Εµπειρικά Μοντέλα και Εκτίµηση της Τροφικής Κατάστασης της Λιµνοθάλασσας Βιστωνίδας

Ολοκληρωµένη ιαχείριση Υδατικών Πόρων 329 Εµπειρικά Μοντέλα και Εκτίµηση της Τροφικής Κατάστασης της Λιµνοθάλασσας Βιστωνίδας Γ.. ΓΚΙΚΑΣ Τ. ΓΙΑΝΝΑΚΟΠΟΥΛΟΥ Β. Α. ΤΣΙΧΡΙΝΤΖΗΣ ρ Πολιτικός Μηχανικός-Χηµικός Αναπλ. Καθηγήτρια.Π.Θ. Καθηγητής.Π.Θ. Περίληψη Από τον Απρίλιο 1998 έως τον Μάιο 1999 µετρήθηκαν σε µηνιαία βάση στη λιµνοθάλασσα Βιστωνίδα στη Β. Ελλάδα η χλωροφύλλη_α (Chl_a), ο ολικός φώσφορος (TP), τα ορθοφωσφορικά (PO 4 -P), τα νιτρικά (NO 3 -N), η αµµωνία (ΝΗ 4 - Ν), το διαλυµένο οξυγόνο (DO), το ph, η αλατότητα (S), η θερµοκρασία (T) και η διαφάνεια Secchi (SD). Όλες οι παράµετροι παρουσίασαν έντονη εποχιακή διακύµανση, ενώ παρατηρήθηκε στρωµάτωση του διαλυµένου οξυγόνου, του ολικού φωσφόρου και της χλωροφύλλης_α. Από την στατιστική επεξεργασία των µετρήσεων µε Βηµατοειδή Παλινδρόµηση επιβεβαιώθηκαν φαινόµενα που συµβαίνουν σε εύτροφες λίµνες, όπως η θετική συσχέτιση της χλωροφύλλης_α µε το ph και τον ολικό φώσφορο κλπ. Από την συσχέτιση της Chl_a µε τον ολικό φώσφορο και µε τη διαφάνεια προέκυψαν εµπειρικά µοντέλα αντίστοιχα µε αυτά που υπάρχουν για εύτροφες λίµνες. Από τον λόγο Ν:P που ήταν κάτω από 7,2:1 προέκυψε ότι την περίοδο Ιουνίου- εκεµβρίου το άζωτο ήταν το περιοριστικό στοιχείο για την ανάπτυξη του φυτοπλαγκτού. Με βάση διάφορα συστήµατα κατάταξης λιµνών σε τροφικές κατηγορίες, από την διεθνή βιβλιογραφία, η Βιστωνίδα χαρακτηρίσθηκε από ευτροφική ως υπερτροφική. Abstract Chlorophyll_a (Chl_a), total phosphorus (TP), orthophosphates (PO 4 -P), nitrates (NO 3 -N), ammonia (ΝΗ 4 -Ν), dissolved oxygen (DO), ph, salinity (S), temperature (T) and Secchi transparency (SD) were monitored monthly from April 1998 to May 1999 in Vistonis lagoon, in N. Greece. A strong seasonal fluctuation of all parameters was observed; also in the summer, DO, TP and Chl_a were strongly stratified. Statistical manipulation of the data verified phenomena usually observed in eutrophic lakes like the positive relationships of Chl_a with TP and ph etc. Empirical models relating Chl_a with TP and SD were similar with those reported for eutrophic lakes. Nitrogen was the phytoplankton limiting element from June to December since mass N:P ratio was below 7,2:1. According to several lake classification systems proposed in the literature, Vistonis was placed in the eutrophic or hypertrophic category. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Στα υδατικά οικοσυστήµατα η καθαρή πρωτογενής παραγωγή αντιπροσωπεύει τον καθαρό µεταβολισµό της βιοκοινότητας και προσδιορίζει την τροφική κατάσταση του συστήµατος [1]. Η συγκέντρωση της χλωροφύλλη_α (Chl_a) ως µέτρο της καθαρής πρωτογενούς παραγωγής απετέλεσε από την δεκαετία του 7 δείκτη της τροφικής κατάστασης των υδατικών οικοσυστηµάτων. Η σχέση ολικού φωσφόρου (ΤΡ) και χλωροφύλλης_α ήταν η βάση ανάπτυξης εµπειρικών µοντέλων ευτροφισµού του τύπου [log (Chl_a)] = f [log (ΤΡ)], [2,3]. Τα µοντέλα αυτά σε συνδυασµό µε µοντέλα του φορτίου των θρεπτικών από την λεκάνη απορροής, χρησιµοποιήθηκαν για τη διαχείριση λιµνών. Ο απώτερος στόχος αυτών των µελετών ήταν να προβλεφθεί η ανταπόκριση της χλωροφύλλης_α στη φόρτιση της λίµνης µε φώσφορο που προέρχεται από τη λεκάνη απορροής [4,5]. Νεώτερες µελέτες απέδειξαν ότι τα ανωτέρω µοντέλα δεν έχουν γενικότερη χρησιµότητα, διότι εξαρτώνται από τα γεωµετρικά χαρακτηριστικά κάθε λίµνης, την πίεση που εξασκούν οι πρωτογενείς καταναλωτές στο φυτοπλαγκτό, την παρουσία ή µη αβιοτικής θολότητας, και άλλους παράγοντες [6,7]. Εποµένως, για την ορθή διαχείριση του ευτροφισµού σε ένα υδατικό σύστηµα, καθίσταται αναγκαία η εύρεση της συγκεκριµένης σχέσης που ισχύει µεταξύ χλωροφύλλης_α και ολικού φωσφόρου. Επί πλέον, ο χαρακτηρισµός και η ταξινόµηση της οικολογικής κατάστασης ενός υδατικού οικοσυστήµατος αποτελεί αναπόσπαστο στοιχείο της πολιτικής διαχείρισής του και αναφέρεται ρητά στην Οδηγία 2/6 της Ε.Ε. Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας παρουσιάζονται αποτελέσµατα µετρήσεων των βασικών παραµέτρων, προσδιορίζεται η τροφική κατάσταση της Βιστωνίδας και, µε βάση τις µετρήσεις, παρουσιάζονται εµπειρικά µοντέλα µε στόχο την συµβολή στην βιωσιµότερη διαχείριση της Βιστωνίδας και των υδατικών πόρων της χώρας γενικότερα.

33 Ποιότητα, ιαχείριση και Αποκατάσταση Λιµνών και Παράκτιων Υδατικών Οικοσυστηµάτων Κόσυνθος Β Λεκάνη Απορροής Βιστωνίδας Β1 Β2 Κοµψάτος Β3 Β4 Β5 Λ. Βιστωνίδα Τραύος Πόρτο Λάγος Θ. Πέλαγος Β6 Β7 1 2 km Σχήµα 1 Περιοχή µελέτης και σταθµοί µέτρησης ( ) 2. ΠΕΡΙΟΧΗ ΜΕΛΕΤΗΣ Η λιµνοθάλασσα Βιστωνίδα έχει έκταση 45 km 2 περίπου και µέγιστο βάθος 3,8 m. Βρίσκεται στη Βόρεια Ελλάδα (Θράκη) και αποτελεί σηµαντικό βιότοπο που προστατεύεται από την συνθήκη Ramsar. Η ευρύτερη λεκάνη απορροής της έχει έκταση 1353 km 2, περίπου. Η λιµνοθάλασσα τροφοδοτείται από ένα αρκετά πολύπλοκο σύστηµα χειµάρρων και επικοινωνεί µε το Θρακικό Πέλαγος µέσω ενός κύριου καναλιού, αλλά και άλλων µικρότερων. Οι σπουδαιότεροι χείµαρροι που εκβάλουν στην Βιστωνίδα είναι ο Κόσυνθος, ο Κοµψάτος και ο Τραύος µε µήκη 52 km, 68 km και 28 km, αντίστοιχα (Σχήµα 1). Κατά µήκος του ιδεατού άξονα από τις εκβολές του Κόσυνθου µέχρι το κύριο κανάλι επικοινωνίας µε τη θάλασσα ορίστηκαν 7 σταθµοί δειγµατοληψίας. Από τον Απρίλιο του 1998 µέχρι το Μάιο του 1999 πραγµατοποιήθηκαν 15 δειγµατοληψίες σε κάθε σταθµό, και ανά ένα µέτρο από την επιφάνεια µέχρι τον πυθµένα. Επί τόπου µετρήθηκαν η θερµοκρασία (Τ) και το διαλυµένο οξυγόνο (DO), µε όργανο WTW, τύπου ΟΧΙ 196, η αλατότητα (S), µε αλατόµετρο WTW, µοντέλο LF 191, η διαφάνεια (SD), µε δίσκο Secchi διαµέτρου 25 cm και τo ph, µε πεχάµετρο CRISON, τύπου GLP 22. Επίσης, µετρήθηκε φασµατοφωτοµετρικά η συγκέντρωση του ολικού φωσφόρου (TP), του φωσφόρου ορθοφωσφορικών (PO 4 -P), του αζώτου νιτρικών (NO 3 -N) και της χλωροφύλλης_α [8], όπως και η συγκέντρωση του αµµωνιακού αζώτου (ΝΗ 4 -Ν) [9]. Περισσότερες λεπτοµέρειες για την περιοχή µελέτης και τις µετρήσεις των παραµέτρων ποιότητας νερών, παρουσιάζονται αλλού [1]. 3. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΖΗΤΗΣΗ 3.1. ιακύµανση των παραµέτρων Στα Σχήµατα 2, 3, 4 και 5, φαίνεται η µηνιαία διακύµανση του DO, TP, Chl_a και SD, αντίστοιχα. Τη θερινή περίοδο, η στρωµάτωση της αλατότητας λόγω εισροής θαλασσινού νερού και η στρωµάτωση της θερµοκρασίας εµποδίζουν την ανάµειξη της υδάτινης στήλης [1]. Έτσι, αυτή την περίοδο παρατηρείται στρωµάτωση και των υπόλοιπων παραµέτρων και µεγάλο εύρος του µηνιαίου µεγίστου-ελαχίστου. Παράλληλα, παρατηρήθηκε και σηµαντική εποχιακή διακύµανση. Το DO κυµάνθηκε από 5,6 mg/l τον Ιούνιο µέχρι 14,2 mg/l τον εκέµβριο. Η συγκέντρωση του ολικού φωσφόρου εµφανίζεται αυξηµένη από τον Ιούνιο µέχρι τον Νοέµβριο. Η µέγιστη µέση µηνιαία τιµή παρατηρήθηκε τον Αύγουστο (27 µg P/L), ενώ στις 3/7/98 καταγράφηκε στη επιφάνεια του σταθµού Β1 η µέγιστη τιµή όλων των µετρήσεων (355 µg P/L). Τη θερινή περίοδο µηδενίζεται η παροχή των χειµάρρων και η µέγιστη συγκέντρωση φωσφόρου που παρατηρείται οφείλεται στα ιζήµατα του πυθµένα [1]. Η ελάχιστη τιµή του ΤP καταγράφηκε στις 2/4/99 σε βάθος 1 m στο σταθµό Β5 (11 µg P/L). Έντονη εποχιακή διακύµανση παρατηρήθηκε και στη συγκέντρωση της Chl_a, η οποία σηµείωσε αύξηση τη θερινή περίοδο µε µέγιστη µέση µηνιαία τιµή τον Αύγουστο (141,2 µg/l), ενώ τον ίδιο

Ολοκληρωµένη ιαχείριση Υδατικών Πόρων 331 DO (mg/l) 2 15 1 5 Μέση Ελάχ. Μέγισ. Α Μ Ι Ι Α Σ Ο Ν Ι Φ Μ Α Μ Σχήµα 2 Μηνιαία διακύµανση του διαλυµένου οξυγόνου στη Βιστωνίδα TP (µg P/L) 4 3 2 1 Μέση Ελάχ. Μέγισ. Α Μ Ι Ι Α Σ Ο Ν Ι Φ Μ Α Μ Σχήµα 3 Μηνιαία διακύµανση του ολικού φωσφόρου στη Βιστωνίδα 25 2 15 1 5 Μέση Ελάχ. Μέγισ. Α Μ Ι Ι Α Σ Ο Ν Ι Φ Μ Α Μ Σχήµα 4 Μηνιαία διακύµανση της χλωροφύλλης_α στη Βιστωνίδα SD (cm) 2 15 1 5 Μέση Ελάχ. Μέγισ. Α Μ Ι Ι Α Σ Ο Ν Ι Φ Μ Α Μ Σχήµα 5 Μηνιαία διακύµανση της διαφάνειας στη Βιστωνίδα µήνα παρατηρήθηκε στην επιφάνεια του σταθµού Β1 και η µέγιστη τιµή όλων των µετρήσεων (216,5 µg/l). Οι αυξηµένες συγκεντρώσεις Chl_a στα επιφανειακά στρώµατα τη θερινή περίοδο οφείλονται στην αυξηµένη παραγωγή φυτοπλαγκτού στην επιφάνεια η οποία δέχεται περισσότερη ηλιακή ακτινοβολία. Η µικρότερη µέση µηνιαία τιµή Chl_a παρατηρήθηκε τον Απρίλιο (1,9 µg/l). Σε όλη τη διάρκεια των µετρήσεων η διαφάνεια ήταν µικρή. Η µέγιστη µέση µηνιαία διαφάνεια σηµειώθηκε τον Ιανουάριο (1,1 m) και η ελάχιστη µέση µηνιαία τον Αύγουστο (,31 m). 3.2. Εµπειρικά µοντέλα 3.2.1. Σχέση µεταξύ των φυσικοχηµικών παραµέτρων Η στατιστική επεξεργασία των στοιχείων έγινε µε Βηµατοειδή Παλινδρόµηση (Stepwise Regression Analysis) για να διερευνηθεί η συσχέτιση της Chl_a µε τις άλλες φυσικοχηµικές παραµέτρους. Από το σύνολο των µετρήσεων προέκυψε η ακόλουθη γραµµική σχέση: Chl_a = -162,4 + 1,8 (DO) + 16,1 (ph) +,5 (ΤP) -,3 (PO 4 -P) -,1 (NH 4 -N) (1) (ν=365, R 2 =,53) Η Εξ. (1), έχει καθαρά ποιοτικό χαρακτήρα και βοηθά στην επιβεβαίωση φαινοµένων τα οποία είναι γνωστό ότι ισχύουν σε εύτροφα υδατικά οικοσυστήµατα. Για παράδειγµα, η θετική συσχέτιση της Chl_a µε το pη, οφείλεται στο ότι κάθε αύξηση της χλωροφύλλης (και, εποµένως, της φωτοσυνθετικής δραστηριότητας) συνεπάγεται αφοµοίωση του διαλυµένου στο νερό CO 2 που έχει ως αποτέλεσµα την δέσµευση Η + και την αύξηση του pη, ένα φαινόµενο συνηθισµένο στα εύτροφα νερά. Επίσης, η θετική συσχέτιση της Chl_a µε τον ΤΡ οφείλεται στον ενσωµατωµένο φώσφορο (οργανικό φώσφορο) στο φυτοπλαγκτό. Τέλος, η αρνητική συσχέτιση της Chl_a µε τον PO 4 -P και το NH 4 -N υποδηλώνει την σχετική εξάρτηση του φυτοπλαγκτού από τα θρεπτικά άλατα φωσφόρου και αζώτου. Ανάλογη επεξεργασία πραγµατοποιήθηκε και για τον ολικό φώσφορο. Η εξίσωση που προέκυψε για το σύνολο των µετρήσεων ήταν: TP = -26,4 +,5(Chl_a) + 1,9(Τ) + 31,4(pH) + 1,1 (PO 4 -P) +,1(NΗ 4 -N) (2) (ν=365, R 2 =,81) Η θετική συσχέτιση του ΤΡ µε την Chl_a, που παρατηρήθηκε και στην Εξ. (1), οφείλεται στον ίδιο λόγο όπως προηγουµένως. Η θετική συσχέτιση του ΤΡ µε το ph και µε τη θερµοκρασία οφείλεται στο γεγονός ότι, η αύξηση του ολικού φωσφόρου είναι αποτέλεσµα της αύξησης του φυτοπλαγκτού και εποµένως, όπως προαναφέρθηκε, και του ph. Η θερµοκρασία είναι ένας σηµαντικός παράγοντας για την αύξηση του φυτοπλαγκτού και εποµένως και του ολικού φωσφόρου. Λόγω της έντονης εποχιακής διακύµανσης που παρουσίασε το διαλυµένο οξυγόνο (Σχήµα 2), κρίθηκε σκόπιµο να διερευνηθούν οι παράγοντες που το επηρεάζουν. Η Εξ. (3), που προέκυψε από το σύνολο των µετρήσεων, περιγράφει τη σχέση του διαλυµένου οξυγόνου µε τις άλλες φυσικοχηµικές παραµέτρους:

332 Ποιότητα, ιαχείριση και Αποκατάσταση Λιµνών και Παράκτιων Υδατικών Οικοσυστηµάτων DO = -18,6 -,2(Τ) -,1(S) + 3,7(pH ) -,1(PO 4 -P) +,4 (NO 3 -N) -,9 (NΗ 4 -N) (3) (ν=366, R 2 =,6). Από την Εξ. (3) προκύπτει η θετική συσχέτιση του διαλυµένου οξυγόνου µε το ph, κάτι που είναι λογικό, εφόσον, όπως προαναφέρθηκε, η φωτοσυνθετική δραστηριότητα αυξάνει το διαλυµένο οξυγόνο αλλά και το ph. Η αρνητική συσχέτιση του διαλυµένου οξυγόνου µε την αµµωνία, οφείλεται στην αναερόβια παραγωγή αµµωνίας στα ιζήµατα, κάτι που διαπιστώθηκε από τα κάθετα προφίλ των δύο παραµέτρων [1]. Επίσης, η αρνητική συσχέτιση του DO µε την αλατότητα και την θερµοκρασία, εξηγείται από την ελάττωση της διαλυτότητας του οξυγόνου όταν αυξάνει η αλατότητα και η θερµοκρασία [8,11]. Οι µετρήσεις δείχνουν ότι οι χαµηλές τιµές του DO στον πυθµένα συµπίπτουν µε τις µέγιστες τιµές της αλατότητας. 3.2.2. Σχέση µεταξύ χλωροφύλλης_α και ολικού φωσφόρου Από την προηγούµενη ενότητα επιβεβαιώθηκε ότι: α) υπάρχει θετική συσχέτιση της Chl_a µε τον TP (Εξ. 1) και β) η συγκέντρωση της Chl_a επηρεάζεται εκτός από το φώσφορο και από άλλους παράγοντες. Εν τούτοις, από πολλούς ερευνητές έχουν γίνει κατά καιρούς προσπάθειες να δηµιουργηθούν εµπειρικά µοντέλα µε στόχο τον υπολογισµό της Chl_a για διάφορες τιµές του TP στο νερό. Οι προσπάθειες αυτές αποσκοπούν στην ανάπτυξη απλών διαχειριστικών εργαλείων του φαινοµένου του ευτροφισµού. Έτσι, δηµιουργήθηκαν απλά εµπειρικά µοντέλα όπως των Rast και Lee [3]: Chl_a =,55*TP,76 (4) ή όπως των Bartsch και Gakstatter [12]: Chl_a =,639*TP,87 (5) όπου: Chl_a και TP σε µg/l. Παρόµοια σχέση µε τις προηγούµενες προτάθηκε και από τον Οργανισµό Οικονοµικής Συνεργασίας και Ανάπτυξης (ΟΟΣΑ) ή OECD [13]: Chl_a =,37*TP,79 (6) Προκειµένου να διαµορφωθεί µια παρόµοια σχέση για την Βιστωνίδα χρησιµοποιήθηκαν κατ αρχήν οι τιµές της Chl_a και του TP που αφορούσαν όλους τους σταθµούς δειγµατοληψίας και προέκυψε η Εξ. (7): Chl_a =,422*TP,94 (7) (ν=366, R 2 =,44) Στο Σχήµα 6 δίνεται η γραµµή παλινδρόµησης που αντιστοιχεί στην Εξ. (7) και προέκυψε από τις µετρήσεις στη Βιστωνίδα, καθώς και οι αντίστοιχες γραµµές των εµπειρικών µοντέλων από τη βιβλιογραφία, που αφορούν τις Εξ. (4), (5) και (6). Παρατηρείται ότι υπάρχει ικανοποιητική συµφωνία µεταξύ των µοντέλων. Ωστόσο, από τις µετρήσεις µας ήταν γνωστό ότι στο σταθµό Β6 (όπου και ο δίαυλος επικοινωνίας της Βιστωνίδας µε τη θάλασσα) οι τιµές της Chl_a και του TP 1 1 1 1 Εξίσωση 7 Εξίσωση 5 Εξίσωση 4 Εξίσωση 6 1 1 1 1 TP (µg/l) Σχήµα 6 Σχέση µεταξύ και TP (µg/l) ήταν αρκετά διαφορετικές από αυτές των υπολοίπων σταθµών [1,14]. Έτσι, κρίθηκε σκόπιµο να διαµορφωθεί το εµπειρικό µοντέλο της Εξ. (8), που δεν περιλαµβάνει τις µετρήσεις στον Β6 και εποµένως, περιγράφει καλύτερα τα φαινόµενα που συµβαίνουν στη Βιστωνίδα: Chl_a=,467*TP,899 (8) (ν=339, R 2 =,51) 3.2.3. Σχέση µεταξύ διαφάνειας και χλωροφύλλης_α Από διάφορους ερευνητές [11] έχουν γίνει προσπάθειες να συσχετισθεί η διαφάνεια του νερού µε τη συγκέντρωση της Chl_a στην επιφάνεια, όπως το εµπειρικό µοντέλο της Εξ. (9). SD = 6,35Chl_a -,473 (9) Το αντίστοιχο µοντέλο για την Βιστωνίδα βασισµένο σε όλες τις τιµές περιγράφεται µε την Εξ. (1) και φαίνεται διαγραµµατικά στο Σχήµα 7. SD=1,259*Chl_a -,282 (1) (ν=9, R 2 =,41) Η διαφάνεια των νερών στα υδατικά οικοσυστήµατα εξαρτάται, εκτός από την χλωροφύλλη_α, και από άλλους παράγοντες όπως ο τύπος του εδάφους του πυθµένα (π.χ. άµµος, άργιλος, τύρφη), και το βάθος της λίµνης. Η ανάλυση δεδοµένων διαφάνειας, που έγινε σε µεγάλο αριθµό λιµνών στην Ευρώπη, έδειξε ότι: (1) Για δεδοµένη συγκέντρωση Chl_a, λίµνες µε µέσο βάθος µικρότερο από 1,5 m είχαν µικρότερη διαφάνεια σε σχέση µε λίµνες µε µεγαλύτερο µέσο βάθος (από 1,5 m έως 4, m) ή και σε σχέση µε λίµνες µε βάθος µεγαλύτερο από 4 m. (2) Σε ρηχές λίµνες, η θολότητα που δεν οφείλεται στο φυτοπλαγκτό δεν εξαρτάται τόσο από τον τύπο των εδαφών του πυθµένα. Ωστόσο, όταν ο πυθµένας είναι από τύρφη, η θολότητα παραµένει µεγάλη και σε λίµνες µε µεγαλύτερα βάθη (1,5-4, m), [15]. Εποµένως, η µείωση της Chl_a είναι δυνατόν να βελτιώσει τη διαφάνεια ικανοποιητικά, µόνο στην περίπτωση που η θολότητα

Ολοκληρωµένη ιαχείριση Υδατικών Πόρων 333 οφείλεται περισσότερο στο φυτοπλαγκτό και λιγότερο σε άλλους παράγοντες. Η Βιστωνίδα έχει µέσο βάθος 2,5-3, m και σύµφωνα µε τα παραπάνω µπορεί να υποτεθεί ότι η µείωση της Chl_a θα βελτίωνε αισθητά την διαφάνεια του νερού. Επί πλέον, κατά τη θερινή περίοδο, η παροχή φερτών υλών από τους χειµµάρρους µηδενίζεται ενώ το εποχιακό ελάχιστο της διαφάνειας συµπίπτει µε το εποχιακό µέγιστο της Chl_a, γεγονός που υποστηρίζει την φυτοπλαγκτονική προέλευση της θολερότητας (Σχήµατα 4 και 5). SD (m) 1 1,1 Εξίσωση 1,1 1 1 1 1 Σχήµα 7 Σχέση µεταξύ διαφάνειας (Secchi-Disk Depth) (m) και χλωροφύλλης_α (µg/l) Λόγος Ν:Ρ (Σχέση Μαζών) 3 25 2 15 1 5 N:P=7,2:1 Α M I I A Σ O N Ι Φ Μ Α Μ Σχήµα 8 ιακύµανση του λόγου Ν:Ρ στη Βιστωνίδα από τον Απρίλιο του 1998 έως τον Μάιο του 1999 3.3. Περιοριστικά θρεπτικά στοιχεία Η στοιχειοµετρική αναλογία αζώτου:φωσφόρου (λόγος Ν:Ρ) στα κύτταρα του φυτοπλαγκτού είναι 16:1 (g-at N:g-at P) ή 7,2:1 (mg N:mg P). Αυτή η αναλογία θρεπτικών µέσα στο νερό θεωρείται ισορροπηµένη για την ανάπτυξη του φυτοπλαγκτού. Στη διαχείριση του ευτροφισµού η γνώση του λόγου Ν:Ρ θεωρείται απαραίτητη, διότι έτσι καθορίζεται το θρεπτικό στοιχείο που ελέγχει την ανάπτυξη του φυτοπλαγκτού. Εάν ο λόγος Ν:Ρ στο νερό είναι µικρότερος του 7,2:1, τότε το άζωτο θεωρείται ο περιοριστικός παράγοντας ανάπτυξης. Στην αντίθετη περίπτωση, περιοριστικός παράγοντας θεωρείται ο φώσφορος [11]. Στη Βιστωνίδα από τον Ιούνιο έως το εκέµβριο ο λόγος Ν:Ρ ήταν αρκετά µικρότερος από 7,2:1 και, εποµένως, προκύπτει ότι το περιοριστικό θρεπτικό στοιχείο της ανάπτυξης του φυτοπλαγκτού ήταν το άζωτο, ενώ το υπόλοιπο χρονικό διάστηµα περιοριστικός παράγοντας ήταν ο φώσφορος (Σχήµα 8). Έρευνες σε µεγάλο αριθµό λιµνών έδειξαν ότι, όταν ο λόγος Ν:Ρ είναι µικρός (δηλαδή όταν το άζωτο βρίσκεται σε έλλειψη) κυριαρχούν τα κυανοβακτήρια. Αυτό συµβαίνει διότι έχουν την ικανότητα να αφοµοιώνουν το ατµοσφαιρικό άζωτο και έτσι ανταγωνίζονται µε επιτυχία τις άλλες οµάδες του φυτοπλαγκτού [16]. Την χρονική περίοδο που ο λόγος Ν:Ρ είναι µικρότερος από 7,2:1 τα κυανοβακτήρια κυριαρχούν στη Βιστωνίδα. Τα ποσοστά συµµετοχής τους στο σύνολο του φυτοπλαγκτού, κυµαίνονται από 62% µέχρι 98% [14]. 3.4. Προσδιορισµός της τροφικής κατηγορίας- είκτες ευτροφισµού Στη βιβλιογραφία υπάρχουν διάφορα συστήµατα για τον προσδιορισµό της τροφικής κατάστασης. Ενδεικτικά αναφέρονται: Μέθοδος OECD: Βασίζεται στις µέσες και οριακές τιµές των παραµέτρων της ποιότητας του νερού όπως φαίνεται στον Πίνακα 1. Πίνακας 1 Προτεινόµενες τροφικές κατηγορίες µε βάση τις µέσες και οριακές τιµές παραµέτρων [13] Παράµετρος TP (µg/l) (µέση τιµή) (µέση τιµή) (µέγιστη τιµή) ιαφάνεια (m) (µέση τιµή) ιαφάνεια (m) (ελάχιστη τιµή) Τροφική Κατηγορία Υπερολιγοτροφική Ολιγοτροφική Μεσοτροφική Ευτρο φική Υπερτροφική <4 <1 1-35 35-1 >1 <1 <2,5 2,5-8 8-25 >25 <,5 <8 8-25 25-75 >75 >12 >6 3-6 3-1,5 <1,5 >6 >3 3-5 1,5-,7 <,7 Στον Πίνακα 2 συνοψίζονται οι µέσες, ελάχιστες και µέγιστες τιµές των µεταβλητών που µετρήθηκαν στη Βιστωνίδα από τον Μάιο 1998 µέχρι τον Μάιο 1999. Με σύγκριση των Πινάκων 1 και 2 προκύπτει ότι, µε βάση όλες τις τιµές των παραµέτρων οι οποίες χρησιµοποιούνται ως δείκτες ευτροφισµού µε τη µέθοδο OECD η Βιστωνίδα κατατάσσεται στην υπερτροφική κατηγορία. Μέθοδος Landner and Wahlgren [13]: Επειδή ένα σύστηµα δεν χαρακτηρίζεται επακριβώς µόνο από τις οριακές τιµές των µεταβλητών, αλλά και από τη συχνότητα εµφάνισης κάθε τιµής, είναι χρήσιµο να γνωρίζουµε τα ποσοστά των τιµών τα οποία βρίσκονται

334 Ποιότητα, ιαχείριση και Αποκατάσταση Λιµνών και Παράκτιων Υδατικών Οικοσυστηµάτων Πίνακας 2 Μέση, ελάχιστη και µέγιστη τιµή ολικού φωσφόρου, χλωροφύλλης_α και διαφάνειας που µετρήθηκαν στη Βιστωνίδα Παράµετρος Ελάχιστη τιµή Μέση τιµή Μέγιστη τιµή TP (µg/l) 11 13 355,6 35 216 ιαφάνεια (m),2,6 2 πάνω ή κάτω από ορισµένα όρια, που χαρακτηρίζουν τις τροφικές κατηγορίες. Με βάση αυτό γίνεται στατιστική επεξεργασία των τιµών των µεταβλητών, που θεωρούνται δείκτες ευτροφισµού ως εξής [13]: Για κάθε µεταβλητή προσδιορίζεται η µέση τιµή, το µέγιστο και το ελάχιστο για δύο τυπικές αποκλίσεις και αφαιρούνται οι τιµές που είναι έξω από τα όρια της περιοχής των δύο τυπικών αποκλίσεων. Εν συνεχεία λαµβάνεται ο δεκαδικός λογάριθµος του νέου συνόλου τιµών και υπολογίζεται ο γεωµετρικός µέσος όρος και η τυπική απόκλιση και επαναπροσδιορίζεται το µέγιστο και το ελάχιστο για δύο τυπικές αποκλίσεις. Τέλος, για τις τιµές που προέκυψαν γίνεται απολογαριθµοποίηση και προσδιορίζονται τα νέα όρια για κάθε τροφική κατηγορία. Στον Πίνακα 3 δίνονται οι τροφικές κατηγορίες για ορισµένες µεταβλητές που θεωρούνται δείκτες ευτροφισµού, καθώς και οι τιµές που υπολογίστηκαν για τη Βιστωνίδα µε την παραπάνω διαδικασία. Με βάση τις τιµές του Πίνακα 3, η Βιστωνίδα χαρακτηρίζεται ως ευτροφική για όλες τις µεταβλητές. Μέθοδος Carlson: Ο Carlson πρότεινε τρεις δείκτες για την τροφική κατάταξη των λιµνών (Trophic State Index ή TSI) [17]. Οι δείκτες αυτοί αναφέρονται σε κλίµακα έως 1 και υπολογίζονται από τις εξισώσεις: TSI(SD)=6-14,41*ln(SD) (11) TSI(Chl_a)=9,81*ln(Chl_a)+3,6 (12) TSI(TP)=14,42*ln(TP)+4,15 (13) όπου: SD είναι η διαφάνεια Secchi (m), Chl_a και TP οι συγκεντρώσεις στην επιφάνεια σε µg/l. Οι τιµές των δεικτών που αντιστοιχούν σε κάθε τροφική κατηγορία φαίνονται στον Πίνακα 4. Το πλεονέκτηµα αυτών των δεικτών είναι ότι παίρνουν ίδιες ή παραπλήσιες τιµές για τις τρεις παραµέτρους (όπως φαίνεται στην 1 η στήλη του Πίνακα 4) και εποµένως, έχοντας δεδοµένα µόνο για µία παράµετρο µπορούµε να βγάλουµε συµπεράσµατα για την τροφική κατάσταση της λίµνης ή της λιµνοθάλασσας. Επίσης, γίνεται λεπτοµερέστερη και περισσότερο αντικειµενική θεώρηση των κατηγοριών της τροφικής κατάστασης. Οι ίδιοι δείκτες προτείνονται από την US EPA για την κατάταξη λιµνών και ταµιευτήρων στις ΗΠΑ [18, 19]. Για την Βιστωνίδα η τιµή των αντίστοιχων δεικτών ήταν: TSI(SD)=68 TSI(Chl_a)=68 TSI(TP)=72 Συγκρίνοντας τις τιµές αυτές µε τις τιµές της πρώτης στήλης του Πίνακα 4, προκύπτει ότι, µε βάση τις τιµές των TSI(SD) και TSI(Chl_a) η Βιστωνίδα βρίσκεται σε µια ενδιάµεση κατηγορία µεταξύ ευτροφικής και υπερτροφικής, ενώ µε βάση την τιµή του δείκτη TSI(TP) χαρακτηρίζεται ως υπερτροφική. 4. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στη Βιστωνίδα, το διαλυµένο οξυγόνο, ο ολικός φώσφορος, η χλωροφύλλη_α, και η διαφάνεια Secchi παρουσίασαν έντονη εποχιακή διακύµανση και κατακόρυφη στρωµάτωση. Με τη µέθοδο OECD για την κατάταξη λιµνών και λιµνοθαλασσών σε τροφικές κατηγορίες, η Βιστωνίδα χαρακτηρίσθηκε ως υπερτροφική. Με τη µέθοδο κατάταξης Landner and Πίνακας 3 Όρια τροφικών κατηγοριών [13] και αντίστοιχες τιµές για τη Βιστωνίδα Τροφική Κατηγορία Παράµετρος Ολιγοτροφική Μεσοτροφική Ευτροφική Βιστωνίδα Ολικός Φώσφορος (µg/l) µέση τιµή όρια (αριθµός µετρήσεων) Χλωροφύλλη_α (µg/l) µέση τιµή όρια (αριθµός µετρήσεων) ιαφάνεια (m) µέση τιµή όρια (αριθµός µετρήσεων) 8 3-18 (21) 1,7,3-4,5 (22) 9,9 5,4-28 (13) 27 11-96 (19) 4,7 3-11 (16) 4,2 1,5-8,1 (2) 84 16-39 (71) 14 2,7-78 (7) 2,4,8-7, (7) 77 24-249 (349) 18,6 4,5-76 (343) 1,1,5-2,3 (82)

Ολοκληρωµένη ιαχείριση Υδατικών Πόρων 335 Πίνακας 4 Μεταβολή των χαρακτηριστικών σε εύκρατες λίµνες σύµφωνα µε την τροφική κατηγορία (Προσαρµογή από [19]) Τιµή TSI SD (m) TP (µg/l) Χαρακτηριστικά <3 >8 <6 <,94 Ολιγοτροφική: Καθαρό νερό, οξυγόνο στο υπολίµνιο στη διάρκεια του έτους. 3-4 8-4 6-12,94-2,6 Έλλειψη οξυγόνου στο υπολίµνιο ρηχών λιµνών. 4-5 4-2 12-24 2,6-6,4 Μεσοτροφική: Μέτρια καθαρό νερό άλλά πιθανή αύξηση ανοξικών συνθηκών στη διάρκεια του καλοκαιριού. 5-6 2-1 24-48 6,4-2 Ευτροφική: Ανοξικές συνθήκες στο υπολίµνιο. 6-7,5-1 48-96 2-56 Κυριαρχία των κυανοβακτηρίων, επιπλέον φυτοπλαγκτό και προβλήµατα µακρόφυτων. 7-8,25-,5 96-192 56-154 Υπερτροφική (light limited). Μεγάλη ποσότητα φυτοπλαγκτού και µακρόφυτα. >8 <,25 192-384 >154 Επιπλέον φυτοπλαγκτό, λίγα µακρόφυτα. Wahligren, στην οποία όµως δεν προβλέπεται υπερτροφική κατηγορία, η Βιστωνίδα χαρακτηρίσθηκε ως ευτροφική. Με τη µέθοδο Carlson, η Βιστωνίδα χαρακτηρίσθηκε ως υπερτροφική µε βάση το δείκτη TSI(TP) και, µε βάση τους δείκτες TSI(SD) και TSI(Chl_a), κατατάσσεται σε µια ενδιάµεση κατηγορία µεταξύ ευτροφικής και υπερτροφικής. Από τον λόγο Ν:P που ήταν κάτω από 7,2:1 την περίοδο Ιουνίου- εκεµβρίου, προκύπτει ότι για την περίοδο αυτή το άζωτο είναι το περιοριστικό στοιχείο για την ανάπτυξη του φυτοπλαγκτού. Για την διαχείριση του ευτροφισµού υπάρχουν στη βιβλιογραφία πολύ χρήσιµα εµπειρικά µοντέλα ως διαχειριστικά εργαλεία των εύτροφων υδατικών οικοσυστηµάτων που απαντούν στην ουσία στο ερώτηµα: «Πόσο πρέπει να µειωθεί ο φώσφορος ώστε η χλωροφύλλη_α να φτάσει σε επιθυµητά επίπεδα». Με άλλα λόγια επιδιώκεται µια βελτίωση της τροφικής κατάστασης και µια µετάβαση του συστήµατος σε καλύτερη τροφική κατηγορία. Ωστόσο, λόγω της µεγάλης ανοµοιογένειας που παρατηρείται µεταξύ των υδατικών οικοσυστηµάτων λόγω γεωγραφικών, κλιµατικών και άλλων αιτίων όπως και λόγω των πολύπλοκων φαινοµένων που λαµβάνουν χώρα και διαµορφώνουν τις τιµές των δεικτών του ευτροφισµού, επιβάλλεται η διερεύνηση των ιδιαιτεροτήτων κάθε οικοσυστήµατος πριν εφαρµοσθεί µια συγκεκριµένη διαχειριστική πολιτική. Προκειµένου να εξυπηρετηθεί ο τελευταίος στόχος για τη Βιστωνίδα, και µε βάση µετρήσεις που έγιναν από τον Απρίλιο 1998 έως τον Μάιο 1999 διαµορφώθηκαν απλά εµπειρικά µοντέλα ευτροφισµού. Με δεδοµένο ότι στη χώρα µας η παρακολούθηση των υδατικών οικοσυστηµάτων δεν γίνεται ως τώρα συστηµατικά, ενώ συγχρόνως αυξάνουν οι περιβαλλοντικές πιέσεις, αλλά και οι απαιτήσεις από την Ε.Ε., η συλλογή και αξιοποίηση στοιχείων που αφορούν την ποιότητα και τις δυνατότητες βελτίωσης των υδατικών πόρων της χώρας πρέπει να θεωρηθεί στόχος µε πρώτη προτεραιότητα. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Kemp W. M., Smith E.M., Marwin-Di Pasquale M., Boyton W.R., (1997). Organic carbon balance and net ecosystem metabolism in Chesapeake Bay, Mar.Ecol. Prog. Ser. 15, 229-248. 2. Vollenweider R.A., (1976). Advances in Defining Critical Loading Levels for Phosphorus in Lake Eutrophication, Mem. Ist. Ital. Idrobiol. 33:53-83. 3. Rast W., and Lee G.F., (1978). Summary Analysis of the North American OECD Eutrophication Project: Nutrient Loadinglake Response Relationships and Trophic State Indices, U.S. Environmental Protection Agency. EPA 6/3-78-8. 4. Nicholls K.H., (1997). A Limnological basis for a Lake Simcoe Phosphorus loading objective, Lake and Reservoir Management 13, 189-198. 5. Dillon P.J. and Rigler F.H., (1974). The Phosphorus-Chlorophyll Relationship in Lakes, Limnology and Oceanography 19, 767-773. 6. Havens K.E., Fukushima T., Xie P., Iwakuma T., James R.T., Takamura N., Hanazato T., Yamamoto T., (21). Nutrient dynamics and the eutrophication of shallow lakes Kasumigaura (Japan), Donghu (PR China), and Okeechobee (USA), Environmental Pollution 111, 263-272. 7. Moss B., Madgwick J. and Phillips G., (1997). A Guide to the Restoration of Nutrient-Enriched Shallow Lakes, W.W. Hawes, UK. 8. APHA-AWWA-WPCE, (1992). Standard Methods for the Examination of Water and Waste Water, 18 th ed. 9. Liddicoat M.I., Tibbitts S. and Builer E.I., (1976). The Determination of Ammonia in Natural Waters, Water Res., Vol. 1, 567-568.

336 Ποιότητα, ιαχείριση και Αποκατάσταση Λιµνών και Παράκτιων Υδατικών Οικοσυστηµάτων 1. Γκίκας.Γ., (22). Μελέτη του Υδατικού Οικοσυστήµατος της Βιστωνίδας, ιδακτορική ιατριβή, Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών,.Π.Θ. 11. Chapra S.C., (1997). Surface Water-Quality Modeling, McGraw- Hill. 12. Bartsch A.F. and Gakstatter J.H., (1978). Management Decisions for Lake Systems on a Survey of Trophic Status, Limiting Nutrients, and Loadings in American-Soviet Symposium on Use of Mathematical Models to Optimize Water Quality Management, 1975, U.S. Environmental Protection Agency Office of Research and Development, Environmental Research Laboratory, Gulf Breeze, FL, pp.372-394. EPA-6/9-78-24 13. Landner L. and Wahlgren U., (1988). Eutrophication of Lakes and Reservoirs in Warm Climates, WHO, Regional Office for Europe, Copenhagen. 14. Γιαννακοπούλου Τ., (1989). οµή- ιαχείριση Υφάλµυρων Οικοσυστηµάτων: Η Περίπτωση Ευτροφισµού της Βιστωνίδας, ιδακτορική ιατριβή, Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών,.Π.Θ. 15. Portielje R. and Van der Molen D.T., (1999). Relationships between eutrophication variables: from nutrient loading to transparency, Hydrobiologia 48/48: 375-387 16. Havens K.E., James R.T., East T.L., Smith V.H., (23). N:P ratios, light limitation, and cyanobacterial dominance in a subtropical lake impacted by non-point source nutrient pollution, Environmental Pollution 122, 379-39. 17. Carlson R.E., (1977). A trophic state index for lakes, Limnology and Oceanography, Vol. 22(2), 361-369. 18. US Environmental Protection Agency, (1998). National Strategy for the Development of Regional Nutrient Criteria, EPA-822-R- 98-2. 19. US Environmental Protection Agency, (2). Nutrient Criteria, Technical Guidance Manual, Lakes and Reservoirs First Edition, EPA-822-B-1. Γεώργιος. Γκίκας, ρ Πολιτικός Μηχανικός-Χηµικός, ιδάσκων Π 47/8 Τµήµατος Μηχανικών Περιβάλλοντος, Πολυτεχνική Σχολή, ηµοκρίτειο Πανεπιστήµιο Θράκης, Ξάνθη 671. Τηλ.: 2541-74223. E-mail: ggkikas1@otenet.gr. Τρισεύγενη Γιαννακοπούλου, Αναπλ. Καθηγήτρια, Τοµέας Υδραυλικών Έργων, Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών, Πολυτεχνική Σχολή, ηµοκρίτειο Πανεπιστήµιο Θράκης, Ξάνθη 671. Τηλ./Fax: 2541-7969. E-mail: vyiann@civil.duth.gr. Βασίλειος Α. Τσιχριντζής, Καθηγητής, ιευθυντής Εργαστηρίου Οικολογικής Μηχανικής και Τεχνολογίας, Τµήµα Μηχανικών Περιβάλλοντος, Πολυτεχνική Σχολή, ηµοκρίτειο Πανεπιστήµιο Θράκης, Ξάνθη 671. Τηλ./Fax: 2541-78113 ή 2541-79378. E- mail: tsihrin@otenet.gr.