Dissolved organic matter concentration, optical parameters and attenuation of solar radiation in high-latitude lakes across three vegetation zones

Abstract

AbstractHigh-latitude lakes are usually transparent, due to their low productivity and low concentration of dissolved organic matter (DOM), but large variations in lake optical properties can be found within and between regions. We investigated the light regimes in relation to DOM in 18 oligotrophic, high-latitude lakes across mountain birch woodland, shrub tundra and barren tundra in north-west Finnish Lapland. In 12 lakes >1% of photosynthetically active radiation (PAR) reached the lake bottom, while 1% UV-B depth ranged from 0.1 to >12 m. Lakes located in barren tundra had highest transparency, lowest dissolved organic carbon (DOC) concentration and lowest DOM absorption (a440) (mean values: Kd PAR 0.3m–1, DOC 2.1mg l–1, a440 0.4m–1), while lakes in shrub tundra and mountain birch forest were less transparent (DOC 4.7 mg l–1, a440 1.4 m–1). Solar attenuation and lake transparency was best explained by a440. Our survey emphasizes the importance of catchment type on DOM characteristics and lake optics. We predict that even small changes in DOM quality may largely change the UV radiation exposure of lakes while changes in PAR may have smaller biological effects in these shallow lakes that are already illuminated to the bottom.RésuméLes lacs en hautes latitudes sont généralement transparents due à de faibles productivité et concentration en matière organique dissoute (MOD). Toutefois, ceux-ci présentent une grande variabilité en propriétés optiques. Nous avons étudié le régime lumineux avec la MOD dans 18 lacs oligotrophes des forêts (bouleau pubescent) et toundras (arbustive et herbacée) du nord-ouest de la Laponie finlandaise. Dans 12 lacs, >1% du rayonnement photosynthétique actif (RPA) a atteint le fond, tandis que le UVB 1% atteint entre 0.1 et >12m. Les lacs de la toundra herbacée avaient les transparences les plus élevées mais des concentrations en carbone organique dissout (COD) et en MOD chromophore (a440) les plus faibles (moyennes: RPA Kd 0,3m–1, COD 2,1mg.l –1, a440 0,4m–1), tandis que ceux de la toundra arbustive et des forêts étaient moins transparents (COD 4,7mg.l–1, a440 1,4m–1). L'atténuation de la radiation solaire et la transparence étaient liées à a440. Notre étude montre l'importance du type de bassin versant pour les caractéristiques de la MOD et l'optique des lacs. Nous prédisons que de faibles changements de la MOD pourront causer des changements dans l'exposition aux UV, mais des changements du RPA pourraient avoir de faibles effets biologiques dans ces lacs déjà illuminés jusqu'au fond.Keywords: dissolved organic matterhigh-latitude lakeslake optical propertiesMots-clés: lacs de hautes latitudes matière organique dissoute propriétés optiques des lacs AcknowledgementsThe authors thank the staff of Kilpisjärvi Biological Station for hospitality during field work. In addition, they thank K. Hayakawa, P. Hodong, K. Ishikawa, P. Junttila, R. Pienitz and A. Tanskanen for their efforts during data collection. The authors are grateful to the Lapland Regional Environmental Centre for lake chemistry analysis, and to R. Elo for providing the GIS-based data.Additional informationFundingThis work was supported by the Academy of Finland [grants 206160, 119205, 140775 and 140900].