Wpływ zmian klimatu na pojawianie się zakwitów glonów - Hipotetyczne sposoby ograniczania masowego rozwoju sinic fitoplanktonowych

Transkrypt

1 Wpływ zmian klimatu na pojawianie się zakwitów glonów - Hipotetyczne sposoby ograniczania masowego rozwoju sinic fitoplanktonowych Justyna Kobos Instytut Oceanografii, WOiG, Uniwersytet Gdański Konferencja Naukowa RevitaLife 2018, Szczecinek Xi 2018

2 Fitoplankton podstawą łańcucha troficznego w zbiorniku wodnym (fot. J. Kobos) Jezioro Zaca, Kalifornia, USA

3 Masowe występowanie różnych grup fitoplanktonu Zielenice Pleodorina indica Eugleniny Euglena sp. Rzeka Malse, Republika Czeska Nitkowate zielenice Spirogyra sp. i Zygonema sp. Allen Habour, Massachusetts, USA Zielenice Botryococcus braunii Staw rybny Jezioro Kinneret, Oklahoma

4 Masowe występowanie różnych grup fitoplanktonu Zielenice Haematococcus pluviatilis Sinice Woronichinia naegeliana Zbiornik Pliska, Republika Cze SiniceAnabaenopsissp. Sinice Microcystis aeruginosa Argentyna Jezioro Taichu, Chiny

5 Skutki zmian klimatu na Ziemi Susze Huragany Upały Powodzie Topnienie lodowców; rozmarzanie wiecznej zmarzliny Fitoplankton? Burze i nawałnice

6 J. Bartężek J. Siemianówka (fot. J. Kobos) J. Turawskie Morze Bałtyckie (fot. J. Kobos) (fot. J. Kobos)

7

8 1. Wpływ wzrostu temperatury: Tempo wzrostu glonów jest zależne od temperatury; bruzdnice zielenice okrzemki Maksymalne tempo wzrostu [%] kokalne sinice nitkowate Temperatura [ C] (Pearl & Otten, 2013, Harful CyanobacterialBlooms: Causes, Consequences, and Controls. Microb Ecol.

9 1. Wpływ wzrostu temperatury: Roczny cykl życia fitoplanktonu Bruzdnice Sinice diazotroficzne (Anderson, 2004) heterocyta akineta (Hense& Beckmann, 2006)

10 1. Wpływ wzrostu temperatury: Zmniejszenie lepkości wody powierzchniowej i zwiększenie dyfuzji składników odżywczych w kierunku powierzchni komórki; Wakuole gazowe (Chorus& Bartram, WHO 1999) (fot. J. Kobos) Ciężkie okrzemki i bruzdnice opadają na dno; dzięki wakuolom gazowym sinice będą mogły utrzymać się przy powierzchni (Visser i in. 2016)

11 1. Wpływ wzrostu temperatury Częstotliwość, siła i czas trwania stratyfikacji wód PAR + UV Wzrost atmosferycznego CO 2 i temperatury ph~ 8,2 ph~ 7,8 sole biogeniczne Głębokie mieszanie Światło stratyfikacja Wzrost ekspozycji PAR, UV i pco 2 ; Spadek phi dostępności do soli biogenicznych obecne Przyszłość (Rok 2100) (na podstawie Basu & Mackey, 2018) Czas

12 2. Zwiększenie stężenia CO 2 w atmosferze Istnieje wiele filogenetycznie różnych sposobów, w jakie fitoplankton przejmuje, transportuje lub przekształca CO 2 i HCO 3-. Prawie wszystkie glony eukariotyczne i wszystkie cyjanobakterieposiadają mechanizmy koncentracji węgla (CCM). Wykazano, że CCM w cyjanobakteriachsą bardziej wydajne niż inne glony lub rośliny wyższe przy niskich stężeniach CO 2 i że ta podwyższona wydajność może ułatwić ich dominację w warunkach niskiego CO 2. Schemat koncentracji węgla u sinic (Visser i in. 2016)

13 3. Wpływ dostępności związków biogenicznych Dostępność biogenów kluczowym elementem rozwoju poszczególnych grup fitoplanktonu (Follows& Dutkiewicz, 2011) (Winder, 2012)

14 4. Wpływ zasolenia ujścia rzek i systemów słodkiej wody z powodu wzrostu poziomu morza; wzrost częstotliwości czasu trwania suszy w niektórych regionach oraz zdecydowany wzrost dessykacji(wysuszania); lub w innych obszarach, wzrost opadów z powodu burz.

15 5. Globalne zmiany w ekosystemach wodnych (wzrost temperatury, składników odżywczych i stężenia CO2) na produkcję toksyn (Walls i in. 2018) Gehringer & Wannicke, 2014

16 Czy możemy uchronić się przed szkodliwymi zakwitami?

17 Koncepcyjna ilustracja różnych podejść stosowanych obecnie w celu kontrolowania szkodliwych sinicowych zakwitów wody (CyanoHAB) A F B G C H D E I (Pearl i in., 2016)

18 A. Ograniczenie źródeł dopływu składników odżywczych (w większości przypadków zarówno N, jak i P). F B G C H D E I (Pearl i in., 2016)

19 B. Zwiększenie szybkości przepływu wody ( płukanie wody powierzchniowej; skrócenie czasu przebywania fitoplanktonu w wodzie) A F G C H D E I (Pearl i in., 2016)

20 C. Wzmocnienie mechaniczniegomieszania pionowego wody A F B G H D E I (Pearl i in., 2016)

21 D. Manipulowanie sieciami troficznymi w celu zwiększenia filtrowania i konsumpcji CyanoHAB A F B G C H E I (Pearl i in., 2016)

22 E. Wykorzystanie fal ultradźwiękowych do kontrolowania wzrostu glonów A F B G C H D I (Pearl i in., 2016)

23 F. Ograniczanie / usuwanie składników biogenicznych z pól poprzez rozwój mokradeł A B G C H D E I (Pearl i in., 2016)

24 G. Zastosowanie algicydóworaz nadtlenku wodoru A F B C H D E I (Pearl i in., 2016)

25 H. Wspomaganie rozwoju podwodnej i wyłaniającej się roślinności wodnej A F B G C D E I (Pearl i in., 2016)

26 I. Pogłębianie i przykrywanie osadów dennych w celu zmniejszenia regeneracji składników odżywczych w kolumnie osadu i wody A F B G C H D E (Pearl i in., 2016)

27 Czy wszystkie te metody działają jednakowo na zbiorowiska fitoplanktonu? (Pearl i in., 2016)

28 Występowanie i charakterystyka poszczególnych szkodliwych rodzajów sinic (CyanoHAB) w wodach śródlądowych Rodzaj CyanoHAB Występowanie Wiązanie N 2 Charakterystyka Zapach i smak Generowanie niedotlenienia Anabaenopsis Powierzchniowe zakwity/ kożuchy Tak Tak Tak Zakłócanie sieci troficznej Aphanizomenon Powierzchniowe zakwity/ kożuchy Tak Tak Tak Tak Cylindrospermopsis W całej toni wodnej Tak Tak Tak Dolichospermum Powierzchniowe zakwity/ kożuchy Tak Tak Tak Tak Gloeotrichia W całej toni wodnej Tak Tak Lyngbya Powierzchniowe zakwity/ kożuchy nieliczne Tak Tak Microcystis Powierzchniowe zakwity/ kożuchy nie Tak Tak Tak Nodularia Powierzchniowe zakwity/ kożuchy Tak Tak Tak Tak Nostoc W całej toni wodnej Tak Tak Tak Phormidium W całej toni wodnej Nie Tak Tak Planktothrix W całej toni wodnej; w metalimnionie Nie Tak Tak Tak Raphidiopsis W całej toni wodnej Nie Tak Tak Synechococcus W całej toni wodnej większość Tak (na podstawie: Pearl i in., 2016)

29 Opcje ograniczania masowego występowania poszczególnych szkodliwych rodzajów sinic (CyanoHAB) w kolejności priorytetowej Rodzaj CyanoHAB Ograniczenie dopływu soli biogenicznych Stymulacja wzrostu makrofitów Manipulacja mętności Głębokość jeziora i strefy fotycznej Rozwój terenów podmokłych Ulepszenie przepływu 1 Ulepszenie mieszania 1 Anabaenopsis Aphanizomenon Cylindrospermopsis Okrywać osad 1,2 Pogłębianie zbiornka 3 Dolichospermum Gloeotrichia Lyngbya Microcystis Nodularia Nostoc Phormidium Planktothrix Raphidiopsis Synechococcus możliwe tylko w stosunkowo małym systemie (na podstawie: Pearl i in., 2016) 2 - tylko w systemach, które wykazują uwarstwienie w pionie i okresy kwitnienia 3 -po dokonaniu oceny środowiskowej i tylko wtedy, gdy urobek z pogłębiania może być złożony na boku działu wodnego

30 Dziękuję za uwagę Jez. Karlikowskie (fot. J. Kobos)

31 Literatura: 1. Basu S., MackeyK.R.M., 2018, Phytoplanktonas KayMediatorsof BiologicalCarbon Pump: TheirResponsesto ChangingClimate. Sustianability 10(3) Gehringer M.M., Wannicke N., Climate change and regulation of hepatotoxin production in cyanobacteria. FEMS Microbiology Ecology, 88(1): HenseI., BeckmannA., Towardsa model of cyanobacterialife cycle effectsof growingand restingstageson bloom formation of N2-fixing species. Ecological Modelling, 3-4: Ibelings B.W., Bormans M., Fastner J., Visser P,.M., 2016, CYANOCOST special issue on cyanobacterial blooms: synopsis a critical review of the management options for their proevention, control and mitigation. Aquat Ecol. 5. O NeilJ.M., Davis T.W., BurfordM.A., GoblerC.J., 2012, The riseof harmfulcyanobacteriablooms: The potentialrolesof eutrophication and climate change. Harmful Algae 14: Paerl H.W., Gardner W.S., Havens K.E., Joyner A.R., McCarthy M.J., Newell S.E., Qin B., Scott J.T., 2016, Mitigating cyanobacterial harmful algae blooms in aquatic ecosystems impacted by climate change and anthropogenici nutrients. Harmful Algae 54: Visser P.M., Ibelings B.W., Bormans M., Huisman J., 2016, Artifical mixing to control cyanobacterial blooms: a review. Aqua Ecol 50: WallsJ.T., WyattK.H., DollJ.C., RubensteinE.M., Rober A.R., 2018, Hot and toxic: Temperatureregulatesmicrocystinreleasefrom cyanobacteria. Science of Total Environment : Zdjęcia ze stron internetowych: primerahora.com