ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ ΤΟΜΕΑΣ ΖΩΟΛΟΓΙΑΣ ΓΙΩΡΓΟΣ ΧΑΤΖΗΝΙΚΟΛΑΟΥ

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ ΤΟΜΕΑΣ ΖΩΟΛΟΓΙΑΣ ΓΙΩΡΓΟΣ ΧΑΤΖΗΝΙΚΟΛΑΟΥ Επίδραση διαχειριστικών πρακτικών στην ποιότητα νερού και στην οικολογία των ποταμών της Ελλάδας. Ο Πηνειός (Θεσσαλίας) ως ειδική περίπτωση μελέτης ΤΟΜΟΣ Α ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2007 1

ARISTOTLE UNIVERSITY OF THESSALONIKI FACULTY OF SCIENCE SCHOOL OF BIOLOGY-DEPARTMENT OF ZOOLOGY YORGOS CHATZINIKOLAOU Effect of management practices on the water quality and ecology of rivers in Greece. Pinios River as a study case Volume A DOCTORATE THESIS THESSALONIKI 2007 2

4

Γιώργος Χατζηνικολάου Η πλήρης αναφορά στο κείμενο αυτό είναι: Γ. Χατζηνικολάου (2007): Επίδραση διαχειριστικών πρακτικών στην ποιότητα νερού και στην οικολογία των ποταμών της Ελλάδας. Ο Πηνειός (Θεσσαλίας) ως ειδική περίπτωση μελέτης. Διδακτορική διατριβή. Τμήμα Βιολογίας, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, Τόμος Α: σελ. 229 και τόμος Β: σελ. 470. This document may be cited as: Y. Chatzinikolaou (2007): Effect of management practices on the water quality and ecology of rivers in Greece. Pinios River as a study case. Doctorate thesis. Department of Biology, Aristotle University of Thessaloniki, Volume A: pp. 229 and volume B: pp. 470. Η παρούσα διδακτορική διατριβή χρηματοδοτήθηκε από το πρόγραμμα ΗΡΑΚΛΕΙΤΟΣ ΕΠΕΑΕΚ του Υπουργείου Παιδείας [Αριθμός Σύμβασης: 88740 (8/11/2002)]. Η έγκριση της παρούσας διατριβής από το Τμήμα Βιολογίας της Σχολής Θετικών Επιστημών του Αριστοτέλειου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης δεν υποδηλώνει αποδοχή της γνώμης του συγγραφέα, σύμφωνα με το Ν. 5343/1932, άρθρο 202, παράγραφο 1. 5

6

Στη Θωμαή, στον μικρό Τριαντάφυλλο και στους ανθρώπους που δεν βάζουν τα προσωπικά ανταλλάγματα ή τη βολή πάνω από την ηθική τους. 7i

8ii

Συμβουλευτική Επιτροπή Μ. Λαζαρίδου Καθηγήτρια (επιβλέπουσα), Τομέας Ζωολογίας, Τμήμα Βιολογίας, Α.Π.Θ. Κ. Στεργίου Καθηγητής, Τομέας Ζωολογίας, Τμήμα Βιολογίας, Α.Π.Θ. K. White Senior Lecturer, School of Biological Sciences, University of Manchester Εξεταστική Επιτροπή Μ. Λαζαρίδου Καθηγήτρια (επιβλέπουσα), Τμήμα Βιολογίας, Α.Π.Θ. Ι. Γκανούλης Καθηγητής, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Α.Π.Θ. Γ. Ζαλίδης Καθηγητής, Τμήμα Γεωπονίας, Α.Π.Θ. Κ. Στεργίου Καθηγητής, Τμήμα Βιολογίας, Α.Π.Θ. Κ. Αλμπανάκης Επίκουρος Καθηγητής, Τμήμα Γεωλογίας, Α.Π.Θ. Δ. Μπόμπορη Λέκτορας, Τμήμα Βιολογίας, Α.Π.Θ. Ε. Μιχαλούδη Λέκτορας, Τμήμα Βιολογίας, Α.Π.Θ. 9iii

10 iv

Ευχαριστίες Η παρούσα διατριβή είναι αποτέλεσμα της επτάχρονης ενασχόλησης μου με τη ζωή και τις λειτουργίες των ποταμών. Σε όλο αυτό το χρονικό διάστημα οι εμπειρίες που αποκόμισα στο Εργαστήριο Ζωολογίας, υπό την καθοδήγηση της Καθ. Μαρίας Λαζαρίδου, αλλά και αρκετά αργότερα στο Ινστιτούτο Εσωτερικών Υδάτων του Ελληνικού Κέντρου Θαλασσίων Ερευνών (ΕΛΚΕΘΕ), υπό την καθοδήγηση του Δρ. Αλκιβιάδη Οικονόμου, με διαμόρφωσαν ως ερευνητή. Η ανάγκη για γνώση της ζωής των ποταμών και της λειτουργίας τους είναι επιτακτική, ιδιαίτερα με την εναρμόνιση της Εθνικής νομοθεσίας στην Ευρωπαϊκή Οδηγία «πλαίσιο» για τα ύδατα 2000/60/ΕΚ. Σε αυτήν, δίνεται προτεραιότητα στην προστασία των επιφανειακών και υπογείων νερών ως μη εμπορεύσιμων αγαθών. Θα ήθελα να ευχαριστήσω την Καθηγήτρια Λαζαρίδου για την εμπιστοσύνη που μου έδειξε στην ανάθεση της διδακτορικής διατριβής. Ευχαριστώ επίσης τα υπόλοιπα μέλη της τριμελούς επιτροπής παρακολούθησης της διατριβής μου (Καθηγητή Στεργίου και Dr White) και τα όλα μέλη της εξεταστικής μου επιτροπής, ιδιαίτερα τη Λέκτορα Μπόμπορη, τη Λέκτορα Μιχαλούδη και τον Επίκουρο Καθηγητή Αλμπανάκη για τις χρήσιμες επισημάνσεις τους στο κείμενο και τη συμβολή τους στην τελική διαμόρφωση του κειμένου. Θα ήθελα επίσης να ευχαριστήσω τον προϊστάμενο μου Δρ. Οικονόμου, τους συναδέλφους μου στο Ινστιτούτο Εσωτερικών Υδάτων (ΙΕΥ) του Ελληνικού Κέντρου Θαλασσίων Ερευνών (ΕΛΚΕΘΕ) και φυσικά το διευθυντή του ΙΕΥ, Δρ. Διαπούλη, για την υπομονή τους. Επίσης, ευχαριστώ τους προϊσταμένους μου και τους συναδέλφους μου στη «BCS Σύμβουλοι Ανάπτυξης και Περιβάλλοντος» για τις διευκολύνσεις που μου παρείχαν στην αρχική φάση της διατριβής. Η παρούσα διατριβή λόγω του μεγάλου όγκου εργασίας που απαιτούσε η ολοκλήρωσή της, διαμοιράσθηκε όσον αφορά κάποια εκτελεστικά τμήματα όπως φαίνεται στον πίνακα που ακολουθεί. Ευχαριστώ για την συνεργασία τους όλους τους συναδέλφους μου στο Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο, τον Dr.White από το Πανεπιστήμιο του Manchester, την Dr. Findik από το Πανεπιστήμιο Cukurova (Άδανα), τον κ.μπρουζιώτη από το Κέντρο Περιβαλλοντικής Εκπαίδευσης της λίμνης Πλαστήρα και τους φοιτητές Erasmus που συμμετείχαν στην εκτέλεση αυτού του έργου. 11 v

Σχήμα 0.1. Figure 0.1. Η ομάδα εργασίας και η συνεισφορά του κάθε συνεργάτη στην υλοποίηση του έργου της διατριβής. The work group and the contribtion of each collaborator to the materialization of the thesis Επίσης, λόγω των ιδιαίτερα αυξημένων υποχρεώσεων σε δειγματοληψίες και καταγραφές (που συνολικά διήρκεσαν 7 μήνες) θα ήταν παράλειψη να μην αναφερθώ στην παροχή βοήθειας και υποστήριξης, με ποικίλους τρόπους, κατά την εκτέλεση των εργασιών πεδίου που προερχόταν τόσο από φίλους (κ. Τσιντάρη, κ.τάχο, κ. Παλλάσκα, κ. Ιλία, κ. Ποϊραζίδη, κ. Σταμέλλο), όσο και από ανώνυμους κατοίκους της περιοχής του Πηνειού, ακόμη και περαστικούς λαθρομετανάστες. Η παρούσα διδακτορική διατριβή χρηματοδοτήθηκε από το πρόγραμμα ΗΡΑΚΛΕΙΤΟΣ ΕΠΕΑΕΚ του Υπουργείου Παιδείας. Έτσι, θα ήθελα να ευχαριστήσω τον κ. Γεωργιάδη, από την Επιτροπή Ερευνών του ΑΠΘ, για την πολύτιμη βοήθειά του στην τόσο απαραίτητη χρηματοδότηση αυτή. 12 vi

Τέλος, θα ήθελα να ευχαριστήσω την οικογένειά μου και τους φίλους μου για την πίστη τους και την υπομονή που έδειξαν όλο αυτό το χρονικό διάστημα. Ευχαριστώ ιδιαίτερα τη γυναίκα μου κ. Μαγγανάρη και την οικογένειά της που με στήριξαν κατά τη διάρκεια της συγγραφής της διατριβής. 13 vii

ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ Περίληψη...4 Abstract...9 1. Εισαγωγή...13 1.1. Χρήση των βενθικών μακροασπονδύλων στην εκτίμηση της οικολογικής ποιότητας των ποταμών...18 1.2. Δειγματοληπτικές μέθοδοι βενθικών μακροασπονδύλων...19 1.3. Πλαίσιο έρευνας...21 1.4. Σκοπός...23 2. Τα ποτάμια της Ελλάδας...25 2.1. Ο ποταμός Πηνειός ως ειδική περίπτωση μελέτης των μεγάλων ποταμών της Ελλάδας...30 3. Ανάλυση ρυπαντικών φορτίων...37 3.1. Εισαγωγή...37 3.2. Υλικά και μέθοδοι...39 3.3 Αποτελέσματα και συζήτηση...50 3.3.1. Προσδιορισμός ρυπαντικών φορτίων... 53 3.3.2. Σύγκριση ρυπαντικών φορτίων... 56 3.3.3. Επίδραση του μεγέθους της υπολεκάνης απορροής στην εκτίμηση των παραγόμενων ρυπαντικών φορτίων... 62 3.4. Συμπεράσματα...64 4. Η σημασία της υποβάθμισης των ενδιαιτημάτων στον αυτοκαθαρισμό του ποταμού Πηνειού...67 4.1. Εισαγωγή...67 4.2. Υλικά και μέθοδοι...69 4.2.1. Δειγματοληψία βενθικών μακροασπονδύλων... 71 4.2.2. Βιοτικοί δείκτες... 73 4.2.3. Φυσικοχημικές παράμετροι και θρεπτικά... 74 1

4.2.4. Καταγραφή ενδιαιτημάτων... 75 4.2.5. Στατιστική ανάλυση... 76 4.3. Αποτελέσματα και συζήτηση...77 4.4. Συμπεράσματα...100 5. Σύγκριση δύο μεθόδων δειγματοληψίας βενθικών μακροασπονδύλων στο κατώτερο τμήμα ενός μεγάλου μεσογειακού ποταμού...101 5.1. Εισαγωγή...101 5.2. Υλικά και μέθοδοι...103 5.2.1. Περιοχή έρευνας... 103 5.2.2. Βενθικά μακροασπόνδυλα... 104 5.2.3. Μετρικές και δείκτες... 106 5.2.4. Περιβαλλοντικά δεδομένα... 107 5.2.4.1. Φυσικοχημικές παράμετροι... 107 5.2.4.2. Υπόστρωμα και κάλυψη βλάστησης... 107 5.2.4.3. Αναλυτικές μέθοδοι για τα φυτοφάρμακα... 107 5.2.4.4. Αναλυτικές μέθοδοι για τα βαρέα μέταλλα... 112 5.2.5. Στατιστική ανάλυση... 113 5.3. Αποτελέσματα...115 5.3.1. Βενθικά μακροασπόνδυλα... 115 5.3.1.1. Πολυπαραγοντική στατιστική ανάλυση στις συναθροίσεις των βενθικών μακροασπονδύλων... 119 5.3.1.2. Αφθονία μακροασπονδύλων, αριθμός οικογενειών και ισοκατανομή..... 124 5.3.1.3. Μετρική ποιότητας... 127 5.3.2. Περιβαλλοντικοί παράμετροι... 129 5.3.2.1. Υπόστρωμα και βλάστηση... 129 5.3.2.2. Φυσικοχημική ποιότητα νερού... 131 5.3.2.3. Γεωργικά φάρμακα... 133 5.3.2.4. Βαρέα μέταλλα... 136 5.3.3. Αλληλεπιδράσεις βενθικών μακροασπονδύλων και ρυπαντικών παραγόντων... 138 5.4. Συζήτηση...168 Συμπεράσματα...174 Conclusions... 178 2

Βιβλιογραφία...180 Ξενόγλωσση βιβλιογραφία...180 Ελληνική βιβλιογραφία...203 ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΠΙΝΑΚΩΝ / TABLE INDEX...207 ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΕΙΚΟΝΩΝ / FIGURE INDEX...215 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑΤΑ (ΤΟΜΟΣ Β) 3

Περίληψη Η εκτίμηση της οικολογικής ποιότητας στους ποταμούς επειδή αντανακλά την συνολική υποβάθμιση του συστήματος (ρυπαντικές, ανθρωπογενείς υδρολογικές και μορφολογικές πιέσεις) έχει αντικαταστήσει την «κλασσική» εκτίμηση της ποιότητας που στηρίζεται μόνο στα φυσικοχημικά στοιχεία. Η εκτίμηση της οικολογικής ποιότητας θεσμοθετήθηκε σχετικά πρόσφατα με την Οδηγία για την πολιτική των υδάτων 2000/60/ΕΚ. Σε αυτήν περιγράφονται μια σειρά από μέτρα και διαδικασίες που τα κράτη μέλη θα πρέπει να υλοποιήσουν προκειμένου όλα τα επιφανειακά υδάτινα σώματα να βρίσκονται σε καλή οικολογική κατάσταση μέχρι το 2015. Στην Ελλάδα δεν έχει ξεκινήσει ακόμη η παραγωγή έργου υλοποίησης των παραπάνω με εξαίρεση λίγους ερευνητές που εργάζονται στην κατεύθυνση αυτή, λόγω όμως περιορισμένων μέσων το έργο τους είναι αποσπασματικό. Προκειμένου για την επίτευξη των στόχων της Οδηγίας 2000/60/ΕΚ, θα πρέπει να εκπονηθούν διαχειριστικά σχέδια σε επίπεδο λεκάνης απορροής, να οργανωθούν δίκτυα παρακολούθησης (βιολογικών, υδρομορφολογικών και φυσικοχημικών ποιοτικών στοιχείων) και να ληφθούν μέτρα αποκατάστασης στους ποταμούς που υστερούν ποιοτικά. Όμως, χωρίς ουσιαστική γνώση των πολύπλοκων διεργασιών που συντελούνται μέσα στα επιφανειακά υδάτινα σώματα δεν μπορούν να προσδιοριστούν εφικτοί στόχοι για αποκατάσταση. Στην παρούσα εργασία χρησιμοποιείται ο ποταμός Πηνειός ως ειδική περίπτωση μελέτης των μεγάλων ποταμών της Ελλάδας, προκειμένου να δοκιμασθούν οι μέχρι τώρα διαχειριστικές πρακτικές στην οικολογία του. Η περιγραφή της υφιστάμενης διαχειριστικής κατάστασης στον ποταμό ξεκινά με την ανάλυση των μεταφερόμενων (αυτών που μετρήθηκαν στον ποταμό) και των παραγόμενων (αυτών που εκτιμήθηκαν) ρυπαντικών φορτίων στη λεκάνη απορροής. Σε σύντομο χρονικό διάστημα έγινε δειγματοληψία σε 89 σταθμούς σε όλο το μήκος του ποταμού για τη λήψη δειγμάτων του ρυπαντικού φορτίου που μεταφέρεται στον Πηνειό στο τέλος της περιόδου χαμηλής παροχής που τα προβλήματα από τη ρύπανση είναι πιο έντονα. Το πρόβλημα της επιβάρυνσης του ποταμού με αυξημένα ρυπαντικά φορτία έγινε εμφανές στην περιοχή των Τρικάλων και επιδεινώθηκε στην περιοχή της Λάρισας - Τυρνάβου. Τα παραγόμενα ρυπαντικά φορτία (BOD, άζωτο, φώσφορος) διακρίθηκαν σε προερχόμενα από σημειακές πηγές ρύπανσης (ζωικό κεφάλαιο, αστικά λύματα, χρήσεις γης, βιομηχανικά υγρά απόβλητα) και σε αυτά που προέρχονται από μη σημειακές πηγές (αγροτικές δραστηριότητες κ.ά.). Η ποσοτική 4

τους εκτίμηση έγινε με τη βοήθεια εργαλείων Γεωγραφικών Πληροφοριακών Συστημάτων (GIS) και της μεθόδου των συντελεστών παραγόμενων ρυπαντικών φορτίων που στηρίχτηκαν στις χρήσεις γης και στα στοιχεία απογραφής της Εθνικής Στατιστικής Υπηρεσίας Ελλάδας (2002). Από την ανάλυση μεταξύ της ποσότητας του ρυπαντικού φορτίου που παράγεται και της ποσότητας που μεταφέρεται, προέκυψε πως 4 τμήματα του Πηνειού εμφάνισαν σημαντική υστέρηση στη σχετική ικανότητα αυτοκαθαρισμού. Η επιβεβαίωση της εκτίμησης των παραγόμενων φορτίων στηρίχτηκε στο βαθμό αξιοπιστίας με τον οποίο προέβλεψαν τα μεταφερόμενα. Η ανάλυση έδειξε πως ενώ στις μεγάλες λεκάνες η πρόβλεψη μόνο από τα παραγόμενα φορτία ήταν εφικτή, στις λεκάνες απορροής με μέγεθος μικρότερο των 1.000 km 2 η πρόβλεψη αφορούσε και φυσικά χαρακτηριστικά της λεκάνης. Η διαχείριση και η όποια προσπάθεια αποκατάστασης θα πρέπει να συμπεριλάβει στους στόχους της τη λειτουργικότητα του οικοσυστήματος και ειδικότερα για τους ποταμούς, την επανόρθωση της φυσικής ικανότητας αυτοκαθαρισμού τους. Οι επιπτώσεις των διαχειριστικών πρακτικών στην ικανότητα αυτοκαθαρισμού του Πηνειού εξετάσθηκαν με τη χρήση των βενθικών μακροασπονδύλων και την καταγραφή των ποτάμιων ενδιαιτημάτων. O Πηνειός χωρίστηκε σε ομογενή τμήματα προκειμένου να ελεγχθεί ότι οι αλλαγές στην ποιότητα του νερού δεν προέρχονταν από άλλους παράγοντες (παραπόταμοι, αποστραγγιστικά κανάλια, διαφορετικό γεωλογικό υπόβαθρο, αλλαγές στην κλίση και στις χρήσεις γης, κατά μήκος ανθρωπογενείς ασυνέχειες). Στη συνέχεια, σε κάθε τμήμα λήφθηκαν δείγματα νερού και βενθικών μακροασπονδύλων από την ανάντη και την κατάντη θέση και έγινε πλήρης καταγραφή των ποτάμιων ενδιαιτημάτων. Από την ανάλυση των δεδομένων των βενθικών μακροασπονδύλων και τη χρήση δεικτών προσδιορίστηκε η ποιότητα του νερού του ποταμού σε όλο του το μήκος. Η ικανότητα αυτοκαθαρισμού ορίστηκε για κάθε τμήμα ως η βελτίωση της ποιότητας στο κατάντη. Από την καταγραφή των ενδιαιτημάτων και τη χρήση του δείκτη τροποποίησης των ενδιαιτημάτων του ποταμού προέκυψε η μέση τιμή τροποποίησης για κάθε τμήμα. Στην ανάλυση που έγινε, βρέθηκε στατιστικά σημαντική διαφορά στο βαθμό τροποποίησης των ενδιαιτημάτων μεταξύ των ομογενών τμημάτων του Πηνειού που εμφάνισαν ικανότητα αυτοκαθαρισμού και αυτών που εμφάνισαν υποβάθμιση. Η ανάλυση για τα αίτια αυτής της σχέσης κατέδειξε ως κυριότερο παράγοντα τη διαχειριστική πρακτική της στένωσης της πλημμυρικής και παρόχθιας ζώνης με εκατέρωθεν αναχώματα, η οποία και εξυπηρετεί κυρίως την ανάγκη για εκμετάλλευση της διαθέσιμης γης. 5

Στη συνέχεια, το τμήμα της παρακολούθησης της οικολογικής ποιότητας του νερού που στηρίζεται στα βενθικά μακροασπόνδυλα αποτέλεσε αντικείμενο έρευνας. Σε αντίθεση με τους ποταμούς της Βόρειας και Κεντρικής Ευρώπης, στους μεγάλους μεσογειακούς ποταμούς η δειγματοληψία των βενθικών μακροασπονδύλων παρουσιάζει συγκεκριμένες ιδιαιτερότητες που συνδέονται με το γεγονός της μεγάλης εποχιακής διακύμανσης στο καθεστώς της παροχής. Έγινε σύγκριση της αξιοπιστίας δύο διαφορετικών μεθόδων που χρησιμοποιούνται στη δειγματοληψία των βενθικών μακροασπονδύλων: α) της ημιποσοτικής μεθόδου της σάρωσης με απόχη και β) της μεθόδου αποίκισης τεχνητών υποστρωμάτων. Οι δύο μέθοδοι ελέγχθηκαν ως προς την ποικιλότητα, την ισοκατανομή των διαφορετικών ταξινομικών ομάδων, την ευαισθησία στη ρύπανση, το μέρος της κοινότητας (συναθροίσεις) των βενθικών μακροασπονδύλων που συλλαμβάνουν και τον τύπο της ρύπανσης στον οποίο ανταποκρίνονται οι αλλαγές των συναθροίσεων των δύο μεθόδων. Τα αποτελέσματα έδειξαν πως οι συναθροίσεις που βρέθηκαν στα δείγματα των δύο μεθόδων ήταν διαφορετικά. Παρ όλα αυτά σε επίπεδο περιοχής (πολλαπλά δείγματα) και οι δύο μέθοδοι έδωσαν τα ίδια ποιοτικά αποτελέσματα σχετικά με την συνολική ρύπανση κάτι που επιβεβαιώθηκε με την πολυπαραγοντική στατιστική μεθόδο ως προς τους διαφορετικούς περιγραφείς της ρύπανσης (φυσικοχημικές και χημικές παράμετροι, βαρέα μέταλλα και φυτοφάρμακα). Η παρούσα εργασία συμβάλλει στη ανάδειξη οικολογικών προβλημάτων από τις διαχειριστικές πρακτικές που εφαρμόστηκαν μέχρι σήμερα στα Ελληνικά ποτάμια, με παράδειγμα τον Πηνειό. Προτείνει να γίνουν μέτρα αποκατάστασης στα ενδιαιτήματα των τμημάτων του ποταμού που δεν συμβαίνει αυτοκαθαρισμός. Συστήνει ως διαχειριστικό στόχο στα μέτρα αποκατάστασης της οικολογικής ποιότητας των ποταμών τη διεργασία του φυσικού αυτοκαθαρισμού των ποταμών. Επιπλέον, προτείνει ως εργαλεία ανάλυσης και παρακολούθησης στους αρμόδιους φορείς διαχείρισης λεκανών απορροής: α) την ανάλυση του ρυπαντικού φορτίου σε επίπεδο υπολεκανών απορροής χρησιμοποιώντας τα Γεωγραφικά Πληροφοριακά Συστήματα και τη μέθοδο των συντελεστών παραγόμενων ρυπαντικών φορτίων, β) τη μέθοδο δειγματοληψίας βενθικών μακροασπονδύλων με απόχη σάρωσης, σε ποτάμια που το βάθος δεν είναι απαγορευτικό, γ) τη διάκριση ομογενών τμημάτων των ποταμών βάση αβιοτικών στοιχείων και τη χρήση των βενθικών μακροασπονδύλων ανάντη και κατάντη αυτών των τμημάτων για την εκτίμηση της ικανότητας αυτοκαθαρισμού των 6

ποταμών, καθώς οι αλλαγές στην κοινότητα τους αντανακλούν διαφορετικούς τύπους ρύπανσης. 7

8

Abstract Ecological quality assessment of rivers has replaced the classical physicochemical assessment because it reflects an integration of degradation at riverine ecosystem (pollution, human induced hydrological and morphological alterations). The ecological water quality assessment came into force with the establishment of the Water Framework Directive (WFD) 2000/60/EC. According to the Directive all Member States must take a number of measures and initiatives in order to insure that inland surface waters, transitional waters and coastal waters have at least a good ecological status by 2015. The State of Greece has not done any progress for the implementation of WFD yet. During the last 5 years independent scientists are working with the WFD required quality elements in order to assess the ecological status of different water bodies but not at a national level. In order to achieve the Directive goals river basin management plans should be in use, monitoring networks should be established (of biological, hydro-morphological and physicochemical elements) and at those surface water bodies (e.g. rivers) that are due to fail restoration projects should take place. But, sound criteria for the best restoration techniques cannot be achieved without a comprehensive knowledge of the ecological riverine processes. At the present study Pinios River is used as a case study of large Greek rivers in order the up to date managerial practices to be examined. The description of the current status of the river begins with an analysis of the transferred (measured) pollution loads and the produced (estimated) ones at the river basin level. In a short period of time sampling across the whole length of the river was carried out for the assessment of the transferred pollution loads. The sampling period was at the end of the low flow period, during which pollution problems were expected to be most evident. Pollution loads entering the river were first evident at the Trikala city area and increased further until they reached a peak at the industrial zone of Larisa and the confluence of the Titarisios tributary. Produced pollution loads (BOD, N, P) were designated to those that originated from point sources (animal husbandry, domestic and industrial effluents) and from non-point sources (farming etc.). Loads were estimated with the use of Geographical Information Systems (GIS), the emission factors method and community census data from the General Secretariat of National Statistics Service of Greece (2002). From an analysis of the consecutive river segments pollution retention capacity, four segments were found with a hysterisis in their relative self-purification capacity. The confirmation of the estimated produced loads was based on the prediction power of the transferred 9

loads. The analysis showed that while at catchments larger than 1000 km 2 the transported pollution loads could be predicted solely by the emitted ones, at smaller catchments the transported loads were also influenced by the catchment characteristics. River management and restoration projects should incorporate at their goals the ecosystem functions and especially their self-purification capacity. The Pinios River managerial practices impact the self-purification capacity. The impacts were examined with the use of benthic macroinvertebrate indices and a habitat modification score. Τhe river was split into homogenous segments in order to secure that observed differences at the water quality did not result from tributary or canal inputs, different geology or slope gradient or land usage or longitudinal discontinuities. Next, in each segment the water quality was assessed by macroinvertebrate samples at both upstream and downstream ends and a complete survey of the river habitats. From the macroinvertebrate data and the use of water quality indices the water quality was estimated for the whole river. Segments with strong self-purification capacity were assigned as the segments where the downstream water quality was better than the upstream. From the habitat survey the mean value of modification for each segment was calculated. Statistically significant differences of the habitat modification scores were found between the segments which exhibited self-purification capacity and those that did not. Further elaboration of the data proved that this difference was due to bank modifications. Bank modifications at Pinios River were due to embankments that limit the river channel, restrict the floodplain and the riparian zone in order to exploit the adjacent area. The water ecological quality assessment was examined next, with the semiquantitative sweep net and the artificial substrate colonization method based on benthic macroinvertebrates. Unlike large lowland rivers of North and Central Europe the Mediterranean ones appear to have striking sampling difficulties due to the seasonal fluctuations of their hydrological regime. Macroinvertebrate samples from the two methods were compared as to their family richness, evenness, sensitivity to pollution, composition of the assemblages and the type of pollution that the two method assemblages are mostly responding to. The results showed that the assemblages collected by the two methods were different. Nevertheless, at a segment level (multiple samples) both methods assessed roughly equal the water quality with the use of a biotic score, something that was confirmed by the 10

multivariate statistics as to the different types of pollution (organic and nutrient pollution, heavy metal and pesticide contamination). The current study was aiming to depict the ecological implications of the managerial practices applied until present time on the Pinios Greek River which was used as a study case. The study suggests that habitat restoration measures should be carried out at the river stretches that lack their self-purification capacity. The study, also, proposes the conservation or restoration of the natural river self-purification capacity as a managerial goal. Furthermore, it suggests certain tools to the river basin competent authorities for monitoring: a) Analysis of the pollution load at a river sub-basin level with the use of GIS and pollution load emission factors. b) Sampling of macroinvertebrates should be carried out with the sweepnet unless the depth of the river is prohibitive. c) In order to examine the self-purification capacity of rivers, homogenous stretches should be identified based on their abiotic characteristics. The water quality of each stretch should be assessed with the use of benthic macroinvertebrates at both the upstream and the downstream end because their community shifts integrate the different types of degradation. 11

12

1. Εισαγωγή Η Ευρωπαϊκή Οδηγία πλαίσιο για την πολιτική των υδάτων (2000/60/EK) (ΕΕ 2000) μεταξύ των άλλων υποχρεώνει τα κράτη μέλη να έχουν σε τουλάχιστον καλή χημική κατάσταση τα υπόγεια ύδατα και σε καλή οικολογική κατάσταση τα ποτάμια, τις λίμνες, τα μεταβατικά, και τα παράκτια ύδατά τους μέχρι το 2015. Τα κράτη μέλη είναι υποχρεωμένα να προχωρήσουν σε μια σειρά θεσμικών μέτρων, όπως: να υποδείξουν τους αρμόδιους διαχειριστικούς φορείς, να καθορίσουν τις λεκάνες απορροής, να αναφέρουν σχετικά με τα χαρακτηριστικά των λεκανών απορροής, τις πιέσεις που ασκούνται και τις επιπτώσεις εντός τους, να κάνουν οικονομική ανάλυση για τις χρήσεις του νερού ανά λεκάνη απορροής, να εγκαταστήσουν δίκτυο παρακολούθησης και να αναγνωρίσουν τους ποιοτικούς στόχους της παρακολούθησης. Οι αρμόδιοι φορείς καλούνται στη συνέχεια, μεταξύ άλλων, να αναλάβουν την παρακολούθηση και να εκπονήσουν Διαχειριστικά Σχέδια σε επίπεδο λεκάνης απορροής. Η παρακολούθηση της ποιότητας των επιφανειακών υδάτινων σωμάτων, θα πρέπει να γίνει με βάση υδρομορφολογικές, φυσικοχημικές και βιολογικές παραμέτρους. Προκειμένου τα Κράτη Μέλη να αναφέρουν την κατάσταση που βρίσκονται τα ύδατά τους στην Ευρωπαϊκή Ένωση, θα πρέπει τα επιφανειακά φυσικά νερά (ποτάμια, λίμνες, μεταβατικά και παράκτια) να διακριθούν σε επιμέρους υδάτινα συστήματα (water bodies). Η διάκριση αυτή θα στηριχτεί σε κριτήρια: φυσικά (γεωγραφικά, υδρολογικά), τυπολογίας βάση του Συστήματος Α ή Β (βλ. Παράρτημα ΙΙ Οδηγίας 2000/60/ΕΚ), ποιότητας (ή πιέσεων) και του καθεστώτος προστασίας τους. Επιπλέον, στην περίπτωση που ελλοχεύει κίνδυνος για τη μη ολοκλήρωση του στόχου, περί καλής κατάστασης έως το 2015, σε κάποια υδάτινα συστήματα θα πρέπει να λαμβάνονται ειδικά διαχειριστικά μέτρα για τη βελτίωση και αποκατάσταση της οικολογικής τους ποιότητας. Η Οδηγία για τα εσωτερικά ύδατα έχει ενσωματωθεί στην ελληνική νομοθεσία με τον νόμο 3199/2003 (ΦΕΚ 280/Α /9.12.2000) περί προστασίας και διαχείρισης των υδάτων και έχει εξειδικευθεί με πέντε Υπουργικές Αποφάσεις (ΥΑ): ΥΑ 34685/2005 για τη συγκρότηση Εθνικού Συμβουλίου Υδάτων (ΦΕΚ 1736/Β/9.12.2005), ΥΑ 26798/2005 για τον τρόπο λειτουργίας του Εθνικού Συμβουλίου Υδάτων (ΦΕΚ 895/Β/1.7.2005), ΥΑ 43504/2005 για τις κατηγορίες αδειών χρήσης υδάτων και εκτέλεσης έργων αξιοποίησής τους, διαδικασία έκδοσης, περιεχόμενο και διάρκεια ισχύος αυτών (ΦΕΚ 1784/Β/20.12.2005), ΥΑ 47630/2005 για τη διάρθρωση της Διεύθυνσης Υδάτων της Περιφέρειας (ΦΕΚ 1688/Β/2005) και ΥΑ 49139/2005 για την 13

οργάνωση Κεντρικής Υπηρεσίας Υδάτων του ΥΠΕΧΩΔΕ (ΦΕΚ 1695/Β/2.12.2005). Το 2007 εκδόθηκε το Προεδρικό Διάταγμα (ΠΔ) 51/2007 για τον καθορισμό μέτρων και διαδικασιών για την ολοκληρωμένη προστασία και διαχείριση των υδάτων σε συμμόρφωση με τις διατάξεις της Οδηγίας 2000/60/ΕΚ (ΦΕΚ 54/Α/08.03.2007). Διαπιστώνονται, ωστόσο σημαντικές ελλείψεις στην εκπλήρωση των υποχρεώσεων της Ελλάδας ως προς τους επιμέρους στόχους. Η Ευρωπαϊκή Επιτροπή αποφάσισε, στις 21 Μαρτίου 2007, να παραπέμψει την υπόθεση στο Δικαστήριο (EWMN 2007) γιατί η Ελλάδα δεν έχει ακόμη προσδιορίσει γεωγραφικά τις λεκάνες απορροής, δεν έχει παραδώσει αναφορές για τα χαρακτηριστικά των λεκανών απορροής, για την επισκόπηση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων των ανθρωπογενών δραστηριοτήτων και την οικονομική ανάλυση της χρήσης του νερού. Η εκτίμηση της οικολογικής ποιότητας ή της κατάστασης των ποταμών του νερού και των ποτάμιων ενδιαιτημάτων αντανακλά την οικολογική ακεραιότητα του συστήματος, δηλαδή, τις συνθήκες εκείνες που η χλωρίδα και η πανίδα είναι αποτέλεσμα των εξελικτικών και βιογεωγραφικών διαδικασιών αποτελώντας ένα ισορροπημένο, ολοκληρωμένο και προσαρμόσιμο σύστημα με μεγάλο εύρος βιολογικών στοιχείων (ειδών, κοινωνιών) και βιολογικών διεργασιών (μεταλλάξεων, αλληλεπιδράσεων κ.ά.) (Karr & Chu 1999). Η εκτίμηση της οικολογικής κατάστασης γίνεται με συνδυασμό του προσδιορισμού της ποιότητας του νερού και των ενδιαιτημάτων, προκειμένου να συνδεθούν οι φυσικές διαδικασίες με ερμηνεύσιμες βιολογικές (Harper et al. 2000). Μέχρι και σήμερα η ποιότητα των υδάτων στην Ελλάδα είναι ταυτισμένη με τα φυσικά και τα χημικά χαρακτηριστικά του νερού, και η παρακολούθηση γίνεται χρησιμοποιώντας μόνον αυτά τα χαρακτηριστικά (π.χ. παροχή, θερμοκρασία νερού, διαλυμένο οξυγόνο, συγκεντρώσεις θρεπτικών αλάτων κ.ά.). Επίσης, όλοι οι νόμοι που αφορούν στην ποιότητα του νερού για πόση, κολύμβηση, διαβίωση ψαριών σε γλυκά νερά και αλιεία οστρακοειδών, αναφέρονται μόνο σε φυσικές, χημικές, τοξικολογικές ή και μικροβιολογικές παραμέτρους, θεσπίζοντας τα επιτρεπτά όρια αυτών. Σήμερα, σύμφωνα με την Οδηγία για τα νερά 2000/60/ΕΚ δίνεται έμφαση στα βιολογικά στοιχεία, ενώ οι φυσικοχημικές παράμετροι ποιότητας νερού εξακολουθούν να θεωρούνται απαραίτητες αλλά εξετάζονται στο βαθμό που αυτές δικαιολογούν την ακεραιότητα του οικοσυστήματος. Οι έρευνες για την οικολογία των ποταμών της Ελλάδας είναι σχετικά πρόσφατες [από το 1985 (Das 1985)] αλλά δυστυχώς οι περισσότερες είναι αποσπασματικές γιατί αφορούν σε συγκεκριμένες ταξινομικές ομάδες ή/και σε συγκεκριμένες λεκάνες απορροής (π.χ. Kampa et al. 2000, Lazaridou-Dimitriadou 2002, Economou et al. 2004, Lazaridou-Dimitriadou et al. 2004, Lekka et al. 2004, Skoulikidis et al. 2004, 14

Ilia et al. 2005, Chatzinikolaou et al. 2006, Οικονόμου κ.ά. 2007, Chatzinikolaou et al. 2008, Argyroudi et al. 2008,). Η Οδηγία 2000/60/ΕΚ ορίζει πως οι βιολογικές παράμετροι που πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά την παρακολούθηση της οικολογικής ποιότητας του νερού των ποταμών είναι τα ψάρια, τα βενθικά μακροασπόνδυλα, το φυτοπλαγκτό, τα διάτομα και τα μακρόφυτα (υδρόβια φυτά). Στην Ελλάδα μόλις τα τελευταία 20 χρόνια ξεκίνησαν έρευνες με τη χρήση βιολογικών παραμέτρων για την εκτίμηση της ποιότητας των επιφανειακών υδάτων σύμφωνα με την έκθεση του Stanley (1987) στο Διεθνές Οργανισμό Υγείας. Σύμφωνα με την έρευνα των Herring και συνεργατών (2006) στο πλαίσιο του Ευρωπαϊκού προγράμματος STAR, για την εφαρμοσιμότητα των βιολογικών παραμέτρων παρακολούθησης στους ποταμούς ως προς το είδος παρακολούθησης, το είδος διαταραχής, τον τύπο του ποταμού, την εποχικότητα και την ταξινομική σύσταση των οργανισμών, προτείνονται ως πιο αξιόπιστα τα διάτομα και τα βενθικά μακροασπόνδυλα. Τα βενθικά μακροασπόνδυλα είναι και το μοναδικό από τα βιολογικά στοιχεία που συμμετείχε από την Ελλάδα στην άσκηση διαβαθμονόμισης (intercalibration) της Ευρωπαϊκής Ένωσης (Αρτεμιάδου 2007). Οι γεωμορφολογικές και υδρολογικές συνθήκες καθορίζουν την ετερογένεια των ενδιαιτημάτων. Η ετερογένεια ή ποικιλότητα των φυσικών ενδιαιτημάτων είναι τόσο σημαντική όσο και η βιοποικιλότητα (Ayala 1996) γιατί, η ποικιλότητα των ειδών αναμένεται να αυξάνεται με την αύξηση της χωρικής ποικιλότητας των τύπων ενδιαιτημάτων (Townsend 1989, Beisel et al. 1998). Η αύξηση της βιοποικιλότητας συμβαίνει επειδή οι διαφορετικές ομάδες οργανισμών παρουσιάζουν το βέλτιστό τους σε διαφορετικές υδρο-γεωμορφολογικές συνθήκες (Amoros & Bornette 2002). Το 90% των πλημμυρικών ζωνών στα μεγάλα ποτάμια της Ευρώπης δεν είναι πλέον φυσικές εξαιτίας των υφιστάμενων έργων (υδρολογικών, αντιπλημμυρικών κ.ά.) (Pedroli et al. 2002). Έτσι οι ποταμοί έχουν λιγότερα ενδιαιτήματα και υστερούν στην κατά πλάτος, μήκος και βάθος δυναμική τους. Η αποκατάσταση των ποτάμιων ενδιαιτημάτων είναι κρίσιμης σημασίας για την αποκατάσταση της λειτουργικότητάς τους (Gore 1985). Λιγότερα και φτωχότερα ενδιαιτήματα έχουν σημαντικές βιολογικές και λειτουργικές επιπτώσεις σε ολόκληρο το ποτάμιο σύστημα (Bo et al. 2006). Μια από τις σημαντικότερες φυσικές λειτουργικές διεργασίες των ποταμών είναι ο αυτοκαθαρισμός, το πολύπλοκο φαινόμενο στο οποίο στηρίζεται η ικανότητα των ποταμών να αφομοιώνουν ρύπους (Velz 1970). Σύμφωνα με τον Lafont (2001), στην Οικολογική Περιβαλλοντική Συστημική θεώρηση [Ecological Ambience System concept (EASY)], αν το οικοσύστημα ενός ποταμού αποδοθεί ως ένα μωσαϊκό, η ικανότητά του να ανταπεξέρχεται σε ρυπαντικές διαταραχές θα στηρίζεται στην 15