N:P ratios to estimate nutrient limitations and trophic state in a shallow freshwater lake

Osman Çetinkaya; Cemal Cevher

doi:10.12714/egejfas.43.1.03

TR EN

Sığ bir tatlısu gölünde besin sınırlamaları ve trofik durumu belirlemede N:P oranlarının kullanımı

Öz

Sığ tatlısu ekosistemlerinde ötrofikasyonun yönetimi için besin sınırlamasının anlaşılması büyük önem taşır. Millî Park statüsündeki Kovada Gölü (Isparta, Türkiye), yoğun besin kirliliği ve aşırı makrofit gelişimi ile karakterize edilirken, gölün özgün besin sınırlama durumu belirsizliğini korumaktadır. Bu çalışma, göl ve giriş kanalındaki besin sınırlamasını ve güncel trofik durumu belirlemeyi amaçlamıştır. Epilimnetik su örnekleri, bitki büyüme dönemi boyunca (Mayıs–Ekim 2024) beş istasyondan alınmıştır. Örneklerde Toplam Azot (TN), Toplam Fosfor (TP), Çözünebilir İnorganik Azot (DIN), Çözünebilir İnorganik Fosfor (DIP) ve Klorofil-a (Chl-a) analiz edilmiştir. Besin sınırlamalarını belirlemek için molar stokiyometrik oranlar (TN:TP ve DIN:DIP) hesaplanmıştır. Sonuçlar, göl-kanal sisteminde son derece yüksek besin konsantrasyonları ortaya koymuştur. Göl-kanal ortalama molar TN:TP oranı 7.77:1 olarak bulunmuş ve belirgin, kalıcı bir azot sınırlamasını; buna karşılık, ortalama molar DIN:DIP oranı 13.97:1 biyolojik olarak hemen kullanılabilir besin formları açısından bir azot-fosfor eş-sınırlamasın göstermektedir. Belirgin mekânsal ve aylık değişkenlikler, sistemin dinamik yapısını doğrulamıştır. Ortalama Chl-a konsantrasyonu (14.69 µg L⁻¹), gölün ötrofik trofik durumda olduğunu göstermiştir. Chl-a'nın TN veya TP ile ilişkili olmamasına rağmen, DIP ve DIN:DIP oranı ile anlamlı ilişkiler göstermesi dikkat çekicidir. Bu çalışma, Kovada Gölü sisteminin baskın olarak azot sınırlamalı olduğunu ortaya koymaktadır. Ayrıca, makrofit baskın sığ göl yapısında, çözünebilir besin parametrelerinin (DIP, DIN:DIP) trofik duurmun belirlenmesinde toplam besin oranlarına göre daha güvenilir göstergeler olduğunu vurgulamaktadır. Bulgular, göldeki besin yönetim stratejilerinin geliştirilmesi için kritik bir tanısal temel sunmaktadır.

Anahtar Kelimeler

N:P ratios to estimate nutrient limitations and trophic state in a shallow freshwater lake

Abstract

Understanding nutrient limitation is essential for managing shallow freshwater ecosystems experiencing eutrophication. Kovada Lake, a National Park in Türkiye, suffers from severe nutrient pollution and excessive macrophyte growth, yet its specific limitation status is unclear. This study aimed to diagnose the nutrient limitation and current trophic state of the lake and its inlet canal. Epilimnetic water samples were collected from five stations during the growing season (May–October 2024). Samples were analyzed for Total Nitrogen (TN), Total Phosphorus (TP), Dissolved Inorganic Nitrogen (DIN), Dissolved Inorganic Phosphorus (DIP), and Chlorophyll-a (Chl-a). Molar stoichiometric ratios (TN:TP and DIN:DIP) were then calculated to identify limitation patterns. Results revealed extremely high nutrient concentrations throughout the system. The lake-canal average molar TN:TP ratio was 7.77:1, indicating strong and persistent N limitation. In contrast, the average molar DIN:DIP ratio was 13.97:1, suggesting a N-P co-limitation for immediately bioavailable nutrients. Significant spatial and monthly variations confirmed the system's dynamic nature. The average Chl-a concentration (14.69 µg L-1) confirmed a eutrophic trophic state. Crucially, Chl-a did not correlate with TN or TP but showed significant relations with DIP and DIN:DIP ratio. This study demonstrates that the Kovada Lake system is primarily N-limited. Furthermore, it highlights that in this macrophyte-dominated shallow lake, dissolved nutrient parameters (DIP, DIN:DIP) are more reliable predictors of trophic response than total nutrient ratios. These findings provide a critical diagnostic basis for developing nutrient management strategies.

Keywords

Destekleyen Kurum

Eğirdir Fisheries Research Istitute (SAREM)

Etik Beyan

No specific ethical approval was necessary for this study, as no animals were used, nor were any questionnaires applied.

Teşekkür

The authors thanks a lot the SAREM administration.

Kaynakça

APHA. (1995). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 19th Edition, American Public Health Association Inc., New York.
Atay, R. (1996). Kovada Kanal ve Gölünde bazı Kimyasal Parametrelerin Değişimi. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü (Yüksek Lisans tezi), Isparta.
Bahadır, M. (2014). Kovada Gölü Milli Parkı'nın Sürdürülebilir Yönetimi. Eastern Geographical Review/Doğu Coğrafya Dergisi, 18(30), 287-308. https://dergipark.org.tr/tr/pub/ataunidcd/article/31329
Bergström, A.K. (2010). The use of TN:TP and DIN:TP ratios as indicators for phytoplankton nutrient limitation in oligotrophic lakes affected by N deposition. Aquatic Sciences, 72(3), 277 281. https://doi.org/10.1007/s00027-010-0132-0
Cevher, C. (2025). Kovada Gölü’nün (Isparta) Trofik Durumunun İndekslerle Belirlenmesi. Isparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi LEE (Yüksek Lisans Tezi), Isparta.
Çiçek, N.L., & Yamuç, F. (2017). Using epilithic algae assemblages to assess water quality in Lake Kovada and Kovada Channel (Turkey), and in relation to environmental factors. Turkish Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 17, 701-711. https://doi.org/10.4194/1303-2712-v17_4_06
Conley, D.J., Paerl, H.W., Howarth, R.W., Boesch, D.F., Seitzinger, S.P., Havens, K.E., Lancelot, C., & Likens, G.E. (2009). Controlling eutrophication: Nitrogen and phosphorus. Science, 323, 1014–1015. https://doi.org/10.1126/science.1167755
Dai, M., Xiao, Y., Wang, T., Xu, J., & Wang, Y. (2022). Influence of N:P Ratio of Water on Ecological Stoichiometry of Vallisneria natans and Hydrilla verticillata. Water, 14(8), 1263. https://doi.org/10.3390/w14081263

Downing, J.A., & McCauley, E. (1992). The Nitrogen: Phosphorus Relationship in Lakes. Limnology and Oceanography, 37(5), 936-945. https://doi.org/10.4319/lo.1992.37.5.0936
Ekholm, P. (2008). N:P ratios in estimating nutrient limitation in aquatic systems. Finnish Environment Institute, 11 14. http://www.cost869.alterra.nl/FS/FS_NPratio.pdf
Elser, J.J., Bracken, M.E.S., Cleland, E.E., Gruner, D.S., Harpole, W.S., Hillebrand, H., Ngai, J.T., Seabloom, E.W., Shurin, J.B., & Smith, J.E. (2007). Global analysis of nitrogen and phosphorus limitation of primary producers in freshwater, marine and terrestrial ecosystems. Ecology Letters., 10(12), 1135–1142. https://doi.org/10.1111/j.1461-0248.2007.01113.x
Erdoğan, Ö., & Savaş, A. (2024). Determination of Kovada Lake water quality according to zooplankton. International Journal of Engineering and Innovative Research 6(2), 86-97. https://doi.org/10.47933/ijeir.1387574
Gibson, G., Carlson, R., Simpson, J., Smeltzer, E., Gerritson, J., Chapra, S., Heiskary, S., Jones, J., & Kennedy, R. (2000). Nutrient Criteria Technical Guidance Manual: Lakes and Reservoirs (EPA-822-B00-001). USEPA. https://doi.org/doi:10.7282/t3-6mra-wv76
Guildford, S. J., & Hecky, R.E. (2000). Total nitrogen, total phosphorus, and nutrient limitation in lakes and oceans: Is there a common relationship? Freshwater Biology, 45(2), 121 138. https://doi.org/10.4319/lo.2000.45.6.1213
Gülle, İ. (1999). Kovada Gölü Zooplanktonunun Sistematik ve Ekolojik Yönden Araştırılması. Süleyman Demirel Üniversitesi FBE Yüksek Lisans Tezi, Isparta.
Gürbüz, F., Metcalf, J.S., Karahan, A.G., & Codd, G.A. (2009). Analysis of dissolved microcystins in surface water samples from Kovada Lake, Turkey. Science of the Total Environment, 407(13), 4038–4046. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2009.02.039
Havens, K. E., James, R.T., East, T.L., & Smith, V.H., (2003). N:P ratios, light limitation, and cyanobacterial dominance in a subtropical lake impacted by non-point source nutrient pollution. Environmental Pollution, 122(3), 379-390, https://doi.org/10.1016/S0269-7491(02)00304-4
Kazancı, N., Girgin, S., Dügel, M., Oguzkurt, D., Mutlu, B., Dere, Ş., Barlas, M. & Özçelik, M. (1999). Köyceğiz, Beyşehir, Eğirdir, Akşehir, Eber, Çorak, Kovada, Yarışlı, Bafa, Salda, Karataş, Çavuşçu Gölleri, Küçük ve Büyük Menderes Deltası, Güllük Sazlığı ve Karamuk Bataklığının Limnolojisi. Türkiye İç Suları Araştırmaları Dizisi, IV. ISBN 8-975-7852-59-7
Koçak, M., Mihalopoulos, N., Tutsak, E., Violaki, K., C., Theodosi, P. Z., & Kalegeri, P. (2016). Atmospheric Deposition of macronutrients (dissolved inorganic nitrogen and phosphorous) onto the Black Sea and implications on marine productivity. Journal of Atmospheric Sciences, 73, 1727–1739. https://doi.org/10.1175/JAS-D-15-0039.1.
Kolzau, S., Wiedner, C., Rücker, J., Köhler, J., Köhler, A., & Dolman, A.M. (2014). Seasonal patterns of nitrogen and phosphorus limitation in four german lakes and the predictability of limitation status from ambient nutrient concentrations. PLoS ONE 9(4), e96065. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0096065
Lahn, E. (1948). Türkiye Göllerinin Jeolojisi ve Jeomorfolojisi Hakkında Bir Etüt. Maden Tetkik ve Arama Enstitüsü Yayınları, B 12. Ankara.
Meteoblue. (2025). Simulated historical climate and weather data for Eğirdir. https://www.meteoblue.com/tr/hava/historyclimate/climatemodelled/e%C4%9Firdir_t%C3%BCrkiye-cumhuriyeti_315905
Miller, A.W. (2010). Trophic state evaluation for selected lakes in Yellowstone National Park, USA. WIT Trans. Ecol. Environ. 135, 143–155, Water Pollution X 143. https://doi.org/10.2495/WP100131
Mischler J.A., Taylor P.G., & Townsend A.R (2014) Nitrogen limitation of pond ecosystems on the plains of Eastern Colorado. PLoS ONE 9(5): e95757. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0095757
Morris D.P., & Lewis, W.M. (1988). Phytoplankton nutrient limitation in Colorado mountain lakes. Freshwater Biology, 20:315 327. https://doi.org/10.1111/j.1365-2427.1988.tb00457.x
OECD. (1982). Eutrophication of Water, Monitoring, Assessment and Control Final Report. Organization for Economic Cooperation and Development, Paris.
Özdal, İ. (2025). Beyşehir, Eğirdir ve Kovada Göllerinin Ekolojik Durumunun Makrofit İndeksleriyle Belirlenmesi, yayınlanmamış Doktora tezi verileri İSUBU, LEE, Isparta.
Ptacnik, R., Andersen, T., & Tamminen, T. (2010). Performance of the redfield ratio and a family of nutrient limitation indicators as thresholds for phytoplankton N vs. P limitation. Ecosystems 13, 1201–1214. https://doi.org/10.1007/s10021-010-9380-z
Ravi, N.K., Srivastava, A., Kirpa, R., & Jha, P.K. (2021). Nutrient chemistry and eutrophication risk assessment of the Ghaghara River, India. Water Supply, 21(7), 3486-3502. https://doi.org/10.2166/ws.2021.110
Redfield, A.C. (1958). The biological control of chemical factors in the environment. American Scientist, 46, 205 221. https://www.jstor.org/stable/27827150
Savic, R., Stajic, M., Blagojević, B., Bezdan, A.; Vranesevic, M.; Nikolić Jokanović , V., Baumgertel, A., Bubalo Kovaćić, M., Horvatinec, J., & Ondrasek, G. (2022). Nitrogen and phosphorus concentrations and their ratios as indicators of water quality and eutrophication of the hydro-system Danube Tisza Danube. Agriculture, 12, 935. https://doi.org/10.3390/agriculture12070935
Schindler, D.W. (1977). Evolution of phosphorus limitation in lakes. Science 195, 260–262. https://doi.org/10.1126/science.195.4275.260
Smith, V.H., Tilman, G.D., & Nekola, J.C. (1999). Eutrophication: Impacts of excess nutrient inputs on freshwater, marine, and terrestrial ecosystems. Environmental Pollution, 100, 179–196. https://doi.org/10.1016/S0269-7491(99)00091-3
Søndergaard, M., Lauridsen, T.L., Johansson, L.S., & Jeppesen, E. (2017). Nitrogen or phosphorus limitation in lakes and its impact on phytoplankton biomass and submerged macrophyte cover. Hydrobiologia, 795, 35–48. https://doi.org/10.1007/s10750-017-3110-x
Sterner, R.W., & Elser, J.J. (2002). Ecological Stoichiometry: The Biology of Elements from Molecules to the Biosphere. Princeton Uni. Press: Princeton, NJ, USA, 2002.
Yeğen, V., Balık, S., Ustaoğlu, M. R., Sarı, H. M., İlhan, A., Uysal, R., & Yağcı, A. (2006). Göller bölgesi balık faunasının tespiti. TAGEM/HAYSÜD/2001/09/02/01
Yüce, A. (1999). Kovada Gölü ve Kanalı Alglerinin Taksonomik ve Ekolojik Yönden İncelenmesi. PhD tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi FBE Isparta.
Yüce, A., & Ertan, Ö.O. (2014). Kovada channel phytoplankton (Isparta- Turkey). Journal of Biological and Environmental Sciences, 8(24), 165-171.
Zeybek, M. (2012). Kovada Kanalı ve Bağlantılı Olduğu Göl Sularında Su Niteliğinin Belirlenmesi, Süleyman Demirel Üniversitesi FBE PhD tezi, Isparta.
Zeybek, M., Kalyoncu, H., & Ertan, Ö.O. (2012). The determination of trophic status in Kovada channel that connects Lake Eğirdir and Lake Kovada, and in the region of the lakes adjacent to the channel. Ege Journal of Fisheries and Aquatic Sciences. 29(3), 137 141. https://dx.doi.org/10.12714/egejfas.2012.29.3.06
Zhang, C., Su, G., & Li, X. (2023). Changes in nutrient concentrations and limitations of Poyang Lake associated with socioeconomic development in the watershed from 1978 to 2021. Water, 15, 3304. https://doi.org/10.3390/w15183304

Ayrıntılar

Birincil Dil

İngilizce

Konular

Tatlı Su Ekolojisi , Limnoloji , Sucul Kültür ve Balıkçılık (Diğer)

Bölüm

Araştırma Makalesi

Yazarlar

Osman Çetinkaya ^*
0000-0001-6085-0128
Türkiye

Cemal Cevher
0009-0001-7225-8161
Türkiye

Yayımlanma Tarihi

18 Şubat 2026

Gönderilme Tarihi

12 Ağustos 2025

Kabul Tarihi

9 Aralık 2025

Yayımlandığı Sayı

Yıl 2026 Cilt: 43 Sayı: 1

DOI

https://doi.org/10.12714/egejfas.43.1.03

IZ

https://izlik.org/JA56HB26MT

Kaynak Göster

RIS / Bibtex

APA

Çetinkaya, O., & Cevher, C. (2026). N:P ratios to estimate nutrient limitations and trophic state in a shallow freshwater lake. Ege Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 43(1), 17-28. https://doi.org/10.12714/egejfas.43.1.03