OCENA STANU EKOLOGICZNEGO JEZIORA DUROWSKIEGO W ROKU 2011

Transkrypt

1 Wydział Biologii Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu Ul. Umultowska 89, Poznań OCENA STANU EKOLOGICZNEGO JEZIORA DUROWSKIEGO W ROKU 2011 Prof. dr hab. Ryszard Gołdyn Zakład Ochrony Wód Dr Beata Messyasz Zakład Hydrobiologii Poznań, lipiec

2 Treść opracowania 1. Podstawy opracowania 3 Str. 2. Jakość wody Jeziora Durowskiego 5 3. Równowaga hydrologiczna Analizy fitoplanktonu i peryfitonu jako wskaźniki jakości wody w Jeziorze Durowskim w Wągrowcu Stan ekologiczny Jeziora Durowskiego: obecny stan makrofitów i ich znaczenie wskaźnikowe dla oceny stanu jeziora Ocena stanu ekologicznego rekultywowanego jeziora z użyciem makrobezkęgowców Zarządzanie Jeziorem Durowskim Podsumowanie

3 1. Podstawy opracowania Podstawą opracowania jest umowa zawarta z Gminą Miejską Wągrowiec nr TI.TI z dnia 30 maja 2011 roku. Na jej podstawie dokonano opracowania wyników badań fizyczno-chemicznych i biologicznych jeziora Durowskiego, przeprowadzonych w pierwszej połowie lipca 2011 roku. Celem niniejszego opracowania jest ocena stanu ekologicznego ekosystemu Jeziora Durowskiego. Wymagania Ramowej Dyrektywy Wodnej w zakresie oceny stanu ekologicznego ekosystemu jeziornego uwzględniają obok parametrów fizycznochemicznych jakości wód takŝe parametry biologiczne: makrofity, fitoplankton, fitobentos (peryfiton), makrozoobentos oraz ryby. KaŜdy parametr biologiczny rozpatrywany jest pod względem struktury gatunkowej zbiorowiska (bogactwo, róŝnorodność), jego liczebności i udziału gatunków wskaźnikowych. Ocena ostateczna obejmuje klasyfikację tych wskaźników jako średnią kilku matriksów i przyporządkowanie uzyskanej punktacji do skali 5 klas stanu ekologicznego wód. Badania na jeziorze Durowskim prowadzono od 4 do 9 lipca 2011 roku. W cyklu dobowym wykonano pomiary parametrów fizyczno-chemicznych wody (przezroczystość wody, temperatura wody, przewodnictwo elektrolityczne, ph, TDS, % nasycenia wody tlenem, stęŝenie tlenu rozpuszczonego w wodzie) w profilu pionowym co 1 m na 4 stanowiskach o głębokości nie mniejszej niŝ 10 m. W celu określenie stęŝenia pierwiastków biogennych (N, P) pobrano próby wody do analiz laboratoryjnych. Równolegle na tych samych stanowiskach pobrano próby do analiz koncentracji chlorofilu-a w warstwie powierzchniowej (głębokość 0m) i próby wody do analiz fitoplanktonu. Zbiorowisko fitoplanktonu analizowano pod względem struktury gatunkowej, liczebności i biomasy oraz udziału frakcji sinic w zbiorowisku glonów. Te same badania przeprowadzono na dopływie i odpływie Strugi Gołanieckiej oraz w płytkim basenie północnej części jeziora. Badania strefy litoralu obejmowały fitobentos (peryfiton) oraz hydromakrofity. Polska metoda makrofitowa (dla jezior) oparta jest na systemie oceny opracowanym w latach 80-ych przez Prof. M. Rejewskiego z UMK w Toruniu, a następnie modyfikowanym przez dr H. Ciecierską z Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie. W trakcie badań uwzględniono wszystkie elementy waŝne do oceny stanu ekologicznego jeziora Durowskiego: liczbę taksonów, ich zbiorowisk, maksymalny zasięg i głębokość ich występowania, ocena obfitości (skala obfitości, % powierzchni fitolitoralu, długość porośniętej linii brzegowej) oraz gatunki referencyjne czy wskaźnikowe dla degradacji. Badano takŝe fitobentos (peryfiton) jako waŝny element - 3 -

4 biologiczny w ocenie stanu ekologicznego jeziora Durowskiego. W przypadku fitobentosu obliczono indeks okrzemkowy dla 8 stanowisk rozmieszczonych wzdłuŝ linii brzegowej jeziora. Ocena stanu ekologicznego jeziora Durowskiego oparta była takŝe na wynikach badań zbiorowisk makrozoobentosu zarówno w strefie pelagialu jak i litoralu. Analizowano bogactwo i róŝnorodność tej grupy organizmów (całkowita liczba rodzin, liczba rodzin EPT, indeks Shannona-Weavera), jej obfitość i liczebność oraz tolerancję na degradację. Wyniki uzyskane w trakcie przeprowadzonych w lipcu 2011 roku badań porównano przy wszystkich analizowanych parametrach biologicznych z wynikami z roku 2009, kiedy jezioro Durowskie poddane było pierwszemu etapowi rekultywacji. Podjęto takŝe próbę ustalenia praktycznych rozwiązań w celu określenia warunków uzyskania zrównowaŝonego rozwoju jeziora i jego zlewni (rozdział 7). Układ niniejszego opracowania obejmuje ocenę stanu ekologicznego jeziora Durowskiego na podstawie kolejnych parametrów fizyczno-chemicznych i biologicznych

5 Jakość wody Jeziora Durowskiego Miticǎ Ciorpac 1 Radu Druicǎ 1 Wojciech Biernacki 2 Friederike Luebben 3 Gabriel IonuŃ Plavan 1 1. Alexandru Ioan Cuza University of Iasi BD. Carol I no. 11 ID Iasi, Romania 2. Adam Mickiewicz University in Poznań Wieniawskiego Poznań, Poland 3. Christian-Albrecht University in Kiel Olshausenstrasse 40 ID Kiel, Germany

6 1. Wstęp Woda zajmuje 2/3 powierzchni Ziemi. Tylko 2,75% stanowi wodę słodką, z czego 2,15% jest zawarte w lodzie (WRI, 2008). W ostatnich latach woda staje się rzadkim dobrem, a głównym tematem w aspektach ekonomicznych i środowiskowych. Dlatego tak waŝne jest aby gospodarować nią w sposób zrównowaŝony, przemyślany i kontrolowany. Głównym celem Ramowej Dyrektywy Wodnej jest osiągnięcie dobrego stanu wód. Jezioro Durowskie w Wągrowcu jest jedną z głównych atrakcji turystycznych miasta. Niestety jezioro ulega procesom eutrofizacji w wyniku intensywnego uŝytkowania rolniczego w okolicy oraz braku oczyszczalni ścieków (w poprzednich latach). W celu poprawy jakości wody w zbiorniku zastosowano zabiegi rekultywacyjne zainstalowano 2 aeratory oraz przeprowadza się inaktywację fosforu. Prowadzone badania pozwolą odpowiedzieć na poniŝsze pytania: a) Jakie są zaleŝności między badanymi parametrami oraz jaki jest stan wód według Ramowej Dyrektywy Wodnej? b) Jaki jest stan troficzny jeziora według wskaźnika trofii (TSI)? c) Jak kształtuje się stan jeziora przez ostatnie lata? d) Jakie są moŝliwości udoskonalenia zarządzania jeziorem? 1.1. Teren badań Jezioro Durowskie jest polodowcowym, przepływowym zbiornikiem, charakterystycznym dla centralnej Polski. Kształt jeziora jest wydłuŝony w kierunku północno-południowym. Na południowym brzegu zlokalizowane jest miasto Wągrowiec, które jest stolicą gminy i powiatu. Liczba mieszkańców wynosi osób. Zlewnia jeziora Durowskiego jest głównie rolnicza. 19% zajmują lasy, które od północy, wschodu i zachodu otaczają zbiornik. Rzeka przepływa przez jezioro z północy na południe. Gmina Wągrowiec posiada własną oczyszczalnie ścieków, która oczyszcza średnio m 3 ścieków w ciągu roku (87,3% ścieków jest oczyszczane, w skali całego powiatu). W ubiegłych latach do jeziora spływały duŝe ładunki biogenów z miasta (kiedy nie było oczyszczalni ścieków) oraz z pól uprawnych. W Wągrowcu jest wiele atrakcji turystycznych: plaŝe, hotele, restauracje, wypoŝyczalnia sprzętu wodnego, Aquapark oraz centrum rehabilitacji. Wędkarstwo jest bardzo popularne, dlatego nad jeziorem znajduje się wiele stanowisk wędkarskich. Jezioro jest monitorowane co 5 lat przez Wojewódzki Inspektorat Ochrony Środowiska. Ostatnie badania przeprowadzono w 2006r., kolejne odbędą się w tym roku

7 2. Metody badań W poniŝszych podrozdziałach opisano metody pracy w terenie, ich cel i znaczenie w ekologii oraz analizy laboratoryjne i komputerowe Badania terenowe Badania prowadzono w pierwszym tygodniu lipca (od 4 do 9 lipca 2011r.), odnotowując przy tym pogodę. Codziennie rano pobierano próby z 6 stanowisk: Middle I, Middle II, Aerator I, Aerator II, Beach I, Beach II. Ryc. 1. Stanowiska poboru prób Wskaźniki badano w terenie za pomocą urządzenia wielopomiarowego. KaŜdy parametr badano od powierzchni wody, co metr, aŝ do dna. Obroty aeratorów Na jeziorze Durowskim znajdują się 2 aeratory jeden w północnej, a drugi w południowej części zbiornika. Tlen pompowany przez aeratory jest wykorzystywany do utleniania zredukowanych związków i/lub utrzymania warunków utleniających w hypolimnionie, aby inaktywować fosfor. Codziennie mierzono obroty aeratorów, wyŝsza liczba obrotów dostarczała więcej tlenu do osadów. Tlen rozpuszczony Zawartość tlenu w jeziorze została wyraŝona w mg/l i stanowi ilość rozpuszczonego tlenu - 7 -

8 w wodzie. Jest to waŝny parametr, poniewaŝ heterotroficzne mikroorganizmy potrzebują tlenu do Ŝycia. Obecność tlenu zaleŝy od ciśnienia atmosferycznego, temperatury i ilości rozpuszczonych jonów. Wraz ze wzrostem temperatury maleje zawartość tlenu w wodzie (FREDE 1999). Temperatura Temperatura wody w jeziorze jest istotna dla procesów biologicznych i reakcji chemicznych (zasada van t Hoff a). Strefy istniejące w jeziorze (epilimnion, metalimnion i hypolimnion) charakteryzują się róŝnymi temperaturami, dlatego teŝ róŝnią się występowaniem organizmów. Odczyn ph Odczyn ph jest miarą kwasowości lub zasadowości w roztworze wodnym. Jest mierzony w mol/l, przyjmuje wartości od 0 do 14. Wartość ph jest nie tylko waŝna dla siedlisk organizmów, ale równieŝ odgrywa rolę w reakcjach chemicznych, np.: NH 3 + H 3 O + NH H 2 O Przewodnictwo elektrolityczne Przewodnictwo elektrolityczne określa rozpuszczone jony w wodzie i jest mierzone w µs/cm. Jest wskaźnikiem substancji rozpuszczonych oraz nutrientów, takich jak chlorki i siarczany. Całkowita substancja rozpuszczona (TDS) TDS to wskaźnik zawartości całkowitej nieorganicznej i organicznej substancji (substancje mineralne, sole, metale) zawarte w cieczy i dające informacje o występowaniu anionów i kationów w wodzie, wyraŝony w mg/l. Za pomocą tego parametru określa się czystość i jakość wody, jest on oparty na przewodnictwie elektrolitycznym wody. Przewodnictwo elektrolityczne w czystej wodzie przyjmuje bardzo niskie wartości. Widzialność krąŝka Secchiego (SD) Widzialność, stęŝenie biogenów oraz biomasa fitoplanktonu są dobrymi wskaźnikami trofii, poniewaŝ odzwierciedlają produkcję pierwotną. Mała widzialność w wodzie moŝe wynikać z obecności duŝej ilości substancji rozpuszczonych, fitoplanktonu, zooplanktonu lub innych zanieczyszczeń. Pomiary są wykorzystywane do wyznaczenia wskaźnika trofii (TSI), a następnie do określenia stanu ekologicznego i jakości wód jeziora (ELSTER 1962). W czasie tygodniowych badań, codziennie mierzono widzialność krąŝka Secciego na wszystkich stanowiskach badawczych

9 Na stanowiskach: Middle I, Middle II, Aerator I i Aerator II pobierano próby do analiz laboratoryjnych, aby określić koncentracje chlorofilu a. Filtrowano 1000 ml wody z kaŝdego stanowiska, a następnie sączki zostały przewiezione do laboratorium Analizy laboratoryjne Metoda obliczania stęŝenia chlorofilu a jest oparta na skondensowanym sestonie na sączku (wykonanym z włókna szklanego) oraz znanej objętości przefiltrowanej wody. Sączek z sestonem ucierano w moździerzu, następnie wraz z acetonem przelewano do probówki (ok. 10 ml). Probówki były przechowywane przez ok. 24 godziny w lodówce (4 C), gdzie zachodziła ekstrakcja. Następnego dnia probówki były wirowane. Następnie przy uŝyciu spektrofotometru mierzono absorbancję przy falach o długości 663 nm i 750 nm oraz po dodaniu HCl i odczekaniu 5 min przy falach o długości 665 nm i 750 nm. Zawartość chlorofilu a była obliczana według następującego wzoru: X=26,73 [ (A 663b -A 750b )-(A 665a -A 750a )]*V E /V W *I gdzie: A 663b, A 750b: długość fali przy której mierzono absorbancję przed dodaniem kwasu A 665a, A 750a: długość fali przy której mierzono absorbancję po dodaniu kwasu V E: objętość przygotowanego ekstraktu V W: objętość przefiltrowanej wody z próby I: grubość ścianek kuwety [cm] 26,73: współczynnik 2.3. Analizy komputerowe Wykresy i dane zostały opracowane za pomocą arkusza kalkulacyjnego Excel Dla kaŝdego stanowiska obliczono średnią wartość z 5-ciu dni badań. Obliczone wskaźniki stanu trofii (CARLSON, 1996). TSI obliczone na podstawie widzialności krąŝka Secciego (TSI) porównano ze Wskaźnikami Carlsona TSI (SD) = 10 6 TSI obliczone na podstawie koncentracji chlorofilu a TSI (CHL) = 10 6 ),, Indeks Stanu Trofii (TSI) jeziora zaleŝy głównie od stęŝenia azotu, fosforu i innych nutrientów. Biogeny takie jak: azot i fosfor są czynnikami limitującymi w wodach stojących. Wzrost stęŝenia nutrientów powoduje rozwój fitoplanktonu, co w następstwie moŝe prowadzić do wzrostu trofii. Dlatego indeks troficzny moŝe być wykorzystywany do określenia biologicznej kondycji jeziora

10 3. Wyniki 3.1. Analiza pomiarów terenowych Na wszystkich wykresach przedstawiających pomiary terenowe, oś y to głębokość, a oś x to wartość parametru. Wykresy przedstawiają średnie wartości parametrów ze wszystkich dni. Na rycinie 2 przedstawiona została pogoda występująca podczas badań ( r.). Pogoda była głównie słoneczna, jednak 5 i 8 lipca przewaŝało zachmurzenie. The weather during sampling 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Ryc. 2. Pogoda podczas pobierania prób cloudy sunny Na wykresie poniŝej przedstawiono średnią ilość obrotów aeratorów na minutę. Średnie z obrotów aeratora 1 i aeratora 2 niewiele się od siebie róŝniły. Na początku tygodnia, odnotowano zdecydowanie wyŝszą średnią obrotów aeratorów ok. 10, w porównaniu do końca tygodnia. 6 Number of turnovers of the aerator per minute 5,1 5,9 turnings 5 4 AERATOR 1 AERATOR 2 Ryc. 3. Liczba obrotów aerator na minutę Koncentracja rozpuszczonego tlenu wahała się od 0,01 do 11,58 mg O 2 /l. NajwyŜszą zawartość tlenu odnotowano na stanowisku Beach 1 (PlaŜa), na głębokości 2 m. Zaobserwowano zdecydowany spadek stęŝenia tlenu na głębokości 4-6 m, na wszystkich badanych stanowiskach. Pomiary poniŝej głębokości 6 m wskazywały na

11 niską zawartość tlenu (< 0,5 mg O 2 /l), jednak na stanowisku Aerator 1, na głębokości 9 m odnotowano wzrost stęŝenia do blisko 1 mg O 2 /l. Dissolved oxygen [mg/l] Depth [m] 0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12, Aerator 2 Aerator 1 Beach 1 Beach 2 Middle 1 Middle 2 14 Ryc. 4. Zawartość tlenu rozpuszczonego (DO) na badanych stanowiskach Temperatura wody wahała się od 6,1 C do 21,8 C, jednak mi ędzy stanowiskami nie odnotowano znaczących róŝnic. Zdecydowane obniŝenie temperatury zaobserwowano na głębokości między 4 a 6 m, na wszystkich badanych stanowiskach. Wraz ze wzrostem głębokości temperatura wody obniŝała się. Water temperature variation ( C) Depth [m] Aerator 1 Beach 1 Beach 2 Middle 1 Middle 2 Aerator 2 14 Ryc. 5. Profile termiczne na badanych stanowiskach ( C) Odczyn ph wahał się od 7,5 do 8,8, jednak między stanowiskami nie odnotowano znaczących róŝnic. Ze wzrostem głębokości odczyn się zmniejszał. Między 3 a 8 m następował zdecydowany spadek wartości odczynu. PoniŜej 8 m zaobserwowano nieznaczne zmniejszanie odczynu

12 Depth [m] ph value 7,00 7,50 8,00 8,50 9, Aerator 1 Beach 1 Beach 2 Middle 1 Middle 2 Aerator 2 14 Ryc. 6. Odczyn ph na badanych stanowiskach Wykres na rycinie 7 przedstawia zmienność przewodnictwa elektrolitycznego na badanych stanowiskach. Wartości tego parametru wahały się od 338 do 446 µs/cm. NajwyŜsze przewodnictwo odnotowano na powierzchni wody, między 4 a 11 m wartości malały, a następnie nieznacznie wzrastały. Conductivity (µs/cm) 320,00 340,00 360,00 380,00 400,00 420,00 440,00 0 Depth [m] Aerator 1 Beach 1 Beach 2 Middle 1 Middle 2 Aerator 2 14 Ryc. 7. Przewodnictwo elektrolityczne na badanych stanowiskach Wraz ze wzrostem głębokości wzrastała zawartość TDS. Zakres TDS wahał się od 308 g/l do 355 g/l. Miedzy 4 a 6 m zawartość substancji rozpuszczonych gwałtownie rosła. Na stanowisku przy aeratorze 2 następował spadek ilości substancji rozpuszczonych między 11 a 12 m

13 Depth [m] TDS (g/l) 300,00 310,00 320,00 330,00 340,00 350,00 360, Aerator 1 Beach 1 Beach 2 Middle 1 Middle 2 Aerator 2 14 Ryc. 8. Zawartość TDS na badanych stanowiskach Widzialność krąŝka Secchiego ulegała zmniejszeniu na wszystkich stanowiskach podczas 5-cio dniowych badań. Największą widzialność odnotowano na stanowisku Beach 2 2,9 m na początku badań. Na stanowisku Middle 1 widzialność wzrosła 2- iego dnia badań, jednak w kolejnych dniach odnotowano spadek widzialności. Pod koniec badań widzialność wahała się od 1,7 do 1,9 m. Secchi disc transparency [m] 2,9 2,7 2,5 2,3 2,1 1,9 1,7 Aerator 1 Beach 1 Beach 2 Middle 1 Middle 2 Aerator 2 1,5 3-Jul 4-Jul 5-Jul 6-Jul 7-Jul 8-Jul 9-Jul 10-Jul Rys. 9. Widzialność krążka Secchiego - SD (m) 3.2. Stężenie chlorofilu a StęŜenie chlorofilu a wzrastało na wszystkich badanych stanowiskach. Zakres stęŝenia wahał się od 2,5 µg/l do 42 µg/l. Koncentracja chlorofilu a róŝniła się między stanowiskami. Na stanowisku Aerator 2, 4 lipca 2011r. odnotowano najniŝsze stęŝenie chlorofilu a - 2,5 µg/l, natomiast 9 lipca 2011r. najwyŝsze. Wartości tego parametru na stanowisku Middle 2 róŝniły się nieznacznie przez pierwsze 3 dni (ok. 7µg/l), a

14 następnie rosły przez 4 kolejne dni. Próby ze stanowiska Middle 1 miały podobne koncentracje chlorofilu a, jednak między 7 a 8 lipca odnotowano mniejszy wzrost. StęŜenie chlorofilu a na stanowisku Aerator 1 wzrosło 5 lipca do 15 µg/l, następnie spadło do 10 µg/l i znowu wzrosło między 7 a 9 lipca. Change of chlorophyll a concentration 45,00 40,00 Chl a concentration (ug/l) 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 Aerator 1 Middle 1 Middle 2 Aerator 2 Rys. 10. Zmienność stężenia chlorofilu a na badanych stanowiskach Średnia koncentracja chlorofilu a na badanych stanowiskach została przedstawiona w tabeli poniŝej. NajwyŜsze średnie stęŝenie odnotowano na stanowisku Aerator 2-15,82 µg/l, natomiast najniŝsze na stanowisku Middle 1 13,69 µg/l. Tab. 1. Stężenie chlorofilu a StęŜenie chlorofilu a [µg/l] Aerator 1 14,48 Aerator 2 15,82 Middle 1 11,81 Middle 2 13, Stan troficzny (TSI) PoniŜsza tabela przedstawia wyniki obliczeń wskaźnika TSI wraz z odchyleniem standardowym. Wskaźnik trofii obliczony na podstawie widzialności krąŝka Secchiego (średnia ze wszystkich stanowisk) wynosi 49,9 z odchyleniem standardowym 2,48, natomiast wskaźnik trofii obliczony na podstawie koncentracji chlorofilu a (średnia ze stanowisk) wynosi 54,59 z odchyleniem standardowym 3,42. Tab. 2. Wskaźnik Stanu Trofii Trophic state index (SD= Secchi disc-widzialność krążka Secchiego, Chl a= Chlorofil a) TSI SD Chl a

15 Aerator 1 51,07 56,16 Aerator 2 48,70 53,81 Middle 1 49,61 53,69 Middle 2 50,22 54,71 Beach 1 50,54 no data Beach 2 49,68 no data Całe jezioro 49,97±2,48 54,59±3, Źródła błędów Istnieje kilka źródeł błędów, dlatego raport ten musi być analizowany ostroŝnie. Powszechnie występują 3 główne źródła błędów: 1. Wybór stanowisk poboru prób; 2. Błędy przy pobieraniu prób; 3. Błędy przy badaniu prób w laboratorium. 1) Na stanowiskach Aerator 1, Aerator 2, Beach 1 I Beach 2 próby były zawsze pobierane w tym samym miejscu. Natomiast stanowiska Middle I oraz Middle 2 nie miały punktów orientacyjnych, dlatego kaŝdego dnia próby były pobierane mniej więcej w tym samym miejscu. 2) Źródła błędów: - Pomiary niewykonywane na odpowiednich głębokościach silny wiatr uniemoŝliwia utrzymanie sondy w pionie w całej kolumnie wody; - WyŜsza zawartość tlenu ze względu na obecność rowerów wodnych; - Niewystarczająco długie oczekiwanie na odczyt pomiaru z urządzenia wielopomiarowego; - Codzienne zmiany grup. 3) Źródła błędów: - Brak doświadczenia uczestników. 4. Dyskusja W poniŝszym rozdziale zostaną udzielone odpowiedzi na pytania z rozdziału Jakie są zależności między badanymi parametrami oraz jaki jest stan wód według Ramowej Dyrektywy Wodnej? Pogoda w czasie pobierania prób była zwykle słoneczna (z niewielkim zachmurzeniem). Temperatura na powierzchni wody wynosiła ponad 20 C. Nie odnotowano róŝnic między stanowiskami, poniewaŝ wszystkie były w takim samym stopniu ogrzewane przez promienie słoneczne. Wraz ze wzrostem głębokości, temperatura malała, do 4 m obniŝenie następowało stopniowo, jednak miedzy 4 a 6 m odnotowano gwałtowny spadek. Te zmiany temperatur wskazują na róŝne strefy w

16 zbiorniku wodnym (epilimnion, metalimnion i hypolimnion). Na powierzchni jest strefa epilimnionu, gdzie temperatura jest najwyŝsza i stała, poniŝej jest warstwa metalimnionu, z duŝym spadkiem temperatury. W warstwie hypolimnionu (od 7 m do dna) temperatura nie ulega juŝ zmianom (WALTER 2002). Wraz ze wzrostem głębokości następowało nie tylko obniŝenie temperatury, ale równieŝ zmniejszało się stęŝenie rozpuszczonego tlenu, ph i przewodnictwo elektrolityczne. StęŜenie tlenu rozpuszczonego w powierzchniowych warstwach wody było wyŝsze z róŝnych powodów. M.in. ze względów pogodowych: wiatr, falowanie, deszcz itp., równieŝ turbulencje wywołane przez łodzie wpływały na epilimnion. Jest to strefa, w której rozwija się fitoplankton, który potrzebuje światła, biogenów i wyŝszych temperatur (SEIP 1990). Obecność tlenu rozpuszczonego jest konieczna, aby jakość wód była dobra. Tlen jest niezbędnym elementem Ŝycia. Naturalne procesy oczyszczania wymagają obecności tlenu, aby mogły rozwijać się aerobowe formy Ŝycia. StęŜenie tlenu poniŝej 5 mg/l wywołuje stres. Im niŝsza koncentracja tym większy stres. Na stanowisku przy aeratorze 1 odnotowano wzrost tlenu rozpuszczonego na głębokości 9 m. Skok ten mógł być wywołany przez dojście powietrza, które zostało dostarczane przez aerator. Oznacza to, Ŝe tlen pompowany przez aerator jest wykorzystywany do utleniania zredukowanych związków i/lub utrzymania warunków utleniających w hypolimnionie w celu inaktywacji fosforu. Przewodnictwo elektrolityczne oraz TDS są wskaźnikami obecności biogenów. Wartości przewodnictwa wskazywało, iŝ stęŝenie biogenów maleje wraz ze wzrostem głębokości. Dlatego w epilimnionie panują najlepsze warunki do Ŝycia. Jednak nadmiar składników odŝywczych, jest równieŝ czynnikiem stresu dla większości organizmów (równieŝ dla ichtiofauny) występujących w ekosystemach wodnych. Zawartość TDS rosła wraz ze wzrostem głębokości. Powodem tego są osady oraz fakt, Ŝe substancje rozpuszczone opadają do osadów przez pewien okres czasu. Osady denne są obecnie głównym źródłem biogenów w badanym jeziorze. Są one uwalniane nie tylko podczas wiosennego i jesiennego mieszania, ale równieŝ podczas stagnacji letniej. Jeśli w osadach panują warunki beztlenowe fosforany (PO 3-4 ) są uwalniane do toni wodnej. Fosforany są zwykle inaktywowane przez Ŝelazo trójwartościowe. Kiedy w osadach panują warunki beztlenowe Fe 3+ jest redukowane do Fe 2+ i dochodzi do uwolnienia fosforanów. Obecność fitoplanktonu w warstwach powierzchniowych jeziora mogło wypływać na wyŝsze wartości odczynu. Zwykle wody mają odczyn bardziej kwaśny z powodu obecności dwutlenku węgla w wodzie

17 Wszystkie te parametry wyjaśniają wysoką wartość chlorofilu a. W tygodniu poprzedzającym badania było deszczowo i pochmurno, co nie wpłynęło korzystnie na rozwój fitoplanktonu. Kiedy rozpoczęto badania ociepliło się, przez co panowały sprzyjające warunki do rozwoju fitoplanktonu. Niskie ciśnienie 5 lipca 2011r. dodatkowo wpłynęło na wzrost fitoplanktonu. DuŜa koncentracja chlorofilu a oraz rozwój fitoplanktonu spowodował spadek widzialności krąŝka Secchiego. PoniŜsza tabela przedstawia klasyfikacje według Ramowej Dyrektywy Wodnej (wartości charakterystyczne dla Polski). Parametry takie jak: widzialność krąŝka Secchiego, tlen rozpuszczony w hypolimnionie, przewodnictwo elektrolityczne są określane jako dobry lub zły. Tab. 3. Klasyfikacja stanu według Ramowej Dyrektywy Wodnej (RDW) Stan ekologiczny wody Dobry Zły Parametr Klasa wody I II III IV V Chlorofilll a (ug/l) <7,0 7,0-13,0-21,0-33,0 >33,0 13,0 21,0 Widzialność (m) >1,7 <1,7 krąŝka Secchiego Tlen (mg/l) >4 <4 rozpuszczony w hypolimnionie Przewodnictwo (µs/cm) <600 >600 Na podstawie powyŝszej klasyfikacji oceniono stan jeziora Durowskiego (tab. 4). Tab. 4. Ocena jeziora Durowskiego według Ramowej Dyrektywy Wodnej Parametr Wartość Klasa Chlorofill a 13,7 µg/l III Widzialność krąŝka Secchiego 2,02 m dobra Tlen rozpuszczony w hypolimnionie 0,23 mg/l zła Przewodnictwo elektrolityczne 395µS/cm dobra Wartość chlorofilu a wynosiła 13,7 µg/l I była zbyt wysoka, co wskazywało na III klasę czystości. StęŜenie tlenu rozpuszczonego było zbyt niskie i zostało ocenione jako zła klasa, zgodnie z RDW. Widzialność krąŝka Secchiego oraz przewodnictwo elektrolityczne oceniono jako klasa dobra Jaki jest stan troficzny jeziora według wskaźnika trofii (TSI)? Wskaźnik TSI określony na podstawie widzialności krąŝka Secchiego wyniósł 49,9, natomiast na podstawie chlorofilu a 54,59, co wskazuje na wysoką mezotrofią i/lub eutrofią. Co jest zgodne z analizą z poprzedniego podrozdziału

18 Tab. 5. Wskaźnik TSI Wskaźnik TSI <40 oligotrofia mezotrofia eutrofia >70 hypertrofia 4.3. Jak kształtuje się stan jeziora przez ostatnie lata? PoniŜsze wykresy przedstawiają zmiany wskaźników TSI w bieŝącym roku i w 2010r. oraz zmiany przewodnictwa elektrolitycznego w latach Odnotowano wzrost koncentracji chlorofilu a na wszystkich badanych stanowiskach, co mogło być spowodowane pogodą w tym roku. Niskie temperatury w tygodniu poprzedzającym badania, oraz wysokie w tygodniu, kiedy prowadzono badania doprowadziły do wzrostu glonów. To równieŝ moŝe być wskaźnik wyŝszego ładunku biogenów w jeziorze. Według wskaźnika TSI, jezioro jest eutroficzne Aerator 1 Aerator 2 Middle 1 Middle 2 TSI Chl a methode /2011 TSI Chl a methode /2010 Ryc. 11.Zmiany wartości wskaźnika trofii (Chl a) w latach 2010 i 2011 Wskaźnik trofii określony na podstawie widzialności krąŝka Secchiego wskazuje na poprawę. W porównaniu do ubiegłego roku widzialność uległa poprawie

19 Aerator 1 Aerator 2 Middle 1 Middle 2 Beach 1Beach 2 TSI SD methode /2011 TSI SD methode /2010 Ryc. 12. Zmiany wartości wskaźnika trofii (SD) w latach 2010 i 2011 Przewodnictwo elektrolityczne zmieniało się na przestrzeni lat. W 2008r. przewodnictwo rosło wraz z głębokością. W 2009r. wzrost przewodnictwa następował stopniowe wraz z głębokością. Natomiast w 2010r. bardziej skokowo następował wzrost przewodnictwa wraz ze wzrostem głębokości. W 2011r. zaobserwowano zupełnie inną sytuację. Przewodnictwo elektrolityczne było zdecydowanie niŝsze ( µs/cm) i zmniejszało się wraz z głębokością. Zjawisko to wskazuje, iŝ mniej nutrientów uwalniało się z osadów dennych. Ryc. 13. Przewodnictwo elektrolityczne na stanowisku Aerator 1 w latach

20 Depth [m] Conductivity (µs/cm) 320,00 340,00 360,00 380,00 400,00 420,00 440, Ryc. 14. Przewodnictwo elektrolityczne badanych stanowiskach (w 2011r.) Aerator 1 Beach 1 Beach 2 Middle 1 Middle 2 Aerator 2 W tabeli 6 przedstawiono, które parametry uległy poprawie, a które pogorszeniu w 2011r. w porównaniu do 2010r. Tab. 6. Porównanie danych w latach 2010 I 2011 Year Chlorofil a 9 µg/l 14 µg/l Przewodcnictwo 650 µs/cm 400 µs/cm ph na powierzchni 8 8,7 Widzialność krążka Secchiego 1,5 m 2 m TDS (powierzchnia) 0,41 g/l 0,31 g/l Tlen rozpuszczony 10 mg/l (powierzchnia) 10 g/l (powierzchnia) 4.4. Jakie są możliwości udoskonalenia zarządzania jeziorem? Zarządzanie jeziorem Durowskim jest trudnym zadaniem. Aeratory oraz zabiegi mające na celu inaktywację fosforu nie powodują szybkich efektów w osiąganiu dobrej jakości wody. Aby uniknąć kolejnych ładunków zanieczyszczeń, naleŝy zapobiegać u źródła a nie leczyć konsekwencje. Jest jeszcze kilka gospodarstw domowych, które nie są podłączone do oczyszczalni ścieków. Oczyszczalnia ścieków moŝe wpłynąć na poprawę jakości wód jeziora w aspekcie długoterminowym. Kolejnym waŝnym aspektem jest wzrost liczby ludności oraz zwiększająca się ilość pól uprawnych. W przyszłości naleŝy zwrócić uwagę na ekologiczny wzrost gospodarczy. Jezioro jest monitorowane co 5 lat przez Wojewódzki Inspektorat Ochrony Środowiska. Monitoring powinien być kontynuowany w celu osiągnięcia lepszej jakości wody, oraz zapewnienia bezpieczeństwa turystom nad jeziorem Durowskim. 5. Podsumowanie Na podstawie przeprowadzonych badań moŝna stwierdzić, iŝ jakość wód jeziora Durowskiego nie jest zadowalająca i nie spełnia II klasy czystości (wg RDW)

21 Na podstawie klasyfikacji jakości wody opartej na koncentracji chlorofilu a, wody jeziora Durowskiego mieszczą się w III klasie czystości. Jednak zawartość chlorofilu a szybko się zmienia i pokazuje aktualną kondycję, a nie długoterminowy stan. Jakość wody na podstawie stęŝenia rozpuszczonego tlenu w hypolimnionie oceniono jako złą. Jednak wykres 4 ukazuje, iŝ na stanowisku Aerator 1 stęŝenie tlenu rośnie, nawet w głębokich warstwach wody. Fakt ten oraz pomiary widzialności krąŝka Secchiego wskazują, iŝ jakość wód jeziora Durowskiego ulega poprawie. Porównując wyniki z danymi z poprzednich lat, moŝna zaobserwować poprawę jakości wód jeziora. W 2011r. przewodnictwo malało wraz ze wzrostem głębokości, co wskazuje iŝ biogeny nie są juŝ uwalniane z osadów dennych. Jednak wskaźnik stanu trofii nadal wskazuje na eutrofię. Mimo to praca aeratorów oraz inaktywacja fosforu przynoszą pozytywne rezultaty w długim okresie czasu. Podsumowując, moŝna stwierdzić Ŝe stan jeziora Durowskiego ulega poprawie, jednak w dalszym ciągu konieczne jest prowadzenie zabiegów rekultywacyjnych i długi okres czasu, aby osiągnąć dobry stan wód według RDW. 6. Literatura 1. Elster H.-J Seetypen, Fließgewässertypen und Saprobiensystem. Internationale Revue der gesamten Hydrobiologie und Hydrographie. Volume 47, Issue 2, pages Frede H.-G., Dabbert S Handbuch zum Gewässerschutz in der Landwirtschaft. AG & Co.KG Verlagsgesellschaft. Landsberg. 3. Seip K Simulation Models for Lake Management-How far do they go. Internationale Vereinigung fuer theoretische and angewandte Limnologie. Vol Walter K. Dodds Freshwater ecology - Concpets of environmental applications. Academic Press. 5. World Resource Institute: Klop P., Rodgers J., Water Scarcity. Private Investment Opportunities in Agricultural Water Use Efficiency. Website:

22 7. Załączniki Temperatura Głębokość Aerator 1 Plaża 1 Plaża 2 Środek 1 Środek 2 Aerator Tlen rozpuszczony Głębokość Aerator 1 Plaża 1 Plaża 2 Środek 1 Środek 2 Aerator

23 Natlenienie Głębokość Aerator 1 Plaża 1 Plaża 2 Środek 1 Środek 2 Aerator Odczyn ph Głębokość Aerator 1 Plaża 1 Plaża 2 Środek 1 Środek 2 Aerator TDS Głębokość Aerator 1 Plaża 1 Plaża 2 Środek 1 Środek 2 Aerator

24 Przewodnictwo Głębokość Aerator 1 Plaża 1 Plaża 2 Środek 1 Środek 2 Aerator

25 Agata Piaseczna 2 Dominika Seroka 2 Eike Sophie Hümpel 1 Petru Iulian Trăsnea 3 Toma Stoleru 3 Opiekun: Cindy Hugenschmidt 1 1. Uniwersytet im. Christiana-Albrechta w Kiel Olshausenstrasse 40 ID Kiel, Niemcy 2. Uniwersytet im. Adama Mickiewicz w Poznaniu Wieniawskiego Poznań, Polska 3. Uniwersytet im. Alexandru Ioan Cuza w Iasi BD. Carol I no. 11 ID Iasi, Rumunia

26 1. Wprowadzenie Jezioro Durowskie jest waŝną częścią krajobrazu w Wągrowcu. Powinno się o nie zadbać nie tylko ze względu na jego piękno, ale takŝe z powodów ekonomicznych. Dlatego teŝ im lepsza jakość wody tym zbiornik będzie bardziej atrakcyjny dla turystów. W poprzednich latach wody Jeziora Durowskiego były bardzo dobrej jakości, jednak w ostatnich latach ich jakość uległa znacznemu pogorszeniu. śeby uniknąć kolejnym pogorszeniom stanu troficznego wód jeziora rozpoczęto jego rekultywację. Trzy lata temu studenci z Uniwersytetu Adama Mickiewicza w Poznaniu wraz z innymi studentami z innych krajów wzięli udział w badaniu jakości wód jeziora po uruchomieniu procesu jego rekultywacji. Po raz pierwszy w tym roku (2011) zbadano równowagę hydrologiczną jeziora. Celem było zbadanie odpływu wody wpływającej i wypływającej z jeziora. Przede wszystkim skupiono się na wpływach i wypływach z Jeziora Durowskiego, ale takŝe na wpływie wody do Jeziora Kobyleckiego. Dzięki tym pomiarom wiemy, jakie biogeny są wprowadzane do ekosystemu i mają wpływ na stan troficzny jeziora. Jeśli chcemy poprawić kondycje wód Jeziora Durowskiego musimy kontrolować wody wpływające do niego z innych rzek i jezior. 2. Teren badań Badane jeziora (Jezioro Durowskie i Jezioro Kobyleckie) zlokalizowane są w północno zachodniej Polsce, w odległości 50 km od Poznania oraz Bydgoszczy. Jezioro Durowskie jest połoŝone w mieście Wągrowiec o współrzędnych geograficznych N i E

27 Ryc. 15: Położenie stanowisk badawczych Wyznaczono trzy stanowiska badawcze, na których pobierano próby od 4 9 lipca 2011r. Z tych miejsc zostały pobrane próby i zmierzono odpływ wody (l/dobę). W nawiązaniu do umiejscowienia, stanowiska badawcze kolejno nazwano: 1. Wpływ do Jeziora Kobyleckiego N ; E Wpływ do Jeziora Durowskiego N ; E Wypływ z Jeziora Durowskiego N ; E

28 Stanowisko wpływu wody do Jeziora Kobyleckiego (ryc. 1) jest połoŝone w północnej części Jeziora Kobyleckiego. Zlewnia bezpośrednia Jeziora Kobyleckiego to przede wszystkim lasy. Dno strumienia jest nieregularne, z kolei linia brzegowa częściowo jest mulista. Dno posiada takŝe stabilną powierzchnię, szczególnie w środkowej jego części, gdzie jest pokryte muszlami. Drugie stanowisko poboru prób wpływ do Jeziora Durowskiego jest zlokalizowane w Strudze Gołanieckiej, pod mostem na drodze krajowej nr 190. PrzybliŜona odległość od miejsca poboru prób w Strudze Gołanieckiej do Jeziora Durowskiego wynosi 850 m. Obszar z którego były pobierane próby w Strudze Gołanieckiej był pokryty skalistym dnem, a na linii brzegowej porośnięte przez niewielką trawę. Trzecie stanowisko badawcze wypływ z Jeziora Durowskiego jest połoŝone w południowej części jeziora, pod mostem kolejowym. Miejsce to zostało wybrane ze względu na regularną antropiczną linę brzegową i badanie odpływu wody mogło być bardziej dokładne. Na tym stanowisku badawczym dno było kamieniste zbudowane ze średnich i duŝych kamieni. 3. Analizowane parametry Zbadano: temperaturę, odczyn wody, zawartość tlenu rozpuszczonego, wartość przewodnictwa elektrolitycznego, koncentracje azotu i fosforu, przepływ wody oraz wysokość chlorofilu a. Temperatura (ºC): Temperatura jest bardzo istotnym parametrem fizycznym w wodzie, ma wpływ na Ŝycie organizmów wodnych oraz zachodzące w środowisku procesy fizyczne, chemiczne i biologiczne. Wzrost temperatury powoduje zmniejszenie rozpuszczalności tlenu, co powoduje większe jego zapotrzebowanie przez organizmy wodne oraz prowadzi do przyspieszenia procesów chemicznych i mikrobiologicznych. Temperatura wody powierzchniowej zaleŝy od: jej źródła, strefy klimatycznej, pory roku, dopływu ścieków. Odczyn wody: Odczyn wody determinuje rozpuszczalność i dostępność biologiczną składników odŝywczych w wodzie, takich jak biogeny (fosfor, azot i węgiel) i dostępność metali cięŝkich (ołów, miedź, kadm, itd.). W wodach naturalnych ph osiąga zakres między 4 a 9. Zanieczyszczenie wody moŝe zmieniać ph, co moŝe wywołać szkody dla zwierząt i roślin Ŝyjących w wodzie. Odczyn wody jest zawsze sprawdzany przy badaniu jakości wody. Oddziałuje on nie tylko na organizmy wodne, ale takŝe moŝe być wskaźnikiem zmian

29 zachodzących w wodzie, szczególnie indykatorem wzrostu zanieczyszczeń lub innych czynników środowiskowych. Tlen rozpuszczony (%, mg/l): Tlen rozpuszczony w wodzie jest bardzo istotnym parametrem fizycznym. Rośliny wodne produkują tlen podczas fotosyntezy w ciągu dnia, ale takŝe wykorzystują go do oddychania. PrzeŜycie zarówno roślin jak i zwierząt w wodzie zaleŝy od ilości tlenu rozpuszczonego. Pomiar tlenu rozpuszczonego jest najwaŝniejszym testem jakości wody strumienia dla wielu organizmów wodnych, poniewaŝ kaŝdy z nich ma inne preferencje środowiskowe. W strefie beztlenowej wody ładunki fosforu z osadów dennych są uwalniane do toni wodnej. Wartość tlenu rozpuszczonego była zmierzona w dwóch jednostkach. Pierwszą była wielkość w mg/l, a drugą - jego zawartość w procentach. Przewodnictwo elektrolityczne (µs/cm): Przewodnictwo elektrolityczne wskazuje na zdolność wody do przewodzenia prądu elektrolitycznego. Jest często uŝywany jako pierwsze określenie mineralizacji i zanieczyszczenia wody. Wysokość przewodnictwa elektrolitycznego zaleŝy od zawartości jonów rozpuszczonych (np. soli) w wodzie. Większość wód powierzchniowych w Polsce osiąga przewodnictwo między 100 a 500 µs/cm. Koncentracje azotu i fosforu będą opisane w rozdziałach im poświęconych. Chlorofil a: Chlorofil a to zielony pigment. Zlokalizowany jest w chloroplastach. Absorbuje energię świetlną potrzebną do procesu fotosyntezy, która zachodzi u autotrofów. W oparciu o jego wartość moŝna oszacować warunki rozwoju glonów

30 4. Metody badań terenowych Jezioro Durowskie to płykie jezioro (jego maksymalna głębokość wynosi 14,6m). Zlewnia tego jeziora to obszar o wielkości 236,1 km 2. Próby wody oraz pomiary parametrów fizycznych zostały pobrane ze wskazanych lokalizacji, czyli wpływu i wypływu z Jeziora Durowskiego oraz wpływu do Jeziora Kobyleckiego. Temperatura, przewodnictwo elektrolityczne, tlen rozpuszczony (DO) i ph zostały zmierzone in situ przez przyrząd wielopomiarowy (HI ). Ryc. 16: Przyrząd wielopomiarowy HI Prędkość przepływu była mierzona przez miernik przepływu na róŝnych głębokościach i o róŝnej szerokości punktów badawczych. Bardzo waŝne jest badanie przepływu wody, Ŝeby wiedzieć jak duŝo wody dopływa i odpływa z akwenu. Ryc. 17: Obliczenia szerokości badanej powierzchni i głębokości w wypływie z Jeziora Durowskiego Pobrano takŝe próby wody z kaŝdego stanowiska badawczego do analiz chemicznych: azotanów, azotynów, amoniaku, fosforanów i chlorofilu a, które były analizowane w laboratorium za pomocą spektrofotometru

31 5. Metody badań laboratoryjnych Pobrano jeden litr badanej wody z kaŝdego stanowiska badawczego. Próby analizowano w laboratorium Instystytutu Biologii Środowiska Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu Fosfor całkowity (TP) Fosfor całkowity moŝe być podzielony na organiczny i nieorganiczny. Fosfor organiczny jest często znajdowany jako adenozyno fosforan w DNA i RNA. Pobieranie i usuwanie fosforu z komórek jest bardzo waŝnym precesem matabolicznym. Fosfor nieorganiczny jako forma fosforanowa jest często uŝywany jako nawóz w rolnictwie. Poza azotem, fosforany są najbardziej limitującym pierwiastkiem dla wzrostu roślin wodnych. Jeśli osiąga zbyt wysokie koncentracje moŝe powodować wzrost eutrofizacji jeziora. Ilość fosforu w wodzie jest bardzo waŝnym wskaźnikiem jakości wody w zbiorniku. Analizując koncentracje fosfou ogólnego ropatrywano jego część rozpuszczalną i nierozpuszczalną w wodzie. Opracowano 18 próbek wody dla trzech stanowisk, pobranych w ciągu tygodnia. Procedura: Do kaŝdej probówki nalewano 50 ml testowanej wody (pobranej ze stanowisk badawczych). Następnie dodano 1 2 kropel fenoloftaleiny do kaŝdej próby. Podczas zajścia reakcji kolor badanej wody zmieniał się na róŝowy, co wskazywało na zasadowość próby. Następnie do kaŝdej próby dodano 1 ml kwasu siarkowego. Ostanim krokiem było dodanie 10 ml siarczanu potasu do kaŝdej analizowanej próby wody. śeby rozpocząć mineralizację i konwersję wszystkich związków fosforu do ortofosforanów (PO 4 3- ) włoŝono analizowane próby na 40 minut do ogrzewacza nastaniownego na 220 C. Następnie schłodzono próby i zamieszano je ponownie. Do wykrycia P całkowitego w mg/l uŝyto spektrofotometru nastawionego na długość fali 880 nm Azot azotanowy (NO3-) Azotany są sprzęŝone na bazie kwasu azotowego z ładunkiem dodatnim. W warunkach tlenowych zachodzi nitryfikacja. NO 3 - bacter) w dwóch etapach z amoniakiem (NH 3 ) i azotynami (NO 2 - ). jest tworzone przez mikrobakterie (nitrosomonas/- NH 3 + Nitrosomonas NO 2 - NO Nitrobacter NO 3 - W warunkach beztlenowych zachodzi proces denitryfikacji. Poprzez szereg działań, azotany zostaną przekształcone do azotu (N 2 ) (atmosferycznego). NO 3 NO 2 NO + N 2 O N 2 (g) Procedura:

32 Do kaŝdej probówki wlano 100 ml testowanej próby wody. Przed wstrząśnięciem probówek do kaŝdej próby dodano 1 ml kwasu siarkowego (C 6 H 7 NO 3 S). Czas zajścia reakcji określono na 5 minut i kolor badanej wody zmienił się na róŝowy o róŝnej intensywności w zaleŝności od koncentracji azotanów. Następnie dodano 1 ml naftaleiny (C 10 H 9 N) i 1 ml kwasu buforującego. Koncetrację azotanów zmierzono przy długości fali 520 nm za pomocą spektrofotometru Azot amonowy (NH4) Amoniak jest najbardziej bezbarwnym gazem i przyczynia się zasadniczo do odŝywiania organizmów lądowych, jako poŝywienie i jako nawóz (sól, roztwór). Ponad 80% amoniaku jest stosowane jako nawóz. Produkcja amoniaku jest waŝnym składnikiem wytwarzania energii na świecie. Jak podano wyŝej w podrozdziale 5.2., zostanie on przekształcony w azotyny i azotany przez mikrobiologiczne organizmy. Procedura: Amoniak i sole amonowe wykrywano przy dodaniu roztworu Nesslera, co dawało wyraźnie Ŝółte zabarwienie. Przelano 50 ml próby wody do probówki i dodano 1 ml winanu sodu i potasu i 1 ml roztworu Nesslera. Przed zmierzeniem koncentracji amoniaku próby zostały wymieszane i następnie odczekano 10 minut na zakończenie reakcji. Koncetracja azotu amonowego była mierzona przy uŝyciu spektrofotometru przy długości fali 410 nm Azot azotynowy (NO2 - ) Azotyny i dwutlenek azotu (NO 2 ) są solami kwasu azotowego. Jest to produkt pośredni w mikrobiologicznej degradacji związków azotu organicznego do azotanów. MoŜe być on uŝywany jako indykator jakości wody. Azotyny są toksyczne dla organizmów ze względu na blokowanie wiązania tlenu z hemoglobiną. Procedura: Azotyny reagują z kwasem siarkowym (C 6 H 7 NO 3 S) i kompozycją naftylową przez zmianę koloru na purpurowo-czerwony. Koncentracja azotu azotynowego została wykryta za pomocą spektrofotometru przy uŝyciu fali długości 436 nm. Ryc. 18: Schematyczny rysunek funkcjonowania spektrofotometru 1. emitowane światło 2. filtr, w którym przechodzi tylko światło o określonej długości fali 3. kuwety z kolorowymi próbkami wody 4. dioda mierząca ilość przechodzącego światła 5. róŝnica pomiędzy oddanym a przyjętym światłem 6. wyświetlacz, gdzie jest pokazany zanik światła

33 5.5. Azot całkowity W azocie ogólnym są zawarte wszystkie jego składniki, niezaleŝnie od jego struktury chemicznej. WaŜne jest, aby przeprowadzić analizę jak najszybciej, Ŝeby uniknąć przekształcenia jednego w inny związek. Jest to suma azotu amonowego i azotu organicznego. Analiza azotu jest prowadzona w oparciu o metodę Kjedahla. Metoda ta polega na ogrzewaniu substancji z kwasem siarkowym, który rozkłada substancję organiczną przez utlenianie prowadząc do uwolnienia zredukowanego azotu w postaci siarczanu amonu. W tym kroku siarczan potasu jest dodawany do wzrostu temperatury wrzenia. Czynnik rozkładu chemicznego próbki jest zakończony, gdy płyn stał się przejrzysty i bezbarwny. Podsumowując związki azotu azotanego, azotynowego, amonowego będziemy mieć w całkowitej sumie mineralnego azotu. Azot organiczny moŝe być obliczony przez metodę Kjedahla NH4, sumując N org i N min prowadząc do całkowitej ilości azotu w badanej próbce Chlorofil a Zawartość chlorofilu a moŝna zmierzyć w oparciu o kondensację sestonu, dzięki uŝyciu filtra z włókna szklanego. Przefiltrowując wodę o znanej nam objętości dostajemy materiał do przeprowadzenia procedury oznaczania chlorofilu a. Następnie wkłada się sączek do moździerza, przygotowując ekstrakt (przez dodanie 90% acetonu) i wkłada na 24 h do lodówki. Po upływie 24 godzin przygotowuje się ekstrakt do zmierzenia absorbancji chlorofilu a za pomocą spektrofotometru (na róŝnych długościach fal, z dodatkiem i bez kwasu solnego). Następnie liczy się zawartość chlorofilu za pomocą specjalnej formuły. Wykonanie oznaczenia: 1. Filtrowanie prób wody. 2. Zdejmowanie sączka i składanie go na pół. 3. Ugniatanie sączka w moździerzu z dodatkiem acetonu (nie za duŝo, około 2 ml). 4. Przelwanie ekstraktu do probówek i dodawanie acetonu (90%) dopóki nie osiągnie objętości 7 8 ml. 5. Wymieszanie probówek. 6. WłoŜenie probówek do lodówki na 24 godziny. Następny dzień: 1. Umiejscownie probówek w wirówce na 10 minut. 2. Przelanie ekstraktu do kuwet. 3. Mierzenie absorbancji z długością fali 663 nm i 750 nm. 4. Dodanie do kaŝdej kuwety 0,1 ml kwasu solnego. 5. Wymieszanie kuwet i zmierzenie absorbancji po 10 min. na długościach fal 665 nm i 750 nm. 6. Wpisanie danych do komputera i obliczanie za pomocą specjalnej formuły

34 6. Wyniki: W tym rozdziale zostaną przedstawione wyniki i pomiary opisane wcześniej. Ze względu na fakt, Ŝe e próby pobierało wiele ludzi z róŝną wiedzą i róŝnym sposobem pobierania prób oraz robienia analiz występuje moŝliwość wysokiego błędu. Do tego momentu nie było grupy zajmującej się badaniami równowagi hydrologicznej Strugi Gołanieckiej, więc nie moŝna wyników porównać do zeszłego roku i lat poprzednich. Poza tym naleŝy wspomnieć, Ŝe nie mierzono koncentracji tlenu rozpuszczonego ze względu na techniczne problemy z miernikiem. Kolejnym punktem jest brak danych na temat parowania i opadów, które powinny być wzięte pod uwagę przy obliczaniu odpływu wody Odpływ wody Po pobraniu prób z trzech stanowisk odnotowano spadek przeływu wody w ciągu obserowanych sześciu dni ( r.). Na początku tygodnia najwyŝszy przepływ zaobserwowano we wpływie wody do Jeziora Kobyleckiego, który powoli zmniejszał się aŝ do końca tygodnia. Wpływ do Jeziora Durowskiego nie był za wysoki, Ŝeby zauwaŝyć nagły spadek. Na wypływie wody z Jeziora Durowskiego nie widać duŝych róŝnic w porównaniu z wpływem wody do jeziora, a średni przyrost wody dla jeziora wynosił 17 l/dzień. Ryc. 19: Odpływ wody [l/dzień] na trzech stanowiskach w okresie od r Opady deszczu Ilość i intensywność opadów wpływa na reakcje zachodzące w kaŝdym akwenie. Dlatego teŝ szukano najbliŝszej stacji meteorologicznej i dodano wykres z opadami deszczu łącznie z dniem przed rozpoczęciem badań. Jak pokazuje wykres były dość silne opady deszczu

35 Ryc. 20: Opady deszczu w okresie od r Ładunki biogenów Azot całkowity Na poniŝszym wykresie widać zmienności koncentracji azotu ogólnego w ciągu tygodnia na dwóch róŝnych stanowiskach. W poniedziałek zmierzono najwyŝszą koncentrację azotu ogólnego w ciągu całego okresu badawczego. Szczególnie wysoka wartość została odnotowana na stanowisku wpływu wody do Jeziora Kobyleckiego. MoŜna zauwaŝyć, Ŝe ładunek azotu ogólnego transportowanego do Jeziora Durowskiego jest wyŝszy niŝ wypływający z jeziora. Pomimo spadku wartości z poniedziałku na wtorek, w kolejnych dniach widać ponowny wzrost. Na koniec tygodnia, ogólna wartość azotu na wszystkich trzech stanowsikach osiągała wartość niŝszą niŝ 10 %, którą odnotowano w poniedziałek

36 Ryc. 21: Ładunek azotu ogólnego (g/dzień) na trzech stanowiskach w okresie od r Fosfor całkowity [mg/dzień] PoniŜszy wykres przedstawia całkowitą ilość wpływającego i wypływającego fosforu (mg/dzień) do jezior. W piątek, ładunek fosforu na stanowisku wpływu wody do Jeziora Kobyleckiego wynosił tylko 1,8% ładunku z poniedziałku, jego wartość zmalała z 471 mg/dzień do 8,6 mg/dzień. Dla wpływu do Jeziora Durowskiego ładunek z piątku stanowił 20 % ładunku odnotowanego w poniedziałek. W przypadku stanowiska wypływu wody z Jeziora Durowskiego ładunek fosforu ogólnego zmiejszył się do 93%. Koncentracja fosforu całkowitego na wpływie do Jeziora Durowskiego była zawsze wyŝsza niŝ na wypływie z jeziora. Ryc. 22: Ładunek fosforu całkowitego (mg/dzień) na trzech stanowiskach w okresie od r