérés) ultraibolya (UV) és látható (PAR) hullámhossz tartományban többváltozós regressziós modelleket fejlesztettünk ki a fényabszorpciós komponensek: algák, algamentes lebegőanyagok, színes oldott szervesanyagok (CDOM) és a vertikális extinkciós koefficiensek (Kd) közötti összefüggés leírására. A modellek megadták az egyes komponensek specifikus Kd értékeit. Ezek, és a komponensek koncentráció értékei alapján vízalatti mérésre alkalmas radiométer hiányában in situ fénymérés nélkül kiszámíthatóak egy adott víztestre jellemző Kd értékek. A vizsgált tavakban a CDOM határozta meg a vízalatti UV klímát, az algák szerepe alárendelt volt. A PAR klímát a legtöbb víztestben a lebegőanyagok határozták meg, de hipertróf vizekben az algák, míg barna vizekben a CDOM volt a meghatározó. Kísérletesen megállapítottuk, hogy az UV sugárzás hatására az oldott szervesanyagok bomlottak, az oldott szervesszén (DOC) koncentrációja csökkent, a hidrogénperoxidé nőtt, miközben a szervesanyagok kémiai és fizikai tulajdonságai változtak, így barna színük fakult, fényabszorpciójuk és fluoreszcencia intenzitásuk csökkent, miközben a biológiailag hozzáférhető DOC koncentráció többszörösére nőtt. Kimutattuk, hogy az UV sugárzás hatása a bakterioplanktonra komplex, direkt gátló és indirekt gátló és serkentő hatás egyaránt érvényesült. A mikrobiális élőlényegyüttesek működése és a vízi szénforgalom megértése a CDOM fotolízisének ismerete nélkül nem lehetséges.
Results in English
Multiple regression models were developed in the ultraviolet (UV) and visible (PAR) wavelength range to describe the relationship between light-absorbing components: algae, algal-free suspended solids, coloured dissolved organic matter (CDOM) and vertical attenuation coefficients (Kd) in shallow lakes (30 Hungarian water bodies, 140 measurements). The models have provided the specific Kd values of the components. Based on these and the concentration of the components, the Kd can be calculated without in situ measurement in the absence of an underwater radiometer. The underwater UV climate was mainly determined by CDOM in the studied lakes, the role of algae was negligible. The PAR climate was determined by suspended solids in most cases, but in hypertrophic waters the algae and in brown colour waters the CDOM was dominant. We have experimentally ascertained that the dissolved organic substances were decomposed by UV radiation: the DOC decreased, the H2O2 increased, while their brown colour faded, their absorbance and fluorescence intensity decreased, while the concentration of the biologically available DOC multiplied. We have found that the effect of UV radiation on bacterioplankton is complex: both the direct inhibitory and indirect inhibitory and stimulating effects were detected. Our research shows that the understanding of the functioning of microbial assemblages and the aquatic carbon cycle is not possible without the thorough knowledge of the photolysis of CDOM.
V.-Balogh ,K, Vörös ,L, W. Kovács, A, Tóth N: The formation of hydrogen peroxide by the photodegradation of chromophoric organic substances in fresh waters, pp. 909-912 in Proc. of the 13th Meeting of the International Humic Substances Society, 45-II, 2006
V.-Balogh K., Vörös L.: The role of coloured organic substances in the attenuation of UVR and PAR in lakes (a case study based on 30 different water bodies)., SIL 2007, 30th Congress of the International Assicitaion of Theoretical and Applied Limnology, August 12-18, Montréal, Canada., 2007
Keresztes Zs. Gy., Fodorpataki L., V.-Balogh K.: Oldott szervesanyagok fotokémiai bomlása a Balatonban., Hidrológiai Közlöny, 88: 81-83, 2008
V.-Balogh K., Németh B., Vörös L.: Színes szervesanyagok és algák szerepe az ultraibolya és látható fény abszorpciójában (30 víztest adatai alapján), Hidrológiai Közlöny, 88: 218-221, 2008
V.-Balogh K.: Oldott szervesanyagok eredete, mennyisége és sorsa sekély tavakban., Nemzetközi Humuszanyag Társaság (IHSS) Magyar Tagozatának (Hungarian Chapter) 6. ülése, Karcag, 2008 október 30., 2008
V.-Balogh K., Németh B, Vörös L: Oldott és formált szervesanyagok a szikes tavak vizében, Szerk: Szlávik L: Magyar Hidrológiai Társaság XXVII. Országos Vándorgyűlés, Baja, 2009 július 1-3., 12. szekció 9. ISBN 978-963-8172-23-5. (CD-ROM), 2009
Keresztes Zs. Gy, Somogyi B, Németh B, Fodorpataki L, V.-Balogh, K.: Az ultraibolya sugárzás hatása az oldott szervesanyagok biológiai hozzáférhetőségére, Hidrológiai Közlöny 89: 126-128, 2009
Keresztes, Zs. Gy, V.-Balogh, K.: Photolytic degradation of dissolved organic substances in a shallow freshwater lake, Acta Scientiarium Transylvanica, seria Biologia, 2010
V.-Balogh K., Németh B, Vörös L: Szervesanyagok magyarországi szikes tavakban, Acta Biol. Debr. Oecol. Hung, 2010
V.-Balogh, K., Németh, B., Keresztes ,Zs Gy, Ágyi ,Á, Somogyi, B, Vörös, L.: Effect of UV-radiation on the coloured dissolved organic matter in shallow lakes, Hydrobiologia, 2010
V.-Balogh K., Németh B., Ágyi Á, Keresztes Zs Gy, Somogyi B, Vörös, L.: A szervesszén pool, a bakterioplankton, a szervesanyagok fotolitikus bomlástermékeinek összefüggése sekély tavakban, Hidrológiai Közlöny, 2010
