Phosphorus and phytoplankton dynamics in freshwater are usually thought to be tightly coupled and interdependent, yet orthophosphate uptake in situ has been observed to be mediated largely by particles of bacterial size. The purpose of this thesis is to examine the general hypothesis that freshwater bacterioplankton are markedly superior competitors for phosphorus, relative to the phytoplankton. Using isolates of three species of pelagic bacteria, and two of algae, it was shown that the bacteria possess much higher affinity orthophosphate uptake kinetics than the algae. In a Monte Carlo simulation study, the accuracy and precision of these Michaelis-Menten parameter estimates were found to depend strongly upon the experimental design matrix. Bacterial superiority in uptake was also reflected in terms of growth, in chemostat competition experiments, which also showed algal and bacterial uptake of orthophosphate to be well correlated with their relative long-term phosphorus assimilation. In parallel experiments in situ, bacterioplankton were found invariably to be responsible for more than 97% of the orthophosphate uptake. In contrast, excreted organic phosphorus was utilised almost exclusively by the phytoplankton. There is little evidence as yet that excretion and reuptake of phosphorus is important in redistributing phosphorus among the plankton.

Thesis (Ph. D.)--Florida State University, 2005. / Advisor: Richard Iverson, Florida State University, College of Arts and Sciences, Dept. of Oceanography. Title and description from dissertation home page (viewed Jan. 27, 2006). Document formatted into pages; contains xiii, 140 pages. Includes bibliographical references.

Abstract of Thesis (Ph. D.)--Uppsala University, 1983. / Includes bibliographical references (p. 16).

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The seasonal succession and productivity of the phytoplankton populations in Lake Waubee and Lake of the Woods, Indiana, were investigated from November 1980 to August 1981. Algal community dynamics were related to seasonal variations and interactions of several physical, chemical, and biological factors.Algal bianass maxima coincided with increases in light, nutrients, temperature, and turbulence during fall and spring overturn and in early to mid-summer. Growth characteristics and vertical distribution of bianass varied greatly from season to season with shifts in species composition and were indicative of productive lakes.The periodicity and distribution of in situ rates of primary productivity were also characteristic of fertile lakes. Integral photosynthesis ranged from 200 to 300 mg C m2 h-1, indicating mesotrophic to eutrophic conditions.Bioassays for nutrient limitation indicate that algal growth in both lakes is phosphorus-limited during the summer months. Ambient concentrations and loading rates of nitrogen and phosphorus indicate that restoration-management strategies should focus on phosphorus reduction and removal.Ball State UniversityMuncie, IN 47306

Thesis (doctoral)--Swedish University of Agricultural Sciences, 2005. / Thesis documentation sheet inserted. Appendix reproduces four papers and manuscripts co-authored with R.K. Johnson. Issued also electronically via World Wide Web in PDF format; online version lacks appendix.

Lake ecosystems across the globe have responded to climate warming of recent decades. However, correctly attributing observed changes to altered climatic conditions is complicated by multiple anthropogenic influences on lakes. This thesis contributes to a better understanding of climate impacts on freshwater phytoplankton, which forms the basis of the food chain and decisively influences water quality. The analyses were, for the most part, based on a long-term data set of physical, chemical and biological variables of a shallow, polymictic lake in north-eastern Germany (Müggelsee), which was subject to a simultaneous change in climate and trophic state during the past three decades. Data analysis included constructing a dynamic simulation model, implementing a genetic algorithm to parameterize models, and applying statistical techniques of classification tree and time-series analysis. Model results indicated that climatic factors and trophic state interactively determine the timing of the phytoplankton spring bloom (phenology) in shallow lakes. Under equally mild spring conditions, the phytoplankton spring bloom collapsed earlier under high than under low nutrient availability, due to a switch from a bottom-up driven to a top-down driven collapse. A novel approach to model phenology proved useful to assess the timings of population peaks in an artificially forced zooplankton-phytoplankton system. Mimicking climate warming by lengthening the growing period advanced algal blooms and consequently also peaks in zooplankton abundance. Investigating the reasons for the contrasting development of cyanobacteria during two recent summer heat wave events revealed that anomalously hot weather did not always, as often hypothesized, promote cyanobacteria in the nutrient-rich lake studied. The seasonal timing and duration of heat waves determined whether critical thresholds of thermal stratification, decisive for cyanobacterial bloom formation, were crossed. In addition, the temporal patterns of heat wave events influenced the summer abundance of some zooplankton species, which as predators may serve as a buffer by suppressing phytoplankton bloom formation. This thesis adds to the growing body of evidence that lake ecosystems have strongly responded to climatic changes of recent decades. It reaches beyond many previous studies of climate impacts on lakes by focusing on underlying mechanisms and explicitly considering multiple environmental changes. Key findings show that climate impacts are more severe in nutrient-rich than in nutrient-poor lakes. Hence, to develop lake management plans for the future, limnologists need to seek a comprehensive, mechanistic understanding of overlapping effects of the multi-faceted human footprint on aquatic ecosystems. / Weltweit haben Seeökosysteme auf den Klimawandel der letzten Jahrzehnte reagiert. Beobachtete Veränderungen eindeutig dem Klimawandel zuzuordnen, wird jedoch häufig dadurch erschwert, dass Seen gleichzeitig vielfachen anthropogenen Einflüssen ausgesetzt sind. Diese Arbeit trägt zu einem besseren Verständnis des Klimaeinflusses auf Algen bei, die am Anfang der Nahrungskette stehen und maßgeblich die Wasserqualität eines Sees beeinflussen können. Zum größten Teil stützt sich die Arbeit auf eine dreißigjährige Datenreihe eines unregelmäßig geschichteten Flachsees im Nordosten von Deutschland (Müggelsee), in dem sowohl steigende Wassertemperaturen als auch sinkende Nährstoffeinträge zu verzeichnen waren. Bei der Datenanalyse wurde ein neu erstelltes dynamisches Simulationsmodell, genetische Algorithmen zur Parametrisierung von Modellen, und statistische Methoden der Klassifizierung und Zeitreihenanalyse genutzt. Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass nicht nur klimatische Faktoren sondern auch die Nährstoffverfügbarkeit im See den Zeitpunkt der Algenfrühjahrsblüte (Phänologie) beeinflussen. Durch eine Veränderung der Mechanismen, die zum Kollaps der Blüte führen, trat diese trotz ähnlich milder Winterbedingungen bei hoher Nährstoffverfügbarkeit früher auf als bei niedriger. Ein neuentwickelter Ansatz zur Modellierung von Phänologie erwies sich als geeignet, um vorherzusagen, wann Algen und ihre Räuber in einem künstlich periodisch angetriebenen Laborsystem ihre Populationshöhepunkte erreichten. Eine Verlängerung der Wachstumsperiode führte dazu, dass diese früher auftraten. Die Untersuchung, warum sich Blaualgen im betrachteten See während jüngster Hitzewellenereignisse überraschend unterschiedlich entwickelt hatten, ergab, dass ungewöhnlich warmes Wetter nicht wie häufig vermutet generell förderlich für ihre Entwicklung ist. Der Zeitpunkt und die Dauer der Hitzewellen waren entscheidend dafür, ob für Blaualgen kritische Schwellenwerte der thermischen Schichtung im See überschritten wurden. Zudem zeigte sich, dass saisonale Erwärmungsmuster einen bedeutenden Einfluss auf Räuber nahmen, die das Auftreten von Algenblüten verhindern können. Diese Arbeit reiht sich in eine wachsende Anzahl von Studien ein, die zeigen, dass Seeökosysteme bereits stark auf die Klimaveränderungen der letzen Jahrzehnte reagiert haben. Mit ihrem Fokus auf Mechanismen und der expliziten Berücksichtigung simultaner anthropogener Einflüsse geht diese Arbeit gleichzeitig über viele bisherige Studien hinaus, die sich auf reine Beobachtung und die Betrachtung klimatischer Faktoren beschränkten. Kernergebnisse deuten daraufhin, dass Klimafolgen in nährstoffreichen Seen stärker ausfallen als in nährstoffarmen Seen. Nur mit einem umfassenden, mechanistischen Verständnis des vielfältigen anthropogenen Einflusses wird eine hohe Wasserqualität in Seen auch in Zukunft aufrechtzuerhalten sein.

Thesis (M.S.)--Eastern Illinois University, 2009. / Includes bibliographical references (leaves [117]-125).

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