OCENA STANU EKOLOGICZNEGO JEZIOR W ZLEWNI RZEKI WEL W OPARCIU O FITOBENTOS OKRZEMKOWY

Transkrypt

1 OCENA STANU EKOLOGICZNEGO JEZIOR W ZLEWNI RZEKI WEL W OPARCIU O FITOBENTOS OKRZEMKOWY Joanna Picińska-Fałtynowicz INSTYTUT METEOROLOGII I GOSPODARKI WODNEJ, PIB ODDZIAŁ WROCŁAW, ZAKŁAD EKOLOGII

2 W jeziorach, FITOBENTOS OKRZEMKOWY odzwierciedla działanie jednej głównej presji - nadmiernego użyźnienia wód przez dopływ mineralnych form fosforu. Metody oceny stanu ekologicznego jezior oparte na fitobentosie okrzemkowym zostały opracowane w części krajów Unii Europejskiej, w tym również w Polsce. Pierwsza wersja krajowej metody z 2006 r. (Picińska-Fałtynowicz i in. 2006) została zweryfikowana na podstawie wyników monitoringu krajowego z lat (Picińska-Fałtynowicz i Błachuta 2010). W ramach projektu dewelopment przetestowano funkcjonowanie zweryfikowanej polskiej metody w ocenie jezior zlewni rzeki Wel i jednocześnie sprawdzono użyteczność innych europejskich metod.

3 Materiał i metody FITOBENTOS rekomendowany do badań monitoringowych w jeziorach to zbiorowiska okrzemek epifitycznych rozwijające się na powierzchni podwodnych części roślin w strefie litoralu. POBÓR PRÓB: epifiton okrzemkowy zebrano jeden raz, we wrześniu 2009 r. na wszystkich wyznaczonych 15 stanowiskach. Z każdego stanowiska zebrano jedną próbę. Łącznie było ich 15. OCZYSZCZANIE OKRZEMEK przeprowadzono stosując gorący nadtlenek wodoru. PREPARATY TRWAŁE z oczyszczonych okrzemek wykonano z użyciem żywicy Naphrax. Pobór prób, oczyszczanie okrzemek i przygotowanie preparatów trwałych były zgodne z obowiązującymi w Polsce normami PN-ISO :2003, PN-EN 13946:2006 i rekomendowaną metodyką do badań fitobentosu (Picińska- Fałtynowicz & Błachuta 2010).

4 Analiza mikroskopowa ANALIZĘ MIKROSKOPOWĄ fitobentosu przeprowadzono w oparciu o trwałe preparaty okrzemkowe przeglądane w mikroskopie świetlnym pod powiększeniem 1000x, z użyciem obiektywu immersyjnego. TAKSONY OKRZEMEK zidentyfikowano na podstawie najnowszych kluczy i monografiei LICZEBNOŚĆ WZGLĘDNA taksonów wskaźnikowych w próbie została określona jako ich udział % w obrębie okryw zliczonych w preparacie trwałym z danej próby. Gatunki dominujące miały udział > 10%, subdominanty 5-10%, gatunki towarzyszące 2-5%, a sporadyczne < 2% liczebności względnej. Analiza mikroskopowa została wykonana zgodnie z obowiązującą w Polsce normą PN-EN 14407:2007 i rekomendowaną metodyką do badań fitobentosu (Picińska-Fałtynowicz & Błachuta 2010).

5 Testowane indeksy okrzemkowe Przetestowano następujące indeksy okrzemkowe stosowane w krajach UE do oceny stanu ekologicznego jezior: Austriacki TI -Trophieindex, (Rott i in. 1999) oceniający poziom trofii wód; najniższa wartość TI (0,3) wskazuje na stan ultraoligotrofii, a najwyższa (3,9) na stan hipertrofii; Francuski IPS Indice de Polluosensibilité Spécifique (Costé, w CEMAGREF 1982, zmodyfikowany), ocenia poziom trofii i degradacji ogólnej; wartość najwyższa IPS (20) oznacza poziom ultraoligotrofii oligotrofii i brak zanieczyszczenia wody, a najniższa (0) stan bardzo silnego zanieczyszczenia wód Niemiecki T NORD (Schoenfelder npbl., w Schaumburg i in. 2007), opracowany dla jezior nizinnych; indeks zmienia się w skali 0,02 8,08; małe wartości T NORD wskazują na oligotrofię wód jeziora, duże na hipertrofię; Brytyjski TDI LAKES (WFD-UKTAG 2008, Kelly i in. 2008) o skali: 0 100; najniższa wartość TDI LAKES oznacza poziom ultraoligotrofii, a najwyższa hipertrofii.

6 Testowane indeksy okrzemkowe Polski IOJ Indeks Okrzemkowy dla jezior (Picińska-Fałtynowicz & Błachuta 2010), skonstruowany zgodnie z wymogami Dyrektywy 2000/60/WE (RDW) tak, że ocenia poziom trofii moduł TJ oraz stopień odchylenia od zbiorowiska referencyjnego dla danego typu jeziora moduł GR. Każdy gatunek referencyjny ma wartość 1, a wartość GR jest sumą liczebności względnych gatunków referencyjnych i zmienia się od 0 (brak gatunków referencyjnych w zbiorowisku) do 1 (wszystkie gatunki mają charakter referencyjny). Indeks IOJ przyjmuje wartości od 0 (hipertrofia, i brak lub bardzo nieznaczny udział gatunków referencyjnych w zbiorowisku) do 1 (ultraoligotrofia-oligotrofia i referencyjny charakter badanego zbiorowiska). Testowane indeksy mają różne skale, dlatego ich wartości wyrażono w EQR (Ecological Quality Ratio = Współczynnik Jakości Ekologicznej), który zmienia się w przedziale 0 1, gdzie 0 oznacza jakość najgorszą, a 1 najlepszą.

7 Wskaźniki presji Jako wskaźniki presji wykorzystano bezpośrednie pomiary parametrów fizycznych i chemicznych wody w dniu poboru prób, Testowano: przewodność elektryczną właściwą obrazującą ogólną zawartość związków nieorganicznych (mineralnych); fosfor ogólny [P ogólny], fosforany [P-PO 4 ] oraz azot ogólny [N ogólny] i azotany [N-NO 3 ] jako nutrienty.

8 Wyniki Charakterystyka epifitonu okrzemkowego w jeziorach zlewni rzeki Wel Okrzemkowe zbiorowiska epifityczne w jeziorach zlewni rzeki Wel charakteryzowały się umiarkowaną różnorodnością gatunkową. Dominowały w nich taksony wskaźnikowe dla oligotrofii i jednocześnie referencyjne, takie jak Achnanthes minutissima var. minutissima, czy Cymbella microcephala i/lub wskaźnikowe dla mezotrofii i referencyjne dla polskich jezior twardowodnych, takie jak Epithemia adnata i Epithemia sorex. Z drugiej strony, dominantami były też gatunki wskaźnikowe dla większej żyzności wód eutrofii: Fragilaria brevistriata i Nitzschia fonticola. Podobną sytuację zaobserwowano w grupach gatunków o mniejszej liczebności względnej czyli wśród subdominantów i towarzyszących, gdzie taksonami wskaźnikowymi dla małej żyzności wód i referencyjnymi były np. Achnanthes exilis, Cymbella affinis, Cymbella cymbiformis, Cymbella hustedtii, Cymbella leptoceros, Gomphonema auritum czy Nitzschia radicula; taksonami wskaźnikowymi dla umiarkowanej trofii i referencyjnymi dla jezior twardowodnych były m.in. Cymbella caespitosa, Fragilaria pinnata, Navicula cryptotenella i Navicula cryptotenelloides. Z kolei taksonami wskaźnikowymi dla dużej żyzności wód były np. Epithemia turgida, Fragilaria capucina var. capucina, Gomphonema acuminatum, G. brebissonii, G. parvulum, G. pumilum, G. truncatum, Nitzschia amphibia, N. gracilis, i Rhopalodia gibba var. gibba.

9 Wyniki Charakterystyka epifitonu okrzemkowego w jeziorach DOMINANTY liczebność względna > 10% i/lub SUBDOMINANTY 10% > liczebność względna > 5% Epithemia sorex Gomphonema minusculm Gomphonema fruncatum Epithemia adnata Gomphonema acuminatum Gomphonema pumilum Achnanthes minutissima Amphora pediculus Fragilaria brevistriata Cymbella microcephala Nitzschia fonticola Rhopalodia fgibba

10 Wyniki Testowanie ideksów okrzemkowych w gradiencie presji Reakcję zespołów okrzemek na presje testowano osobno w dwóch grupach jezior występujących w zlewni rzeki Wel: twardowodnych stratyfikowanych i twardowodnych niestratyfikowanych. Ze względu na małą liczbę wyników pochodzących z badań jezior w zlewni rzeki Wel i wąski gradient wskaźników presji, do testowania włączono dane uzyskane w ramach Państwowego Monitoringu Środowiska z lat Łącznie użyto 171 wyników, 116 z twardowodnych jezior stratyfikowanych i 55 z jezior niestratyfikowanych.

11 Wyniki Testowanie indeksów okrzemkowych w gradiencie presji Współczynniki determinacji R 2 dla zależności testowanych indeksów od wskaźników presji oraz poziom istotności T dla tych zależności, dla 116 twardowodnych jezior stratyfikowanych; NS zależność nieistotna statystycznie. Metriks IOJ TI ROTT IPS TDI LAKES T NORD Parametr R 2 T R 2 T R 2 T R 2 T R 2 T Przewodność [ms/cm] 0,0472 0,05 0,0123 NS 0,0216 NS 0,0205 NS 0,0141 NS Fosfor ogólny [mg P/l] 0,0477 0,05 0,0761 0,01 0,0433 0,05 0,0377 NS 0,0420 NS Fosforany [mg PO 4 /l] 0,0514 0,05 0,1023 0,01 0,0767 0,01 0,0469 0,05 0,0701 0,02 Azot ogólny [mg N/l] 0,1830 0,001 0,0000 NS 0,0000 NS 0,0061 NS 0,0159 NS Azotany [mg NO 3 /l] 0,0183 0,05 0,0000 NS 0,0000 NS 0,0061 NS 0,0159 NS W przypadku jezior stratyfikowanych, zależność między testowanymi indeksami a wskaźnikami presji była słaba. Współczynniki determinacji R 2 zawierały się w przedziale 0,1830 0,0000. Wszystkie indeksy wykazały istotne statystycznie zależności z koncentracją fosforanów, a IOJ, TI ROTT i IPS również z fosforem ogólnym. Niemniej, jedynie w polski indeks IOJ miał istotne statystycznie zależności z wszystkimi testowanymi parametrami. Kierunek zmian był następujący, im wyższa zawartość związków biogennych, tym mniejsza wartość indeksu. Najlepszą siłę diagnostyczną indeks IOJ wykazał w stosunku do zawartości azotu ogólnego. Najgorszą siłę diagnostyczną ma indeks TDI LAKES, dla którego wszystkie zależności, z wyjątkiem tej z fosforanami, były nieistotne statystycznie.

12 Wyniki Testowanie indeksów okrzemkowych w gradiencie presji Współczynniki determinacji R 2 dla zależności testowanych indeksów od wskaźników presji oraz poziom istotności T dla tych zależności, dla 55 twardowodnych jezior niestratyfikowanych; NS zależność nieistotna statystycznie. Parametr Przewodność [ms/cm] Fosfor ogólny [mg P/l] Fosforany [mg PO 4 /l] Azot ogólny [mg N/l] Azotany [mg NO 3 /l] Metriks IOJ TI ROTT IPS TDI LAKES T NORD R 2 T R 2 T R 2 T R 2 T R 2 T 0,0538 0,05 0,0430 0,05 0,0434 0,05 0,0454 NS 0,0879 0,01 0,1687 0,001 0,1646 0,001 0,0730 0,01 0,1138 0,01 0,2278 0,001 0,1049 0,01 0,1074 0,01 0,1074 0,01 0,0704 0,02 0,1613 0,001 0,0248 NS 0,0258 NS 0,0810 0,01 0,0148 NS 0,0280 NS 0,0422 0,05 0,0503 0,05 0,0490 0,05 0,0657 0,02 0,0589 0,05 W przypadku jezior niestratyfikowanych, zależności indeksów z czynnikami presji były lepsze. Współczynniki determinacji zawierały się w przedziale 0,2278 0,003. Wszystkie testowane indeksy miały istotne statystycznie związki z zawartością fosforu ogólnego, fosforanów oraz azotanów. Kierunek zmian był taki sam jak w grupie jezior stratyfikowanych, im większa koncentracja nutrientów, tym mniejsza wartość indeksu. Najwyraźniejsze zależności stwierdzono dla indeksów T NORD, IOJ i TI ROTT, a najsłabsze ponownie dla TDI LAKES. Polsko-Norweski Fundusz Badań Naukowych / Polish-Norwegian Research Fund

13 Ocena stanu ekologicznego jezior w zlewni rzeki Wel na podstawie indeksu okrzemkowego IOJ Biorąc pod uwagę wyniki testów dla obu grup jezior (stratyfikowanych i niestratyfikowanych), najlepiej na presję reaguje polski indeks IOJ i ten metriks został użyty do oceny stanu ekologicznego jezior w zlewni rzeki Wel. Granice klas stanu ekologicznego dla wszystkich typów jezior wyznaczono zgodnie z zaleceniami Poradnika REFCOND (Wallin i in. 2003). Jako wartość graniczną między stanem bardzo dobrym a dobrym przyjęto medianę ze stanowisk o stanie bardzo dobrym, a jako granicę między stanem dobrym a umiarkowanym medianę z całej puli wyników pochodzących z Państwowego Monitoringu Środowiska z lat Pozostałe granice wyznaczono na zasadzie eksperckiej. Klasy jakości wód Stan ekologiczny Wartość IOJ I BARDZO DOBRY > 0,80 II DOBRY 0,60 III UMIARKOWANY 0,40 IV SŁABY 0,15 V ZŁY < 0,15

14 Ocena stanu ekologicznego jezior na stanowiskach badawczych Nazwa jeziora Stanowisko TJ GR IOJ Stan ekologiczny DĄBROWA MAŁA 01 1,86 0,84 0,82 BARDZO DOBRY DĄBROWA MAŁA 02 1,89 0,82 0,82 BARDZO DOBRY DĄBROWA WIELKA 01 2,43 0,67 0,72 DOBRY DĄBROWA WIELKA 02 2,82 0,60 0,67 DOBRY GRĄDY 01 1,54 0,87 0,85 BARDZO DOBRY GRĄDY 02 2,42 0,70 0,73 DOBRY HARTOWIECKIE 2,05 0,75 0,78 DOBRY KIEŁPIŃSKIE 2,62 0,61 0,69 DOBRY LIDZBARSKIE 01 2,60 0,56 0,67 DOBRY LIDZBARSKIE 02 2,38 0,53 0,67 DOBRY RUMIAN 01 2,61 0,65 0,70 DOBRY RUMIAN 02 2,77 0,64 0,69 DOBRY TARCZYŃSKIE 3,06 0,37 0,56 UMIARKOWAMY ZARYBINEK 2,77 0,39 0,59 UMIARKOWAMY ZWINIARZ 1,56 0,86 0,85 BARDZO DOBRY

15 Ocena stanu ekologicznego jezior w zlewni rzeki Wel w oparciu o indeks IOJ Ostateczna ocena części wód jeziornych w zlewni rzeki Wel została oparta na średnich z wartości indeksu IOJ w przypadku jezior badanych na więcej niż jednym stanowisku. Dla pozostałych jezior, ocena z jedynego zbadanego stanowiska jest oceną końcową. Nazwa jeziora IOJ Stan ekologiczny DĄBROWA MAŁA 0,82 BARDZO DOBRY DĄBROWA WIELKA 0,70 DOBRY GRĄDY 0,79 DOBRY HARTOWIECKIE 0,78 DOBRY KIEŁPIŃSKIE 0,69 DOBRY LIDZBARSKIE 0,67 DOBRY RUMIAN 0,70 DOBRY TARCZYŃSKIE 0,56 UMIARKOWAMY ZARYBINEK 0,59 UMIARKOWAMY ZWINIARZ 0,85 BARDZO DOBRY

16 Ocena stanu ekologicznego jezior w zlewni rzeki Wel w oparciu o indeks IOJ Stan ekologiczny jezior w zlewni rzeki Wel oceniony za pomocą fitobentosu okrzemkowego jest bardzo dobry w przypadku dwóch jezior, dobry w przypadku sześciu jezior, a umiarkowany w dwóch jeziorach. Okrzemki, jako mikroorganizmy o krótkim cyklu życiowym, szybko reagują na zmiany w środowisku i dzięki temu są czułym detektorem tych zmian. Okrzemki epifityczne porastają rośliny naczyniowe rozwijające się w strefie litoralu jeziora, są omywane wodą tej właśnie strefy i z niej czerpią odżywcze związki mineralne (nutrienty), zatem są bezpośrednimi indykatorami jakości tej wody. Ocena stanu ekologicznego jeziora oparta na okrzemkach epifitycznych może się różnić od oceny opartej na pozostałych autotroficznych elementach biologicznych fitoplanktonie i makrofitach i powinna być traktowana jako uzupełnienie lub część oceny na podstawie elementu flora wodna.

17 Podsumowanie Metody oceny stanu ekologicznego jezior oparte na fitobentosie okrzemkowym są słabiej rozwinięte niż indeksy rzeczne. W Polsce, indeks okrzemkowy IOJ zaproponowano w 2006 roku, a następnie zweryfikowano w 2010 roku. W jeziorach, zbiorowiska okrzemek są wskaźnikami jednej głównej presji: nadmiernego użyźnienia wód. Fitobentos okrzemkowy (epifiton) w jeziorach zlewni rzeki Wel zbadano jeden raz, we wrześniu 2009 roku, na 15 stanowiskach. Okrzemkowe zbiorowiska epifityczne w jeziorach zlewni rzeki Wel charakteryzowały się umiarkowaną różnorodnością gatunkową. Dominowały w nich taksony wskaźnikowe dla oligotrofii i jednocześnie referencyjne i/lub wskaźnikowe dla mezotrofii i referencyjne dla polskich jezior twardowodnych. Z drugiej strony, dominantami były też gatunki wskaźnikowe dla większej żyzności wód eutrofii. Podobną sytuację zaobserwowano w grupach wśród subdominantów i gatunków towarzyszących, Spośród 5 testowanych indeksów, najlepszą siłę diagnostyczną w stosunku do wskaźników presji miał indeks IOJ i dlatego został wybrany do oceny jezior w zlewni rzeki Wel. Na podstawie indeksu IOJ, stan ekologiczny dwóch jezior oceniono jako bardzo dobry, sześciu jako dobry, a dwóch jako umiarkowany. Ocena stanu ekologicznego jeziora oparta na okrzemkach epifitycznych może się różnić od oceny opartej na pozostałych autotroficznych elementach biologicznych fitoplanktonie i makrofitach i powinna być traktowana jako uzupełnienie lub część oceny na podstawie elementu flora wodna.

18 Dziękuję za uwagę!!! Polsko-Norweski Fundusz Badań Naukowych / Polish-Norwegian Research Fund