Development of water quality indices for Mediterranean aquatic systems based on morphological, taxonomic and functional biodiversity of zooplankton

• Main Author: Στάμου, Γεωργία Χρ.
• Format: Text
• Language: English
• Published: Aristotle University of Thessaloniki 2020
• Subjects: Ζωοπλαγκτικός δείκτης; Οικολογική ποιότητα υδάτων; Δομή της ζωοπλαγκτικής κοινωνίας; Μεσογειακές λίμνες; Zooplankton index; Ecological water quality; Zooplankton community structure; Mediterranean lakes; Copepods; Rotifer
• Online Access: https://dx.doi.org/10.26262/heal.auth.ir.316275; https://ikee.lib.auth.gr/record/316275

To ζωοπλαγκτό κατέχει σημαντική και στρατηγική θέση στο τροφικό πλέγμα των λιμναίων οικοσυστημάτων. Αλλαγές στην αφθονία, βιομάζα και σύνθεση των ζωοπλαγκικών κοινωνιών μπορούν να δώσουν πληροφορίες για τη λειτουργία του τροφικού πλέγματος. Σκοπός της διατριβής ήταν η ανάπτυξη δεικτών ζωοπλαγκτού με βάση τη λειτουργική, μορφολογική και ταξινομική ποικιλότητα για την αξιολόγηση της τροφικής κατάστασης και της οικολογικής ποιότητας των μεσογειακών λιμνών κατά τη θερινή περίοδο. Για αυτό αναλύθηκαν δεδομένα από 17 ελληνικές λίμνες που καλύπτουν το εύρος της τροφικής κατάστασης και της οικολογικής ποιότητας υδάτων (ελλιπή έως υψηλή). Οι ζωοπλαγκτικές θερινές κοινωνίες ακολουθούσαν το ίδιο μοτίβο κυριαρχίας με τα τροχοφόρα και τους ναύπλιους των κωπηπόδων να κυριαρχούν στην αφθονία και τα καρκινοειδή στη βιομάζα, ενώ τα κυρίαρχα είδη και το μέγεθός τους καθορίστηκε από τη σύνθεση του φυτοπλαγκτού και τη θήρευση των ψαριών. Tα κωπήποδα διαχώρισαν τις λίμνες σε έξι ομάδες, ανεξάρτητα από την τροφική κατάσταση ή τα μορφολογικά χαρακτηριστικά. Για την εκτίμηση του της τροφικής κατάστασης δύο δείκτες, TSIROT και TSICR με βάση τα τροχοφόρα και τα καρκινοειδή, αντίστοιχα, που αναπτύχθηκαν για εύκρατες λίμνες, εφαρμόστηκαν στα δεδομένα ελληνικών λιμνών. Η αξιολόγηση των δεικτών έγινε μέσω της συσχέτισης με μετρικές του ευτροφισμού (TSISD και φυτοπλαγκτική βιομάζα). Οι δύο δείκτες δεν εκτίμησαν σωστά την τροφική κατάσταση. Συνδυάζοντας μετρικές ολόκληρης της ζωοπλαγκτικής κοινωνίας, προτάθηκε ένας νέος ζωοπλαγκτικός δείκτης τροφικής κατάστασης, ο TSIZOO, ως ο μέσος όρος των εξισώσεων των TSIROT και TSICR που συσχετίστηκαν σημαντικά με τις μετρικές του ευτροφισμού. Ο TSIZOO ήταν ο πιο αποτελεσματικός ζωοπλαγκτικός δείκτης αναγνωρίζοντας δύο κατηγορίες τροφικής κατάστασης, της χαμηλής (ολιγότροφης-μεσότροφης) και της υψηλής (εύτροφης-υπερεύτροφης). Για την αξιολόγηση της οικολογικής ποιότητας των φυσικών λιμνών της Μεσογείου αναπτύχθηκαν δύο δείκτες, ο PhyCoIGP και ο Zoo-IQ. Ο PhyCoIGP είναι μια τροποποίηση του πολυ-μετρικού φυτοπλαγκτικού δείκτη PhyCoI, που αναπτύχθηκε για ελληνικές/μεσογειακές λίμνες, συμπεριλαμβάνοντας το δυναμικό βόσκησης (GP) ως λειτουργική μετρική που εκτιμά τη ζωοπλαγκτική βόσκηση στο φυτοπλαγκτό. Το GP συνδυάζει δεδομένα ζωοπλαγκτού-φυτοπλαγκτού τα οποία παίρνουν συντελεστές βαρύτητας για την αποτελεσματικότητα των ζωοπλαγκτικών οργανισμών ως βοσκητές και για την καταλληλότητα του φυτοπλαγκτού ως τροφή. Οι υψηλές τιμές GP αποτελούν ένδειξη κυριαρχίας μεγαλόσωμου ζωοπλαγκτού, ενώ οι χαμηλές τιμές GP ένδειξη αυξημένης φυτοπλαγκτικής βιομάζας ή/και κυριαρχία μικρόσωμου ζωοπλαγκτού. Ο PhyCoIGP, συνδυάζοντας έξι μετρικές που καλύπτουν διάφορες πτυχές της σύνθεσης και της λειτουργικής δομής της πλαγκτικής κοινωνίας, αξιολόγησε με επιτυχία την ποιότητα των λιμνών που μελετήθηκαν. Ο ζωοπλαγκτικός δείκτης ποιότητας των υδάτων Zoo-IQ, είναι ο πρώτος ζωοπλαγκτικός δείκτης που αναπτύχθηκε για την αξιολόγηση της ποιότητας φυσικών λιμνών στην Ευρώπη. Οι τελικές μετρικές του (αφθονία, βιομάζα, μέγεθος σώματος και λόγος των μεγαλόσωμων κλαδοκερωτών) επηρεάζονται από τον ευτροφισμό ή/και τη θήρευση από τα ψάρια. Ο Zoo-IQ αξιολόγησε με επιτυχία την ποιότητα των λιμνών, αφού σχεδόν όλες οι υπερεύτροφες λίμνες χαρακτηρίστηκαν ως ελλιπείς και οι βαθιές λίμνες ως καλές. Και οι δύο δείκτες μπορούν να χρησιμοποιηθούν αποτελεσματικά στην παρακολούθηση της οικολογικής ποιότητας των υδάτων χρησιμοποιώντας ένα σύστημα ταξινόμησης πέντε επιπέδων. Συμπερασματικά, το ζωοπλαγκτό είναι αποτελεσματικό για την εκτίμηση και παρακολούθηση του ευτροφισμού και της οικολογικής ποιότητας και πρέπει να ενταχθεί ως βιολογικό στοιχείο στην Οδηγία 2000/60. : Zooplankton community occupies an important and strategic position within the trophic web of lake ecosystems. Changes in abundance, biomass and structure of the zooplankton community can yield information about the food web functioning. The aim of the dissertation was to develop zooplankton indices based on the functional, morphological and taxonomic diversity of zooplankton groups for assessing eutrophication and ecological water quality of Mediterranean lakes during the summer period. For that, data of 17 Greek lakes covering the whole trophic spectrum and ecological water quality (classes from poor to high) were analyzed. Almost all summer zooplankton communities had the same dominance pattern with mainly rotifers followed by nauplii copepods dominating in abundance and crustaceans in biomass, while the dominant species and their size were influenced by phytoplankton composition and fish predation. Copepoda clustered the lakes into six groups, regardless of the lake’s trophic state or morphological characteristics. For eutrophication assessment, two trophic state indices TSIROT and TSICR based on rotifer and crustacean communities, respectively, developed for temperate lakes, were applied to data from the Greek lakes. The evaluation of the indices was made based on the eutrophication proxies (TSISD and phytoplankton biomass). Both indices did not assess correctly the trophic state. Combining the whole zooplankton community, a new zooplanktonic trophic state index was proposed, TSIZOO, developed as the average of the formulae of TSIROT and TSICR which were significantly correlated with the eutrophication proxies. TSIZOO was the most efficient of the zooplanktonic indices detecting two categories, low (oligotrophic–mesotrophic) and high (eutrophic–hypertrophic) trophic state. For ecological water quality assessment of natural Mediterranean lakes two indices were developed, PhyCoIGP and Zoo-IQ. PhyCoIGP is a modification of the phytoplankton-based PhyCoI index, developed for Greek/Mediterranean lakes, including grazing potential (GP) as a functional metric measuring the potential zooplankton grazing on phytoplankton. GP combines data of zooplankton and phytoplankton communities incorporating weighting factors for efficient zooplankton grazers and the suitability of phytoplankton as food. High GP values indicated dominance of large-bodied zooplankton and low GP values indicated increased phytoplankton biomass and/or domination of small-bodied zooplankton. PhyCoIGP through the combination of six metrics covering various aspects of the composition and functional structure of the plankton community successfully assessed the water quality of the studied lakes. Zooplankton Index of water Quality, Zoo-IQ, is the first zooplankton-based index developed for water quality assessment of natural lakes in Europe. Its final metrics (abundance, biomass, mean body-size and abundance ratio or large body cladocerans) were influenced by eutrophication and/or fish predation. Zoo-IQ successfully assessed the water quality of the studied lakes, since almost all hypertrophic lakes were characterized as poor and deep lakes as good. Both indices can be efficiently used in ecological water quality monitoring using a five-grade classification scheme. Overall, zooplankton proved to be an effective element for the assessment and monitoring of eutrophication and ecological water quality and should be included as a biological quality element in the Water Framework Directive. : Ισχύουν περιορισμοί στην πρόσβαση στο πλήρες κείμενο. Σύμφωνα με έγγραφο αίτημα του συγγραφέα, το πλήρες κείμενο της Διατριβής θα είναι διαθέσιμο στο κοινό σε ηλεκτρονική μορφή μετά από την 01/03/2023