Wpływ warunków abiotycznych na zespoły makrobezkręgowców wodnych w ciekach

Transkrypt

1 Wpływ warunków abiotycznych na zespoły makrobezkręgowców wodnych w ciekach Małgorzata Kłonowska-Olejnik Instytut Nauk o Środowisku, Uniwersytet Jagielloński, Kraków

2 Organizmy cieków: Najważniejszym zespołem organizmów w wodach płynących jest makrofauna wodna (makrobezkręgowce wodne, denne, bentos), czyli: Zespół zwierząt bezkręgowych żyjących na dnie różnego rodzaju zbiorników wodnych: - powierzchnia dna, makrofity, sztuczne podłoża, itp. (epibentos, epifauna); - osady denne (inbentos, herpobentos) Organizmy widoczne makroskopowo (długość ciała od 2-4 mm, średnica od mm (zakresy dolne);

3 Grupy systematyczne bezkręgowców zaliczanych do makrofauny wodnej: Turbellaria (wirki); Annelida (pierścienice): Oligochaeta skąposzczety), Hirudinea (pijawki); Crustacea (skorupiaki); Mollusca (mięczaki): Gastropoda (ślimaki), Bivalvia (małże); rzadsze: Desmospongiae (gąbki niewapienne); Hydrozoa (stułbiopławy); Arachnida (pajęczaki); Bryozoa (mszywioły) Insecta (owady); stanowią ponad 80% zespołu makrofauny Plannipenia (siatkoskrzydłe) Plecoptera (widelnice) Odonata (ważki) Ephemeroptera (jętki) Trichoptera (chruściki) Coleoptera (chrząszcze) Heteroptera (pluskwiaki różnoskrzydłe) Diptera (muchówki)

4 Turbellaria (wirki)

5 Oligochaeta (skąposzczety)

6 Hirudinea (pijawki)

7 Crustacea (skorupiaki)

8 Gastropoda (ślimaki)

9 Porifera: Incalcarea (Gąbki niewapienne)

10 Plecoptera (widelnice)

11 Ephemeroptera (jętki)

12 Odonata (ważki)

13 Trichoptera (chruściki)

14 Heteroptera (pluskwiaki różnoskrzydłe)

15 Diptera (muchówki): Chironomidae

16 Diptera (muchówki): Simuliidae

17 Skład zespołu makrofauny wodnej w ciekach o różnym stanie ekologicznym: Stan dobry: duża różnorodność taksonomiczna, dominacja muchówek Chironomidae, jętek Ephemeroptera, chruścików Trichoptera, widelnic Plecoptera lub obunogów (Amphipoda); nieliczne skąposzczety Oligochaeta; liczebność fauny niska. Stan średni: różnorodność bz, zmiana struktury dominacji: wzrost liczebności skąposzczetów Oligochaeta, mniejsza liczebność wciąż dominujących muchówek Chironomidae, mniejsza liczebność jętek Ephemeroptera, chruścików Trichoptera i innych grup obecnych w ekosystemach o dobrym stanie; liczebność fauny wysoka.

18 Skład zespołu makrofauny wodnej w ekosystemach cieków: Stan zły: zmniejszenie różnorodności; dominacja skąposzczetów Oligochaeta, inne grupy występują sporadycznie (muchówki Chironomidae, pijawki Hirudinea, mięczaki Mollusca) lub wcale (jętki Ephemeroptera, widelnice Plecoptera, chruściki Trichoptera); liczebność fauny bardzo wysoka. Stan bardzo zły: brak makrofauny wodnej, mogą występować pojedynczo muchówki Syrphidae, Ptychopteridae, Culicidae.

19 Czynniki abiotyczne wpływające na zespoły makrofauny wodnej: Chemizm wody: znaczący wpływ w przypadku wartości skrajnych poszczególnych parametrów (naturalnych lub wywołanych antropopresją); Przepływ wody; Rodzaj i granulacja podłoża; Temperatura wody (wpływa na wszystkie procesy życiowe organizmów wodnych).

20 Przepływ wody: bezpośrednio oddziaływuje na makrofaunę wodną; warunkuje duże zróżnicowanie mikrosiedlisk; wpływa na strukturę podłoża; wpływa na dostępność i rodzaj pokarmu; wpływa na warunki tlenowe w cieku itd. Duża trudność oceny biologicznej roli przepływu (brak badań)

21 Siedliska lotyczne

22 Siedliska lenityczne

23 Podłoże: Siedlisko życia dla makrobezkręgowców wodnych, decydujące o ich różnorodności i rozmieszczeniu w cieku.

24 Podłoża żwirowe ślimak larwy jętek larwa muchówki

25 Podłoża piaszczyste/muliste larwa jętki larwy muchówek

26 Podłoża organiczne skorupiak larwa jętki

27 Przykład 1: potok Skawica-Jałowiecki Teren badań: Beskid Makowski (Karpaty), potok Skawica-Jałowiecki, odcinek aluwialny z dobrze wykształconymi formami korytowymi, mikroformami dennymi oraz sekwencjami bystrzy i przegłębień, wys. ok. 900 m. n.p.m. Cel badań: - Czy zróżnicowane warunki hydrologiczne w przekroju poprzecznym koryta cieku górskiego wpływają na różnorodność zgrupowań jętek (Ephemeroptera); - Jakie parametry abiotyczne są najistotniejsze dla zgrupowań jętek.

28 Przykład 1: potok Skawica-Jałowiecki Badane parametry: - skład gatunkowy jętek (Ephemeroptera); - parametry fizyko-chemiczne: temperatura wody, ph, przewodnictwo elektryczne, tlen rozpuszczony, twardość ogólna, amoniak, azotyny, azotany, fosforany; - parametry hydrauliczne: prędkość średnia, prędkość dynamiczna, liczba Froude a, liczba Reynoldsa, współczynnik oporu, współczynnik wleczenia, naprężenia styczne; - parametry granulometryczne: średnice charakterystyczne żwirów d16, d50, d84, stopień wysortowania, wskaźnik jednostajności, średnica średnia, skośność, spłaszczenie, wskaźnik wysortowania.

29 Ns Ec_carpa 2B 2C Ha_lauta Rh_carpa 2A Ec_submo Rh_ circ Rh_iridi 3 Ac_sinai B_vernus B_alpinu Rh_puyto Ep_assim B_melano El_later B_scambu E_gr_ven R_gr_sem Se_ignit Ca_beski B_rhodan Al_mutic Ec_venos Ec_torre T_major 4 1A 1B 1C Ce_luteo Cl_dipte Ha_confu Ep_mucro data W mikrosiedliskach łachy zakolowej głównymi czynnikami opisującymi razem 100% wariancji zmienności zgrupowań jętek były: zróżnicowanie sezonowe (F=3.13, p=0.002) i naprężenia styczne (F=3.21, p=0.002).

30 A 2B 2C Rh_circu V dyn Ha_lauta Ep_assim Rh_iridi B_alpinu El_later 1A 1B 1C 3 Ec_torre Ec_venos B_melano Al_mutic B_vernus Ec_carpa B_rhodan Rh_gr_se E_gr_ven Cl_dipte Ca_beski B_scambu Ha_confu Se_ignit Rh_puyto Ec_submo Ec_subal Ce_luteo P_pennul data W mikrosiedliskach łachy za przeszkodą głównymi czynnikami opisującymi razem 100% wariancji zmienności zgrupowań jętek były: zróżnicowanie sezonowe (F=3.37, p=0.004) oraz prędkość dynamiczna (F=3.48, p=0.004).

31 Siedliska lotyczne, duży przepływ Siedliska lotyczne, mały przepływ Siedliska lenityczne B. alpinus, R. iridina E. subalpinus, E. carpathicus C. luteolum, C. dipterum

32 Przykład 2: potok Młynne, Gorce Teren badań: Gorce, potok Młynne, od środkowego biegu uregulowany przez budowę zapory przeciwrumowiskowej PRUM, stopni betonowych, żłobu z okładziną kamienną oraz z płyt betonowych. Cel badań: - Które z parametrów abiotycznych mają największy wpływ na zróżnicowanie zespołów jętek (Ephemeroptera); - Czy istnieją różnice w strukturze zespołów jętek żyjących w cieku.

33 Przykład 2: potok Młynne, Gorce Badane parametry: - skład gatunkowy jętek (Ephemeroptera); - parametry fizyko-chemiczne: temperatura wody, ph, przewodnictwo elektryczne, tlen rozpuszczony, twardość ogólna, amoniak, azotyny, azotany, fosforany; - parametry hydrauliczne: przepływ, prędkość średnia, głębokość maksymalna, liczba Froude a, liczba Reynoldsa, współczynnik oporu, moc strumienia, moc jednostkowa strumienia, naprężenia styczne; - rodzaj podłoża: żwirowe, piaszczysto-ilaste, płyty betonowe (czyste, porośnięte Cladophora glomerata, porośnięte Fontinalis sp., pokryte drobnym żwirem), okładzina kamienna; - parametry granulometryczne: średnice charakterystyczne żwirów d16, d50, d84, średnica średnia.

34 Axis Hab_fusc Cen_lute Ps_pennu O Pro_bifi Tlen roz Eph_dani Para_sub Amoniak Q Vsr Caen_riv Wmax Eph_mucr K Fr Rhit_sem Tor_majo Ecd_ven_ Hab_laut LOT Re Al_mutic Hab_conf Epe_assi f Ecd_subm d sredni Ba_ luth Rhit_iri Ba_ alpi F [m2] - Ecd_veno Ecd_torr om El_laterZ t max[n/ Ser_igni LENI Azotyny Fosforan Ba_ fusc Ba_ vern hmax M Ba_ rhod CL Azotany Ba_ mela P Caen_mac Ac_sinai ph Przewodn Twardosc Temperat Axis 1 Główne czynniki decydujące o zróżnicowaniu zgrupowań jętek to: d śr (średnica średnia żwirów; korelacja z pierwszą osią kanoniczną r=-0.52); h max (maksymalna głębokość wody; korelacja jw. r=-0.5); O (osady w zbiorniku PRUM; korelacja z drugą osią kanoniczną r=0.86). Istotnymi czynnikami są również: liczba Reynoldsa Re, liczba Froude a Fr, moc strumienia W max.

35 Hab_fusc Cen_lute Ps_pennu O Pro_bifi Tlen roz Eph_dani mała wartość d śr Para_sub Amoniak Q Vsr Caen_riv Wmax Eph_mucr K Fr Rhit_sem Tor_majo Ecd_ven_ Hab_laut LOT Re Al_mutic Hab_conf Epe_assi f Ecd_subm d sredni Ba_ luth Rhit_iri Ba_ alpi F [m2] - Ecd_veno Ecd_torr om El_laterZ t max[n/ Ser_igni LENI Azotyny Fosforan Ba_ fusc Ba_ vern hmax M Ba_ rhod CL Azotany Ba_ mela P Caen_mac Ac_sinai ph Przewodn Twardosc Temperat Axis 1 Pierwszą grupę tworzą gatunki charakterystyczne dla osadów piaszczystych w zbiorniku przeciwrumowiskowym (min. Centroptilum luteolum, Procloeon bifidum, Ephemera danica). Drugą grupę tworzą gatunki związane z litym podłożem żłobu kamiennego (min. Baetis alpinus, Baetis rhodani, Baetis vernus, Serratella ignita).

36 Hab_fusc Cen_lute Ps_pennu O Pro_bifi Tlen roz Eph_dani Para_sub Amoniak Q Vsr Caen_riv Wmax Eph_mucr K Fr Rhit_sem Tor_majo Ecd_ven_ Hab_laut LOT Re Al_mutic Hab_conf Epe_assi f Ecd_subm d sredni Ba_ luth Rhit_iri Ba_ alpi F [m2] - Ecd_veno Ecd_torr om El_laterZ t max[n/ Ser_igni LENI Azotyny Fosforan Ba_ fusc Ba_ vern hmax M Ba_ rhod CL Azotany Ba_ mela P Caen_mac Ac_sinai ph Przewodn Twardosc Temperat Axis 1 Po lewej stronie diagramu CCA grupują się gatunki związane z dużą wartością d śr, tj. żyjące na gruboziarnistych podłożach żwirowych (min. Alainites muticus, Epeorus assimilis, Rhithrogena iridina, Ecdyonurus venosus, Habroleptoides confusa).

37 Baetis alpinus Rhithrogena iridina Baetis rhodani Epeorus assimilis Electrogena lateralis St. 1 Torleya major Ecdyonurus submontanus Struktura dominacji jętek (Ephemeroptera): Baetis vernus Paraleptophlebia submarginata Baetis melanonyx Przebieg krzywych zagęszczenia w szeregu dominacyjnym wskazuje na odmienną strukturę zgrupowań jętek (Ephemeroptera) na poszczególnych stanowiskach: St.1-3 charakteryzują wielogatunkowe i będące w stanie równowagi zespoły tych owadów.

38 St. 2 St. 3 Baetis alpinus Seratella ignita Rhithrogena iridina Baetis lutheri Ecdyonurus submontanus Baetis vernus Habroleptoides confusa Electrogena lateralis Ecdyonurus gr. venosus juv. Rhithrogena gr. semicolorata juv. Paraleptophlebia submarginata Procoleon bifidum Habrophlebia lauta Caenis rivulorum 10 1 Baetis rhodani Alainites muticus Ecdyonurus venosus Baetis vernus Ecdyonurus gr. venosus juv. Habroleptoides confusa Ecdyonurus submontanus Caenis beskidensis Electrogena lateralis Rhithrogena gr. semicolorata juv. Centroptilum luteolum

39 Baetis alpinus Baetis lutheri Baetis vernus Ecdyonurus venosus Seratella ignita Electrogena lateralis St. 4 Ephemerella mucronata Ecdyonurus gr. venosus juv Epeorus assimilis Acentrella sinaica W bystrotoku z okładziną kamienną (St. 4) zaznacza się odmienna ( w stosunku do pozostałych) struktura zgrupowań jętek: dwa gatunki dominujące osiągają liczebności o rząd wielkości większe, niż pozostałe, co może wskazywać na działanie jednego czynnika środowiskowego (spośród parametrów hydraulicznych i hydrologicznych), decydującego o zróżnicowaniu gatunkowym.

40 Przykład 3: potoki Pienin Teren badań: Pieniny, potoki Pienin Czorsztyńskich i Masywu Trzech Koron: Macelowy, Kirowy, Czarny, Kotłowy, Pieniński, Huliński, Limierczyki, Biały, Sobczański, Biały, Pod Wysoki Dział, Zagroń, Łonny, Ociemny (30 stanowisk). Cel badań: - Różnorodność zgrupowań jętek (Ephemeroptera); - Określenie parametrów abiotycznych mających największy wpływ na różnorodność zespołów jętek.

41 Przykład 3: potoki Pienin Badane parametry: - skład gatunkowy jętek (Ephemeroptera); - parametry fizyko-chemiczne: temperatura wody, ph, przewodnictwo elektryczne, tlen rozpuszczony, twardość ogólna, amoniak, azotyny, azotany, fosforany; - parametry abiotyczne środowiska: wys. m. n.p.m., odległość od źródeł, spadek, średnia szerokość cieku, średnia głębokość cieku, prędkość przepływu wody; - rodzaj podłoża: głazy i wychodnie skalne, kamienie, żwiry, piaski, muły, materia organiczna (derytus); - parametry związane z antropopresją: zanieczyszczenie organiczne, regulacja hydrotechniczna, degradacja koryt spowodowana przez gospodarkę leśną, struktura roślinności brzegowej.

42 Beztrendowa analiza korespondencji (DCA) wykazuje zróżnicowanie zespołów jętek żyjących w poszczególnych zlewniach. Zlewnie potoków: Macelowego, Pienińskiego i Sobczańskiego mają podobne zgrupowania jętek.

43 W zlewni potoku Białego, w której występują odcinki cieków uregulowanych (bystrotok) i zniszczonych przez gospodarkę leśną, żyją odmienne zgrupowanie jętek, niż w potokach w pozostałych zlewniach.

44 Serr_ign Habr_con Habr_lau Ec_ carp Bae_mela Epeo_ass Bae_vern Ephe_dan Ec_ suba Rhith_ir Ba_rhoda Caen_bes Ala_muti Centr_lu R Ec_ subm Bae_alpi Rhith_ca Eph_mucr Electr_a Ec_ sp. gospodarka leśna zanieczyszczenie (D) (O) regulacja Diagram zróżnicowania gatunkowego zgrupowań jętek na podstawie kanonicznej analizy korespondencji (CCA) wskazuje, że czynniki pochodzenia antropogenicznego mają statystycznie istotny wpływ na zmienność tych zgrupowań w ciekach Pienin.

45 Podziękowania: Prof. dr hab. inż. Artur Radecki-Pawilk (Katedra Inżynierii Wodnej, UR Kraków wykonał większość badań hydrologicznych; Dr Tomasz Skalski (Instytut Zoologii, UJ Kraków) wykonał analizy statystyczne.

46 Dziękuję za uwagę