Εκτίμηση της ποιότητας νερού σε λίμνες και ταμιιευτήρες πόσιμου νερού της Ελλάδας με τη χρήση οικολογικών και μοριακών δεικτών
Authors: Κατσιάπη Σταματία 
Published: August 2021

Η παρούσα διδακτορική διατριβή στοχεύει στην εκτίμηση της ποιότητας νερού σε21 υδάτινα οικοσυστήματα (13 φυσικές λίμνες και 8 ταμιευτήρες) της Ελλάδας κατά τηθερμή περίοδο 2007-2010, με τη χρήση οικολογικών και μοριακών δεικτών.Στα πλαίσιά της ι) πραγματοποιήθηκε παρακολούθηση χαρακτηριστικών τηςκοινωνίας του φυτοπλαγκτού (σύνθεση και ποικιλότητα ειδών-μορφολογικά καιφυλογενετικά είδη, βιοόγκος, συμμετοχή κυανοβακτηρίων) ιι) διερευνήθηκε η επίδρασητων χρήσεων γης στη λεκάνη απορροής και της σύνθεσης της κοινωνίας τουζωοπλαγκτού, στη διαμόρφωση της κοινωνίας του φυτοπλαγκτού ιιι) εκτιμήθηκε ηποιότητα νερού των υδάτινων σωμάτων με τη χρήση παραμέτρων και δεικτώνφυτοπλαγκτού όπως α) σύνθεσης (αριθμός ειδών, ταξινομικές και λειτουργικές ομάδες,(%) συμμετοχή κυανοβακτηρίων) και β) βιομάζας (ανθίσεις, συνολικός βιοόγκος,βιοόγκος κυανοβακτηρίων). Επιπλέον, τροποποιήθηκαν κατάλληλα για εφαρμογή στιςελληνικές λίμνες δείκτες φυτοπλαγκτού που χρησιμοποιούνται σε ευρωπαϊκό επίπεδοόπως ο δείκτης Catalán στις μεσογειακές φραγμαλίμνες, ο δείκτης Q για λίμνες τηςΚεντρικής Ευρώπης και ο δείκτης Nygaard σε όλες τις λίμνες και ιν) δημιουργήθηκε μεστόχο την εκτίμηση της οικολογικής ποιότητας των υδάτινων σωμάτων έναςπολυμετρικός δείκτης κοινωνίας φυτοπλαγκτού (Ρhytoplankton Community Index).Συνολικά, παρουσιάζεται για πρώτη φορά μια ολοκληρωμένη έρευνα για την ποιότητατου νερού με βάση το φυτοπλαγκτό, ενοποιώντας την από τη βάση προς την κορυφήμοριακή προσέγγιση με την από την κορυφή προς τη βάση ολιστική προσέγγισηοικοσυστήματος, ενώ παραθέτονται τα πρώτα στοιχεία για την οικολογική ποιότηταυδάτινων οικοσυστημάτων μεγάλης σημασίας (π.χ. η λίμνη Μεγάλη Πρέσπα, η λίμνηΙσμαρίδα και οι ταμιευτήρες πόσιμου νερού του Μαραθώνα και της Αισύμης) καιπροτείνεται ένας νέος δείκτης εκτίμησης της οικολογικής ποιότητας.Ειδικότερα, η διερεύνηση της σύνθεσης και ποικιλότητας του φυτοπλαγκτούσυνολικά στα 21 υδάτινα οικοσυστήματα έδειξε έναν υψηλό αριθμό ειδών φυτοπλαγκτού(307 είδη), η κατανομή των οποίων ήταν ενδεικτική της ιδιαιτερότητας του κάθεσώματος (χρόνος παραμονής, τροφική κατάσταση, βάθος). Οι λίμνες στην πλειονότητάτους χαρακτηρίστηκαν από μεγαλύτερη ποικιλότητα ειδών από τους ταμιευτήρες,ιδιαίτερα οι ρηχές και εύτροφες όπως η Ισμαρίδα, η Καστοριάς και η Δοϊράνη. Ομεγάλος αριθμός ειδών ωστόσο στις ταξινομικές ομάδες των κυανοβακτηρίων και τωνχλωροφυκών (>50% του συνολικού αριθμού ειδών) στην πλειονότητα των υδάτινων117οικοσυστημάτων, είναι ενδεικτικός εύτροφων συνθηκών και συνεπώς υποβαθμισμένηςοικολογικής ποιότητας νερού, γεγονός που αντανακλάται και στον δείκτη «ευαίσθητωνστον ευτροφισμό» ομάδων φυτοπλαγκτού του Nygaard.Ο βιοόγκος φυτοπλαγκτού κυμάνθηκε σε χαμηλότερα επίπεδα στην πλειονότητατων ταμιευτήρων σε σχέση με τις φυσικές λίμνες, οι οποίες διαφοροποιήθηκαν από τουςταμιευτήρες και ως προς την υψηλή συμμετοχή κυανοβακτηρίων (>80%).Η φυλογενετική ανάλυση (αλληλούχιση 16S rRNA) και ανάλυση λειτουργικώνγονιδίων τοξικότητας (mcyA) των πληθυσμών των κυανοβακτηρίων που συμμετείχαν στοσχηματισμό ανθίσεων νερού, έδειξε την παρουσία γνωστών τοξικών ειδών σεταμιευτήρες όπως η Κάρλα, η Κερκίνη και λίμνες όπως η Καστοριάς, η Παμβώτιδα, ηΔοϊράνη και η Χειμαδίτιδα. Η εφαρμογή των συγκεκριμένων μοριακών μεθόδων(ανίχνευση γονιδίων τοξικότητας, φυλογενετικές αναλύσεις) στη βιοπαρακολούθησηυδάτινων οικοσυστημάτων μπορεί να αποτελέσει ένα εργαλείο πρόβλεψης επιβλαβώνανθίσεων φυτοπλαγκτού και εκτίμησης του κινδύνου από την παρουσία τους.Στη διαμόρφωση της κοινωνίας του φυτοπλαγκτού (σύνθεση, ποικιλότητα,βιοόγκος) και κατ’επέκταση στην επίδραση στην οικολογική ποιότητα των υδάτινωνσωμάτων, οι χρήσεις γης στη λεκάνη απορροής και κυρίως οι αγροτικές εκτάσεις και οιτεχνητές περιοχές, φαίνεται να αποτελούν σημαντικό παράγοντα. Ειδικότερα, υψηλέςτιμές βιοόγκου φυτοπλαγκτού με κυριαρχία κυανοβακτηρίων ήταν χαρακτηριστικές σευδάτινα σώματα στα οποία η κάλυψη στη λεκάνη απορροής σε αγροτικές εκτάσεις καιτεχνητές περιοχές ξεπερνά συνολικά το 30%. Το μικρότερο αυτό ποσοστό από τοκαθορισμένο όριο στα αντίστοιχα βορειότερα εύκρατα οικοσυστήματα (40% γιααγροτικές εκτάσεις στις βόρειες εύκρατες λίμνες) είναι πιθανό να δείχνει το χαμηλότεροσημείο μετάβασης κατά τον ανθρωπογενή ευτροφισμό από τα μεσότροφα στα εύτροφαμεσογειακά υδάτινα οικοσυστήματα.Επιπλέον, η διερεύνηση της δομής της κοινωνίας του ζωοπλαγκτού στηνπλειονότητα των υδάτινων οικοσυστημάτων κατά την περίοδο της έντονης αύξησης τουφυτοπλαγκτού, έδειξε ότι αυτή αποτελείται γενικά από μικρόσωμα είδη (κυρίωςτροχόζωα), ενώ τα μεγαλόσωμα διηθηματοφάγα είδη όπως είδη του γένους Daphniaπαρατηρήθηκαν σπανίως, με αποτέλεσμα το ζωοπλαγκτό να μην μπορεί να ελέγξει τηδιαθέσιμη φυτοπλαγκτική βιομάζα. Καθώς το ζωοπλαγκτό αποτελεί παράγοντα-κλειδίγια τη λειτουργία και διαχείρισή τους, θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη όσον αφορά τηνεκτίμηση της φέρουσας ικανότητας του οικοσυστήματος για βιώσιμη αποκατάσταση. Η χρήση διαφορετικών παραμέτρων-μετρικών (βιοόγκος φυτοπλαγκτού, (%)συμμετοχή κυανοβακτηρίων στο συνολικό βιοόγκο, παρουσία γονιδίων τοξικότητας,επίπεδα κυανοβακτηρίων σύμφωνα με τον Π.Ο.Υ) και δεικτών (Nygaard, Catalán, Q,PCI) για την εκτίμηση της οικολογικής ποιότητας νερού, έδειξε ότι συνολικά ηπλειονότητά των 21 υδάτινων οικοσυστημάτων χαρακτηρίζεται από οικολογική ποιότητανερού κατώτερη της καλής, με τις φυσικές λίμνες να εμφανίζουν πιο «επιβαρυμένη»κατάσταση από τους ταμιευτήρες. Ειδικότερα, από το σύνολο των φυσικών λιμνών μόνοοι λίμνες Υλίκη και Μεγάλη Πρέσπα παρουσίασαν καλή οικολογική ποιότητα νερού μετη δεύτερη να είναι στα όρια καλής-μέτριας, ενώ από τους ταμιευτήρες ποιότητα νερούκατώτερη της καλής παρουσιάζουν μόνο η Κάρλα και η Κερκίνη. Οι υπόλοιποιταμιευτήρες αν και παρουσίασαν καλή οικολογική ποιότητα είναι κοντά στο όριο καλής-μέτριας, πλην της Ταυρωπού και της Πολυφύτου.Ο πολυμετρικός δείκτης κοινωνίας φυτοπλαγκτού PCI που προτείνεται γιαεφαρμογή στην παρούσα έρευνα με στόχο την εκτίμηση της οικολογικής ποιότηταςνερού, αφορά τον ανθρωπογενή ευτροφισμό, την κύρια πίεση που υφίστανται οι μεσογειακέςλίμνες και γενικότερα οι λίμνες στην Ευρώπη. Οι αρχές ανάπτυξης του δείκτη θεμελιώθηκανστην οικολογία του φυτοπλαγκτού με αποτέλεσμα ο δείκτης να ενσωματώνει και ναενοποιεί τη χαμηλότερη (γονίδιο) με την υψηλότερη πληροφορία (οικοσύστημα) σχετικάμε τη δομή της κοινωνίας του φυτοπλαγκτού, καθώς καλύπτονται τα επιμέρους επίπεδαοργάνωσής του και όλες οι μεταβλητές αθροίζονται με διαφορετικούς συντελεστέςβαρύτητας. Έτσι ο ενιαίος δείκτης που προκύπτει εκφράζει μια συνδυασμένη απόκρισητης κοινωνίας στις περιβαλλοντικές αλλαγές και λαμβάνει υπόψη και τη φυσική μεταβλητότητα λόγω εποχικής περιοδικότητας, αφού εστιάζει σε δεδομένα που αφορούνστα τελευταία στάδια διαδοχής της κοινωνίας φυτοπλαγκτού. Μπορεί να έχειγενικευμένη εφαρμογή σε αντίθεση με άλλους δείκτες φυτοπλαγκτού πουχρησιμοποιούνται στην Ευρώπη και αφορούν συγκεκριμένες οικοπεριοχές, καθώς ηκύρια παράμετρός του -ο βιοόγκος φυτοπλαγκτού- βαθμολογείται με βάση τα όρια πουαφορούν τον τύπο και την οικοπεριοχή στην οποία ανήκει το εκάστοτε υδάτινοοικοσύστημα. Επιπλέον ο αριθμός των μεταβλητών που συνδυάζει είναι μεγαλύτεροςαπό τους αντίστοιχους των άλλων δεικτών που χρησιμοποιούνται στην Ευρώπη.Οι «αδυναμίες» του δείκτη PCI εντοπίζονται στο ότι ι) προϋποθέτει να είναιγνωστά τα όρια και οι τυποχαρακτηριστικές συνθήκες για τη βαθμολογία τωνμεταβλητών «βιοόγκος φυτοπλαγκτού», «(%) συμμετοχή κυανοβακτηρίων», «δείκτηςQ» και ιι) δεν έχει δοκιμαστεί στο σύνολο των ελληνικών λιμνών. Ωστόσο, η119πολυμετρική προσέγγιση όσον αφορά την εκτίμηση της οικολογικής ποιότητας υδάτινωνσωμάτων θεωρείται η πιο κατάλληλη, καθώς γεφυρώνει τα κενά ανάμεσα στιςυπάρχουσες μεθοδολογίες και προετοιμάζει για τις μελλοντικές ανάγκες ως προς την εκτίμηση της οικολογικής ποιότητας. Μελλοντικά, ο δείκτης αυτός θα δοκιμαστεί σεμεγαλύτερο αριθμό λιμνών και μπορεί να τροποιηθεί με μεταβολή των μεταβλητών πουπεριλαμβάνει (π.χ. προσθήκη ολικού φωσφόρου, αφαίρεση γονιδίων τοξικότητας).