Zarys ewolucji wskaźników do oceny stanu ekologicznego środowiska morskiego Morza Bałtyckiego na podstawie ich ofauny

Transkrypt

1 ARTYKUŁY Chrońmy Przyr. Ojcz. 69 (6): , 2013 Zarys ewolucji wskaźników do oceny stanu ekologicznego środowiska morskiego Morza Bałtyckiego na podstawie ich ofauny Overview of the evolu on of indicators to assess the ecological status of the marine environment of the Bal c Sea based on ichthyofauna PIOTR PIECKIEL 1, IWONA BUBAK 1 Instytut Morski w Gdańsku Gdańsk, ul. Długi Targ 41/42 piotr.pieckiel@im.gda.pl Słowa kluczowe: Ramowa Dyrektywa Wodna, wskaźniki stanu środowiska, okoń, płoć. Wskaźniki ichtiologiczne ulegają ciągłej ewolucji i mają coraz więcej zastosowań w ocenie stanu jakości środowiska. Dokonując oceny stanu jakości środowiska na podstawie ichtiofauny zachodzi konieczność oceny różnorodności gatunkowej ryb, wyznaczenia puli gatunków wrażliwych na zakłócenia antropogeniczne oraz odpowiedniej interpretacji struktury wiekowej populacji ryb. Wskaźniki opierające się na ichtiofaunie funkcjonują w pulach wskaźników uzupełniających, a jednoznaczne podanie dla nich wartości referencyjnych okazuje się niemożliwe biorąc pod uwagę obecny stan wiedzy. Wstęp Stan ekologiczny wód przejściowych i przybrzeżnych w rozumieniu Ramowej Dyrektywy Wodnej (dalej: RDW; Dyrektywa 2000) określany jest przez jakość struktury i funkcjonowania ekosystemu. Jednym z elementów do oceny jakości stanu środowiska jest ichtiofauna. Aby ocenić stan ekologiczny środowiska na podstawie ichtiofauny, należy przede wszystkim dokonać analizy składu gatunkowego i liczebności ryb, struktury wiekowej populacji oraz obecności gatunków wrażliwych na zakłócenia antropogeniczne (Dyrektywa 2000). W myśl definicji stanu ekologicznego, według RDW, zachodzi konieczność oceny różnorodności gatunkowej, która jest jedną z podstawowych składowych opisujących bioróżnorodność (Sienkiewicz 2010), wyznaczenia puli gatunków wrażliwych na zakłócenia antropogeniczne oraz odpowiedniej interpretacji struktury wiekowej populacji ryb. Celem pracy jest przedstawienie wskaźników ichtiologicznych do oceny stanu ekologicznego środowiska morskiego w basenie Morza Bałtyckiego. Rozwój i przegląd wskaźników ich ologicznych Pierwsze wskaźniki opisujące stan środowiska wodnego w Europie północnej na podstawie ichtiofauny zostały opracowane dla wód śródlądowych, jezior i rzek pod koniec XX wieku. Wtedy to po raz pierwszy opisa- 494

2 P. Pieckiel i I. Bubak Zarys ewolucji wskaźników ich ologicznych no korelację pomiędzy zmianami w strukturze fauny ryb a eutrofizacją i stężeniem zanieczyszczeń w ich siedlisku (Nümann 1973, Hartmann 1978). W pierwszej fazie eutrofizacji zbiorników śródlądowych (rozumianej jako umiarkowany wzrost produkcji pierwotnej), kiedy czynniki biotyczne są nadal korzystne, notuje się zwiększony przyrost biomasy niektórych gatunków ryb, jak np.: okonia Perca fluviatilis, szczupaka Esox lucius, sandacza Sander lucioperca i ryb karpiowatych (Nümann 1973, Hartmann 1978), a ogólną łączną biomasę ryb w zbiornikach eutroficznych w porównaniu do zbiorników oligotroficznych jako większą (Willemsen 1980). Wraz z postępowaniem procesu eutrofizacji zauważono, że wzrasta również stężenie zanieczyszczeń, co w późniejszej fazie eutrofizacji (rozumianej jako pogarszające się warunki tlenowe) zaczyna wpływać na gatunki wrażliwe na te zmiany (Willemsen 1980). Okazało się, że zarówno zanieczyszczenia, jak i sama eutrofizacja ostatecznie prowadzą do zmian w strukturze całych zespołów ryb. Stwierdzono, że takie zmiany w środowisku doprowadzają do ogólnego zmniejszenia się bioróżnorodności ichtiofauny oraz eliminacji wrażliwych gatunków, takich jak: alosa Alosa alosa, sieja ostronosa Coregonus oxyrhynchus, pstrąg tęczowy Salmo trutta fario, lipień Thymallus thymallus i strzebla potokowa Phoxinus phoxinus (Redeke 1941; Nijssen, De Groot 1975). Rozpoznanie korelacji w zmianie struktury gatunkowej ichtiofauny w zależności od stanu środowiska, w którym żyje, przyczyniło się do uwzględniania znaczącej roli ichtiofauny jako wskaźnika stanu ekologicznego zbiorników wodnych funkcjonującego i ewoluującego do dziś (Hartmann 1977; Neuman, Sandström 1996). Z uwagi na specyficzne środowisko życia Morza Bałtyckiego, a w szczególności wysłodzony charakter strefy przybrzeżnej, pozwalający na funkcjonowanie niektórych gatunków ryb słodkowodnych, służących do oceny stanu jakości środowiska, wtórnie zaadaptowano i zmodyfikowano tu wskaźniki z wód śródlądowych (HELCOM 2006a). Główny poligon badawczy w wodach Bałtyku jest zlokalizowany w strefie przybrzeżnej, gdzie notuje się najwyższą bioróżnorodność ichtiofauny (Gibson i in. 1993; Harris i in. 2001; Repečka 2003; Bilcovic i in. 2007; Sellesla, Amara 2007). Wiele gatunków ryb przybywa tutaj na tarło, a po wylęgu młodociane osobniki znajdują pokarm i schronienie (Demel 1975; Nellbring, Sture 1985; Szymelfenig 1998; Harris i in. 2001; Sapota 2001; Lappalainen, Urho 2006; Sellesla, Amara 2007). Program monitoringu ichtiofauny dla wód przybrzeżnych Bałtyku został zainicjowany w 1980 roku przez HELCOM (HELCOM 2006b). Celem badań HELCOMu 1 wód przybrzeżnych Bałtyku i cieśniny Kattegat, podobnie jak w przypadku wód śródlądowych, jest monitorowanie ich stanu pod kątem eutrofizacji i zanieczyszczeń. Tak powstał pierwszy ogólnobałtycki program monitoringu ichtiofauny. Za główne wskaźniki stanu jakości środowiska morskiego wód przybrzeżnych Bałtyku na podstawie ichtiofauny przyjęto strukturę gatunkową ichtiofauny oraz liczebność, długość całkowitą i masę ciała oraz wiek wybranych gatunków wskaźnikowych. Do gatunków wskaźnikowych charakterystycznych dla strefy przybrzeżnej zaliczono okonia przedstawiciela ichtiofauny słodkowodnej charakterystycznej dla wód przejściowych oraz węgorzycę Zoarces viviparus przedstawiciela ichtiofauny morskiej (Neuman i in. 1997). Taki dobór wskaźników zaproponowano bez podania wartości referencyjnych, które miały zostać opracowane w czasie trwania monitoringu ichtiologicznego. Przyjęto, że istniejące wartości referencyjne opracowane dla wód śródlądowych nie tylko nie mogą być zastosowane w wodach morskich, ale też nie mogą być ujednolicone dla całej strefy przybrzeżnej Bałtyku (Neuman i in. 1997). W 2006 roku, w ramach prac grup roboczych HELCOM, dokonano wstępnej oceny wyników monitoringu ichtio- 1 Zakres badań HELCOMu określono w Guidelines for coastal fish monitoring (Neuman i in. 1997: załącznik C10 Manual for Marine Monitoring in the COMBINE Programme of HELCOM). 495

3 Chrońmy Przyr. Ojcz. rocznik 69, zeszyt 6, 2013 fauny strefy przybrzeżnej Bałtyku prowadzonego w latach pod kątem długoterminowych zmian (trendów zmian) w strukturze ichtiofauny w celu udoskonalenia istniejących wskaźników i ich unifikacji (HELCOM 2006a). Zaobserwowane zmiany powiązano z presją na środowisko naturalne wywołaną m.in. przez człowieka. Skupiono się głównie na eutrofizacji i zmianach klimatycznych. Zmiany w środowisku naturalnym przedstawiono w postaci: indeksów bioróżnorodności; obfitości (liczebności) niektórych gatunków, takich jak: okoń, sandacz, płoć Rutilus rutilus; biomasy, stosunku masy całkowitej płoci do okonia, poziomu troficznego zespołów ryb, liczby ryb drapieżnych, stanu gatunków ryb wrażliwych na zmiany w środowisku wywołanych presją antropogeniczną i wymierających oraz stanu populacji gatunków obcych (HELCOM 2006a). Powiązanie wartości tych indeksów z różnych obszarów strefy przybrzeżnej jest obarczone dużymi błędami. Przeanalizowana baza danych zawierała wyniki badań z różnych miejsc strefy przybrzeżnej, a poszczególne badania różniły się metodyką połowów i nie były prowadzone w sposób ciągły. Do wyników połowowych powinna być dodatkowo dołączona analiza presji rybołówstwa w danym czasie, co wykonano tylko cząstkowo z uwagi na brak danych (HELCOM 2006a). Pomimo tych problemów na podstawie uzyskanych wyników (indeksów) wskazano zależności opisujące stan środowiska, np.: stosunek biomasy populacji okonia do płoci świadczy o kierunku postępowania trofii zbiornika dominacja płoci nad okoniem jest efektem zwiększającej się trofii zbiornika, a zanik płoci w stosunku do okonia zmniejszającej się trofii zbiornika (HELCOM 2006a). Wskaźniki bioróżnorodności do oceny stanu środowiska są w dalszym ciągu opracowywane przez ekspertów z grupy HELCOM CORESET, skupiającej grono naukowców z krajów basenu Morza Bałtyckiego. Równocześnie są wdrażane projekty krajowe dotyczące wskaźników do celów realizacji zaleceń RDW. Grupy robocze w ramach spotkań pracują nad głównymi wskaźnikami bioróżnorodności, w tym również do spraw ichtiofauny. Na III posiedzeniu grupy HELCOM CORESET, które odbyło się w dniach roku, zaproponowano wskaźniki dla zespołów ryb strefy przybrzeżnej, takie jak: liczebność, wielkość ryb, różnorodność gatunkowa, współczynniki demograficzne poszczególnych gatunków ryb, wskaźnik poziomu troficznego zasobów poszczególnych gatunków ryb. Zaproponowano również inne obiecujące wskaźniki, jak np.: dla ryb strefy przybrzeżnej duże osobniki ryb, liczebność ryb karpiowatych (oparte na statystykach połowowych; projekt LIFE+ MARMONI). Ocena stanu ekologicznego wód w Polsce Na potrzeby zaplanowania zintegrowanej polityki wodnej Wspólnoty Europejskiej w związku z przygotowaniem Państwowego Monitoringu Środowiska wód przejściowych i przybrzeżnych zgodnie z wymogami RDW państwa należące do Unii Europejskiej zostały zobowiązane do określenia specyficznych dla swoich części wód wskaźników, opierających się na ichtiofaunie. Wskaźniki krajowe opracowali w 2011 roku pracownicy Morskiego Instytut u Rybackiego Państwowego Instytutu Badawczego (MIR- -PIB). Zespół ryb strefy przybrzeżnej i przejściowej określają następujące wskaźniki opracowane dla tego celu przez MIR-PIB: indeks liczebności gatunków ryb przybrzeżnych określający liczebność gatunków kluczowych ryb (jako gatunek kluczowy zaproponowano okonia), indeks demograficzny gatunków ryb przybrzeżnych liczony na podstawie długości całkowitej okonia, wskaźnik wielkości zespołu ryb przybrzeżnych określający liczebność dużych ryb (tj. długości ciała większej niż 30 cm, łowionych za pomocą sieci net series lub 40 cm, łowionych za pomocą sieci nordic coastal multi- -mesh gillnets), wskaźnik różnorodności ryb przybrzeżnych określający różnorodność biologiczną zbiorowisk ichtiofauny na podstawie wyliczeń wskaźnika Shannona, 496

4 P. Pieckiel i I. Bubak Zarys ewolucji wskaźników ich ologicznych indeks obfitości zespołu ryb określający stosunek liczebności ryb karpiowatych do ryb drapieżnych, wskaźnik troficzny zespołu ryb przybrzeżnych określający proporcje ryb z różnych poziomów troficznych (Margoński, Psuty 2011). Z uwagi na brak wyników w seriach czasowych do wybranych wskaźników nie przypisano wartości referencyjnych. Wstępną ocenę stanu ekologicznego środowiska dla wód przejściowych i przybrzeżnych oparto na ocenie eksperckiej (Margoński, Psuty 2011). Dokonano również wyboru gatunków wskaźnikowych dla przybrzeżnych ekosystemów morskich, do których zaliczono: dorsza Gadus morhua, okonia, sandacza, płoć, skarpa Psetta maxima, babkę byczą Neogobius melanostomus i węgorzycę. W doborze gatunków wskaźnikowych kierowano się: wielkością osobniczą, łatwością w identyfikacji, szerokim zasięgiem występowania, względnie osiadłym trybem życia, łatwością w poławianiu, dużą liczebnością siedliskową oraz dobrze poznaną biologią umożliwiającą daleko idącą analizę wpływu zmieniających się warunków środowiskowych na reprodukcję (Margoński, Psuty 2011). Podsumowanie Indykatory do oceny stanu ekologicznego wód przejściowych i przybrzeżnych mają swoje podstawy we wskaźnikach opracowanych dla wód śródlądowych. Do oceny stanu ekologicznego środowiska zarówno dla wód śródlądowych, jak i przybrzeżnych służą takie parametry, jak: bioróżnorodność i określona struktura gatunkowa ryb, a także rozkład wiekowy i kondycja osobnicza populacji wybranych gatunków ryb. Do najpopularniejszych wskaźnikowych gatunków ryb w basenie Morza Bałtyckiego należą okoń i płoć, dla których jako wskaźnik HELCOM (2006a) zaproponował stosunek biomasy. Do większości wytypowanych wskaźników dla obszarów morskich nie podaje się wartości referencyjnych, głównie z powodu braku ciągłości i spójności metodycznej prowadzonych badań ichtiologicznych w basenie Morza Bałtyckiego. Nie ma ponadto możliwości ujednolicenia wartości referencyjnych dla istniejących wskaźników ichtiologicznych dla całego Bałtyku, gdyż wartości te są charakterystyczne i różne dla określonych części wód (Neuman i in. 1997; Margoński, Psuty 2011). Niemniej kierunki zmian zachodzących w populacjach ryb w strefie przybrzeżnej Bałtyku, głównie pod wpływem eutrofizacji i zanieczyszczeń są znane (HELCOM 2006a). Interpretacja wyników każdego zastosowanego wskaźnika dla wód morskich musi być poprzedzona analizą presji rybołówstwa oraz zarybień. PIŚMIENNICTWO Bilcovic D.M., Stanhope D., Angstadt K Coastal Development Stressors in the Lynnhaven River. Final Report to U.S. Army Corps of Engineers. Virginia Institute of Marine Science. Demel K Życie Morza. Wyd. Morskie, Gdańsk. Dyrektywa Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2000/60/WE z dnia 23 października 2000 roku ustanawiająca ramy wspólnotowego działania w dziedzinie polityki wodnej. Dz. Urz. WE L 327. Dyrektywa Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2008/56/WE z dnia 17 czerwca 2008 roku ustanawiająca ramy działań Wspólnoty w dziedzinie polityki środowiska morskiego. Gibson R.N., Ansell A.D., Robb L Seasonal and annual variations in abundance and species composition of fish and macrocrustacean communities on a Scottish sandy beach. Mar. Ecol. Prog. Ser. 98: Harris S.A., Cyrus D.P., Beckley L.E Horizontal trends in larval fish diversity and abundance along an ocean estuary gradient on the northern KwaZulu-Natal Coast, South Africa. Estuary. Coast. Shelf Sci. 53: Hartmann J Fischereiliche Veränderungen in kulturbedingt eutrophierenden Seen. Schweizer. Z. Hydrolog. 39 (2): Hartmann J Fischwachstum bei Oligo-, Mesound und Eutrophie des Bodensees. Schweizer. Z. Hydrol. 40 (1):

5 Chrońmy Przyr. Ojcz. rocznik 69, zeszyt 6, 2013 HELCOM 2006a. Changing Communities of Baltic Coastal Fish Executive summary: Assessment of coastal fish in the Baltic Sea. Balt. Sea Environ. Proc. No. 103B. HELCOM 2006b. Assessment of Coastal Fish in the Baltic Sea. Balt. Sea Environ. Proc. No. 103A. Lappalainen A., Urho L Young-of-the-year fish species composition in small costal bays in the northern Baltic Sea, surveyed with beach seine and small underwater detonations. Boreal Env. Res., Helsinki 11: Margoński P., Psuty I Monitoring ichtiofauny w strefie wód przejściowych i przybrzeżnych (w ramach realizacji umowy numer 61/2010/F z dnia zawartej z Głównym Inspektoratem Ochrony Środowiska finansowanej przez Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej). Sprawozdanie z II etapu prac. Nellbring S., Sture Abundance, biomass and seasonal variation of fish on shallow soft bottoms in the Askö area, northern Baltic proper. Bergen. Sarsia 70 (2 3): Neuman E., Sandström O Fish monitoring as a tool for assessing the health of Baltic coastal ecosystems. Proceedings Polish-Swedish Symposium on Baltic Coastal Fisheries Resources and Management, Gdynia. Neuman E., Sandström O., Thoresson G Guidelines for coastal fish monitoring. National Board of Fisheries Institute of Coastal Research, Sweden. Nijssen H., De Grott S.J Zoetwatervissen. Wet. Med. KNNV 108. Nümann W Versuch einer Begründung für den Wandel in der qualitativen und quantitativen Zusammensetzung des Fischbestandes im Bodensee während der letzen 60 Jahre und eine Bewertung der Besatzmaßnahmen. Schweizer Z. Hydrol. 35: Redeke H.C Pisces. Fauna van Nederland, Vol. X. Sijthoff, Leiden. Repečka R., Stankus S., Ložys L Species composition and abundance of fish in shallow waters of the Lithuanian costal zone in the Baltic sea. Acta Zool. Lithuanica 13 (2): Sapota M.R Spatial (depth dependent) and temporal distribution of fish in sandy eulitoral of the tip of Hel Peninsula (The Gulf of Gdańsk Baltic). Oceanol. Stud. 30 (3 4): Sellesla J., Amara R Temporal variations in abundance and species composition of fish and epibenthic crustaceans of an intertidal zone: Environmental factor influence. Cybium 31 (2): Sienkiewicz J Koncepcje Bioróżnorodności ich wymiary i miary w świetle literatury. Ochr. Środ. Zasob. Natur. 45: Szymelfenig M Współcześni mieszkańcy, Morze Bałtyckie o tym warto wiedzieć. W: Szymelfenig M., Urbański J. (red.). Zeszyty Zielonej Akademii. Wyd. Okręgu Wschodnio-Pomorskiego, PKE, Gdańsk: Willemsen J Fishery-aspects of eutrophication. Aquat. Ecol. 14 (1 2): SUMMARY Chrońmy Przyrodę Ojczystą 69 (6): , 2013 Pieckiel P., Bubak I. Overview of the evolu on of indicators to assess the ecological status of the marine environment of the Bal c Sea based on ichthyofauna Ichthyofauna is one of the elements of the environmental quality. Assessment of the environmental quality based on the ichthyofauna involves analysis of fish species diversity, the age structure of fish populations and the presence of species susceptible to anthropogenic disturbance. Fish-based indicators used for the assessment of ecological status of transitional and coastal waters in the Baltic Sea are derived from indicators developed for inland waters. The main indicators of the ecological status of inland and coastal waters is biodiversity and the description of specific structure of fish species. The other most frequently used index is the ratio of biomass between selected fish populations. The most popular indicator fish species in the Baltic Sea are perch Perca fluviatilis and roach Rutilus rutilus. 498