B. Pawlik-Skowro ńska*, M. Toporowska*, R. Kalinowska**, *Katedra Hydrobiologii, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie

** CBE PAN, Stacja Badawcza w Lublinie

Badania dynamiki rozwoju sinic i produkcji cyjanotoksyn w Zbiornku Zemborzyckim na tle

warunków środowiskowych

• Człowiek przyczynia si ę do wzbogacania wód

powierzchniowych w zwi ązki biogenne – azotu i

fosforu i w konsekwencji do nadmiernego rozwoju

fitoplanktonu, w tym toksyno-twórczych sinic !

Skutki zakwitów sinicowych :

1/ spadek walorów u żytkowych i rekreacyjnych

zbiorników!!!

2/ zaburzenia równowagi ekologicznej

Zakwity sinic s ą powszechne tam gdzie dopływaj ą bez ogranicze ń związki fosforu i azotu (na obu półkulach), tak że w Polsce.

W jeziorach i zbiornikach zaporowych

U brzegów mórz

W stawach i kanałach

� Bardzo szybko namna żają się w żyznych wodach i produkuj ą szereg toksycznych metabolitów o ró żnorodnej aktywno ści biologicznej: hepatotoksyny, neurotoksyny, cytotoksyny, dermatoks yny,etc

� Uzyskuj ą przewag ę nad innymi glonami - dzi ęki zdolno ści do wykorzystywania szerokiego spektrum światła i wi ązania azotu atmosferycznego

� Tworzą komórki przetrwalne lub zimuj ą w formie wegetatywnej na dnie zbiorników

ZAKWIT ZAKWIT -- masowy rozwój ró żnych gatunków glonów planktonowych, powoduj ący widoczn ą gołym okiem zmian ę zabarwienia wody na

zielon ą, oliwkowa, brunatn ą, żółt ą, etc,

W 1 dcm 3 wody znajduje si ę > 0,5 x 10 6 jednostek mikroorganizmów, co odpowiada > 20 µg Chl a/dcm 3 (Bednarz i in,, 2002)

Sinice - cyjanobakterie

� Eutrofizacja wód – szczególnie du ża dost ępność rozpuszczalnych form fosforu i azotu to główna przyczyna

� Pojawiaj ą się gdy temperatura wody wzrasta powy żej 15 0 C , sprzyja płytko ść zbiornika

� Czas trwania: od kilku dni do kilku miesi ęcy- im wi ększa żyzno ść wód zbiornika tym dłu ższy okres trwania zakwitu

� Zróżnicowany skład gatunkowy: około 100 gatunków toksynotwórczych; zależy od układu czynników abiotycznych (biogeny, temp., miksja wody)

� Powoduj ą: pogorszenie jako ści wody , uniemo żliwiaj ące rekreacyjne wykorzystywanie zbiornika, wygini ęcie niektórych gatunków zwierz ąt i ro ślin

Charakterystyka:

� Zbiornik zaporowy na rzece Bystrzycy

� Zlewnia Bystrzycy na obszarze 6 gmin

� Powierzchnia ok, 230 ha

� Średnia głębokość 2,2 m

� Średnie zamulenie 10 cm (w starym korycie rzeki ok, 70 cm)

� Wymiana wody ok, 28-razy na rok

Funkcje:

� Rekreacyjna (ok, 400 tys, ludzi)

� Wędkarstwo (26 gatunków ryb)

� Zaopatrzenie w wodę dla elektrociepłowni

� Przeciwpowodziowa

� Energetyczna (mała elektrownia)

� Ujęcie wód podziemnych (Prawiedniki)

A.circinalisA.circinalis

W Zalewie ZemborzyckimZalewie Zemborzyckim obserwuje si ę od wiosny do jesieni masowe pojawy sinic - potencjalnych producentów neurotoksyn -AnabaenaAnabaena spp ( Dolichospermum): anatoksyny-a i mikrocystyn oraz Aphanizomenon flosAphanizomenon flos--aquaeaquae (saksitoksyn)

Są to gatunki zdolne do wi ązania N 2 oraz tworz ące komórki przetrwalne!!!

A. spiroidesA. spiroides

A. flosA. flos--aquaeaquae

Aphanizomenon flosAphanizomenon flos--aquaeaquae

Planktothrix agardhiiPlanktothrix agardhii

1. Microcystis aeruginosa1. Microcystis aeruginosa2. M. viridis2. M. viridis3. M. wesenbergii3. M. wesenbergii

W Zalewie Zemborzyckim wyst ępuj ą także okresowo kolonie sinic Microcystis Microcystis (M, aeruginosa,M, aeruginosa, M, wesenbergii, M, M, wesenbergii, M, viridisviridis) oraz Planktothrix agardhiiPlanktothrix agardhii - potencjalni producenci hepatotoksycznych mikrocystyn!!!

1

2

3

Parametryśrednia

sezonowa

Zalew Zemborzycki

2006 2007 2009 2010 2011 2012 2013 2014

Temperaturawody (°°°°C)

22,214-29

21,218-25

22,419-25

20,215-26

21,918-26

21,015-27

20,113-26

19,714-26

pH 8,78,2-9,4

8,37,9-9,1

8,57,6-8,8

8,07,1-98,6

8,27,0-8,4

8,68,3-8,7

8,37,9-8,6

8,37,3-9,2

Przezroczystość( SD - m)

0,40,3-0,5

0,50,3-0,7

0,50,4-1,0

0,40,2-0,5

0,50,1-0,6

0,50,2-0,6

0,40,1-0,7

0,50,4-0,7

N-NO3 (mg/l) 0,080,04-0,16

0,100,01-0,28

0,220,01-0,54

0,090,00-0,19

0,060,01-0,22

0,140-0,32

0,250,02-0,56

0,120,00-0,28

N-NH4 (mg/l)0,18

0,07-0,260,36

0,11-0,740,24

0,11-0,630,26

0,10-0,580,19

0,01-0,730,20

0,05-0,390,23

0,07-0,510,09

0,06-0,19

P-PO4 (mg/l)0,11

0,01-0,320,20

0,01-0,450,02

0,01-0,040,01

0,00-0,030,01

0,00-0,030,02

0,00-0,030,01

0,00-0,040,02

0,00-0,05

TP (mg/l)0,57

0,20-1,440,55

0,03-0,980,12

0,02-0,210,08

0,02-0,290,05

0,02-0,340,13

0,06-0,360,19

0,09-0,650,23

0,09-0,74

Chlorofil a (µµµµg/l)133

38-23992

37-146125

32-230241

24-1633111

39-608116

26-375192

38-718122

50-182

FIZYKO-CHEMICZNA CHARAKTERYSTYKA WODY ZALEWU ZEMBORZYCKIEGO

Parametryśrednia

sezonowaBystrzyca – ujście do Zalewu (Zemborzyce)

2006 2007 2009 2010 2011 2012 2013 2014

Temperaturawody (°°°°C)

- 14,3 16,5 15,8 13,5 13,5 12,5 11,0

pH 8,1 7,5 7,8 7,2 7,4 7,8 7,9 7,7

N-NO3 (mg/l) 1,67 1,50 0,71 0,74 0,13 1,32 1,70 2,15

N-NH4 (mg/l) 0,16 0,36 0,26 0,45 0,22 0,23 0,15 0,06

P-PO4 (mg/l) 0,59 0,42 0,39 0,12 0,03 0,16 0,13 0,15

DIN/DIP 3,1 4,4 2,5 9,9 11,7 9,7 14,2 14,7

Zmiany w st ężeniu i proporcjach pomi ędzy zwi ązkami biogennymi wraz z temperatur ą wpływaj ą na rozwój

sinicowego zakwitu

FLUKTUACJE W LICZEBNO ŚCI , DOMINACJI GATUNKOWEJ oraz TERMINIE MAKSYMALNEGO ROZWOJU SINIC

0

20

40

60

May June July August September

indi

vidu

als

(10

6 / L)

2010

Planktothrix agardhii

Aphanizomenon spp.

Anabaena spp.

Lato 2010: liczne skr ęcone trychomy sinicy Anabaena flos-aquae , wiązki Aphanizomenon flos-aquae i trychomy Aph. gracile

Stopniowemu zmniejszaniu si ę liczebno ści towarzyszyły zmiany w gatunkowej dominacji sinic

Wiosna 2011 Lato 2011 Wiosna 2012

Od 2011- wzrost udziału A.planktonica i Microcystis spp

0

1

2

3

4

5

2006 2007 2009 2010 2011

sampling time (year)

Ana

toxi

n-a

(g

/ L) *0.54 - 6.25

*0.01 - 1.92

*0.00 - 0.367

*0.01 - 23.1

intracellular

extratracellular

*0.04 - 5.9

Istotny spadek st ężenia anatoksyny-a wewn ątrzkomórkowej oraz pozakomórkowej w okresie 2006-2014

ANATOKSYNA - A

Zmiany w st ężeniu cyjanotoksyn w ZZ

Wzrost st ężenia mikrocystyn wewn ątrzkomórkowych oraz pozakomórkowych w wodzie w okresie 2006-2014

MIKROCYSTYNY

wg WHO NDS dla MC-LR w wodach rekreacyjnych - 20 µµµµg/L

0

4

8

12

2006 2007 2009 2010 2011

sampling time (year)

Mic

rocy

stin

s (

µg /

L)

*1.0 - 22.2

*0.05 - 0.50ndnt

intracellular

extratracellular

* 0.6-12.4

1. W płytkim i żyznym Z. Zemborzyckim panuj ą warunki umo żliwiaj ące wyst ępowanie corocznych, wielogatunkowych, niestabilnych zakwitów sinic - zimuj ących w osadach dennych w formie przetrwalnej lub w formie wegetatywnej.

2. W zbiorniku ze stałym dopływem znacznych ładunków fosforanów i związków azotu, czynnikiem decyduj ącym o czasie inicjacji silnego zakwitu sinic jest temperatura wody,

3. W okresie ostatnich 5 lat obserwano spadek nat ężenia zakwitów sinicowych, co mo że wynika ć z:

- zmniejszaj ącego si ę dopływu zwi ązków amonowych i fosforanów,

- niższych temperatur i silniejszych opadów latem,

- ograniczonego zag ęszczenia ryb planktono żernych,

jednak że nast ąpiła istotna zmiana w składzie gatunkowym sinic w kierunku producentów mikrocystyn .

WNIOSKI

• Zagro żenia i sugestie:

• W zbiornikach płytkich, szybko nagrzewaj ących się stały dopływ zwi ązków fosforu i azotu warunkuje corocznie powtarzaj ący si ę masowy rozwój sinic.

• Nie mamy wpływu na temperatur ę wód ale możemy i musimy ograniczy ć dopływ biogenów!!!!

• W przypadku niekontrolowanego dopływu związków biogennych do Z.Z. mo że ponownie dochodzi ć do nasilonych zakwitów gatunków sinic- producentów trwałych mikrocystyn-stanowi ących wi ększe zagro żenie.

• Stan ekologiczny zarówno jezior jak i zbiorników retencyjnych w ogromnej mierze zale ży od użytkowników terenów w zlewni tych zbiorników,jak równie ż od decyzji urz ędników nimi zarz ądzających.

• W przypadku Z. Zemborzyckiego konieczne jest ograniczenie dopływu biogenów ze zlewni Bystrzycy, źródeł obszarowych i punktowych.

Zbiornik retencyjny Konstantynów na rzece Czyżówcew 2007 r,

Sierpie ń: kokożżuch uch Anabaena flosAnabaena flos--aquaeaquae

•• wysokie stwysokie st ężężenia enia anatoksynyanatoksyny --aa- 1,41 mg An-a/l,- 0,30 mg An-a/g s,m,

kożucha,

•• mniejsze stmniejsze st ężężenia enia mikrocystynmikrocystyn- 0,010 mg równ, MC-

LR/l, - 0,002 mg równ, MC-

LR/g s,m, ko żucha,

Pow,: 1,9 ha: gł, średnia 1,9 m; PO4-P: 0,09–0,13 mg/l; NH 4-N: 0,05–0,12 mg/l; TSI chl = 97

Zbiornik retencyjny Kra śnik na rzece Wyżnicy - 2008 r,

Sierpie ń: kokożżuch uch Microcystis sppMicrocystis spp, , orazoraz Aphanizomenon flosAphanizomenon flos--aquaeaquae

•• wysokie stwysokie st ężężenia mikrocystynenia mikrocystyn- 5,38 mg równ, MC-LR/l, - 1,04 mg równ, MC-LR/g s,m,

kożucha

•• niniżższe stsze st ężężenia anatoksynyenia anatoksyny --aa- 0,052 mg An-a/l, - 0,012 mg An-a/g s,m, ko żucha,

Pow,: 39,1 ha; gł, średnia 2,5 m; PO4-P: 0,6–0,9 mg/l; NH 4-N: 0,22–0,6 mg/l; TSI chl= 79)

Zagro żone zakwitami sinic s ą równie ż żyzne jeziora Lubelszczyzny

Rozwój sinic w jeziorze Syczy ńskim (obrze że Poleskiego Parku) poło żonym w nieskanalizowanej wsi

Długotrwałe –niemal coroczne silne zakwity wód spowodowane przez kilka gatunków sinic -producentów toksyn ,

100 µm

Dominuje Planktothrix agardhii producent mikrocystyn !

Cyjanotoksyny w jez, Syczyńskim 2006-2009, wpływające na stan ekologiczny jeziora

Mikrocystyny wewnatrzkomórkowe

0

20

40

60

80

100

120

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

µg

MC

s/dm

3

2006200720082009

Mikrocystyny pozakomórkowe

0

2

4

6

8

10

12

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

µg

MC

s/dm

3

2006

2007

2008

2009

Anatoksyna-a wewnatrzkomórkowa

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

ug A

N-a

/dm

3

2006200720082009