Wyróżniona praca w formacie pdf

Tytuł: Badanie czystości wód jeziora Rzuno (Dziemiany) za pomocą Makrofitowego
Indeksu Stanu Ekologicznego (ESMI) i porównanie do stanu ekologicznego sprzed
wybudowania gminnej oczyszczalni ścieków
Autor: Bogna Stolc
Klasa: II b
Opiekun: Hanna Szarafińska
Szkoła: III Liceum Ogólnokształcące im. Bohaterów Westerplatte w Gdańsku
0
Streszczenie
Celem pracy badawczej była ocena stanu ekologicznego jeziora Rzuno znajdującego
się w Dziemianach w województwie pomorskim i porównanie z poziomem zanieczyszczenia
przed uruchomieniem oczyszczalni ścieków w gminie Dziemiany w 2001 roku. Posłużyłam
się metodą Makrofitowego Indeksu Stanu Ekologicznego (ESMI), którą oparłam
na obserwacjach prowadzonych w transektach. Badania prowadziłam w sierpniu i wrześniu
2014 roku. Na podstawie otrzymanych wyników stwierdziłam, że stan jeziora jest dobry,
a w porównaniu z badaniami chemicznymi z lat 1998 i 2001 jakość wód poprawiła się.
Wstęp
Wody powierzchniowe poddawane są ciągłej antropopresji. Przykładem tego jest
jezioro Rzuno w Dziemianach, które latami było degradowane poprzez nielegalne zrzuty
odpadów komunalnych[13]. W roku 1996 rozpoczęto realizację inwestycji „Oczyszczalnia
ścieków z kanalizacją sanitarną w Dziemianach”, a w 2001 uruchomiono gminną
oczyszczalnię[7], wskutek czego ograniczono zanieczyszczanie jeziora. Moje badania miały
na celu ocenienie stanu ekologicznego wód i oszacowanie, czy w ciągu 13 lat uległ
poprawie. Wyniki mogą obrazować tempo samooczyszczanie się naturalnych zbiorników
wodnych, jak również ukazywać znaczenie inwestycji kanalizacyjnych dla ekologicznej
kondycji jezior. Wykorzystałam metodę opierającą się na makrofitoindykacji, która do tej
pory nie została użyta w badaniu jeziora Rzuno.
Materiały i metody
Rzuno (Rys. 1) jest jeziorem rynnowym i bezodpływowym, położonym w gminie
Dziemiany, powiecie kościerskim województwa pomorskiego [54°00’49” 17°46’20”][12].
Szacunkowa maksymalna głębokość to 24m. Powierzchnia to 34,8ha, linia brzegowa wynosi
4130m[13]. Las obejmuje linię brzegową w ok. 70%. Resztę zajmuje łąka, znajduje się tu
również kąpielisko, w południowej części blisko brzegu położone są bloki, domy mieszkalne
i domki letniskowe, natomiast na północy znajduje się małe pole uprawne.
Do badania jeziora wykorzystałam Makrofitowy Indeks Stanu Ekologicznego
(Ecological State Macrophyte Index)[1].
[
∑(
(
)
)]
H – wskaźnik zróżnicowania fitocenotycznego
Hmax – maksymalne zróżnicowanie fitocenotyczne
Z – wskaźnik zasiedlenia
N1 – powierzchnia fitolitoralu przyjęta za 100%
N2 – powierzchnia fitolitoralu (ha)
ni – powierzchnia płatów konkretnego zbiorowiska
roślinnego wyrażona w procentach ogólnej powierzchni
fitolitoralu
S – liczba zbiorowisk roślinnych w fitolitoralu
P – powierzchnia jeziora (ha)
izob. 2,5 – powierzchnia wody ograniczona izobatą 2,5m
obliczona za pomocą programu komputerowego AutoCad
i mapy batymetrycznej
1
Stan jeziora ustaliłam poprzez porównanie wartości ESMI do tabeli dla jezior
niestratyfikowanych (uwarstwionych termicznie; w których woda nie miesza się), którym
najprawdopodobniej jest Rzuno ze względu na swoją głębokość[9].
Tab.1. Klasyfikacja jakości wód według wskaźnika ESMI[1]
Lp.
Grupa stanu
ekologicznego
Wartość makrofitowego wskaźnika stanu
ekologicznego jezior
1
2
3
4
5
bardzo dobry
dobry
umiarkowany
słaby
zły
1,000 - 0,700
0,699 - 0,300
0,299 - 0,100
0,099 - 0,050
0,049 - 0,000
Dane potrzebne do obliczenia wskaźnika ESMI uzyskałam badając roślinność
w transektach. Ich minimalną liczbę wyliczyłam ze wzoru opracowanego przez S. Jensena[1]:
(
)
√
MLT – minimalna liczba transektów wyznaczonych dla określonej powierzchni jeziora
L – długość linii brzegowej w kilometrach
P – powierzchnia jeziora w kilometrach kwadratowych
Tmin – najmniejsza liczba transektów dla danej klasy wielkości jeziora odczytana z tabeli
Pmin – dolna granica powierzchni dla danej klasy jeziora odczytana z tabeli
Tab. 2. Minimalna liczba transektów dla jezior o określonej klasie wielkości i powierzchni [1]
Klasa wielkości jezior
Powierzchnia [km]
I -II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
<0,20
0,20 - 0,39
0,40 - 0,79
0,80 - 1,59
1,60 - 3,19
3,20 - 6,39
6,40 - 12,79
12,80 - 25,59
25,60 - 51,19
51,20 - 102,39
Minimalna Liczba
Transektów
2
2
4
6
8
10
12
14
16
18
Przy pomocy echosondy oraz kotwiczki[9] oszacowałam maksymalną głębokość
występowania roślin w poszczególnych transektach. Te dane wraz z szacowanym
procentowym pokryciem transektu przez makrofity pozwoliły mi przy pomocy programu
AutoCad oraz mapy batymetrycznej jeziora (Rys.1.) wyliczyć przybliżoną powierzchnię
fitolitoralu (powierzchnię jeziora do izobaty wyznaczającej średnią głębokość występowania
roślin pomnożyłam przez średnie procentowe pokrywanie)[1].
2
Następnym krokiem było zbadanie transektów pod względem bioróżnorodności
i poziomu zasiedlenia. Badania wykonałam w sierpniu i wrześniu 2014 roku. Na każdym
z wyznaczonych miejsc wyławiałam i rozpoznawałam zbiorowiska roślinne na podstawie
gatunków charakterystycznych przy pomocy klucza do identyfikacji makrofitów
i przewodnika do oznaczania zbiorowisk roślinnych[3,5,10] oraz opisywałam stopień pokrycia
dla każdej fitocenozy za pomocą kombinowanej skali Brauna-Blanqueta[1]:
Tab. 3. Średnie procentowe pokrywanie w przeliczeniu na stopnie w skali Brauna-Blanqueta [1]
Szacowany procent pokrycia
badanego transektu przez
daną fitocenozę (%)
75 - 100
50 - 75
25 - 50
5 - 25
1-5
0,1 - 1
<0,1
Stopień w skali BraunaBlanqueta
5
4
3
2
1
+
r
Średnie procentowe
pokrywanie (%)
86
61
31
15
3
0,5
0,05
Następnie uśredniłam procentowe pokrywanie poszczególnych fitocenoz
ze wszystkich transektów otrzymując powierzchnie płatów konkretnych zbiorowisk
roślinnych (ni)[1].
Wyniki
Minimalna liczba transektów dla jeziora Rzuno według wzoru Jensena to 7.
Transekty o długości 30m umiejscowiłam we wskazanych na mapie miejscach.
Rys.1. Mapa batymetryczna jeziora Rzuno z wyznaczonymi transektami [13]
Uwzględniłam przy tym ukształtowanie dna oraz brzegu i sposób zagospodarowania
zlewni jeziora[1].
3
W sumie zidentyfikowałam 19 zbiorowisk roślinnych.
Tab. 4. Szacowane procentowe pokrycie transektu, maksymalna głębokość występowania transektów, liczba fitocenoz
w transekcie dla jeziora Rzuno, sierpień-wrzesień 2014
Numer transektu
Szacowane procentowe pokrycie
transektu przez rośliny [%]
Maksymalna głębokość występowania
roślin [m]
Liczba fitocenoz w transekcie
1
2
3
4
5
6
7
Średnia
81
82
91
84
82
97
79
85
5,5
4,5
4,3
6,0
5,0
4,5
5,0
7
5
7
9
5
4
4
5,0
6
Tab. 5. Średnie procentowe pokrywanie dla poszczególnych zbiorowisk roślinnych
Szacowany procent powierzchni transektu przez zbiorowiska
roślinne po przeliczeniu ze skali Brauna-Blanqueta [%]
1
2
3
4
5
6
7
Średnia
Lp.
Zespoły roślinne
1
Phragmitetum australis
0
15
15
0
34
0
0
9,0
2
Charetum tomentosae
0
34
0
15
0
0
0
7,0
3
Myriophylletum spicati
15
15
0
0
15
0
0
6,5
4
Ranunculetum circinati
3
15
0
0
0
0
0
2,5
5
Potametum natantis
0
0
34
3
0
15
34
12,0
6
Polygonetum natantis
0
0
0
0
0
0
15
2,0
7
Charetum asperae
15
0
0
3
3
0
15
5,0
8
Fontinaletum antipyreticae
0
0
0
0
0
0
15
2,0
9
Typhetum latifoliae
0
0
0
3
0
15
0
2,5
10
Hydrocharitetum morsus-ranae
0
0
3
0
0
3
0
1,0
11
Myriophylletum verticillat
15
0
0
15
0
61
0
13,0
12
Typhetum angustifoliae
15
0
15
0
15
0
0
6,5
13
Stratiotetum aloidis
3
0
0
15
15
0
0
4,5
14
Charetum rudis
15
0
0
15
0
0
0
4,0
15
Potametum perfoliati
0
0
0
15
0
0
0
2,0
16
Elodeetum canadensis
0
0
15
0
0
0
0
2,0
17
Equisetetum fluviatilis
0
3
3
0
0
0
0
1,0
18
Scirpetum lacustris
0
0
3
0
0
0
0
0,5
19
Acoretum calami
0
0
3
0
0
3
0
1,0
Tab. 6. Fizyczna i ekologiczna charakterystyka jeziora Rzuno
Powierzchnia jeziora [ha]
34,80
Powierzchnia wody ograniczona izobatą 2,5m (izob 2,5) [ha]
7,93
Powierzchnia fitolitoralu [ha]
11,37
Wskaźnik zasiedlenia (Z)
1,43
Liczba zbiorowisk roślinnych w fitolitoralu
19
Wskaźnik zróżnicowania fitocenotycznego (H)
2,38
Maksymalne zróżnicowanie fitocenotyczne (H.max)
2,94
ESMI
0,696
4
Dyskusja
ESMI, jako metoda makrofitoindykacji stosowana m.in. w Polsce, opiera się
na badaniu zbiorowisk a nie pojedynczych gatunków. Zbiorowiska dają lepszą
charakterystykę środowiska, ponieważ tolerują węższe zakresy zmienności, są zatem bardziej
czułymi bioindykatorami[1]. ESMI odpowiada założeniom Ramowej Dyrektywy Wodnej
(2000/60/WE), która uznaje badania kondycji biocenoz za najlepszy wskaźnik stanu
ekologicznego[4]. Wieloletnie badania wykazały, że metody te dają precyzyjny i powtarzalny
wynik.[10]
Sama wartość wskaźnika ESMI wyniosła 0,696, co dla jezior niestratyfikowanych,
jakim jest Rzuno, oznacza dobry stan wód i jest blisko granicy z wartością dla stanu bardzo
dobrego[1][tab. 1].
W transektach zidentyfikowałam 19 zbiorowisk roślinnych (tab.5.). Oczywiście
istnieje duże prawdopodobieństwo, że przy tej metodzie część zbiorowisk została pominięta,
mimo przemyślanego rozmieszczenia transektów[2]. Drugim problemem jest wątpliwość
w oznaczaniu gatunków ramienic (Characeae), które wykazują duże podobieństwo
międzygatunkowe, jak również zmienność morfologiczną w obrębie jednego gatunku[5].
Ramienice stanowiły 19% wszystkich makrofitów (tab.5.). Ich obfitość można uznać
za dobry znak, gdyż powszechnie są uznawane za bioindykatory wód o dobrym stanie
ekologicznym[5].
Zauważyłam, że w południowej części jeziora (nie tylko w wyznaczonym
transekcie) występowała uboższa bioróżnorodność, fitolitoral w tym miejscu został
zdominowany przez wywłócznika kłosowego. Przyczyną może być sposób
zagospodarowania brzegu. Duża liczba zabudowań i domki wypoczynkowe nie sprzyjają
różnorodności fitocenotycznej. To miejsce było i jest najbardziej podejrzane pod kątem
nielegalnych zrzutów ścieków i odpadów. Natomiast w miejscu oznaczonym liczbą 4
(Rys.1.), najdalej położonym od zabudowań, zidentyfikowałam większą liczbę fitocenoz na
transekt, brak wywłócznika kłosowego oraz największą ilość ramienic. Jak można się
spodziewać, linia brzegowa w tym miejscu zajęta jest przez las. To może oznaczać jak silny
wpływ ma zagospodarowanie terenu na stan środowiska, lub też być dziełem przypadku czy
charakterystyki dna.
Szacuję, że stan wody z lat 1998–2001 odpowiadał III-II klasie[6,11], . W czerwcu 2001
roku, jakość wody pobrana przy kąpielisku nie odpowiadała wymaganiom sanitarnym
(przekroczona wartość BZT5)[6]. W roku 2001 oddano do użytku gminną oczyszczalnię
ścieków i kontynuowano prace nad kanalizacją. Wyniki z ostatnich badań chemicznych
i biologicznych prowadzonych przez uczniów w związku z akcją „Dziemiańskie Rzuno –
Wspólna Sprawa II” w latach 2012–2013[13] oraz wartość wskaźnika ESMI na rok 2014
wskazuje stan wód na pograniczu II i I klasy. Należy jednak uwzględnić odmienny charakter
badań, więc wniosek płynący z porównania wyników z lat 1998–2001 oraz 2012–2014 może
być niedokładny. Mimo to, zmiana jest na tyle widoczna, że pozwala stwierdzić znaczną
poprawę w jakości wód jeziora Rzuno.
5
Z pewnością zbudowanie oczyszczalni zastopowało proces degradacji jeziora przez
ścieki. Natomiast poprawę stanu można przypisać procesowi samooczyszczania się
środowiska. Ukazuje nam to, jak ograniczenie zanieczyszczeń jest ważne dla ochrony
naturalnych zbiorników wodnych. W wypadku jeziora Rzuno inwestycje kanalizacyjne
okazały się dobrą decyzją władz gminy Dziemiany ze względu na turystyczny charakter
miejscowości – czyste jezioro przyczynia się do większej liczby turystów.
Przy opracowywaniu wyników badań bardzo przydatne okazały się programy
komputerowe: arkusz kalkulacyjny Excel do wykonywania obliczeń i tabel oraz AutoCad,
który usprawnił liczenie powierzchni fitolitoralu.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
Piśmiennictwo
CIECIERSKA H. – (2008) Makrofity, jako wskaźniki stanu ekologicznego
Olsztyn : Wydawnictwo Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego
GRZYBOWSKI M., ENDLER Z., JAWORSKA B. – (2008) Stan ekologiczny oraz
różnorodność fitocenotyczna makrofitów jeziora Pasłęk na pojezierzu olsztyńskim Zeszyty
problemowe postępów nauk rolniczych 2008 z. 532: 91-99. Katedra Ekologii Stosowanej,
Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie
[http://www.zeszytyproblemowe.pan.pl/images/stories/Zeszyty/2008/532/09-532.pdf]
MATUSZKIEWICZ W. – (1984) Klucz do oznaczania zbiorowisk roślinnych Polski
Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe
PANEK P. – (2011) Wskaźniki biotyczne stosowane w monitoringu wód od czasu
implementacji w Polsce Ramowej Dyrektywy Wodnej Przegląd Przyrodniczy XXII, 3 (2011):
111-123
[http://www.kp.org.pl/pp/pdf2/PP%20XXII_3_Panek%20P.pdf]
PELECHATY M., PUKACZ M. – (2008) Klucz do oznaczania gatunków ramienic (Characea)
w rzekach i jeziorach Warszawa : Biblioteka Monitoringu Środowiska
[http://www.gios.gov.pl//zalaczniki/artykuly/Ramienice_klucz.pdf]
POWIATOWA STACJA SANITARNO-EPIDEMIOLOGICZNA W KOŚCIERZYNIE –
(2001) Wyniki badań próbek wody z kąpieliska (Dziemiany)
SYNAK M. – (2001) Sprawozdanie z realizacji zadań inwestycyjnych w 2001r. Urząd
Gminy Dziemiany
SYNAK M. – (2009) Informacje dotyczące realizacji zadań inwestycyjnych za rok 2009 Urząd
Gminy Dziemiany
SZMEJA J.– (2009) Przewodnik do badań roślinności wodnej Wydawnictwo Uniwersytetu
Gdańskiego
SZOSTAKIEWICZ K., JUSIK S., ZGOŁA T. – (2010) Klucz do oznaczania makrofitów
dla potrzeb oceny stanu ekologicznego wód powierzchniowych Warszawa: Biblioteka
Monitoringu Środowiska
[http://www.gios.gov.pl/zalaczniki/artykuly/Klucz_makrofitow_nizsza_rozdzielczosc.pdf]
TERENOWA STACJA SANITARNO_EPIDEMIOLOGICZNA W KOŚCIERZYNIE (1998)
– Wyniki bakteriologicznego badania wody (kąpielisko Dziemiany)
Wikipedia, Rzujno, dostęp: 29.08.2014 [ http://pl.wikipedia.org/wiki/Rzujno/]
Dziemiańskie Rzuno – Wspólna Sprawa II, dostęp: 7.09.2014 [http://rzuno.dziemiany.pl/]
6