Investigation of the temporary change of primer paleo-production proxies in Lake Aktaş (Ardahan) sediments

Abstract

Aktas Lake is a wetland of tectonic origin, located on the Turkey-Georgia border, covering a surface area of 25.5 km2. The aim of this study is to analyze the temporal changes of nitrogen, total organic carbon (TOC), chlorophyll degradation products (CDP), biogenic silica (BSi) concentrations in Aktaş Lake and to evaluate the risk of eutrophication and algae bloom by examining the relationships between the palaeoclimatic proxies with multivariate statistical analyzes. Within the scope of the study, a 57 cm long core from Aktaş Lake was used. The core was divided into 5 cm slices before analysis. Then, CDP, TOC, total carbon (TC), total inorganic carbon (TIC), BSi and total nitrogen (TN) analyzes were performed. It has been determined that there is a significant increase in CDP and TOC concentration, which represents primary production in wetlands, from the base of the core to the surface. The temporal variation of TN concentration, which is one of the important stimulators of primary production, shows possitive trend with those of CDP and TOC. According to these results, it can be said that nitrogen inputs cause increase in primary production in the lake. Unlike CDP, which represents the plant production processes, BSi is suggestive of diatom abundance. The absence of a statistical relationship between these two parameters suggests that the species controlling CDP are groups other than diatoms. C/N ratios reveal that the primary production in the lake is phytoplankton-based. The findings show that the amount of phytoplankton from the past the the present tends to increase in Aktaş Lake, there is an abundance of diatoms in the lake, if nitrogen, organic matter and other nutritional element of anthropogenic origin inflows continue at the same amount, eutrophication problems may arise in the coming years due to ofthe algae growth.

Keywords

• Wetland Ecology
• Ecological Risk
• Paleo-production
• Algae Growth
• Eutrophication

Project Number

2019-10

AKTAŞ GÖLÜ (ARDAHAN) ÇÖKELLERİNDE BİRİNCİL PALEO-ÜRETİM GÖSTERGELERİNİN ZAMANSAL DEĞİŞİMİNİN İNCELENMESİ

Abstract

Aktaş Gölü; Türkiye – Gürcistan sınırında yer alan, 25.5 km2 alan kaplayan, suları sodalı olan tektonik kökenli bir sulak alandır. Bu çalışmanın amacı; birincil üretim göstergelerinin Aktaş Gölü’ndeki zamansal değişiminin analiz edilerek birbiriyle olan ilişkilerinin çok değişkenli istatistiksel analizlerle incelenerek ötrofikasyon ve aşırı alg çoğalması riskinin değerlendirilmesidir. Çalışma kapsamında Aktaş Gölü'nden alınan 57 cm uzunluğundaki karot kullanılmıştır. Karot, analizler öncesinde 5'er cm'lik dilimlere ayrılmıştır. Ardından klorofil bozunma ürünleri (CDP), toplam organik karbon (TOC), toplam karbon (TC), toplam inorganik karbon (TIC), biyojenik silika (BSi) ve toplam azot (TN) analizleri gerçekleştirilmiştir. Göllerde birincil üretimi temsil eden CDP ve TOC miktarında karotun tabanından yüzeyine doğru bariz bir artış olduğu tespit edilmiştir. Birincil üretimin önemli uyarıcılarından olan TN miktarının zamansal değişimi CDP ve TOC’un çizdiği trendle paralellik göstermektedir. Bu sonuçlara göre azot girdilerinin göldeki birincil üretimi arttırdığı söylenebilir. BSi, bitkisel üretim süreçlerini temsil eden CDP'den farklı olarak diyatome bolluğunu ifade etmektedir. Bu iki parametre arasında istatistiksel ilişki bulunmaması CDP'yi kontrol eden türlerin diyatome dışındaki gruplar olduğunu düşündürmektedir. C/N oranları göldeki birincil üretimin fitoplankton kaynaklı olduğunu göstermektedir. Elde edilen bulgular, Aktaş Gölü’nde birincil üreticilerin artış eğiliminde olduğunu, antropojenik kaynaklı azot, organik madde ve diğer besin elementi girişlerinin sürmesi durumunda gelecek yıllarda ötrofikasyon sorunlarının büyüyebileceğini, alg çoğalmalarının sıklık ve etkisinin artabileceğini göstermektedir.

Keywords

• Sulak Alan Ekolojisi
• Ekolojik Risk
• Paleo-üretim
• Alg Çoğalması
• Ötrofikasyon

Supporting Institution

Ardahan Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi

Project Number

2019-10

Thanks

Bu yayın Ardahan Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi tarafından desteklenen 2019-10 kodlu “Aktaş Gölü Sedimentlerinde Paleo-Verimlilik Kayıtlarının Araştırılması” projesi kapsamında üretilmiştir. Ardahan Üniversitesi BAP birimine destekleri için teşekkür ederiz.

References

1. Akgül, G. (2008). Çıldır ve Aktaş Gölleri Arasında Kalan Bölgenin Florası. Ot Sistematik Botanik Dergisi, 15, 37-70.
2. Conley, D., Schelske, C. (2006). Biogenic Silica. In Tracking Environmental Change Using Lake Sediments, 281–293. https://doi.org/10.1007/0-306-47668-1_14.
3. Doğanay, H., Zaman, S. (2006). Aktaş Gölü ve Yakın Çevresinin Coğrafyası. Türk Coğrafya Dergisi 46, 23-39.
4. Dergachev, V. A., Dmitriev, P. B. (2017). Cyclical Changes in the Pleistocene Climate from an Analysis of Biogenic Silica in a Bottom Sediment Core Sample of Lake Baikal. Geomagnetism and Aeronomy, 57, 877–885. https://doi.org/10.1134/S0016793217070052.
5. Ersin, S. (2018). Aktaş Gölü ve çevresinin geç holosen dönemi vejetasyonunun palinolojik analizlerle belirlenmesi, Yayımlanmamış Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Üniversitesi.
6. Fural, Ş., Kükrer S., Cürebal İ. (2020). Geographical information systems based ecological risk analysis of metal accumulation in sediments of İkizcetepeler Dam Lake (Turkey), Ecological Indicators, 119, https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2020.106784.
7. Fural Ş., Kükrer S., Cürebal İ., Aykır D. (2021) Spatial distribution, environmental risk assessment, and source identification of potentially toxic metals in Atikhisar dam, Turkey, Environmental Monitoring and Assessment, (193), 268. https://doi.org/10.1007/s10661-021-09062-6.
8. Gaudette, H. E., Flight, W. R., Toner, L., & Folger, D. W. (1974). An inexpensive titration method for the determination of organic carbon in recent sediments. Journal of Sedimentary Research, 44 (1), 249–253. https://doi.org/10.1306/74D729D7-2B21-11D7-8648000102C1865D.

9. Güney, E. (2004). Türkiye Hidrocoğrafyası. Çantay Kitabevi Yayınları, İstanbul.
10. Janssen B.H. (1996) Nitrogen mineralization in relation to C:N ratio and decomposability of organic materials. In: Van Cleemput O., Hofman G., Vermoesen A. (eds) Progress in Nitrogen Cycling Studies. Developments in Plant and Soil Sciences, vol 68. Springer, Dordrecht. https://doi.org/10.1007/978-94-011-5450-5_13.
11. Kaushal, S., Binford, M. W. (1999). Relationship between C:N ratios of lake sediments, organic matter sources, and historical deforestation in Lake Pleasant, Massachusetts, USA. Journal of Paleolimnology, 22 (4), 439–442. https://doi.org/10.1023/A:1008027028029.
12. Kırpık, M. A. (2019). Ardahan İli Aktaş Gölü'nün Faunistik Yapısı. Aktaş Gölü Biyoçeşitliliğinin Korunması ve Sürdürülebilir Gelişme Çalıştayı 2019 Bildiriler Kitabı, 41-46, Ardahan Üniversitesi, Ardahan.
13. Kılıç N. K., Caner H. (2017). Aktaş Gölü ve çevresinde son 1000 yıldaki bitki örtüsü değişimi, IV. Ulusal Orman Kongresi 2017 Bildiriler Kitabı, 33-39, Ardahan Üniversitesi, Ardahan.
14. Kılıç N.K., Caner H., Erginal A.E., Ersin S., Kaya H. (2018). Environmental changes based on multi-proxy analysis of core sediments in Lake Aktaş, Turkey: Preliminary results, Quaternary International, 486, 88-97.
15. Kudal, M., Müftüoğlu, M.M. (2014). Kentsel Atıksu ile Sulanan Topraklarda Bazı Verimlilik Özelliklerinin İncelenmesi, ÇOMÜ Ziraat Fakültesi Dergisi, (2), 1, 77-81.
16. Kükrer, S. (2017). Pollution, source, and ecological risk assessment of trace elements in surface sediments of Lake Aktaş, NE Turkey. Human and Ecological Risk Assesment, 23 (7), 1629–1644.
17. Kükrer, S., Çakır Ç., Kaya H., Erginal A.E. (2019). Historical record of metals in Lake Küçükçekmece and Lake Terkos (Istanbul, Turkey) based on anthropogenic impacts and ecological risk assessment, Environmental Forensics, (20), 4, 385-401. https://doi.org/10.1080/15275922.2019.1657985.
18. Kükrer, S., Fural, Ş., Aykir, D. (2021). Aktaş Gölü (Ardahan) Yüzey Sularındaki Besleyici Elementlerin Yaz Dinamiklerinin Coğrafi Bilgi Sistemleri ile İncelenmesi. Coğrafya Dergisi, 42, 283–294.
19. Li, D., Dong, M., Liu, S., Chen, H., Yao, Q. (2019). Distribution and budget of biogenic silica in the Yangtze Estuary and its adjacent sea. Science of The Total Environment, 669, 590–599. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.03.144.
20. Lorenzen, C. J. (1971). Chlorophyll-degradation products in sediments of Black Sea. Woods Hole Oceanographic Institution Contribution, 28, 426–428.
21. Meyers, P. A., Teranes, J. L. (2002). Sediment Organic Matter. In W. M. Last & J. P. Smol (Eds.), Tracking Environmental Change Using Lake Sediments, 239–269. Springer, Netherlands. https://doi.org/10.1007/0-306-47670-3_9.
22. Nazneen, S., Raju, N. J. (2017). Distribution and sources of carbon, nitrogen, phosphorus and biogenic silica in the sediments of Chilika lagoon. Journal of Earth System Science, 126 (1), 13. https://doi.org/10.1007/s12040-016-0785-8.
23. Onmuş, O. (2019). Aktaş Gölü Kuşları ve Ekoturizm Açısından Önemi. Aktaş Gölü Biyoçeşitliliğinin Korunması ve Sürdürülebilir Gelişme Çalıştayı 2019 Bildiriler Kitabı, 47-62, Ardahan Üniversitesi, Ardahan.
24. Öztürk, M. Z., Gülden, Ç., Aydın, S. (2017). Köppen-Geiger İklim Sınıflandırmasına Göre Türkiye’nin İklim Tipleri. Coğrafya Dergisi 35, 17-27.
25. Ran, X., Xu, B., Liu, J., Zhao, C., Liu, S., Zang, J. (2017). Biogenic silica composition and δ13C abundance in the Changjiang (Yangtze) and Huanghe (Yellow) Rivers with implications for the silicon cycle. Science of The Total Environment, 579, 1541–1549. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.11.161.
26. Sampei, Y., Matsumoto, E. (2001). C/N ratios in a sediment core from Nakaumi Lagoon, southwest Japan—Usefulness as an organic source indicator—. Geochemical Journal, 35 (3), 189–205. https://doi.org/10.2343/geochemj.35.189.
27. Saywer, C.N., McCarty, P.L. and Parkin, G.F., 2006. Chemistry for environmental engineering science, 5th Ed; Mc Graw Hill, New, York USA.
28. Sha, L., Li, D., Liu, Y., Wu, B., Wu, Y., Knudsen, K. L., Li, Z., & Xu, H. (2020). Biogenic silica concentration as a marine primary productivity proxy in the Holsteinsborg Dyb, West Greenland, during the last millennium. Acta Oceanologica Sinica, 39 (9), 78–85. https://doi.org/10.1007/s13131-020-1648-3.
29. Shelknanloymilan, L., Atıcı, T., Obal, O. (2012). Removal of nitrogen and phosphate by using Choleralla vulgaris on synthetic and organic materials waste water, Biological Diversity and Conservation, (5), 2, 89-94.
30. Ulutaş, N. (2014). Aktaş Gölü (Ardahan, Türkiye) Su Kalite Parametrelerinin Su Ürünleri Yetiştiriciliği Açısından Değerlendirilmesi, Yayımlanmamış Yüksek Lisans Tezi, Tunceli Üniversitesi.
31. Ünal, V. (2019). Aktaş Gölü'nde Sürdürülebilir Balıkçılık ve Sınırötesi Balıkçılık Yönetimi Modeli Geliştirilmesi. Aktaş Gölü Biyoçeşitliliğinin Korunması ve Sürdürülebilir Gelişme Çalıştayı 2019 Bildiriler Kitabı, 63-74, Ardahan Üniversitesi, Ardahan.
32. Vologina, E. G., Sturm, M., Astakhov, A. S., Xuefa, S. (2019). Anthropogenic traces in bottom sediments of Chukchi Sea. Quaternary International, 524, 86–92. https://doi.org/10.1016/j.quaint.2019.07.008.
33. Wang, X., Wang, Y., Liu, L., Shu, J., Zhu, Y., Zhou, J. (2013). Phytoplankton and Eutrophication Degree Assessment of Baiyangdian Lake Wetland, China. The Scientific World Journal, 2013, e436965. https://doi.org/10.1155/2013/436965.
34. Yağcı, M. (2010). Göllerde Ötrofikasyon, Kontrolü ve Planktonik Gösterge Türler, Yunus Araştırma Bülteni, 1, 11-14.
35. Yerli, S. V., Zengin, M. (2019). Aktaş Gölü ile ilgili bir değerlendirme. Aktaş Gölü Biyoçeşitliliğinin Korunması ve Sürdürülebilir Gelişme Çalıştayı 2019 Bildiriler Kitabı, 19-28, Ardahan Üniversitesi, Ardahan.