Program MeioEco

Opis zagadnienia oraz podstawowe założenia metodyki analiz

Program MeioEco został opracowany w celu ułatwienia monitoringu oraz przesiewowych prac badawczych prowadzonych w różnego typu środowiskach wodnych. Na podstawie wieloletnich prac badawczych prowadzonych w zbiornikach wodnych o różnej trofii, rzekach i obszarach morskich przede wszystkim Polski i Spitsbergenu powstało opracowanie stanowiące uogólnienie uzyskanych wyników badanych procesów. Na podstawie stwierdzonych prawidłowości w funkcjonowaniu zgrupowania meiobentosu zostały przyjęte kryteria oceny badanych stanowisk. Analizy MeioEco, w odróżnieniu od wielu metod bimonitoringu, nie stanowią kolejnej z metod wielowymiarowego skalowania bardzo wielu danych, a także nie przypisują wartościowania przedstawicielom kolejnej grupy organizmów.

W celu przybliżenia zasad funkcjonowania złożonego ekosystemu wodnego, na przykładzie jeziora przedstawiono podział na strefy zbiornika wodnego oraz główne grupy funkcjonalne organizmów wodnych (ryc. 1.).

Strefy występujące w jeziorze:
Litoral – strefa przybrzeżna do głębokości przenikania światła, bardzo często porośnięta roślinnością, miejsce występowania narybku i bardzo licznych bezkręgowców w różnych stadiach rozwojowych.
Sublitoral – strefa przejściowa pomiędzy litoralem, a profundalem.
Profundal – strefa głębokowodna, do której nie dociera światło.
Pelagial – strefa otwartej toni wodnej.

Podział na grupy organizmów z uwagi na strefę występowania:
Neuston – organizmy występujące na granicy wody i powietrza.
Plankton – organizmy swobodnie unoszące się w toni wodnej. Można je podzielić na fitoplankton i zooplankton.
Bentos – organizmy związane z dnem jeziora, występujące w powierzchniowej warstwie osadów dennych i wodzie naddennej.
Makrofity – roślinność porastająca brzegi jeziora, zanurzona, wynurzona lub o liściach pływających.

Sposób zagospodarowania linii brzegowej jeziora

Typowym sposobem zagospodarowania otoczenia wielu dużych polskich jezior jest urozmaicony charakter strefy brzegowej. Stanowi to efekt działań w minionych stuleciach. Nad jeziorami zakładane były miasta i większe osady, z czasem w XIX wieku pojawiał się i rozbudowywał przemysł. Obszary rolnicze bardzo często przylegały do linii brzegowej jezior. Tereny leśne, szczególnie w XX wieku zaczęły stanowić miejsca, w których zakładane były ośrodki wczasowe oraz pojawiała się zabudowa letniskowa jednorodzinna. Wszystkie wymienione elementy zagospodarowania linii brzegowej w odmienny sposób oddziaływały na jezioro. Na rycinie 2 przedstawiono przykładowe zagospodarowanie otoczenia jeziora.

Elementem wspólnym wszystkich użytkowników jezior było korzystanie z czystej wody i nieograniczone zrzuty różnego typu zanieczyszczeń. Taka sytuacja trwała do czasu, gdy wyczerpała się pojemność ekologiczna zbiorników, czyli zbiornik nie mógł przyjąć więcej zanieczyszczeń przy równoczesnym zachowaniu dobrej jakości wody oraz zatracił możliwość samoodnowy. Stawał się zbiornikiem zdegradowanym. Poszczególne rejony zbiornika w zależności od sposobu zagospodarowania bezpośredniego otoczenia jeziora wykazywały, bądź jeśli proces trwa obecnie to wykazują innego typu i intensywności degradację poszczególnych obszarów. Jeśli przyjrzymy się strefie brzegowej i sposobie jej zagospodarowania, to można stwierdzić, że zbiornik nie był zanieczyszczany równomiernie i w ten sam sposób. Przemysł był dostawcą różnego typu zanieczyszczeń, w zależności od prowadzonej działalności produkcyjnej. Tak, więc mogły to być zanieczyszczenia metalami ciężkimi, toksycznymi zanieczyszczeniami organicznymi, a także mogą to być zanieczyszczenia termiczne. Miasta były głównym dostawcą zanieczyszczeń komunalnych, w tym patogenów, farmaceutyków, różnego typu związków chemicznych pochodzących z kosmetyków i środków czyszczących. Obszary wiejskie, rolnicze dostarczały przede wszystkim substancji biogenicznych oraz środków ochrony roślin dostających się do jezior wraz z wodami opadowymi. Ośrodki wczasowe, wprawdzie sezonowo, ale intensywnie dostarczały zanieczyszczeń komunalnych. Najczystszymi obszarami pozostawały lasy, które w najmniejszym stopniu, spośród wymienionych, wpływały na zmiany stanu jakości jezior. Zróżnicowanie sposobu oddziaływania na jezioro poprzez poszczególnych dostawców zanieczyszczeń sprawiło, że w przypadku dużych jezior o urozmaiconej linii brzegowej i dużych zatokach, poziom degradacji może nie być taka sam na obszarze całego jeziora (ryc. 3).

Jezioro przy dostawie zanieczyszczeń zachowuje swoją dobrą jakość do czasu wyczerpania się pojemności ekologicznej i możliwości samoodnowy. Długotrwałe dostawy zanieczyszczeń do strefy brzegowej jeziora powodują odkładanie się zanieczyszczeń w głębszych jego partiach (ryc. 4). Tworzą się coraz grubsze pokłady zdegradowanych osadów dennych. Jezioro przechodzi stopniowo w stan trwałej degradacji. Najczęściej dopiero w tym stadium degradacji jezioro zaczyna być postrzegane problem.

W przypadku uporządkowania strefy brzegowej jeziora (zamknięcie dopływu zanieczyszczeń, usunięcie zalegających w jeziorze i na brzegu odpadów, uporządkowanie kąpielisk) następuje częściowa poprawa jakości wody. Jednak jeśli występuje duża ilości zdeponowanych zdegradowanych osadów dennych nie jest możliwe osiągnięcie trwałego efektu poprawy jakości wody z uwagi proces zasilania wewnętrznego wód jeziornych ze zdegradowanych osadów (ryc. 5). Zdegradowane osady denne zalegają w głębszych strefach jeziora tworząc niejednokrotnie warstwy o miąższości kilku do kilkudziesięciu metrów. Proporcja pomiędzy objętością zdegradowanych osadów dennych i objętością wody w jeziorze (przy założeniu tej samej powierzchni kontaktu wody z osadem dla różnych analizowanych zbiorników) jest jednym z elementów, który determinuje intensywność zasilania wewnętrznego wody w różnego typu zanieczyszczenia pochodzące ze zalegających osadów. Im więcej jest zgromadzonych zdegradowanych osadów dennych i płytszy zbiornik wodny, tym szybciej dochodzi do degradacji jeziora. Im większa jest głębokość i powierzchnia zdegradowanego jeziora wzrasta problem z jego skuteczną rekultywacją. Naprawę należy zacząć od dokładnej oceny stanu ekologicznego jeziora.

Jednym z widocznych objawów degradacji zbiornika wodnego są zakwity sinic (ryc. 6). Odnosi się to do sytuacji, gdy w zbiorniku znajduje się nadmiar dostępnej materii organicznej – substancji biogenicznych. Same substancję biogeniczne (azotany, fosforany) nie są szkodliwe, nie są toksynami. Jednak ich nadmiar powoduje eutrofizację. Obieg materii staje się szybszy, gwałtownie rozwijają się glony, fitoplankton, zooplankton, co w konsekwencji prowadzi w głębszych warstwach wody do warunków beztlenowych. Organizmy wrażliwe na niedobór tlenu giną, zostają najbardziej odporne, spada bioróżnorodność. Sinice w warunkach nadmiernej trofii zbiornika rozwijają się bardzo szybko. Tworzą gęste zielone kożuchy na powierzchni wody.

Ryc. 6(A). Zakwit sinic ,

Ryc. 6(A). Zakwit sinic,

Ryc. 6(B). daje obraz całkowicie zdegradowanego jeziora ,

Sytuacja związana z postępującą degradacją jezior wymusiła konieczność weryfikacji dotychczasowego podejścia do zbiorników wodnych jako nieograniczonego i niewyczerpanego zapasu wody czystej i odbiornika nieczystości. Obecnie znaczna liczba jezior polskich, ale również w innych rejonach świata znajdują się pod wspływem antropopresji, która powoduje, że ich stan ekologiczny niejednokrotnie jest trudny diagnostycznie z uwagi na antagonistyczne, synergistyczne lub obojętne oddziaływanie wzajemne różnego typu zanieczyszczeń. Schemat możliwego przebiegu procesu degradacji przy różnego typu zanieczyszczeniach i historii zbiornika przedstawia schemat (ryc. 7).

Większość stosowanych metod fizyczno-chemicznych i biologicznych oceny stanu jakości jezior odnosi się do całości zbiornika, niezależnie od zróżnicowania stref i ich oddziaływania na jezioro. Jednak, aby szczegółowo zdiagnozować jakość jeziora należy uwzględnić zmienność stanu ekologicznego w zależności od sposobu zagospodarowania linii brzegowej. Uzyskujemy wtedy czytelny obraz oddziaływania poszczególnych obszarów na stan ekologiczny jeziora. W celu stwierdzenie zróżnicowania oddziaływania poszczególnych obszarów wokół jeziora na jego stan ekologiczny opracowano metodę ocenę stanu ekologicznego opartą o analizę zgrupowania meiobentosu MeioEco (Wojtasik B. 2013. Zgrupowanie meiobentosu do zastosowania w ujednoliconym systemie oceny stanu ekologicznego zbiorników wodnych i rzek, w szczególności osadów dennych oraz do zastosowania w tworzeniu map stanu ekologicznego. Wniosek patentowy nr P406458, Urząd Patentowy RP). Zgrupowanie meiobentosu (meiofauny) złożone jest z drobnych bezkręgowców wodnych o różnej przynależności systematycznej. Najczęściej przyjmowane kryterium (wg Pfannkuche, Thiel 1988) podaje jako granice wymiarów maksymalnych 1 mm (ryc. 8).

Organizmy meiobentosowe mogą należeć do zgrupowania przez całe swoje życie (meiobentos stały) lub czasowo, gdy są młodocianymi stadiami makrozoobentosu lub rozwój nie jest związany wyłącznie ze środowiskiem wodnym (meiobentos okresowy). Do meiobentosu słodkowodnego (stałego i okresowego) należą następujące, różnej rangi systematycznej, bezkręgowce, mi.in.: Turbellaria (Wirki), Rotifera (Wrotki), Nematoda (Nicienie), Oligochaeta (Skąposzczety), Conchostraca (Muszloraczki), Cladocera (Wioślarki), Copepoda (Widłonogi), Ostracoda (Małżoraczki), larwy Insecta mi.in. Diptera (Dwuskrzydłe) oraz pozostałe larwy owadów, Arachnida (Pajęczaki), Tardigrada (Niesporczaki), Gastropoda (Ślimaki) i Bivalvia (Małże).

Organizmy meiobentosowe stanowią odrębną grupę funkcjonalną i jako grupa funkcjonalna stanowią czuły wskaźnik zachodzących zmian w środowisku wodnym (m.in. Warwick 1990, Särkkä 1992, Sommerfield, Warwick 1996, Soltwedel 1997, Guerrini i in. 1998, Da Fonseˆca-Genevois i in. 2006, Chainho i in. 2007, Wojtasik 2010, 2013a, Wojtasik, Wiśniewski 2014). W opracowanej metodzie analiz MeioEco (Wojtasik 2013a, ryc.9) meiobentos poprzez ograniczenie liczby analizowanych organizmów do głównych taksonów oraz wykorzystanie podstawowych parametrów w obliczeniach: gęstość występowania (N10), liczba taksonów (Ntaxa) oraz wskaźnik równowagi (Bw) działa jak skalibrowane urządzenie pomiarowe. Pozwala to na tworzenie map stanu ekologicznego, które przedstawiają zróżnicowanie warunków (od względnej czystości do degradacji) w obrębie badanego jeziora. Uzyskiwane wyniki dla poszczególnych jezior można ze sobą porównywać uzyskując obraz zmian w obrębie badanych obszarów lub przypadków. Proponowany zakres zastosowania metody MeioEco przedstawiono na ryc. 10.