ORGANIZMY FITOPLANKTONOWE A JAKOŚĆ WÓD RZEKI NARWI

Transkrypt

1 ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2007 z. 519: ORGANIZMY FITOPLANKTONOWE A JAKOŚĆ WÓD RZEKI NARWI Magdalena Frąk, Mateusz Stelmaszczyk Katedra InŜynierii Wodnej i Rekultywacji Środowiska, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie Wstęp Metody bioindykacyjne w ostatnich latach coraz bardziej zyskują na znaczeniu. Ich rozwój spowodowany jest głównie faktem dokładniejszego monitorowania zmian w ekosystemach. Analizy tradycyjne, określające stan fizyko-chemiczny, wskazują jedynie stan środowiska w danym momencie i miejscu. Natomiast występowanie i struktura zbiorowisk organizmów Ŝywych informują o zdarzeniach pomiędzy terminami pomiarowymi, a takŝe o skutkach dopływu zanieczyszczeń (chwilowych i stałych) powodujących zmiany w biotopach po upływie dłuŝszego czasu (nawet kilku lat). Badania środowiskowe wykorzystujące organizmy Ŝywe jako wskaźniki jakości, powinny opierać się na analizie zbiorowisk róŝnych poziomów troficznych czy mieszkańców poszczególnych nisz ekologicznych. Ramowa Dyrektywa Wodna (RDW 2000/60/WE) nakazuje uwzględnienie w ocenie stanu wód powierzchniowych organizmów stanowiących zespoły: bezkręgowców bentosu, ichtiofauny, makrofitów i fitoplanktonu. Spośród wymienionych grup, zespołem najszybciej (w ciągu zaledwie kilku tygodni) odzwierciedlającym nawet najmniejsze zmiany stanu ekosystemów wodnych jest właśnie fitoplankton. Są to organizmy zajmujące obszar toni wodnej, biernie unoszone wraz z jej ruchami, klasyfikowane jako glony i sinice. Celem podjętych badań była analiza róŝnorodności fitoplanktonu Górnej Narwi wzdłuŝ biegu rzeki oraz zmian jakości fizyko-chemicznej wody. Zestawienie uzyskanych wyników pozwoli wykazać zaleŝność występowania glonów od stopnia zanieczyszczenia wody, a tym samym moŝliwość wykorzystania biosestonu w ocenie środowiska wodnego. Materiał i metodyka Badaniom poddano organizmy potamofitoplanktonu (roślinny plankton rzeczny) zaliczane do grupy mezoplanktonu. Próby do oznaczeń jakościowych pobierano z głównego nurtu rzeki Narwi, z głębokości 30 cm wg wytycznych STARMACHA [1989] w pierwszych dniach lipca 2005 roku i utrwalano metodą Untermöhla. Skład jakościowy określano mikroskopowo wg wskazówek Komarka [HUBER-PESTALOZZI i in. 1983] oraz STARMACHA [1983]. Jednocześnie z pobieraniem prób fitoplanktonu, oznaczono poziom wybranych parametrów fizyko-chemicznych wody, tj. temperaturę (T), ph oraz przewodność

2 78 M. Frąk, M. Stelmaszczyk elektrolityczną (EC). Ponadto, pobrano próby wody do analiz chemicznych. Próby te w warunkach laboratoryjnych wirowano celem usunięcia zawiesin, a następnie analizowano na obecność wybranych wskaźników jakości chemicznej. Metodą chromatografii cieczowej (Dionex ICS-1000) oznaczono poziom kationów (jony amonowe, magnez, wapń, potas, sód, lit) i anionów (chlorki, azotyny, azotany, fosforany, siarczany). Metodą spektrofotometryczną (automatyczny analizator przepływowym SKALAR Analyser) oznaczono zawartość ogólnego niewypłukiwalnego węgla organicznego (NPOC), węgla nieorganicznego (IC) i azotu ogólnego (TN). Próby wody i fitoplanktonu pobrano w 9 punktach pomiarowych zlokalizowanych wzdłuŝ biegu rzeki, od Zbiornika Siemianówka do 130 km. Pobrane do polietylenowych pojemników próby transportowano w warunkach określonych w normie PN/88/C-04632/04. Lokalizacja punktów pomiarowych na rzece Narwi Location of measurement points the Narew River Numer i nazwa punktu pomiarowego Number and name of measurement point Tabela 1; Table Bondary Narew Płoski SuraŜ Uhowo Topilec Radule Rzędziany śółtki Długość odcinka rzeki od Zbiornika Siemianówka (km) The Narew River length from the Siemianówka Reservoir (km) 0,2 21,9 47,8 76,6 84,5 98,9 112,6 117,1 129,7 km rzeki; km of the river 431,7 410,0 384,1 355,3 347,4 333,0 319,3 314,8 302,2 Wyniki i dyskusja Obiektem badań są wody rzeki Narwi, na odcinku od zbiornika zaporowego Siemianówka do miejscowości śółtki (punkty od 4 do 8 połoŝone są na terenie Narwiańskiego Parku Narodowego). Dolina Narwi jest obszarem o szczególnych walorach przyrodniczych, z rozległym i specyficznie wykształconym ekosystemem bagiennym z siecią rozgałęzionych koryt rzecznych. Naturalność tego terenu pozwoliła na wytworzenie specyficznych warunków siedliskowych dla roślin i zwierząt. Jednak w ostatnim okresie zauwaŝono zmiany prowadzące do stopniowej degradacji ekosystemu Narwi, wywołane głównie zmianami reŝimu rzeki spowodowanymi m.in. regulacją jej koryta oraz obecnością Zbiornika Siemianówka (oddany do eksploatacji w 1990 roku). Analizując uzyskane w niniejszych badaniach wyniki, zauwaŝono zmiany jakości fizyko-chemicznej wody na całym rozpatrywanym odcinku rzeki. Stwierdzono zdecydowany wzrost (względem punktu 1) przewodności, ph oraz stęŝenia chlorków, sodu, siarczanów i azotynów w punkcie 4, a następnie stopniowy spadek zmierzonych wartości. PodwyŜszony poziom amoniaku, wapnia i magnezu zarejestrowano takŝe w punkcie 5. Sytuacja ta moŝe być spowodowana nieprawidłowościami w gospodarce wodnej, zrzutem ścieków oraz wpływem bliskiego sąsiedztwa gospodarstw rolnych. Ponadto, zawartość chlorków jest wskaźnikiem obecności zanieczyszczeń pochodzenia antropogenicznego. Wzrost blisko dwukrotny ich zawartości w punkcie 4 względem punktu 3, świadczy jednoznacznie o dopływie ścieków komunalnych. Potwierdzają to wyniki badań prowadzonych przez WIOŚ w ramach Państwowego Monitoringu Środowiska [GUS 2006], wykazujące niskie wartości miano coli na omawianym odcinku

3 ORGANIZMY FITOPLANKTONOWE A JAKOŚĆ WÓD rzeki Narwi. Ilość węgla nieorganicznego (IC) i niewypłukiwalnego węgla organicznego (NPOC) wzrasta juŝ w punkcie 3, co takŝe moŝe świadczyć o dopływie zanieczyszczeń pochodzenia antropogenicznego. Tabela 2; Table 2 Wskaźniki jakości Water quality parameters Wyniki analizy fizyko-chemicznej wód rzeki Narwi Results of water quality analysis for the Narew River Numer punktu pomiarowego Number of measurement point T C 22,7 22,4 22,3 21,6 22,1 23,8 23,4 24,6 23,2 EC µs ph - 7,93 7,59 8,07 8,41 8,47 8,61 7,97 8,16 8,03 Cl_ mg dm -3 7,49 5,99 5,82 11,50 9,00 7,94 7,64 7,84 9,24 NO 2_ mg dm -3 0,025 0,028 0,020 0,080 0,065 0,021 0,005 0,003 0,030 NO 3_ mg dm -3 0,041 0,622 0,663 0,798 0,486 0,043 0,049 0,024 0,344 PO 4 3 _ mg dm -3 0,022 0,013 0,011 0,017 0,017 0,022 0,022 0,017 0,015 SO 4 2 _ mg dm -3 11,6 11,7 11,7 17,8 16,4 14,6 14,1 14,1 15,6 NH 4 + mg dm -3 0,535 0,097 0,234 0,180 0,886 0,847 0,468 0,221 0,355 Mg 2+ mg dm -3 6,08 6,64 7,29 9,26 9,52 8,95 9,13 9,20 9,82 Ca 2+ mg dm -3 53,1 57,0 59,6 67,4 68,3 66,1 66,9 67,4 70,1 K + mg dm -3 2,07 2,13 2,13 2,52 2,69 1,79 2,12 2,35 2,42 Na + mg dm -3 5,59 5,08 5,15 11,79 8,47 8,14 8,00 8,14 9,87 Li + mg dm -3 0,0005 0,0016 0,0019 0,0028 0,0024 0,0025 0,0025 0,0026 0,0028 NPOC mg dm -3 26,52 31,64 55,08 37,98 39,68 39,95 31,2 24,45 19,85 IC mg dm -3 43,84 62,52 102,28 53,65 56,02 72,61 62,34 47,4 36,27 TN mg dm -3 1,15 0,81 0,95 0,97 0,98 1,02 0,93 0,72 0,92 Wysokie stęŝenia fosforu i amoniaku zarejestrowano juŝ w punkcie 1, znajdującym się tuŝ za Zbiornikiem Siemianówka. Jest to wynikiem silnej eutrofizacji wód zbiornika i stałym odpływem zanieczyszczeń ze Zbiornika do rzeki [GRABOWSKA i in. 2003]. Znaczne ilości fosforu są wynikiem nadmiernego uŝyźnienia Zbiornika, natomiast amoniaku wynikiem złych stosunków tlenowych i przewagą procesów fermentacyjnych. Wyniki niniejszych badań pozwalają sklasyfikować wody górnego odcinka rzeki Narwi jako wody I i II (punkt 1) klasy (zgodnie z ROZPORZĄDZENIEM MŚ [2004] w sprawie m.in. klasyfikacji wód powierzchniowych). JednakŜe po uwzględnieniu dodatkowych danych (pochodzących z badań prowadzonych przez WIOŚ w 2005), [GUS 2006], stwierdza się ich przynaleŝność do klas II i III. Stały monitoring WIOŚ wskazuje głównie na obecność znacznej ilości zanieczyszczeń sanitarnych, powodujących znaczne obniŝenie ogólnej jakości wody. Badania prowadzone w okresie [GÓRNIAK i in. 1995; STAN..., 1999; OCENA ; HUTOROWICZ i in. 2004] wykazały podobny lub nieco wyŝszy poziom wskaźników fizyko-chemicznych wód Narwi. Sugeruje to, Ŝe wprowadzane zmiany w gospodarce wodno-ściekowej na omawianym terenie (m.in. rozbudowa sieci kanalizacyjnej i oczyszczalni ścieków) przynoszą stopniową, choć niewielką, poprawę jakości wody. Od punktów 4/5 do punktu 8, zaobserwowano stopniowy spadek poziomu

4 80 M. Frąk, M. Stelmaszczyk większości wskaźników chemicznej jakości wód rzeki Narwi i nieznaczny wzrost na odcinku 8/9. Poprawa jakości wody świadczy o wysokiej zdolności do samooczyszczania oraz zmniejszeniu się dopływu zanieczyszczeń pochodzących z gospodarstw ludzkich. Tabela 3; Table 3 Gatunki/taksony species/taxa Zidentyfikowane taksony organizmów fitoplanktonowych Identified phytoplankton taxa Numer punktu pomiarowego Number of measurement point Cyanophyta Anabaena spiroides Chlorococcus sp. Coelomorum pusilum Merismopedia sp. Microcystis sp. Microcystis flos-aquae Oscilatoria limosa Pseudoanabaena sp. Snowella atomus Sphaerocystis sp. Woronchinia compacta Woronchinia naegeliana Bacillariophyceae Asterionella formosa Aulacoseira granulata Aulacoseira sp. Cyclotella sp. Cymatopleura solea Fragillaria capucina Fragillaria crotonensis Fragillaria ulna Navicula sp Euglenophyta Phacus longicauda Trachelomonas sp. Chlorophyta Acinastrum hantzchii Acinastrum fluviatile Ankistrodesmus fusiformis Closterium acerosum Closterium aciculare Closterium ehrenbergii Closterium sp.

5 ORGANIZMY FITOPLANKTONOWE A JAKOŚĆ WÓD Coenocystis sp. Coenococcus plaktonicus Coenococcus sp. Coelastrum astroideum Coelastrum microsporum Coelastrum sp Golencinia sp. Kirchneriella irregularis Monoraphidium sp. Pediastrum boryanum Pediastrum duplex Pediastrum simplex Scenedesmus acuminatus Scenedesmus dimorphus Scenedesmus magnus Scenedesmus quadricauda Scenedesmus opoliensis Scenedesmus ovalternus Scenedesmus sp. Staurastrum planktonicum Staurastrum sp. Tetraedron trigonum Chlamydophytaceae Dictiospaerium pulchnellum Cryptophyta Cryptomonas sp. Goniochloris sp. antophyta gatunki dominujące zaznaczono na szaro; are shaded dominants taxa Na badanym odcinku rzeki Narwi analizowano ponadto skład gatunkowy organizmów fitoplanktonu. Wykazano obecność: 12 taksonów sinic, 2 - euglenin (Phacus longicauda - rys. 1c), Trachelomonas sp.), 9 - okrzemek (głównie z rodzajów Aulacoseira, Fragilaria, Navicula), 31 - zielenic, 1 - kryptofitów i 1 - ksantofitów (tab. 3). Najliczniejszą grupą w badanym zbiorowisku były zielenice, co zgodne jest z sezonowością występowania tych glonów. Dominowały zwłaszcza gatunki naleŝące do rodzajów Pediastrum (rys. 1d), Scenedesmus, Closterium oraz Coenococcus (rys. 1b). Ponadto, na odcinku do 50 km poniŝej Zbiornika Siemianówka stwierdzono liczne występowanie sinic głównie Microcystis sp., Woronchinia naegeliana (rys. 1a), Coelomorum pusilum, Sphaerocystis sp. Są to taksony charakterystyczne dla zakwitów Zbiornika. Wśród nich obecne są grupy wytwarzające toksyny, pogarszające znacząco jakość wody takie jak: Microcystis i Woronchinia. Skład gatunkowy fitoplanktonu rzeki Narwi przypomina skład jakościowy zbiorowisk Zbiornika [GÓRNIAK, JEKATIERINCZUK- RUDCZYK 1995], co świadczy o zrzucie wody ze Zbiornika wraz z obecną w niej biomasą. Obecność wpływu Zbiornika na róŝnorodność fitoplanktonu wód rzeki Narwi obserwuje się do około 120 km biegu rzeki.

6 82 M. Frąk, M. Stelmaszczyk Rys. 1. Woronchinia naegeliana (a), Coenococcus planctonicus (b), Phacus longicauda (c), Pediastrum simplex (d) Największą bioróŝnorodność organizmów fitoplanktonowych zaobserwowano w punktach 1 i 5. Punkt 1 jest w bliskim sąsiedztwie Zbiornika Siemianówka, z którego przedostają się do rzeki Narwi znaczne ilości glonów nadmiernie namnaŝających się w nim. W punkcie 5 obserwuje się ponadto zwiększenie ilości zanieczyszczeń, w tym pierwiastków biogennych, będących efektem zrzutu ścieków do rzeki. Na odcinkach 1/4 i 5/9 liczebność i róŝnorodność gatunkowa stopniowo zmiejszała się. Świadczy to o zmianach chemizmu wód i poprawie ich czystości [BURCHARDT 1994]. Zestawiając powyŝsze dane z wynikami analiz jakości fizyko-chemicznej wody (tab. 2), zaobserwować moŝna potwierdzenie powyŝszej tezy [GRABOWSKA i in. 2003]. W tych samych punktach i odcinkach pomiarowych, tj. 1, 4/5, 5/9, obserwuje się poprawę czystości wody, co skutkuje stopniowym zanikaniem występowania niektórych taksonów fitoplanktonu [BURCHARDT 1994]. HUTOROWICZ i in. [2004] podają, Ŝe w roku 2000 zaobserwowano w podobnym okresie badawczym nieco większą liczebność i róŝnorodność gatunkową fitoplanktonu nurtu rzeki Narwi, we wszystkich grupach systematycznych. Sklasyfikował m.in. aŝ 24 taksony sinic, jednakŝe gatunki dominujące pokrywały się z danymi uzyskanymi w niniejszych badaniach. RóŜnice w liczbie stwierdzonych taksonów mogą wynikać z dokładności zastosowanych metod badawczych (w pracy Hutorowicza i in. więcej taksonów określono do gatunku) i poprawy jakości wód rzeki Narwi w okresie ostatnich 5 lat. Hipotezę tę zdaje się potwierdzać porównanie wyników analizy fykologicznej i

7 ORGANIZMY FITOPLANKTONOWE A JAKOŚĆ WÓD fizyko-chemicznej wody, uzyskanych w niniejszych badaniach oraz w badaniach prowadzonych we wcześniejszych latach. Zestawienia te wskazują na stopniową poprawę jakości chemicznej wody (o czym wspomniano juŝ wcześniej w niniejszym artykule). Ponadto, w ostatnim okresie podjęto działania zmierzające do poprawy stanu wód Zbiornika Siemianówka. ObniŜenie poziomu wód oraz stopniowe ograniczenie dopływu zanieczyszczeń moŝe skutkować zmniejszeniem róŝnorodności fitoplanktonu w rzece Narwi. Wnioski Uzyskane wyniki badań wskazują na zaleŝność jakości fizyko-chemicznej wód rzeki Narwi i róŝnorodności zbiorowisk fitoplanktonu, a tym samym moŝliwość zastosowania oznaczeń fykologicznych w ocenie jej jakości. Zestawienie wyników uzyskanych w niniejszych badaniach oraz prowadzonych w okresie wcześniejszym wykazało, iŝ na jakość wód rzeki Narwi znaczący wpływ mają nieprawidłowa gospodarka ściekowo-wodna sąsiadujących terenów oraz zrzuty wody wraz z biomasą ze Zbiornika Siemianówka. Wpływ eutroficznych wód Zbiornika jest znaczący oraz obserwowalny na odcinku do około 120 km biegu rzeki. PoniŜej Zbiornika dominują sinice, charakterystyczne dla jego ekosystemu, co moŝe wpływać na pogorszenie jakości wody i jej wysoką trofię. W kolejnych punkach badawczych coraz liczniej występują przedstawiciele okrzemek i zielenic, co świadczy o poprawie jakości wód rzeki i zdolności jej do samooczyszczania. Z uwagi na jednokrotne przeprowadzenie badań, wysunięte wnioski naleŝy traktować jako wstępne. Warto byłoby je powtórzyć (takŝe w innych sezonach) oraz uzupełnić o ocenę pozostałych elementów biotopu i wskaźniki hydromorfologiczne. Weryfikacja danych pozwoli wówczas dokładniej określić przyczyny zmian jakości wód rzeki Narwi. Literatura BURCHARDT L Dzisiejsze moŝliwości biologicznej oceny hypertrofii i politrofii w akwenie, w: Zintegrowana strategia ochrony i zagospodarowania ekosystemów wodnych. Zalewski M. (Red.). Wyd. Biblioteka Monitoringu Środowiska: GÓRNIAK A., JEKATIERYNCZUK-RUDCZYK E Limnology of the Siemianowka dam reservoir (Estern Poland). 1. Environmental conditions. Acta Hydrobiol. 37(1): 1-9. GRABOWSKA M., GÓRNIAK A., JEKATIERYNCZUK-RUDCZYK E., ZIELIŃSKI P The influence of hydrology and water quality on phytoplankton community composition and biomass in a humoeutrofic reservoir, Siemianowka Reservoir (Poland). Ecohydrology and Hydrobiology 3(2): GUS Ochrona Środowiska Informacje i Opracowania Statystyczne, Wyd. GUS, Warszawa. HUBER-PESTALOZZI G., KOMAREK J., FOTT B Das Phytoplankton des Süßwassers Systematik and Biologie. Schweizerbart`sche Verlagsbuchhandlung, Stuttgart. HUTOROWICZ A., KRZYWOSZ W., HUTOROWICZ J Glony planktonowe na tle fizycznych i chemicznych właściwości wody, w: Narwiański Park Narodowy. Banaszuk H. (Red.), Wyd. Ekonomia i Środowisko: Ocena wpływu zbiornika Siemianówka na jakość wód Narwiańskiego Parku Narodowego 2001, Wyd. IOŚ, WIOŚ Białystok.

8 84 M. Frąk, M. Stelmaszczyk ROZPORZĄDZENIE MŚ Z dnia 11 lutego 2004 roku w sprawie klasyfikacji dla prezentacji stanu wód powierzchniowych i podziemnych, sposobu prowadzenia monitoringu oraz sposobu interpretacji wyników i prezentacji stanu tych wód. Dz. U. Nr 32, poz Stan środowiska województwa podlaskiego Wyd. Biblioteka Monitoringu Środowiska, WIOŚ Białystok. STARMACH K Flora słodkowodna Polski. t. 2 Cyanophyta, t. 3 Euglenophyta, t. 5 Chrysophyceae, t. 6 Bacillariophyceae. PWN Warszawa. STARMACH K Plankton roślinny wód słodkich. PWN Warszawa: 364 ss. Składamy serdeczne podziękowania członkom Sekcji Środowiskowych Zastosowań Systemów Informacji Przestrzennych, Międzywydziałowego Koła Naukowego EkoinŜynierii im. prof. K. Dębskiego, za pomoc w przeprowadzeniu badań do niniejszej pracy mgr inŝ. Renacie Grunert oraz studentkom Marcie Kalinowskiej i Marcie Kaczmarczyk. Słowa kluczowe: fitoplankton rzek, jakość wód powierzchniowych, analiza jakości wód, rzeka Narew Streszczenie Badaniom poddano wody rzeki Narwi, na odcinku poniŝej Zbiornika Siemianówka. Analiza fizyko-chemiczna wody wykazała niedostateczną jej jakość, na którą wpływ miały nieprawidłowa gospodarka wodno-ściekowa terenu zlewni oraz zrzuty wody z eutroficznego Zbiornika. Analiza zbiorowisk fitoplanktonu potwierdziła wyniki tych badań i wskazała na obecność w rzece Narwi taksonów charakterystycznych dla zakwitów Zbiornika. Sklasyfikowano m.in. 12 gatunków sinic (w tym 3 gatunków toksynotwórczych) i 31 zielenic. Dynamika zmian liczebności i róŝnorodności zbiorowisk fitoplanktonu na badanym odcinku rzeki była zgodna ze zmianami chemizmu wody. Stopniowe zmniejszanie róŝnorodności organizmów oraz spadek zanieczyszczenia wody świadczą o zdolności rzeki Narwi do samooczyszczania. PHYTOPLANKTON ORGANISMS AND WATER QUALITY OF THE NAREW RIVER Magdalena Frąk, Mateusz Stelmaszczyk Department of Water Engineering and Environmental Recultivation, Warsaw Agricultural University, Warszawa Key words: river phytoplankton, quality of freshwater, analysis of freshwater quality, the Narew River Summary The research was conducted on the Narew River waters, downstream of the Siemianówka Reservoir. The analysis of physical and chemical parameters of water showed its insufficient quality, which was influenced by an inappropriate water supply and sewage disposal in the catchment area and also by the water discharge from the eutrophic reservoir. The analysis of the phytoplankton composition proved the results of physical and chemical water parameter examination and showed the presence of

9 ORGANIZMY FITOPLANKTONOWE A JAKOŚĆ WÓD phytoplankton taxa characteristic for the reservoir blooms. Twelve species of cyanobacteria (blue-green algae) were classified with three toxicogenic ones, and thirty one species of green algae were found. The dynamics of phytoplankton composition quantity and biodiversity changes was adequate to water quality variations at the examined river reach. Gradual organism biodiversity decline and water pollution decrease evidence the self - purification ability of the Narew River. Dr inŝ. Magdalena Frąk Katedra InŜynierii Wodnej i Rekultywacji Środowiska Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego ul. Nowoursynowska WARSZAWA