Application of European diatom indices for paleolimnological reconstructions of Lake Tavatui (Middle Urals, Russia) ecosystem changes

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Diatom European indices are applied for assessment of water quality and eutrophication. The research is focused on application of diatom European indices for paleolimnological reconstructions of Lake Tavatui (Middle Urals, Russia) ecosystem changes. Among 23 calculated indices, only IBD, IPS, and IDG were compliant with the condition for the availability of ecological information for at least 60% of the assemblage species and the 60% abundance of these species for all samples of sediments core. There was no correlation between indices due to the different system of counting and pollution sensitivity of species in the same genera in the indices system. Only IPS have negative correlation with diatom inferred total phosphorus. The results based on IBD was not reliable due to its correlation with certain species and its substantial impact into index value. Inapplicability of IDG was due to the fact that this index is based on the ecology of genus which often contains species with different ecology.

Full Text

1. Introduction

European diatom indices are widely used in assessment of water quality and eutrophication. To determine the drivers of lake eutrophication, it is necessary to study the dynamic of lake ecosystems using palaeolimnological reconstructions. A study conducted on 72 lakes of the Southern and Middle Urals showed that 14 of the 23 European diatom indices correlated with nutrient variables, despite the difference in sampling methods and the type of aquatic ecosystem for which the diatom index was developed (Maslennikova et al., 2022). The purpose of this research is to test European diatom indices for paleolimnological reconstructions of Lake Tavatui ecosystem changes.

2. Materials and methods

In this study, we calculated diatom indices for the Lake Tavatui (Middle Urals) sediments core. The results of the diatom analysis and diatom-inferred water parameters reconstructions of Lake Tavatui were described in details in previous article (Maslennikova, 2022). European diatom indices were calculated using Omnidia 6.1.4. software (Lecointe et al., 1993). The main reason of diatom indices inapplicability was insufficient representation of diatom species of the Ural lakes in the indices datasets (Maslennikova et al., 2022). So, the interpretation was carried out if the ecological information in index dataset was available for at least 60% of the assemblage species, and the abundance of these species was at least 60% of the assemblage abundance. Pearson correlation was applied to determine the relations between the indices and diatom inferred total phosphorus (DI-TP) and electrical conductivity (DI-EC) of lake water.

3. Results

Only IBD (Biological Diatom Index) (Lenoir and Coste, 1996), IPS (Specific Pollution Sensitivity Index) and IDG (Generic Diatom Index) (Cemagref, 1982) were compliant with the “condition of 60%”. There was no significant positive correlation between these indices (Fig.). IPS and IBD negatively correlated with TP (r=-0.7 for IPS and r=-0.3 for IBD). For lower (11.7-7.9 cal ka BP) and upper (from 7.9 cal ka BP to 2009 AD) part of the core correlations increased (r=-0.8 for IPS and r=-0.4-0.5 for IBD). In addition, IBD correlated with EC (r=0.8). However, when analyzing the upper and lower parts of the core, the correlation disappeared. IDG related to EC (r=-0.7) and TP (r=0.43) for the whole core, to EC (r=-0.5) for the upper part and to TP (r=0.7) for lower part of the core.

 

Fig. Lake Tavatui sedimentary record of changes in diatom indices, DI-TP, DI-EC and diatom species.

 

4. Discussion

Theoretically, the indices should positively correlated with each other and had a negative relationship with DI-TP and optionally with DI-EC. The lack of correlation between indices and false positive correlations with DI-TP and DI-EC could be associated with a different way of indices calculating, as well as differences in indicative value and pollution sensitivity of the same species for the indices. The main diatom assemblage shift at 7.9-8.1 cal ka BP was expressed as shift from Staurosira construens Ehrenberg and Pseudostaurosira brevistriata (Grunow) D.M.Williams & Round to Aulacoseira ambigua (Grunow) Simonsen and Aulacoseira granulata (Ehrenberg) Simonsen assemblage. According IBD system, Aulacoseira ambigua and A. granulata are more likely to occur in waters of a lower class than Staurosira construens and Pseudostaurosira brevistriata (Coste et al., 2009). Therefore, with an increase in the number of Aulacoseira ambigua, the IBD index sharply decreased, which caused a correlation with EC. Indicative value and pollution sensitivity for above mentioned species in IPS and IDG system are almost the same (Cemagref, 1982). The differences in these indices are due to the fact that IDG is based on the ecology of genus. The main differences between IPS and IDG were observed in periods of Nitzschia denticula Grunow increase (Fig.). This species characterized by high pollution sensitivity in IPS system. At the same time, the genus Nitzschia have low pollution sensitivity in IDG system. So, then IPS increase, IDG decrease.

5. Conclusions

Thus, assessment of European diatom indices for palaeolimnological reconstructions of Lake Tavatui showed reliable results only for IPS, which had a strong correlation with DI-TP. Indices mismatch was explained by the different system of diatom indices counting, as well as the different pollution sensitivity of species in the same genera.

Acknowledgments

The research was supported by the Russian Science Foundation (Grant No. 21-17-00071, https://rscf.ru/project/21-17-00071/).

Conflict of interest

The authors declare that there are no known competing financial interests or personal relationships that could have appeared to influence the work reported in this paper.

×

About the authors

A. V. Maslennikova

South Urals Federal Research Center of Mineralogy and Geoecology UB RAS

Author for correspondence.
Email: adenophora@inbox.ru
Russian Federation, territory of the Ilmeny State Reserve, Miass, Chelyabinsk district, 456317

V. O. Gulakov

South Urals Federal Research Center of Mineralogy and Geoecology UB RAS

Email: adenophora@inbox.ru
Russian Federation, territory of the Ilmeny State Reserve, Miass, Chelyabinsk district, 456317

References

  1. Cemagref. 1982. Etude des méthodes biologiques d’appréciation quantitative de laqualité des eaux [Study of biological methods for the quantitative assessment of water quality]. Cemagref, Division Qualité des Eaux, Lyon.
  2. Coste M., Boutry S., Tison-Rosebery J. et al. 2009. Improvements of the Biological Diatom Index (BDI): description and efficiency of the new version (BDI-2006). Ecological Indicators 9(4): 621-650. doi: 10.1016/j.ecolind.2008.06.003
  3. Lecointe C., Coste M., Prygiel J. 1993. Omnidia: software for taxonomy, calculation of diatom incices and inventories management. Hydrobiologia 269/270: 509-513. doi: 10.1007/BF00028048
  4. Lenoir A., Coste M. 1996. Development of a practical diatom index of overall water quality applicable to the French national water Board network. In: Whitton B.A., Rott E. (Eds.), Use of algae for monitoring rivers, vol. II. Innsbruck, Austria, pp. 29-43.
  5. Maslennikova A.V., Gulakov V.O., Aminov P.G. et al. 2022. Possibilities of European diatom indices in assessment of lakes ecological state changes in the Urals (Russia). Trudy KarNC RAN [Proceedings of the Karelian Research Center of the Russian Academy of Sciences]. (in Russian) (in press)
  6. Maslennikova A.V. 2022. Holocene environments in the Middle Urals: paleolimnological proxies from the Lake Tavatui (Russia). Quaternary International 622: 51-64. doi: 10.1016/j.quaint.2022.02.033

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. Lake Tavatui sedimentary record of changes in diatom indices, DI-TP, DI-EC and diatom species.

Download (157KB)

Copyright (c) 2022 Maslennikova A.V., Gulakov V.O.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».