Effects of Nutrients and N/P Ratio Stoichiometry on Phytoplankton Growth in an Eutrophic Reservoir

We evaluated the effect of limiting nutrients and N/P ratio on the growth of phytoplankton in a small eutrophic reservoir from November 2002 to December 2003. Nutrient limitation was investigated seasonally using nutrient enrichment bioassay (NEB). DIN/DTP and TN/TP ratio (by weight) of the reservoir during the study period ranged 17${\sim}$187 and 13${\sim}$60, respectively. Most of nitrogen in the reservoir account for $NO_3$-N, but sharp increase of ammonia was evident during the spring season. Seasonal variation of dissolved inorganic phosphorus concentration was relatively small. DTP ranged 26.5${\sim}$10.1 ${\mu}g\;P\;L^{-1}$, and the highest and lowest concentration was observed in August and December, respectively. Chlorophyll a concentration ranged 28.8${\sim}$109.7 ${\mu}g\;L^{-1}$, and its temporal variation was similar to that of cell density of phytoplankton. Dominant phytoplankton species were Bacillariphyceae (Melosira varians) and Chlorophyceae (Dictyosphaerium puchellum) in Spring (March${\sim}$April). Cyanophyceae, such as Osillatoria spp., Microcystis spp., Aphanizomenon sp. dominated from May to the freezing time. TN/TP ratio ranged from 46 to 13 (Avg. 27${\pm}$6) from June to December when cyanobacteria (Microcystis spp.) dominated. p limitation for algal growth measured in all NEB experiments (17cases), while N limitation occurred in 8 out of 17 cases. The growth rates of phytoplankton slightly increased with decreasing of DIN/DTP ratio. Evident increase was observed in the N/P ratio of > 30, and it was sustained with DTP increase until 50 ${\mu}g\;P\;L^{-1}$. Under the same N/P mass ratio with the different N concentrations (0.07, 0.7and 3.5 mg N $L^{-1}$), Microcystis spp. showed the highest growth rate in the N/P ratio of< 1 with nitrogen concentration of 3.5 mg N $L^{-1}$). The responses of phytoplankton growth to phosphate addition were clearly greater with increase of N concentration. These results indicate that the higher nitrogen concentration in the water likely induce the stronger P-limitation on the phytoplankton growth, while nitrogen deficiency is not likely the case of nutrient limitation.

부영양 저수지에서 식물플랑크톤 성장에 대한 제한영양염과 질소/인 비의 영향

소규모 부영양 저수지에서 식물플랑크톤 성장에 대한 제한영양염과 N/P무게비의 영향을 평가하기 위해 2002년 11월부터 2003년 12월까지 이루어졌다. 조사기간 동안 수체 내 DIN/DTP과 TN/TP 무게비는 각각 17${\sim}$187,33${\sim}$60의 범위로 나타났다. 용존무기질소의 대부분은 질산성 질소($NO_3$-N)형태로 존재했으며, 봄에 일시적인 암모니아 농도의 증가가 나타났다. 반면에 무기인은 8.8${\sim}$0.6 ${\mu}g\;P\;L^{-1}$의 범위로 계절에 따른 변화는 적었으며, 용존총인은 26.5 ${\sim}$ 10.1 ${\mu}g\;P\;L^{-1}$로 8월에 가장 높았고 12월에 가장 낮은 농도를 나타냈다. 엽록소 a 농도는 28.8${\sim}$109.7 ${\mu}g\;L^{-1}$의 범위였고, 식물플랑크톤 세포밀도 변화와 유사한 계절적인 변화를 보였다. 봄에는 주로 규조류(Melosira varians)와 녹조류 (Dictyosphaerium puchellum)가 우점종으로 나타난 반면 5월부터 결빙 전까지는 Osillatoria SPP., Microcystis SPP., Aphanizomenon SP. 와 같은 남조류가 우점하였다. 남조류 군집 중 Microcystis SPP.가 우점한 6월부터 12월까지 수체 내 TN/TP비는 46${\sim}$13의 범위 (평균 27${\pm}$5)였다. 영양염 첨가실험의모든 경우(17번)에서 인에 의한 제한이 나타났으며, 질소제한은 8번에 걸쳐 나타났다. 식물플랑크톤 성장률은DIN/DTP비 30이하에서 가장 크게 나타났고, 인 농도50 ${\mu}g\;P\;L^{-1}$까지는 지속적으로 증가하였다. 절대 농도에 있어서 차이가 있으나, N/P비가 동일한 상태에서의 남조류 성장은 질소 농도가 3.5 mg N $L^{-1}$인 경우 N/P 비가 1인 상태에서 성장량이 가장 컸다. 인 첨가에 따른 성장은 질소농도가 높을수록 현저히 높게 나타났다. 이러한 결과들은 수체 내 질소농도가 높은 환경에서는 식물플랑크톤성장에 대한 강한 인 제한이 나타나기 쉬운 반면, 질소제한 가능성 이 상대적으로 적음을 의미한다.