WYKŁAD 2

SYSTEM SAPROBÓW

W metodzie tej, która powstała na początku XX w. (w latach 1902-1909, opracował ją Kolkwitz i Marson, wyróżniając ok. 1000 gatunków wskaźnikowych) przyjęto, że organizmy wodne różnią się tolerancją na zanieczyszczenia i w związku z tym każdy gatunek ma jakąś wartość wskaźnikową (jest wskaźnikiem stanu zanieczyszczenia).

(Wskaźnik saprobowości określa poziom zanieczyszczenia wód martwą materią organiczną lub produktami jej gnilnego rozkładu)

początkowo

polisaprobowa (w najbardziej zanieczyszczonych wodach; redukcja materii organicznej (beztlenowa) - nitkowate bakterie siarkowe, wiciowce barwne i bezbarwne, orzęski, pierścienice, ochotkowate)

mezosaprobowa (w średnio zanieczyszczonych wodach)

oligosaprobowa (w najmniej zanieczyszczonych wodach- okrzemki, złotowiciowce, krasnorosty, larwy jętek, widelnic, chruścików, wirki, larwy ochotkowatych żółte i zielone)

Obecnie stosowane w: Niemczech

-system saprobów

-„efektywny materiał organiczny”

po udoskonaleniu

katarobowa (wody źródlane i górskie - niska zawartość związków mineralnych i organicznych, okrzemki, złotowiciowce, krasnorosty, mięczaki, skorupiaki)

kaprozoiczna

hipersaprobowa (ścieki - bakterie, bezbarwne wiciowce; najbardziej zanieczyszczona)

Obecnie stosowane w: Holandii

-„index-K” lub „Index Jakości”

i Danii

-odmiany systemu saprobów

SYSTEM SAPROBÓW- WADY

• Konieczność poznania ogromnej liczby organizmów wskaźnikowych, których taksonomia jest bardzo trudna

• Pomimo znacznej liczby organizmów wskaźnikowych, stosunkowo mało jest gatunków charakterystycznych wyłącznie dla poszczególnych stref czystości wód

• Często sama interpretacja otrzymanych wartości indeksów sprawia duże trudności, głównie przy porównaniu różnych typów rzek: górskich czy nizinnych

• W momencie powstawiania był opracowany tylko dla wód zanieczyszczonych związkami organicznymi (łatwo rozkładalnymi), podczas gdy obecnie mamy najczęściej do czynienia z całymi kompleksami zanieczyszczeń

• System uwzględnia nie tylko organizmy heterotroficzne, ale także pewne gatunki roślin, glonów i sinic, co wydaje się błędne, gdyż organizmy autotroficzne reagują raczej z trofią, a nie na saprobowość.

• Lista gatunków wskaźnikowych została opracowana empirycznie, bez znajomości fizjologicznych granic tolerancji poszczególnych gatunków.

METODY WSKAŹNIKÓW BIOTYCZNYCH łączą w sobie ilościowe pomiary różnorodności gatunkowej z jakościową informacją o ekologicznej tolerancji poszczególnych taksonów. Są więc swoistym połączenie pewnych elementów pochodzących z koncepcji saprobów i bioróżnorodności. Zaletą tych metod jest min. potrzeba oznaczania organizmów jedynie do rzędów lub rodzin.

INDEKS BIOTYCZNY TRENT'A

Pierwszym indeksem biotycznym stosowanym w ocenie stanu jakości wód był Indeks Biotyczny Rzeki „Trent” (ang. Trent Biotic Index, TBI). Opiera się na założeniach:

• zanieczyszczenia organiczne powodują redukcję liczby różnych gatunków makrofauny bezkręgowej; czyli zmieszona różnorodność

• ze wzrostem zanieczyszczeń znikają kolejno: larwy widelnic, larwy jętek, larwy chruścików, kiełże, czerwone larwy ochotkowych z rodzaju Chironomus, i dopiero na koniec skąposzczety z rodziny Tubificidae.

WADY: nie bierze pod uwagę uwzględnionego zagęszczenia organizmów, a więc przypadkowa obecność w próbie np. organizmu dryfującego, może diametralnie zmienic wartość wskaźnika;

Obecnie w Belgii stosuje się udoskonaloną wersję TBI- Belgijski Wskaźnik Biotyczny (BBI). Modyfikacja tego indeksu dotyczy głównie sposobów pobierania prób i poziomów identyfikacji organizmów (do rodzaju i rodziny). Wartości wskaźnika mogą się wahać od 0 do 10 i dzielą wodę na 5 klas jakości. Obecnie indeks ten uznawany jest za jeden z najlepszych wskaźników określających jakość wód.

Rozszerzony Indeks Biotyczny (EBI) stosowany w Europie, powstał na bazie indeksu TBI.

Ponad 30 włoskich prowincji utworzyło mapy jakości wód swoich rzek oparte na tym wskaźniku. Jest on świetnym uzupełnieniem metod fizyczno-chemicznych stosowanych we Włoszech.

Vibong Index zbliżony do TBI, zwany inaczej Danish Fauna Index. Zalicza wodę do 7 klas czystości. Wśród makrofauny wyróżnia tzw. grupy „pozytywne” i „negatywne”. Ponadto dla niektórych grup bierze pod uwagę liczebność stwierdzonych taksonów co sprawia, że jest bardzo podobny, ale bardziej skomplikowany od TBI.

Index Jakości Wody Chandlera to kolejna modyfikacja TBI. W odróżnieniu od TBI bierze pod uwagę względne zagęszczenie poszczególnych organizmów oraz bazuje na obszerniejszej liście makrobezkręgowców.

Identyfikacja obecnych Określenie liczebności każdej ISTNIEJE KORELACJA organizmów z grup organizmów PUNKTACJI Z TYPOWYMI

sumowanie punktowe ZMIENNYMI ZWIĄZANYMI

WYNIK KONKRETNEGO STANOWISKA Z ZANIECZYSZCZENIAMI

Punkty maleją wraz ze Wraz ze wzrostem liczebności ZWIAZKAMI

wzrostem liczebności gatunków wrażliwych ORGANICZNYMI TZW.

grup odpornych gdyż zebrane punkty rosną BZT₅…

ich liczba i obecność

w próbie świadczy o dużym

zanieczyszczeniu wody

Południowo-Afrykański System Wskaźnikowy (SASS) stał się standardową metodą szybkiej oceny rzek w RPA i jest podstawą Narodowego Programu Zdrowia Rzek w tym kraju. W celu określenia wskaźnika pobiera się oddzielne próby z różnych typów dna: kamienistego, żwirowego, piaskowego lub mulistego, a także z makrolitów. Wynik SASS otrzymany jest w wyniku przetwarzania 2 parametrów: stopnia wrażliwości na zanieczyszczenia poszczególnych taksonów i sumy wszystkich zidentyfikowanych roślin w biotopach.

Sumaryczny Wskaźnik Jakości Wody (SWJW) inaczej zwany Systemem Punktacji BMWP, zdobył popularność w Wielkiej Brytanii. Punktacja oparta jest o analizę występowania 80 taksonów makrobezkręgowców, w którym w zależności od ich wrażliwości na zanieczyszczenie przypisuje się punkty od 0 do 10. Wartość punktacji stanowi sumę poszczególnych punktów przypisanych taksonom znalezionym w standardowej próbie. Zależy ona od liczby znalezionych taksonów czyli od wielkości próby oraz sposobu i dokładności jej poboru. Udogodnienia:

• wszystkie organizmy identyfikowane są do rangi rodziny (celem było ujednolicenie taksonomi, zmniejszenie prawdopodobieństwa pomyłki przy określaniu gatunku, oraz szersza aplikacja systemu)

• wyeliminowano czynnik liczebności, uważany za zbyt czasochłonny, uproszczono w ten sposób system Chandlera.

Polski Indeks Biotyczny Metoda monitoringu rzek w Polsce została zaadoptowana z brytyjskiego indeksu BMWP. Wprowadzony został jako konsekwencja ujednoliconego systemy stosowanego w UE. Ramowa Dyrektywa Wodna UE wprowadziła nowe podejście do oceny czystości i klasyfikacji wód, kładąc naciska na ocenę stanu ekologicznego. Ocena ekologiczna opiera się na zespołach organicznych (fitoplankton, makrolity, fitobentos, makrozoobentos, ryby), które w Dyrektywie nazywane są biologicznymi elementami jakości. BMWP-PL składa się z 2 komponentów:

Indeksu biotycznego- sumy poszczególnych punktów przypisanych rodzinom taksonów znalezionych w próbie w zależności od ich wrażliwości na zanieczyszczenia.

Indeksu różnorodności- funkcji 2 składowych: liczby rodzin występujących w zespole oraz całkowitym zagęszczeniu fauny na środowisku.

WSKAŹNIK MARGALEFA

Metoda BMWP-PL przeniesiona z cieków, ze względu na inną strukturę rodzin bywa nieskuteczne w badaniach jezior. Sprawdzają się tu lepiej wskaźniki naturalności lub różnorodności. Wskaźnik Margalefa jest obecnie używany w ocenie jakości wód w Polsce wraz z BMWP-PL. ALE…

• wskaźniki wymagają oznaczenia organizmów do poziomu gatunkowego

• niewielka różnorodność nie zawsze oznacza zanieczyszczenia

• wskaźnik różnorodności nie uwzględniają tolerancji i wrażliwości gatunku

• zależność populacji od zanieczyszczeń nie zawsze jest liniowa (niewielkie zanieczyszczenie może zwiększyć bioróżnorodność)

PROJEKT STAR-PL

Ma na celu ujednolicenie procedury badań i oceny ich wyniku- tj. opracowanie wystandaryzowanego systemu ekologicznego oceny jakości wód przy wykorzystaniu różnych metod badawczych i różnych grup organizmów wodnych oraz rekomendację procedur badawczych najlepiej przydatnych do oceny oddziaływania różnych typów zakłóceń środowiskowych w gradiencie biogeograficznym Europy- a w konsekwencji, uzyskiwanie porównywalnej oceny jakości stanu ekologicznego rze4k europejskich. Cechy charakterystyczne: metodyka reprezentowanego poboru prób siedliskowych (MHS); ocena heterogeniczności substratu dennego (siedlisko minimalne i biotyczne).

SYSTEM RIVPACS

System umożliwiający przewidywanie składu taksonomicznego i struktury ilościowej fauny dennej, jaka występowałaby na danym stanowisku w warunkach wolnych od presji człowieka. Ten hipotetyczny stan fauny otrzymano dzięki zastosowaniu komputerowego Systemu Przewidywania Jakości Wód, który jest obecnie stosowany w Wielkiej Brytanii, Australii i Irlandii. Porównując ten hipotetyczny stan fauny ze stanem rzeczywistym otrzymujemy współczynnik antropogenicznego zanieczyszczenia środowiska (Ekologiczny Wskaźnik Jakości Wód, EQI). Wartość EQI jakości wskazują, że skład zoobentosu w danej rzece jest…

Indeks Integralności Biotycznej- do indeksów biotyczności bazujących na analizie zgrupowań ryb można zaliczyć Indeks Integralności Biotycznej (IBI). Uwzględnienie dwunastu cech metrycznych dotyczących zgrupowań ryb, w tym min. ich składu i bogactwa gatunkowego, liczebność gatunków wskaźnikowych, behawioru rozrodczego i kondycji zdrowotnej.

BIORÓŻNORODNOŚĆ BIOCENOZ

Ocena wymaga znajomości trzech składowych struktury biocenoz:

• bogactwa gatunkowe (liczba występujących gatunków)

• struktury dominacji

• zagęszczenia

System Amoeba- (stosowany w Holandii); polega na porównaniu struktur wybranych biocenoz: względnie naturalnych ekosystemów wodnych z biocenozami teraźniejszymi przekształconymi antropogenicznie. Po raz pierwszy zastosowany dla wód Morza Północnego oraz rzek Renu i Mozy. Za punkt odniesienia przyjęto warunki panujące w 1930 roku uznany za niezakłócony antropogenicznie okres, kiedy zanieczyszczenia były stosunkowo niewielkie, znaczna natomiast już była wiedza o środowisku.

BIOKONCENTRACJA ZANIECZYSZCZEŃ

Biomonitoring typu 2

Współczynnik biokoncentracji i biokumulacja

Aby przewidzieć stopień biokoncentracji lub biokumulacji zanieczyszczeń organicznych przez organizmy zwierzęce narażone w sposób ciągły na działanie ksenobiotyków opracowano następujące wskaźniki:

WSKAŹNIK BIOKUMUKACJI:

BAF= stężenie w organizmie/stężenie w pokarmach lub pitej wodzie

---