Streszczenie W pracy podjęto próbę zbadania różnorodności gatunkowej okrzemek w ciekach wodnych łączących wybrane jeziora rynnowe na Pojezierzach Mazurskim (Rys. 2) i Kaszubskim (Rys. 3). Próby pobrano jednorazowo w okresie późnego lata, kiedy zbiorowiska okrzemek są najbogatsze [11]. Łącznie zidentyfikowano 73 gatunki okrzemek należące do 39 rodzajów z dwóch rzędów: Centrales 5 rodzajów, Pennales - 34. Flora zbiorowisk okrzemek cieków łączących jeziora na Pojezierzu Mazurskim i Kaszubskim charakteryzowała się stosunkowo wysoką różnorodnością gatunkową, choć zdominowana była przez kilka taksonów. Zbiorowiska okrzemek w ciekach Pojezierza Mazurskego różniły się pod względem bioróżnorodności od cieków Pojezierza Kaszubskiego. Bogactwo gatunkowe dla badanych zbiorowisk na Mazurach było wyższe niż na Kaszubach. Również wyższe wartości wskaźników różnorodności ekologicznej i zrównania ekologicznego uzyskano dla zbiorowisk na Pojezierzu Mazurskim. Wstęp Okrzemki (Bacillariophyceae) są jednokomórkowymi glonami o niezwykle pięknych i zróżnicowanych kształtach (Rys.1). Niestety, ze względu na ich mikroskopowe rozmiary nie można prowadzić obserwacji tych organizmów bez zastosowania sprzętu optycznego [11]. Okrzemki są jednymi z głównych producentów w ekosystemach wodnych ze względu na ich liczebność oraz kosmopolityczny zakres występowania. Można je znaleźć w różnych rodzajach zbiorników wodnych - w wodach słodkich i słonych, w kałużach i fontannach, a nawet w miejscach okresowo zalewanych wodą czy wilgotnych, np. na murach. Ze względu na fakt, iż w poszczególnych środowiskach wykształca się odmienna i charakterystyczna dla nich flora, liczba gatunków okrzemek jest ogromna [11]. Właśnie z powodu ich wyjątkowości, znaczenia w środowisku, ale też i ich ukrytego piękna wybrałam je jako obiekt swoich badań. Z kolei cieki wodne, z których pobrałam materiał Rysunek 1 Okrzemki planktonowe w obrazie mikroskopowym[źródło: Internet] wydały mi się interesujące ponieważ, można się w nich spodziewać gatunków typowych zarówno dla jezior jak i rzek. Za cel pracy postawiłam sobie zbadanie i porównanie bioróżnorodności okrzemek w ciekach wodnych łączących wybrane jeziora Pojezierza Mazurskiego i Kaszubskiego. Przystępując do badań postanowiłam 1
zweryfikować hipotezę, że bioróżnorodność okrzemek w odcinku rzecznym ulega zmianie po przepłynięciu przez jezioro. Chciałam również potwierdzić fakt, że w zbiornikach słodkowodnych największy udział procentowy wszystkich gatunków stanowią okrzemki pierzaste (z rzędu Pennales). Materiał i metody Rysunek 2 Stanowiska zlokalizowane na Pojezierzu Mazurskim A Niałk Wojnowo B- Wojnowo Buwełno Rysunek 3 Stanowiska zlokalizowane na Pojezierzu Kaszubskim C Kłodno Brodno Małe D Brodno Małe Brodno Wielkie E Brodno Wielkie Jezioro Ostrzyckie Badania przeprowadzono na dwóch ciągach jezior rynnowych: na Pojezierzu Mazurskim, gdzie wyznaczono 2 punkty badawcze pomiędzy 3 jeziorami (Rys. 2) oraz - na Pojezierzu Kaszubskim, gdzie wyznaczono 3 punkty pomiędzy 4 jeziorami (Rys. 3). Prace terenowe prowadzono w okresie od 27.08.2010 do 12.09.2010 r. Z każdego punktu pobrano jednorazowo jedną próbę. Materiał roślinny zbierano za pomocą nożyka z konstrukcji betonowych, kamieni i roślin oraz bezpośrednio z wody. Zebrany materiał umieszczono w plastikowych pojemnikach, konserwowano formaliną i przechowywano w zimnym, zacienionym miejscu do czasu poddania ich preparatyce laboratoryjnej. W celu pozbawienia okrzemek treści komórkowej zebrany materiał umieszczano w zlewkach oraz zalewano 10 % HCl. Próby spalano w 30 % perhydrolu na płycie grzewczej w temperaturze od 30 95 ºC w ciągu 6 9 godzin, aż do uzyskania opalizującego osadu. Wyprażony materiał przepłukiwano wodą destylowaną i sporządzano preparaty stałe w żywicy Naphrax. Prace laboratoryjne i oznaczanie za pomocą mikroskopu świetlnego przeprowadzono w okresie od marca do czerwca 2011 r. w Instytucie Oceanografii Uniwersytetu Gdańskiego pod opieką dr Aleksandry Zgrundo. W każdym preparacie liczono od 300 do 500 okryw okrzemek, w zależności od ilości okryw oraz jakości obrazu mikroskopowego zgodnie z ogólnie stosowaną metodyką [1]. Identyfikację okryw wykonywano w oparciu o dostępne klucze [4-8]. Nazwy okrzemek weryfikowano w oparciu o internetową 2
bazę danych [14]. Analizę okrzemkową oraz dokumentację fotograficzną wykonywano za pomocą mikroskopu Nikon 80i z kontrastem Nomarskiego przy użyciu kamery Nikon DS-Fi1. Do oszacowania bioróżnorodności [3,10] w zebranym materiale wykorzystano wskaźnik różnorodności gatunkowej n Shannon a-weaver a H wg wzoru H = - i log N oraz wskaźnik zrównania ekologicznego Lloyd a i Ghelardi ego E wg wzoru E = H ' H ' Wyniki Łącznie zidentyfikowano 73 gatunki okrzemek, należące do 39 rodzajów z dwóch rzędów (5 z rzędu Centrales i 34 z rzędu Pennales). We wszystkich próbach zarówno pod względem jakościowym jak i ilościowym dominowały okrzemki z rzędu Pennales. Zazwyczaj stanowiły one ponad 90% zliczonych okryw. Na uwagę zwraca fakt dużej liczby gatunków zaobserwowanych jedynie na Mazurach (np. Cymbella tumida, Achnantes exigua, Nitzschia fonticola (Tablica 1.)). Gatunków występujących jedynie na Kaszubach było znacznie mniej (np. Aulacoseira granulata). Zaobserwowano również wiele gatunków wspólnych dla obu pojezierzy (zaznaczone kolorem niebieskim w Tabeli 1). Zarówno dla jezior mazurskich jak i kaszubskich stwierdzono różnice w składzie gatunkowym, jak i wskaźnikach biocenotycznych. Flora jezior mazurskich charakteryzowała się wyższym bogactwem gatunkowym, niż jezior kaszubskich (odpowiednio ok. 30-40 i 20 30 gatunków) (Tabela 2). Różnice pomiędzy liczbą gatunków obserwowanych dla stanowisk były znaczne i na Mazurach wynosiły 25 %, a na Kaszubach aż 30 %. Pierwsze stanowisko na Mazurach (A) miało uboższą florę okrzemkową (Tabela 1). Istotna rolę pod względem ilościowym odgrywały na nim 4 gatunki: Amphora pediculus, Planothidium lanceolatum, Karayevia clevei, Achnanthidium minutissimum (Tablica 1) wyraźnie nie dominował nad innymi Na drugim stanowisku jeden gatunek Amphora pediculus wystepował licznie (ok. 30 % całkowitego udziału w probie), a kilka następnych miało kilkuprocentowe udziały. Stanowisko to cechowało się najwyższymi wartościami wyliczonych wskaźników ekologicznych ze wszystkich badanych prób (Tabela 2). maks 2 ni N 3
Na Kaszubach, na pierwszym stanowisku (C) dominował gatunek Cocconeis placentula (Tablica 1), a wyliczone wartości wskaźników różnorodności i zrównania ekologicznego, pomimo małej liczby gatunków, były stosunkowo wysokie (Tab. 1, 2). Na dwóch następnych stanowiskach ( D i E) zaobserwowano wyraźną dominację gatunku Planothidium lanceolatum oraz niskie wartości wskaźników biocenotycznych ( Tablica 1,Tab.1,2). Tabela 1: Procentowy udział gatunków okrzemek zidentyfikowanych na stanowiskach A, B na Pojezierzu Mazurskim oraz C, D, E na Pojezierzu Kaszubskim Nazwa taksonu A B C D E Amphora pediculus 23,2 35,1 16,5 2,8 14,4 Pseudostaurosira brevistriata 6,6 2,1 2,4 0,4 4,1 Cocconeis placentula 2,0 1,4 38,1 0,4 1,5 Planothidium lanceolatum 18,7 4,9-61,9 50,7 Karayevia clevei 11,5 3,1 11,3 1,8 3,2 Achnanthidium minutissimum 10,3 2,5 - - 8,5 Asterionella formosa - 0,6 1,5 7,5 - Staurosirella pinnata 3,0 2,5 2,1 1,0 2,9 Cyclotella ocellata 4,0 7,0 4,3-0,3 Cocconeis pediculus 1,0-4,9 0,6 0,9 Nitzschia palea 0,8 4,1-2,0 0,9 Staurosira construens - - - 0,2 1,2 Aulacoseira granulata - - - 5,4 - Cyclotella radiosa - 4,5 - - - Cymbella tumida 1,0 3,3 - - - Fragilaria capucina - 3,7 - - 1,5 Hippodonta capitata 0,6 - - 3,0 - Achnanthes exigua 2,0 0,6 - - - Fragilaria nanana 1,6 1,2 2,1 0,6 - Epithemia adnata - - 2,7 - - Amphora ovalis 1,4 1,9 0,6 0,4 - Cyclostephanos dubius 1,2 1,4-0,2 - Navicula tripunctata 1,4 0,4 2,1 0,2 - Navicula cryptotenella 0,6 1,4 0,0 0,4 - Aneumastus tusculus - - 1,5 0,8 - Nitzschia fonticola 1,6 1,4 - - - Navicula cryptotenelloides - - 1,2 - - Melosira varians 1,0 0,2-0,4 0,3 Reimeria sinuata 0,6-2,1 1,8 0,9 Stephanodiscus parvus 1,0 1,0 0,6 1,0 - Geissleria decusis 2,6 1,2-0,4 2,3 Pozostałe, sporadycznie występujące gatunki (procentowy udział < 1 ogólnej liczby okrzemek) to: Achnanthes lemmermannii (stanowisko D),Caloneis bacillum (B), Cocconeis neothumensis (B,E), Cyclotella atomus (B), Cymbella affinis (D), Denticula sp. (B), Diatoma moniliformis (B), D. vulgaris (C), Eolimna minima (D), Encyonema caespitosum (B), Encyonopsis microcephala (B), Epithemia turgida (C), Fragilaria sp.(d), F. parasitica var. subconstricta (D), Fragilariforma virescens (E), Geissleria acceptata (D), G. schoenfeldii (D), Gomphonema acuminatum (B), G. parvulum (A),G truncatum (A,E), Navicula reichardtiana (B), N. radiosa (C), N. antonii (B,D), N. amphora (B), N. catalanogermanica (B), N. reinhardtii (D), N. trivialis (D), Neidium binodis (B), Nitzschia sp. (C), N. recta (B), N. subacicularis (B), N. dissipata (E,D), Planothidium delicatulum (E), Placoneis clementis (A), Pseudostaurosira parasitica (A,B), Rhoicosphenia abbreviate (C,E), Rhopalodia gibba (B), Stauroneis smithii (B), Staurosirella lapponica (B), Stephanodiscus medius (A), Tabellaria fenestrata (A,B), Ulnaria ulna (B) Tabela 2: Liczba gatunków oraz współczynniki różnorodności Shannon'a Weavera oraz Lloyd'a i Ghelardi'ego dla badanych stanowisk Pojezierza Mazurskiego (A, B) i Pojezierza Kaszubskiego (C, D, E) Próba Liczba gatunków wskaźnik Shannon'a Weavera (H ) A 32 3,67 0,73 B 44 4,1 0,75 C 21 3,18 0,73 D 33 2,55 0,51 E 21 2,65 0,6 wskaźnik Lloyd'a i Ghelardi'ego (E) 4
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Tablica 1. Wybrane gatunki okrzemek pochodzących z prób z cieków wodnych łączących jeziora na Pojezierzu Mazurskim i Pojezierzu Kaszubskim: 1. Achnanthes exigua, 2. Achnanthidium minutissimum, 3. Amphora pediculus, 4.Cyclotella ocellata, 5. Pseudostaurosira brevistriata, 6. Staurosira construens, 7. Karayevia clevei, 8. Stephanodiscus medius, 9. Asterionella formosa, 10. Cocconeis placentula, 11. Gomphonema truncatum,12. Planothidium lanceolatum, 13. Cymbella affinis,14. Tabellaria fenestrata Dyskusja W trakcie przeprowadzonych analiz wykazano iż w badanych ciekach pod względem jakościowym i ilościowym dominują okrzemki z rzędu Pennales. Gatunki takie jak: Achnanthidium minutissimum, Amphora pediculus, Planothidium lanceolatum występują powszechnie również w strumieniach Pomorza Gdańskiego [12], a Achnanthidium minutissimum również na południu Polski, w ciągu jezior tatrzańskich [2]. Zarówno na Mazurach jak i Kaszubach stwierdzono, zgodne z oczekiwaniami, zmiany w składzie gatunkowym w ciekach wodnych łączących poszczególne jeziora. Zmiany te dotyczyły również badanych wskaźników ekologicznych. Np. wskaźnik Shannon a Weaver a (H ) odpowiada na pytanie: z jakim prawdopodobieństwem możemy poprawnie przewidzieć, do którego gatunku będzie należał kolejny osobnik w badanej próbie?. Im więcej gatunków o małej liczebności znajduje się w zbiorowisku, tym wyższy będzie wskaźnik [13]. Najwyższą wartość osiągnął w próbie B, gdzie znajdowało się 5
najwięcej gatunków, natomiast najmniejszą wartość w próbie D, gdzie ilość gatunków była stosunkowo duża, ale dominował jeden takson. Natomiast wskaźnik zrównania ekologicznego Lloyd a Gheraldi ego evenness (E) może przyjmować wartość od 0 1 i opisuje, w jaki sposób kształtuje się rozkład liczebny poszczególnych gatunkówi w zbiorowisku. Im wyższa wartość tego wskaźnika, tym mniejsze dysproporcje pomiędzy populacjami poszczególnych gatunków [13]. Wskaźnik ten uzyskał najniższą wartość w próbie D, gdzie dominował gatunek Planothidium lanceolatum, a najwyższą wartość w próbie B, gdzie liczebność poszczególnych gatunków była stosunkowo równomiernie rozłożona. Podsumowując, na podstawie przeprowadzonych analiz wykazano różnice w składzie i strukturze zbiorowisk okrzemek obserwowanych na Pojezierzu Mazurskim i Kaszubskim. Jednak uzyskane wyniki nie pozwalają na wyciągnięcie jednoznacznych wniosków na temat przyczyn tych różnic. W celu dokładnego prześledzenia zmian we florze okrzemkowej znajdującej się w ciekach łączących jeziora należałoby poszerzyć materiał badawczy. Jednak uzyskane wyniki są interesujące ze względów poznawczych i mogą stanowić przyczynek do podjęcia dalszych prac badawczych. Podziękowania Składam serdeczne podziękowania pani doktor Aleksandrze Zgrundo za umożliwienie pracy w laboratorium. Bez jej pomocy, cierpliwości i wsparcia nie powstałaby ta praca. Dziękuję także mojemu Tacie za wspieranie mnie w pracy i opiekę podczas zbierania materiałów. Literatura: 1) Battarbee R.W., 1986, Diatom analysis, [w:] Berglund B.E. (red.), Handbook of Holocene Palaeoecology and Palaeohydrology, John Wiley & Sons Ltd., 527-570; 2) Kawecka B., Robinson C. T. 2007 Diatom communities of lake/stream networks in the Tatra Mountains, Poland, and the Swiss Alps; 3) Kawecka B., Eloranta P.V., 1994, Zarys ekologii glonów słodkowodnych i środowisk lądowych, PWN, Warszawa, 256; 4) Krammer K., Lange-Bertalot H., 1986, Süßwasserflora von Mitteleuropa, Bacillariophyceae, VEB Gustav Fischer Verlag, Jena, Stuttgart 2/1, s. 876; 5) Krammer K., Lange-Bertalot H., 1988, Süßwasserflora von Mitteleuropa, Bacillariophyceae, VEB Gustav Fischer Verlag, Jena, Stuttgart 2/2, s. 569; 6) Krammer K., Lange-Bertalot H., 1991a, Süßwasserflora von Mitteleuropa, Bacillariophyceae, VEB Gustav Fischer Verlag, Jena, Stuttgart 2/3, s. 576; 7) Krammer K., Lange-Bertalot H., 1991b, Süßwasserflora von Mitteleuropa, Bacillariophyceae, VEB Gustav Fischer Verlag, Jena, Stuttgart 2/4, s. 437; 8) Lange-Bertalot H., 2001, Navicula sensu stricto. 10 Genera Separated from Navicula sensu lato Frustulia, A.R. G. Gantner Verlag K. G., Ruggell, s. 536; 9) Round F.E., Crawford R.M., Mann D.G., 1990, The diatoms. Biology and morphology of the genera, Cambridge University Press, s. 747; 10) Shannon C.E., Weaver W., 1949, The mathematical theory of communication, Urbana, s. 117; 11)Siemińska J., 1964, Bacillariophyceae okrzemki, [w:] Starmach K. (red.) Flora Słodkowodna Polski, PWN, Warszawa, s. 610; 12) Zgrundo A., Bogaczewicz-Adamczak B. 2004, Applicability of diatom indices for monitoring water quality in coastal streams in the Gulf of Gdansk; 13) Zgrundo A. Prezentacja multimedialna Biocenoza; 14)Internetowa baza taksonów okrzemek - www.algaebase.org 6
7