8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 331 ΟΡΓΑΝΙΚΟΣ ΑΝΘΡΑΚΑΣ ΚΑΙ ΟΛΙΚΟΙ ΥΔΑΤΑΝΘΡΑΚΕΣ ΣΤΑ ΙΖΗΜΑΤΑ ΕΝΟΣ ΑΒΑΘΟΥΣ ΚΑΙ ΗΜΙΚΛΕΙΣΤΟΥ ΟΡΜΟΥ ΜΕ ΣΤΡΩΜΑΤΩΣΕΙΣ ΚΥΑΝΟΒΑΚΤΗΡΙΩΝ ΣΤΟΝ ΠΥΘΜΕΝΑ ΤΟΥ Μ. Λαδάκης 1, Μ. Δασενάκης 1, Μ. Σκούλλος 1 και Χ. Μπελιάς 1 1. Πανεπιστήμιο Αθηνών, Τμήμα Χημείας, Τομέας ΙΙΙ, Εργαστήριο Περιβαλλοντικής Χημείας Πανεπιστημιούπολη, 157 71 Αθήνα Email: eladakis@in.gr, edassenak@cc.uoa.gr ΠΕΡΙΛΗΨΗ Οι περιεκτικότητες σε ολικό οργανικό άνθρακα (TOC) και ολικούς υδατάνθρακες (TCHO s) καθώς και η μηνιαία διακύμανσή τους σε διάστημα ενός έτους μελετήθηκε στα ιζήματα ενός αβαθούς και ημίκλειστου όρμου στην περιοχή της Αναβύσσου, ο πυθμένας του οποίου καλύπτεται από στρωματώσεις κυανοβακτηρίων. Τα ιζήματα διαχωρίστηκαν σε τρεις στιβάδες (επιφανειακή, ανοξική και υπόβαθρο), λυοφιλοποιήθηκαν και κοσκινίστηκαν από κόσκινα 250 μm, οι δε προσδιορισμοί εκτελέστηκαν σε όλες τις στιβάδες. Οι περιεκτικότητες της επιφανειακής και της ανοξικής στιβάδας σε TOC και TCHO s, βρέθηκαν υψηλότερες από τις αντίστοιχες ιζημάτων άλλων περιοχών, που δεν δέχονται περιβαλλοντικές πιέσεις. Αντίστοιχα αυξημένος ήταν και ο λόγος του άνθρακα των TCHO s προς το TOC στις στιβάδες αυτές. Οι χαμηλότερες τιμές περιεκτικότητας ήταν τη χειμερινή περίοδο, ενώ κατά την αρχή της εαρινής περιόδου καταγράφηκε απότομη αύξηση. Δεδομένου ότι δεν υπάρχουν εμφανείς πηγές ρύπανσης στην υπό μελέτη περιοχή, ο μεν εμπλουτισμός των ιζημάτων σε TOC οφείλεται στην έντονη πρωτογενή παραγωγή, ο δε εμπλουτισμός σε TCHO s στη μεταβολική δραστηριότητα των νηματοειδών κυανοβακτηρίων που είναι άφθονα στην επιφάνεια των ιζημάτων. Λέξεις κλειδιά : Ολικός άνθρακας, υδατάνθρακες, κυανοβακτήρια, οργανοιζηματογενείς δομές ORGANIC CARBON AND TOTAL CARBOHYDRATES IN THE SEDIMENTS OF A SHALLOW AND SEMICLOSED BAY WITH CYANOBACTERIAL MATS ON ITS BOTTOM ABSTRACT The objectives of the present paper are to study the content of Total Organic Carbon (TOC) and Total Carbohydrates (TCHO s) as well as their temporal fluctuation in the course of one year. Sediments were taken from a shallow and semi-isolated bay in the Anavissos area, the bottom of which is covered by cyanobacteria mat. The sediment samples were fractionated into three layers (surface, anoxic and background), lyophilized, and sieved through 250 μm sieves. The determinations were carried out in all three layers. The surface and anoxic layer s content in TOC and TCHO s was higher than the corresponding one in sediments originating from marine areas which are under no environmental pressure. Moreover, the rate of the TCHO s carbon over TOC was also high in those layers. The lowest values were observed during winter, while a tense raising trend was noted in the beginning of spring. Since there are no apparent sources of pollution in the area under study, the enrichment of the sediments in TOC is attributed to the tense primary production, while the enrichment in TCHO s is attributed to the metabolic activity of the filamentous cyanobacteria, which abound in the sediment s surface. Keywords: Total Organic carbon, algal mats, carbohydrates, cyanobacteria
332 8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας ΕΙΣΑΓΩΓΗ Σε ημίκλειστα παράκτια περιβάλλοντα με αβαθή ήρεμα και θερμά νερά παρατηρούνται ορισμένες φορές στην επιφάνεια του ιζήματος οργανοιζηματογενείς δομές με στρωματοειδή μορφή, που αποτελούνται από επάλληλες στρώσεις πάχους μέχρι 2 mm η κάθε μια και είναι εύκολα ορατές με γυμνό οφθαλμό. Οι δομές αυτές αποδίδονται σε παγίδευση η/και συγκόλληση καθιζάνοντος λεπτόκοκκου υλικού λόγω της ανάπτυξης και μεταβολικής δραστηριότητας μικροοργανισμών, κυρίως κυανοβακτηρίων και παρουσιάζονται σχηματικά στο σχήμα 1. Ένα τέτοιο περιβάλλον εντοπίστηκε στον όρμο του Αγίου Νικολάου στην Ανάβυσσο της Αττικής, 50 χιλιόμετρα ανατολικά της Αθήνας. Το στόμιο του όρμου φράσσεται από γραμμή ακτολίθων (beach-rocks) που σχηματίζουν ένα είδος φυσικής προκυμαίας αφήνοντας ανοίγματα στα δυο άκρα του μήκους περίπου 3 μέτρων από όπου επικοινωνεί με τη θάλασσα. Η περιοχή του όρμου περιβάλλεται από γήλοφους οι οποίοι τον προφυλάσσουν από τους ανέμους, κυρίως τους νότιους και τους δυτικούς που είναι και οι επικρατούντες στην περιοχή με αποτέλεσμα τα νερά να παραμένουν ήρεμα σε όλη τη διάρκεια του έτους. Στην παρούσα εργασία μελετάται η περιεκτικότητα των ιζηματογενών αυτών δομών σε ολικό οργανικό άνθρακα (TOC) και ολικούς υδατάνθρακες (TCHO s) καθώς και η εποχιακή τους διακύμανση. ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ Από χαρακτηριστικό σημείο του όρμου, το οποίο διαβρέχεται από θαλασσινό νερό το μεγαλύτερο μέρος του εικοσιτετραώρου, συλλέχθηκαν με πυρηνολήπτη από πλεξιγκλάς πυρήνες ιζήματος μήκους περίπου 10 cm σε μηνιαία βάση από τον Ιούλιο του 2000 ως τον Ιούνιο του 2001. Οι πυρήνες διαχωρίστηκαν σε στιβάδες με τη βοήθεια νυστεριού και λαβίδας, σε θάλαμο αδρανούς ατμόσφαιράς ως εξής: Επιφανειακή στιβάδα (στιβάδα α): Χρώματος φαιοπράσινου, πάχους 1 2 mm στην οποία εντοπίζονται τα στρώματα κυανοβακτηρίων. Ενδιάμεση στιβάδα (στιβάδα β): ανοξική, χρώματος μαύρου με έντονη οσμή υδροθείου και πάχους 3 5 cm. Υποκείμενη στιβάδα (στιβάδα γ): Χρώματος ανοικτού καφέ, αντιπροσωπεύει το υπόβαθρο του ιζήματος. Το διαχωρισμένο σε στιβάδες ίζημα λυοφιλοποιήθηκε επί 24 ώρες και κατόπιν κοσκινίστηκε από κόσκινο οπής 250 μm σε θάλαμο αδρανούς ατμόσφαιρας οι δε προσδιορισμοί εκτελέστηκαν στο λεπτόκοκκο κλάσμα. Ο ολικός οργανικός άνθρακας των ιζημάτων (TOC) προσδιορίστηκε ογκομετρικά με τη μέθο-
8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 333 Πίνακας 1: Ακραίες και μέσες (σε παρένθεση) ετήσιες τιμές TOC και TCHO s ανά στιβάδα ιζήματος Στιβάδα TOC (% w/w) TCHO s (mg/g) α 0.87-4.57 (2.77) 6,75-31,4 (20,1) β 0.62-2.13 (1.50) 2.99-16.97 (8.67) γ 0.22-1.84 (0.80) 0.54-6.09 (3.12) δο της οξείδωσης με διχρωμικό κάλιο (Gaudette et al, 1974) ενώ οι ολικοί υδατάνθρακες των ιζημάτων (TCHO s) προσδιορίστηκαν με τη μέθοδο φαινόλης θειικού οξέος (Gerchacov and Hatchter, 1972). ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΣΥΖΗΤΗΣΗ Οι ακραίες και μέσες ετήσιες τιμές του TOC και των TCHO s ανά στοιβάδα ιζήματος, παρατίθενται στον πίνακα 1 ενώ οι εποχιακές τους διακυμάνσεις παρουσιάζονται στα σχήματα 2 και 3 αντίστοιχα. Βαθμιαία μείωση της περιεκτικότητας από την επιφανειακή προς την υποκείμενη στοιβάδα παρατηρείται και για τις δυο αυτές παραμέτρους. Στην επιφανειακή στιβάδα, η συγκέντρωση του TOC παρουσιάζει έντονη πτώση τους χειμερινούς μήνες ενώ από τον Μάρτιο (όπου αρχίζει η εαρινή άνθιση) απότομη αύξηση. Οι υψηλότερες τιμές TOC στη στιβάδα αυτή καταγράφονται κυρίως τους καλοκαιρινούς μήνες. Οι τιμές παραμένουν υψηλές μέχρι το τέλος του φθινοπώρου. Η ανοξική στιβάδα (στιβάδα β) παρουσιάζει μικρότερη διακύμανση τιμών έναντι των άλλων, ωστόσο, οι τιμές (όπως και στην επιφανειακή) έχουν αυξητική τάση τους εαρινούς μήνες. Στην κατώτερη στιβάδα καταγράφηκαν περιστασιακά αυξημένες τιμές TOC (π.χ Ιανουάριος 2001) που αποδίδονται στην αποσύνθεση οργανισμών της επιφανειακής στιβάδας με αντίστοιχο εμπλουτισμό των υποκείμενων στιβάδων σε οργανικό άνθρακα, μέσω των νερών των πόρων. Η εποχιακή διακύμανση των TCHO s είναι παρόμοια με αυτή του TOC, όπως φαίνεται από τα σχήματα 2 και 3 αλλά και από τη στατιστικά σημαντική συσχέτιση μεταξύ TOC και TCHO s για κάθε στιβάδα (r = 0.82, 0.59 και 0.81 για τη στιβάδα α, -β και γ αντίστοιχα). Το μέσο ετήσιο ποσοστό του άνθρακα των TCHO s επί του ολικού είναι 30% για την επιφανειακή, 23% για την ανοξική και 16% για
334 8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας την κατώτερη στιβάδα, ενώ σε τυπικά θαλάσσια ιζήματα το ποσοστό αυτό δεν υπερβαίνει το 20% (Paez-Osuna et al. 1998). Τα μεγαλύτερα ποσοστά συμμετοχής για τις δυο πρώτες στιβάδες παρατηρήθηκαν κατά τον μήνα Μάρτιο. Η υψηλή περιεκτικότητα TOC και TCHO s στη στιβάδα α των ιζημάτων είναι συγκρίσιμη με βαριά ρυπασμένες περιοχές ενώ η περιεκτικότητα της στοιβάδας β αν και χαμηλότερη των παραπάνω, παραμένει υψηλότερη από διάφορες μη επιβαρημένες περιοχές, οι οποίες παράλληλα είναι στα ίδια περίπου επίπεδα περιεκτικότητας με την στιβάδα γ (πίνακας 2). Η μεγάλη συμμετοχή άνθρακα των TCHO s οφείλεται στην παραγωγή εξωκυτταρικού πολυμερούς υλικού (πολυσακχαρίτες) από τα νηματοειδή κυανοβακτήρια, προκειμένου αυτά να κατασκευάσουν τις πολυσακχαρώδους υφής θήκες που περιβάλλουν τα νήματά τους, η ύπαρξη των οποίων επιβεβαιώθηκε με εξέταση σε φωτονικό μικροσκόπιο. Πίνακας 2: Περιεκτικότητα TOC και TCHO s σε ιζήματα διαφόρων παρακτίων περιοχών Περιοχή TOC (% TCHO s (mg w/w) γλυκόζης/g) Αναφορά Λιμάνι Brindisi Μαρ 2000 4.7 5.4 26.3 Dell Anno et al (2002) (Ιταλία) Ακτές Απουλίας Μαρ 2000 7.56 Dell Anno et al (2002) (Ιταλία) Ακτές Τοσκάνης 1994 (Ιταλία) 2.00 Fabiano and Danovaro (1994) Δυτικός Σαρωνικός 0.80 1.18 Δ.Ε.Π.Ε.Θ (2005) Ανατολικός Σαρωνικός 1.01 1.62 Δ.Ε.Π.Ε.Θ (2005) Νότιος Σαρωνικός 2.27 Δ.Ε.Π.Ε.Θ (2005) Ψυτάλλεια 2.89 Δ.Ε.Π.Ε.Θ (2005)
8ο Πανελλήνιο Συμποσιο Ωκεανογραφίας & Αλιείας 335 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Παράκτια περιβάλλοντα όπως το υπό μελέτη είναι ειδικού ενδιαφέροντος, καθόσον ενώ δεν υπόκεινται σε περιβαλλοντικές πιέσεις, τα ιζήματά τους έχουν υψηλή περιεκτικότητα σε οργανική ύλη η οποία αποδίδεται στην έντονη πρωτογενή παραγωγή και στις μεταβολικές δραστηριότητες των κυανοβακτηρίων, οι βιοκοινωνίες των οποίων καλύπτουν μεγάλο μέρος του πυθμένα τους. Για την καλύτερη κατανόηση των διεργασιών που λαμβάνουν χώρα στα περιβάλλοντα αυτά, είναι απαραίτητο να μελετηθεί μια ποικιλία φυσικών και χημικών παραμέτρων, τόσο στα νερά όσο και στα ιζήματά τους. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Dell ANNO, A., MEI, M.L., PUSCEDDU, A., DANOVARO, R., 2002. Assessing the trophic state and eutrophication of coastal marine systems: a new approach based on the biochemical composition of sediment organic matter. Marine Pollution Bul 44 (2002): 611 622 FABIANO, M., DANOVARO, R., 1994. Composition of organic matter in sediments facing a river estuary (Turrhenian sea): relationship with bacteria and microphytobenthic biomass. Hydrologia 277: 71 84 GAUDETTE, H.E., FLIGHT, W.R, TONER, L., FOLGER, D.W., 1974. An inexpensive titration method for the determination of organic carbon in recent sediments. J. Sedim. Petrol, 44: 249 253. GERCHACOV, S.M., HACHTER, P.G., 1972. Improved technique for analysis of carbohydrates in sediments. Limnology and Oceanography, 17: 938 943. PAEZ-OSUNA, F., BOJORQUEZ-LEYVA, H., GREEN-RUIZ, C., 1998. Total carbohydrates: organic carbon in lagoon sediments as an indicator of organic effluents from agriculture and sugar-cane industry. Environmental pollution 102 (1998): 321 326 Δ.Ε.Π.Ε.Θ (ΔΙΚΤΥΟ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΩΝ ΠΑΡΑ- ΚΟΛΟΥΘΗΣΗΣ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΠΕΡΙΒΑΛ- ΛΟΝΤΟΣ ΕΛΛΗΝΙΚΩΝ ΘΑΛΑΣΣΩΝ. Έκθεση αποτελεσμάτων προγράμματος παρακολούθησης ποιότητας περιβάλλοντος ελληνικών θαλασσών, Αθήνα, Απρίλιος 2005.