Evaluating seasonal biological responses in Saccharina latissima and kelp-driven changes in seawater DIC and pH across two sites

Abstract

Vannkvalitet og fysiske miljøparametere regulerer biokjemiske prosesser i makroalger. For å sikre vellykket makroalgekultivering og maksimere økosystemfordelene industrien kan gi, er det avgjørende å forstå hvordan ytre miljøfaktorer påvirker vekst, biokjemiske sammensetninger, samt identifisere forskjeller mellom ulike lokaliteter. I tillegg er det viktig å ha innsikt i makroalgenes interaksjoner med økosystemet, spesielt potensiale til å redusere havforsuring og bidra positivt til miljøet.

Sukkertare, Saccharina latissima, er en godt etablert og studert brunalge. Likevel er det få studier som undersøker samspillet mellom tare og flere miljøparametere samtidig, og hvordan disse påvirker vekst og biokjemiske forbindelser. Formålet med denne studien var å undersøke hvordan ulike miljøfaktorer påvirker sesongmessige endringer i vekst og karbon- og nitrogeninnhold i Saccharina latissima, dyrket på to ulike lokaliteter i samme region i Midt-Norge: Måsskjæret og Skarvøya. Disse lokalitetene ble valgt på grunn av forskjeller i produksjonsvolum og miljøeksponering. Måsskjæret er en semi-eksponert kystlokalitet med en total produksjon på rundt 200 tonn, mens Skarvøya er en mer skjermet forskningslokalitet med et produksjonvolum på under 5 tonn.

Forskningsprosjektet ble gjennomført i dyrkningssesongen 2022-2023, med utsetting av tare i oktober og januar for å fange opp sesongvariasjoner mellom de to vanligste utsettingstidspunktene i Midt-Norge. Datainnsamlingen inkluderte månedlig prøvetakning og analyse av tare og sjøvann, samt overvåking av miljøparametere ved bruk av multiparametersensor og satellittdata.

Denne studien viser tydelig den betydelige innflytelsen miljøfaktorer har på vekst og karbon/nitrogeninnhold i Saccharina latissima, med stedsspesifikke forskjeller knyttet til eksponeringsgrad. Temperatur og lys ble identifisert som nøkkelparametere for vekst, men det er behov for mer forskning på hvordan flere miljøfaktorer i samspill påvirker biokjemiske prosesser, for å optimalisere valg av lokalitet og øke utbytte. Funnene fremhever også hvordan oppblomstring av planteplankton påvirker næringstilgjengelighet, og understreker rollen dyrking av Saccharina latissima spiller i å endre sjøvannets kjemi ved å redusere innholdet av oppløst uorganisk karbon og øke pH-nivåene i det omkringliggende vannet. Disse resultatene tyder på at tarekultivering kan bidra til lokal demping av havforsuring, og at samdyrking med kalkdannende organismer bør utforskes videre for både økologiske og kommersielle fordeler.

Seawater quality and external physio-chemical conditions regulate all biochemical reactions in seaweeds. To achieve commercially successful seaweed cultivation and enhance ecological benefits, farmers need to understand their cultivation site and the influence of external environmental parameters on growth and biochemical compounds. As we move towards larger cultivation scales, it is also essential to estimate the effect of seaweed farming on local seawater chemistry to determine its potential for mitigating ocean acidification and providing ecosystem benefits.

The brown macroalgae Saccharina latissima is well-studied, but fewer studies investigate the relationship between this species and multiple environmental factors, and their simultaneous impact on growth and biochemical compounds. This study focuses on how multiple environmental factors influence seasonal changes in growth and carbon and nitrogen (C/N) content in Saccharina latissima, cultivated at two distinct locations within the same region in Mid-Norway: Måsskjæret and Skarvøya. These sites were chosen due to their significant differences in size, production volume, and environmental exposure. Måsskjæret is a semi-exposed coastal site with a total production of approximately 200 tons of kelp, whereas Skarvøya is a sheltered research site with a production volume of less than 5 tons.

The research was conducted during the cultivation season 2022-2023, with kelp deployed in October and January to capture seasonal variations in two distinct size classes of kelp, also representing the two main deployment windows in mid-Norway. Data collection included monthly sampling of kelp and seawater, as well as monitoring of environmental parameters using a multi-parameter sensor as well as remote sensing. Seawater chemistry analysis involved measuring carbon chemistry parameters to evaluate seaweed farming as a tool for potentially mitigating ocean acidification.

This study confirms the significant influence of environmental parameters on growth and C/N content in Saccharina latissima, with site-specific differences connected to seawater velocity. Temperature and light were identified as key environmental parameters influencing growth patterns, but there is a need for further multi-stressor investigations to improve site selection and yield. The findings highlight the impact of phytoplankton blooms on nutrient availability and underscore the role of Saccharina latissima cultivation in altering seawater carbon chemistry by removing dissolved inorganic carbon (DIC) and elevating pH levels. These results suggest that Saccharina latissima can play a crucial role in locally mitigating ocean acidification, and co-cultivation with calcifying organisms should be further investigated for ecological benefits and commercial opportunities.