Oligotrofinen järvi
Oligotrofinen järvi on limnologiassa niukkaravinteinen eli karu järvi . Vedessä olevat ja siihen tulevat perusravinteet riittävät ylläpitämään vain pientä mikroeliöstön ja kasvillisuuden muodostamaa perustuotantoa. Vaikka yksilömäärät ovat karuissa järvissä pienet, ovat kuitenkin lajimäärät suuria eli järven ekosysteemi on monipuolinen.
Runsasravinteistä järveä kutsutaan eutrofiseksi järveksi ja siinä on veden ravintoaineiden pitoisuudet huomattavasti suuremmat kuin karussa järvessä. Kun karun järven ravintopitoisuudet kohoavat vuodenkierron aikana joskus rehevän järven tasoille ja laskevat välillä karun järven tasolle, voidaan järveä pitää lievästi rehevöityneenä järvenä. Sellaista järveä kutsutaan toisinaan myös mesotrofiseksi järveksi.
Karuja ja kirkasveteisiä järviä esiintyy Suomessa kallioisilla alueilla, harjumuodostumien yhteydessä, ja etenkin Pohjois-Suomessa kylmillä alueilla. Vaikka Lapissa vesistön ravinnepitoisuudet olisivatkin koholla, on perustuotanto ilmaston takia alhaista ja vesi siksi kirkasta. Myös suo- ja metsäalueilla voivat järvet olla karuja, mutta vesi ei kuitenkaan ole kirkasta. Turpeesta irtoaa sateella humusta, joka värjää veden keltaiseksi, ruskeaksi tai punaiseksikin. Humuksessa on ravintoaineista runsaana erityisesti typpi. Jos järven veden ovat muiden ravintoaineiden pitoisuudet pieniä, eivät humuksen ravintomäärät riitä yksinään nostamaan perustuotantoa riittävän korkealle ja järveä on silloin pidettävä karuna. Tällaisia järviä kutsutaankin dysoligotrofisiksi järviksi tai lyhyemmin dystrofisiksi järviksi.
Suomessa on arvioitu, että tutkituista järvistä noin 30 % on oligotrofisia järviä ja noin 60 % on dystrofisia. Koska suurin osa dystrofisista järvistä ovat juuri oligotrofisia, voidaan suomalaisa järviä pitää pääsääntöisesti oligotrofisina.
Veteen liuenneet ravinteet kuluvat perustuotannossa, kun bakteerit, levät ja kasvillisuus hyödyntävät niitä yhteyttäessään ja lisääntyessään. Karussa järvessä perustuotanto jää pieneksi johtuen pienestä ravinteiden määristä. Yleisin perustuotantoa rajoittava tekijä eli minimitekijä on fosfori. Esimerkiksi Suomessa fosforia liukenee kallio- ja maaperästä niukasti pintavesiin, jotka laskevat järviin. Savivaltaisilla mailla fosforia liukenee niihin huomattavasti enemmän. Kun perustuotanto alkaa kuluttamaan fosforia, loppuu se usein ennen muita ravinteita ja silloin se rajoittaa mikroeliöstön ja kasvien määrää. Pieni perustuotanto rajoittaa seuraavaksi eläinplanktonin määrää ja sitä kautta myös kalastoa ja linnustoa.
Kesäisin, kun levät yhteyttävät pintavesien auringonvalossa, kuluttavat ne kaiken pintaveden fosforin. Syvemmällä järvessä, missä on hämärää, saattaa vedessä olla vielä fosforia jäljellä, koska se ei pääty yhtä nopeasti levien ravinnoksi. Kuolleet eliöt vaipuvat kohti järven pohjaa ja niiden hajotessa vapautuu fosforikin takaisin veteen. Eliöiden kuoleminen siirtää tällä tavoin fosforin määrien painopistettä järven alusvesiin. Pohjaliejussa hajottajabakteerit ja pohjan hyönteiset käyttävät näitä ravintoaineita ravintonaan, mutta osa siitä sitoutuu pohjalla olevaan liuenneeseen rautaan. Näin osa fosforista poistuu elinkierrosta ja varastoituu sedimentteihin. Suomalaisissa järvissä tapahtuvassa kesän tai talven lämpötilakerrostumisessa alusvesi jää kuukausiksi järven pohjan tuntumaan. Siellä voi alusvesi muuttuu hapettomaksi, jolloin rauta fosfori vapautuu raudan sidoksesta ja liukenee taas takaisin alusveteen. Tätä kutsutaan sisäiseksi kuormitukseksi. Järven oma varasto toimii silloin eliöstön ruokkijana, mikäli ravinteet pääsevät täyskierron aikana leviämään järven koko vesimassaan. Tällainen toistuva ja purskemainen ravinteiden lisääntyminen voi nostaa järven tason lievästi rehevöityneeksi eli mesotrofiseksi.
Karuissa järvissä kokonaisfosforin pitoisuudet jäävät alle 10 μg/l eli mikrogrammaa litrassa vettä. Lievästi rehevöituneen eli mesotrofisen järven fosforipitoisuudet alkavat yleensä 12–15 μg/l riippuen sen määritelmistä.
Typpi esiintyy järvien vedessä epäorganisina suoloina, kuten esimerkiksi nitraattina, nitriittina ja ammoniakkina, sekä myös erilaisina orgaanisina yhdisteinä, joita esiintyy erityisesti humuksessa mutta vapautuu myös kuolleista eliöistä (aminohapot). Typpikaasua liukenee veteen samalla tavalla kuin happikaasuakin, mutta kaasumaista typpeä hyödyntävien eliöiden sitomiskyky ei yleensä lisää veden typpivarantoja merkittävästi.
Typpitalouden laatu riippuu veden happipitoisuudesta. Kun happea on vedessä riittävästi, esiintyy vedessä paljon nitraattia, mutta hapettomassa tilassa typpi esiintyy useammin ammoniumina. Jos happea on kohtalaisesti, typpi esiintyy usein nitriittinä. Kun järven vesi on lämpötilakerrostunut ja järven päällysveden happitilanne on hyvä, esiintyy päällysvedessä paljon nitraattia. Kun alusvedessä on vähän happea, siellä taas esintyy paljon ammoniumia. Näiden välissä olevassa harppauskerroksessa voi esiintyä enemmän nitriittiä kuin edellä mainittuja. Tietyissä tilanteissa typpiyhdisteet voivat myös denitrifikoitua eli muuttua typpikaasuksi, joka haihtuu vedestä takaisin ilmaan.
Karuissa järvissä veteen liuenneen typen eri muotojen pitoisuudet voidaan laskea yhteen, jolloin saadaan kokonaistyppipitoisuus. Järvien luokittelussa karun järven tyypillinen typpipitoisuus on 0–400 μg/l (mikrogrammaa litrassa vettä). Se on usein monikymmenkertainen fosforipitoisuuteen verrattuna. Suomalaisissa järvissä eliön tarvitsemaa fosforia on typpeen verrattuna liian vähän, jolloin fotosynteesi loppuu fosforin puutteeseen, vaikka typpeä olisikin vielä jäljellä. Typpi loppuu ravinteista ensimmäisenä rehevissä ja ylirehevissä järvissä, joissa ravinteita tulee järveen viemäreistä tai hajakuormituksesta lisää. Karujen järvien kriittinen ravinne onkin fosfori eikä typpi.
Kirkasveteisissä karuissa järvissä veden happamuudentaso pysyy lähellä neutraalia eli on pH 6,8–7,0. Mikäli oligotrofisen järven valuma-alueella on paljon ojitettua metsää ja suota, laskeutuu järveen ojien tuoman veden mukana humusta. Korkeilla humuspitoisuuksilla vesi muuttuu happamaksi, sillä humus sisältää paljon orgaanisia happoja. Dysoligotrofisella järvellä veden happamuustaso on tyypillisesti pH 5,5–6,5.
Järvien niukka ravinnetaso vaikuttaa järven kykyyn sietään happamia laskeumia tai kuormituksia. Kykyä välttää veden happamoitumista kutsutaan alkaliteetiksi. Jos järvellä on hyvä alkaliteetti, ei happojen lisääminen veteen laske happamuustasoa, koska veden emäkset reagoi veteen luienneisiin aineisiin ja muuttuu neutraaliksi. Karuissa järvissä ei ole kovinkaan paljon alkaliteettia ja niiden kyky vastustaa happamoitumista on yleensä alhainen tai olematon. Tämä on pääasiallinen syy siihen, että ilmansaasteet ovat happamoittaneet järviä esimerkiksi Pohjoismaissa ja Venäjällä.
Karun järven sisältämiä ravinteita on niin vähän, että siitä syntyvä perustuotanto on vaatimatonta. Pintavedessä vesi saa happitäydennystä pääasiassa ilmasta ja levien yhteyttäminen tuottaa vain vähän lisähappea veteen. Kesällä ja talvella, kun lämpötilakerrostuminen on voimakasta, ei alusveteen tule ilmasta happitäydennystä. Toisaalta, päällysvedestä vajoavien kuolleiden eliöiden jäänteet ovat vähäisiä eikä niiden hajoaminen kuluta happivaroja kovinkaan paljon. Kirkasvetisessä karussa järvessä happea riittä yleensä koko lämpötilakerrostumisajan hyvin ja erot päällysveden ja alusveden välillä ovat pieniä.
Jos karun järven valuma-alueella sijaitsee ojitettuja metsiä ja soita, laskeutuu veteen humusta. Runsas humus on tiettyjen happea kuluttavien eliöiden ravintoa, mutta se hajoaa vedessä myös suoraan kuluttaen silloinkin happea. Tämä vaikuttaa erityisesti alusveden happitilanteeseen. Suojärvissä onkin yleisesti happivajetta, vaikka monet niistä luokitellaankin karuiksi järviksi.
Järven perustuotanto on kasvukaudellakin pieni. Levä- ja bakteerikannat, jotka muodostavat pääosan planktonista, ovat lukumääräisesti niin vähäisiä, etteivät ne vaikuta veden väriin tai sameuteen. Useimmat karut järvet ovatkin kirkasveteisiä ja värittömiä järviä. Suomessa tästä säännöstä muodostavat poikkeuksen suojärvet, joiden vedessä on veden ruskeaksi tai punaiseksi värittävää humusta. Suomalaisissa karuissa järvissä elää planktonia tavallisesti 70–120 lajia ja nimeen omaan karuissa järvissä lajimäärät ovat korkeita, vaikka levien yksilömäärät jäävät vähäisemmiksi. Planktonista osa suosii karuja eli oligotrofisia järviä (O) ja osa eutrofisia järviä (E). Tutkimalla mikroskoopilla yksilöiden lukumääriä ollaan havaittu, että kun yksilöiden lukumäärissä suhde E/O on alhainen, on vesinäyte oligotrofisesta järvestä. Eutrofisissa järvissä E/O-suhde nousee joskus useisiin kymmeniin. Saman suuntaiset suhteet saadaan myös lajien lukumäärillä. Esimerkiksi Inarinjärvessä saattaa haavilla keräämällä saada kasviplanktionia vain kilon hehtaarilta kun taas Saimaalla sitä saadaan 30 kg/ha.
Niukkaravinteisillä järvillä rantakasvillisuus jää vähäiseksi ja harvemmaksi kuin rehevissä järvissä. Karuilla järvillä esiintyy tyypillisesti esimerkiksi uistinvita, lahnaruohot ja nuottaruoho. Veden ollessa kirkas kasvaa myös järven pohjassa kasveja, jotka runsasravinteisissä järvissä kuolisivat hämäryyteen.
Karuilla järvillä asustaa esimerkiksi isokoskelo, kalatiira, kuikka, telkkä ja tukkakoskelo. Kaloista erityisesti muikku, ahven ja hauki ovat yleisiä. Muikku kykenee hyödyntämään eläinplanktonia tehokkaasti ja lisääntyy itsekin muodostaen parhaimillaan 20–50 kg/ha (kilogrammaa hehtaarilta) suuruisen biomassan. Ilman muikkua kalojen tuotto jää alhaiseksi.