Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Nutrient limitation for coastal areas and estuaries in the Baltic Sea: Applying linear regression analysis and TN/TP ratio to determine the limiting nutrient
Uppsala University, Disciplinary Domain of Science and Technology, Biology, Department of Ecology and Genetics.
2017 (English)Independent thesis Advanced level (professional degree), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Det begränsande näringsämnet för kustområden i Östersjön : Användning av linjär regressionsanalys och TN/TP kvot för att bestämma det begränsande näringsämnet (Swedish)
Abstract [en]

The purpose of this study was to determine the limiting nutrient in a set of coastal areas and estuaries in the Baltic Sea. Although the subject as been studied for several decades, no clear consensus has been reached in the scientific community as to whether primary production is limited by phosphorus or nitrogen.

A total of five coastal areas, all located on the east coast of Sweden, were assessed regarding their limiting nutrient by using three methods. The first method was applying linear regression analysis on measured TP and TN concentration together with chlorophyll-a and Secchi depth. The data was collected from sampling programs stretching back to the 1970s and 80s, studying the summer period May to September for all sites but one, were the period April to October was studied. The second method calculated the TN/TP ratio during the summer period and compared it to the Redfield ratio. Thirdly, basic mass-balance calculations were carried out, with empirical data on the external loads and calibrated with the yearly average concentration in the surface water (0–10 m). From the calculations, both the annual external and internal load of TP and TN was obtained. The different TP and TN loads were likewise tested for a correlation with the measured summer chlorophyll-a concentration and Secchi depth.

The results of using linear regression analysis on measured concentrations were mostly inconclusive, as the TP and TN concentrations for all sites and most years were related to each other. Consequently both nutrients often gave equal correlation coefficients. Similarly the TP and TN loads also matched each other for most sites and years, inherently obtaining the same inconclusive, but also contradictory results, as when using the measured concentrations. The TN/TP ratio indicated, for one site that it was limited by phosphorus and another site possibly nitrogen limitation. The ratio in the other sites periodically dropped between nitrogen and phosphorus limitation over the years. Thus it was difficult to draw an overall conclusion as to what nutrient was the limiting one for all the sites. However analysing the results from the individual sites showed that three of the five sites had signs of phosphorus limitation.

Two factors were deemed as being the main reasons as to why the methods did not achieve more conclusive results. The first factor was the empirical data, which varied in frequency and extent over the studied time periods and between sites, making representative concentrations difficult to calculate and evaluate. The second was the matching trends between both the concentrations and the loads of TP and TN. To achieve a better result one nutrient could be increased or decreased while one remains relatively constant. The problem with such an experiment would be controlling the inflow of nutrients from the adjacent sea. 

Abstract [sv]

Syftet med detta projekt var att bestämma det begränsande näringsämnet för ett antal kustområden i Östersjön. Frågan huruvida fosfor eller kväve är det begränsande näringsämnet i kustområden runt Östersjön har varit omdiskuterad under flera år och undersökts vid ett flertal tillfällen.

I denna studie testades tre metoder, i fem olika kustområden, med syftet att fastställa det begränsande näringsämnet. Först användes linjär regressionsanalys med uppmätta värden på TP och TN koncentrationer tillsammans med klorofyll-a och Secchidjup. Empirisk data insamlades från övervakningsprogram där prover tagits sedan 1970- och 80-talet. Medelvärden beräknades för perioden maj till september för alla områden förutom ett, där undersöktes perioden april till oktober. Sommarmedelvärdena för TN/TP kvoten analyserades också för alla områden med avseende på Redfield kvoten. Slutligen genomfördes massbalansberäkningar med data för de externa belastningarna av TP och TN, dessa beräkningar kalibrerades sedan med uppmätta värden på koncentrationen i ytvattnet (0–10 m). Utifrån beräkningarna erhölls värden på den externa och den interna belastningen. Dessa belastningar testades med linjär regression för ett samband med de uppmätta värdena på Secchidjup och klorofyll-a.

Metoden att använda linjär regressionsanalys med empiriskt uppmätta koncentrationer och djup, gav generellt ett oklart resultat. Detta var en följd av att halterna av både TP och TN i regel följdes åt, vilket fick konsekvensen att korrelationskoefficienterna för TP och TN ofta var lika stora. Samma problem uppstod för regressionsanalysen med belastningarna, då även dessa ofta följde varandra, men även motsade resultatet med koncentrationerna. Analysen av TN/TP kvoten tydde på att ett område var fosforbegränsat och ett område möjligen var kvävebegränsat. För de övriga tre områdena skiftade TN/TP kvoten under åren mellan kväve- och fosforbegränsning. De oklara resultaten gjorde det svårt att dra en övergripande slutsats. Däremot vid analysen av de enskilda områdena uppvisade tre av de fem områdena tecken på fosforbegränsning, även om detta inte kunde med säkerhet fastställas.

Det var huvudsakligen två faktorer vars inverkan anses ha haft stor betydelse för det oklara resultatet. Den första faktorn var uppmätt data, vars frekvens och omfattning skiljde sig avsevärt mellan år och platser. Följaktligen försvårades beräkningarna av koncentrationerna och tillförlitligheten i hur representativa värdena var. Den andra och avgörande faktorn var de matchande trenderna hos både koncentrationerna och belastningarna. För att förbättra resultatet kan ett näringsämne ändras, medan det andra näringsämnet hålls relativt konstant. Problemet med att genomföra ett sådant experiment skulle vara att kontrollera inflödet av näringsämnen från närliggande hav. 

Place, publisher, year, edition, pages
2017. , p. 60
Series
UPTEC W, ISSN 1401-5765 ; 17 036
Keywords [en]
Eutrophication, limiting nutrient, TP, TN, the Baltic Sea, coastal areas, mass-balance calculations, TN/TP ratio, Redfield ratio, linear regression analysis
Keywords [sv]
Eutrofiering, begränsande näringsämne, TP, TN, Östersjön, kustområden, linjär regressionsanalys, TN/TP kvot, Redfield kvot, massbalansberäkningar
National Category
Earth and Related Environmental Sciences
Identifiers
URN: urn:nbn:se:uu:diva-335780OAI: oai:DiVA.org:uu-335780DiVA, id: diva2:1163826
External cooperation
IVL Svenska Miljöinstitutet AB
Educational program
Master Programme in Environmental and Water Engineering
Supervisors
Examiners
Available from: 2017-12-12 Created: 2017-12-08 Last updated: 2017-12-12Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(5883 kB)21 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 5883 kBChecksum SHA-512
959aee8cc80606350877224d0614f6880112b9c99d2ed81bbb075e225e480b0e3011ec0edeae4056a2cc7559b4e10ee8ff6f07de4d83a9df4a6114408c405256
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Department of Ecology and Genetics
Earth and Related Environmental Sciences

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 21 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 29 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf