Wniosek ?
Wczoraj, dziś i jutro Wielkich Jezior Mazurskich –
zmiany stanu „czystości” jezior mazurskich w latach 1976-2004.
Waldemar SiudaZakład Ekologii Mikroorganizmów
Uniwersytet Warszawski
Ryn
Mikołajki
Pisz
Giżycko
Węgorzewo1
2
3
5
6
7
89
10
1112
13
14 15
16
17
18
Ruciane Nida
19
41 - J. Przystań2 - J. Mamry3 - J. Dargin4 – J. Łabap5 – J. Kisajno6 – J. Niegocin7 – J. Boczne8 – J. Jagodne9 – J. Szymoneckie10 – J. Szymon11 – J. Tałtowisko12 – J. Ryńskie13 – J. Tałty14 – J. Mikołajskie15 – J. Śniardwy16 – J. Bełdany17 – J. Głębokie18 – J. Majcz19 – J. Kuc
Niego
cinBo
czne
Jagod
neSz
-ckie
Szym
onTa
ltowi
sko Talty
Miko
lajski
eSn
iardw
y --Ry
nskie
Belda
ny --
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
Lata 1999-2000
Klasa czystości III
Klasa czystości II
Wid
zial
ność
krążk
a Se
cchi
'ego
(m)
Niego
cinBo
czne
Jagod
neSz
-ckie
Szym
onTa
ltowi
sko Talty
Miko
lajski
eSn
iardw
y --Ry
nskie
Belda
ny --
0
5
10
15
20
25
30
35
40Lata 1999-2000
Klasa czystości II
Klasa czystości III
Chlo
rofil
a (µ
g/l)
Generalnie, nasze jeziora są „brudne”
Kudelska i wsp. 1992
Chróst i Siuda, niepubl - Śśednia(2 pomiary wiosenne + 2 pomiary letnie)
2004
Jeziora silnie zeutrofizowane
Jeziora słabo zeutrofizowane
Niego
cinBo
czne
Jagod
neSz
-ckie
Szym
onTa
ltowi
sko Talty
Miko
lajski
eSn
iardw
y --Ry
nskie
Belda
ny --
0,000,020,040,060,080,100,120,14
Wiosna - średnia z lat 1999-2002
(Wiosna + lato) - średnia z lat 1999-2002
Fosf
ór c
ałko
wity
(mg
P/l)
Niego
cinBo
czne
Jagod
neSz
-ckie
Szym
onTa
ltowi
sko Talty
Tałty
-#Mi
kolaj
skie
Sniar
dwy --
Rynsk
ieBe
ldany --
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
Lato - rok 2003
Niego
cinBo
czne
Jagod
neSz
ymon
eckie
Szym
onTa
ltowi
sko Talty
Miko
lajski
eSn
iardw
y --Ry
ńskie
Belda
ny --
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
II klasa
III klasa czystości
B
C
A
P-PO
43- (
mg/
l)
Rys.11
Ryn
Mikołajki
Pisz
Giżycko
Węgorzewo1
2
3
5
6
7
89
10
1112
13
14 15
16
17
18
Ruciane Nida
19
41 - J. Przystań2 - J. Mamry3 - J. Dargin4 – J. Łabap5 – J. Kisajno6 – J. Niegocin7 – J. Boczne8 – J. Jagodne9 – J. Szymoneckie10 – J. Szymon11 – J. Tałtowisko12 – J. Ryńskie13 – J. Tałty14 – J. Mikołajskie15 – J. Śniardwy16 – J. Bełdany17 – J. Głębokie18 – J. Majcz19 – J. Kuc
Generalnie, nasze jeziora są „brudne”
Czy było tak zawsze ?Jak do tego doszło ?
2004
Jeziora silnie zeutrofizowane
Jeziora słabo zeutrofizowane
Głównym zagrożeniem wód powierzchniowych Mazur jest eutrofizacja (przeżyźnienie)
Eutrofizacja może być definiowana jako:
Wzrost zawartości materii organicznejWzrost zawartości chlorofilu a Wzrost zawartości zawiesiny
Wzrost stężenia biogenów, głównie P i N
Miarą stopnie eutrofizacji wód jest indeks stanu troficznego –TSI (Carlson 1977)TSI (SD) = 60-14,41 ln (SD)TSI (Chla) = 9.81 ln (Chla) + 30,6TSI (TP) = 14,42 ln (TP) + 4,15
Bezpośrednio obserwowane efekty postępującejeutrofizacji jezior mazurskich:
- postępujący spadek przezroczystości wód- coraz obfitsze zakwity fitoplanktonu- zmiana struktury zakwitów - dominacja sinic, spadek udziałuzielenic i bruzdnic
- pojawienie się peryfitonowych glonów nitkowatych- drastyczny spadek liczebności zooplanktonu (filtratorów)- zanikanie ryb pelagialnych i tlenolubnych (sielawy, sieji, miętusa,
uklei, okonia, stynki)- zanik makrofitów zanurzonych i postępująca degradacja litoralu
Drastyczne zmniejszenie się bioróżności
Dlaczego jezioro ulega eutrofizacji ?IMPORT zwykle znacznie przewyższa EKSPORT
dlatego też proces ten jest na ogół jednokierunkowy
Osady denne
Energia:- świetlna- chemiczna
(zred.związki mineralne)
- cieplna- mechaniczna
Biogeny:- C, N, H, O, S, POM
DOMPOM
EKSPORT
Energia cieplnaCO2, CH4, O2, H2S,
N2 !! OMPolowy rybPozyskiwanie trzciny
IMPORT
Związki fosforuminuty – dni
Związki azotudni – miesiące
Związki węglamiesiące – lata
Średni czas obrotu(Tt =Pula/V asymilacji)
1g P powoduje wytworzenie znacznie większej masy związków rganicznych
niż to wynika ze stosunku Redfielda
-HPO4-R-OH
R-OH
R-OH
CO2
R-OH
CO2CO2
CO2
R-O-PO3H2
P:N:C = 1 : 7,23 : 41 [kg]
Dlaczego P i N są tak groźne ?
Ryn
Mikołajki
Pisz
Giżycko
Węgorzewo1
2
3
5
6
7
89
10
1112
13
14 15
16
17
18
Ruciane Nida
19
4
1976r.
2004r.
Ryn
Mikołajki
Pisz
Giżycko
Węgorzewo1
2
3
5
6
7
89
10
1112
13
14 15
16
17
18
Ruciane Nida
19
41 - J. P2 - J. M3 - J. D4 – J.5 – J.6 – J.7 – J.8 – J.9 – J.10 – J11 – J12 – J13 – J14 – J15 – J16 – J17 – J18 – J19 – J
Nieco historii
2004r.- mezotrofia
- hypertrofia
!Tałtowisko !Tałtowisko !
28 lat temu było i lepiej i inaczej
rzystańamryargin
Łabap KisajnoNiegocinBoczne
Jagodne Szymoneckie. Szymon. Tałtowisko. Ryńskie. Tałty. Mikołajskie. Śniardwy. Bełdany. Głębokie. Majcz. Kuc
Ryn
Mikołajki
Pisz
Giżycko
Węgorzewo1
2
3
5
6
7
89
10
1112
13
14 15
16
17
18
Ruciane Nida
19
4
1976r. 2004r.
Ryn
Mikołajki
Pisz
Giżycko
Węgorzewo1
2
3
5
6
7
89
10
1112
13
14 15
16
17
18
Ruciane Nida
19
4
1 - J. Przystań2 - J. Mamry3 - J. Dargin4 – J. Łabap5 – J. Kisajno6 – J. Niegocin7 – J. Boczne8 – J. Jagodne9 – J. Szymoneckie
10 – J. Szymon11 – J. Tałtowisko12 – J. Ryńskie13 – J. Tałty14 – J. Mikołajskie15 – J. Śniardwy16 – J. Bełdany17 – J. Głębokie18 – J. Majcz19 – J. Kuc
Jak działa system i gdzie się przemieścił ładunek P z Niegocina ?
2004r.
- mezotrofia
- hypertrofia
Zlewisko Węgorapy (Pregoły)
Zlewisko Pisy (Wisły)
Rys.3
0,0
0,4
0,8
1,2
1,6
1977
0,0
0,2
0,4
0,6
0,0
0,2
0,4
0,6
1991
1985
Fosf
ór c
ałko
wity
(mg
P/l)
0,0
0,2
0,4
0,6
1994
Niego
cinJag
odne
Tałto
wisko Tałty
Miko
łajski
eŚn
iardw
y
Ryńsk
ie
0,0
0,2
0,4
0,6
2003
Skala Soszka i wsp 1979
Cydzik i wsp 1995
Kufel i Kufel1991, 1997
Chróst i Siuda
Przemieszczanie się ładunku fosforu na z północy na południe
(wody przydenne)
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
C
AW
idzi
alność
krążk
a Se
cchi
'ego
(m
)
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5 B
Niego
cinJag
odne
Szym
oneck
ieTa
ltowi
sko Talty
Miko
lajski
eSn
iardw
y --Ry
nskie
Bełda
ny --
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
1977
1993
2000
Soszka i wsp 1979
Chróst i Siuda
Chróst i Siuda
Obecnie
W roku 1977 było nie najgorzej.
W latach 90-tycz status troficznyznacznie się pogorszył.
W drugiej połowie lat 90-tych było najgorzej
przeźroczystość wody powraca powoli do stanu z 1977.
Obecnie: zwłaszcza w jeziorach Niegocin i Boczne sytuacja wraca do normy.
Nieg
ocin
Boczn
eJag
odne
Sz-ck
ieSz
ymon
Talto
wisko
Rynsk
ieTa
ltyMi
kolaj
skie
Belda
nySn
iardw
y --
0
20
40
60
80Ch
loro
fila (
µg/l)
1977
Nieg
ocin
Jagod
neSz
ymon
eckie
Talto
wisk
o
Talty
Ryns
kieM
ikolaj
skie
Belda
nySn
iardw
y --
0
20
40
60
80
Chlo
rofil
a (µ
g/l)
1993-94Chróst i Siuda
Średnia z 4 pomiarów
Siszka i wsp. 1979
Nieg
ocin
Bocz
neJag
odne
Sz-ck
ieSz
ymon
Talto
wisko
Rynsk
ieTa
ltyMi
kolaj
skie
Belda
nySn
iardw
y --
0
20
40
60
80
Chlo
rofil
a (µg
/l)
1998Chróst i SiudaŚrednia z 2 pomiarów
Nieg
ocin
Bocz
neJag
odne
Sz-ck
ieSz
ymon
Talto
wisk
oRy
nskie
Talty
Miko
lajsk
ieBe
ldany
Sniar
dwy
0
20
40
60
80
Chl
orof
il a
(µg
l-1)
2001 - 2002 Chróst i SiudaŚrednia z 2 pomiarów
Chlorofil a
Podobnie było z fosforem.
1975 1980 1985 1990 1995 2000 20050,0
0,2
0,4
0,6
0,8Fo
sfór
cał
kow
ity (m
g P/
l)
1975 1980 1985 1990 1995 2000 20050,0
0,2
0,4
0,6
0,8
Fosf
ór c
ałko
wity
(mg
P/l)J. Niegocin J. Tałtowisko
1975 1980 1985 1990 1995 2000 20050,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
1975 1980 1985 1990 1995 2000 20050,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
1975 1980 1985 1990 1995 2000 20050,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
Fosf
ór c
ałko
wity
(mg
P/l) J. Mikołajskie J. Tałty J. Ryńskie
Kufel i Kufel 1991, 1997Soszka i wsp 1979 Siuda i Chróst
PTOTAL
Od II połowy lat 90-tych w wodach powierzchniowych jezior stęzenie Ptotal maleje
Dlaczego kierunek ewolucji statusu troficznego Wielkich
Jezior Mazurskich uległ odwróceniu ????
Hipoteza:
Jeziora północne – tempo dopływu P i N prawie nieuległo zmianie – fosfór czynnikiem limitującym -ewolucja klasyczna - powolne pogarszanie sięstatusu troficznego
Jeziora południowe – drastyczne zmniejszenie siętempa dopływu P i N – ewolucja nietypowa -zaburzony stosunek N:P – azot czynnikiemlimitującym - pozorna poprawa statusu troficznego
- „hypoeutrofia”
Wymowne faktyW latach 80 – 90 stężenie Pi w strefie fotycznej WJM w okresie latabyło niższe niż limit detekcji, w hypolimnionie zaś osiągało 30 µmol/l (J.Niegocin)
Obecnie zawartość Pi w wodach strefy fotycznej waha się od 0,01 do 8,18 µmol/l a w hypolimnionie nie przekracza 10 µmol/l
W początkach lat 90 w strefie fotycznej jezior Tałtowisko i Mikołajskiezawartość DIN w wodzie wahała się od 70 – 90 µmol/l (Półtorak 1999)
W latach 2000 – 2001 zawartość DIN w tych jeziorach wahała się wokół 5 µmoli/l i nawet wiosną nie przekraczała 30 µmol/l
Udział DON w TDN zmienił się odpowiednio z 70% do około 40-45%- jeziora wykorzystują wewnętrzne źródła N
Co takiego stało się w latach 90-tych, co poprawiło kondycję wód jeziornych ?
- Upadek wytwórni konserw rybnych w Giżycku
- Upadek PGR i anty-ekologicznego rolnictwa
Ugorowanie pól dawniej uprawnych
- Załamanie się turystyki
- Zintensyfikowanie połowów ryb
- Oczyszczalnie ścieków (Giżycko, Ryn, Mikolajki)
W CIĄGU OSTATNICH 20 LAT NASTĄPIŁ NAGŁY I DRASTYCZNY SPADEK DOPŁYWU P i N DO WÓD
POŁUDNIOWEJ CZĘŚCI WJM
Skutek ?
Ogółem dopływ P i N do wòd zmniejszył się:
~5 x (Kufel 1998)Zawartość P i N w wodach latem zmniejszyła się:
P: ~ 2 – 3xN: ~ 10x !!! (Siuda niepubl.)
Dlaczego stężenie N spadło bardziej niżstężenie P ?
Mobilność w środowisku:
Fosfór - niewielkabrak fazy gazowej, słaba rozpuszczalność,silnie sorbowany przez kompleks glebowy,duża tendencja do immobilizacji na koloidach
i zawiesinie
Azot – dużaposiada fazę gazową, dobra rozpuszczalność,niewielka sorpcja i immobilizacja, ciągły dopływ z atmosfery (wiązanie N2, tlenki azotu)
Dobre natlenienie środowiska♦Skraca okres retencji P♦Skraca okres retencji C♦ Wydłuża okres retencji N
Co z tego wynika?
♦ Limitacja fosforowa(mniejsza produkcja OM)
♦ Spadek tempa gromadzenia OM (szybka respiracja)
♦ Nadmiar azotu mineralnego(wzrost udziału NO3 – nitryfikacja)
Spadek tempa eutrofizacji
-30
-25
-20
-15
-10
-5
00 4 8 12
-30
-25
-20
-15
-10
-5
00 4 8 12
-30
-25
-20
-15
-10
-5
00 4 8 12
-30
-25
-20
-15
-10
-5
00 4 8 12
-30
-25
-20
-15
-10
-5
00 4 8 12
-30
-25
-20
-15
-10
-5
00 4 8 12
Niegocin
Głę
bokość
(m)
Jagodne
Sz-ckie
Tlen (mg/l)
Tałtowisko
Tałty
Mikołajskie
Rys.8
-30
-25
-20
-15
-10
-5
00 4 8 12
-30
-25
-20
-15
-10
-5
00 4 8 12
Ryńskie
Bełdany
Osadydenne
AZOT
FOSFÓR
DEFICYT TLENOWY
Tlenu w jeziorach jednakże brakuje !!!
Rok 2002
Deficyt tlenowy w środowisku♦Wydłuża okres retencji P♦Wydłuża okres retencji C♦ Skraca okres retencji N
Co z tego wynika?
♦ Denitryfikacja (uwalnianie N doatmosfery)
♦Deficyt N - mniejsza produkcja OM)♦ Wzrost tempa gromadzenia OM
(wolniejsze tempo respiracji)♦ Nadmiar fosforu mineralnego
Pozorny spadek tempa eutrofizacji – „hypoeutrofia”
Jeziora sprawiają wrażenie mniej zeutrofizowanych niż są w rzeczywistości.
W odróżnieniu od jezior północnych produkcji pierwotnej w jeziorach południowychnie kontroluje fosfór - świadczy o tym brak w ich wodach powierzchniowych zależności pomiędzy Ptotal i chlorofilema ( zależność Dillona i Riglera).
0 1 2 3 4 5 60
20
40
60
80
100
.
y = 3,68x+20,19n = 51r = 0,24p < 0,086
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5
0
5
10
15
20
25
30
y = 12,88x -1,09r = 0,75n = 36p < 0,0001
Chl
orof
il a
(µg
l-1)
Pt (µM)
Jeziora południoweJeziora północne
CO Od czego zależy tempo produkcji pierwotnej w jeziorach południowych???.
Jeżeli:1. TSI wyliczony z chlorofilua jest wyższy niż TSI wyliczony z Ptotal (EPA – Szwecja);
2. Stężenia chlorofilua wyliczone z uśrednionej na podstawie prac wielu autorów zależności Dillona-Riglera są niższe niż obserwowane w wodach badanychjezior (Siuda i Chróst niepubl.)
3. Stosunek Ntot./Ptot pomiędzy jeziorami północnymi i południowymi różni się w sposób statystycznie istotny i jest w jeziorach południowych niższy niż w północnych (Siuda i Chróst niepubl.)
4. Stosunek aktywności aminopeptydazy (będacej miarą zapotrzebowania bakterii naorganiczne związki azotu) do aktywności alkalicznej fosfatazy (będacej miarą zapotrzebowania biocenozy na fosfór) jest w jeziorach południowych znacznie wyższy niż w północnych i różni się w sposób statystycznie istotny (Siuda i Chróst niepubl.)
To można przypuszczać że:tempo eutrofizacji jezior południowych hamuje
brak azotu !!
0 20 40 60 80 1000
20
40
60
80
100
RyńskieMikołajskieTałty
BoczneSzymon
Niegocin
Bełdany
Jagodne
SzymoneckieTałtowisko
Chlorofil a
Stęż
enia
pro
gnoz
owan
e (µ
g l-1
)
Stężenia stwierdzone (µg l-1)0 2 4 6 8 10
0
2
4
6
8
10
Dargin
Łabap
Mamry
Majcz
Kisajno
Przystań
Stęż
enia
pro
gnoz
owan
e (µ
g l-1
)
Stężenia stwierdzone (µg l-1)
TSI Chl a – TSI PTKucMamryMajcz
PrzystanLabapDargin
KisajnoGlebokieSniardwyNiegocin
BoczneBeldany
TaltyTaltowisko
RynskieMikolajskie
JagodneSzymoneckie
Szymon-10 -8 -6 -4 -2 0 2
N ? P
PN
PŁD
DOWODY
N/P
40
50
60
70
80
90
100
J. PŁN J. PŁD
±Odch. std.±Błąd std.Średnia
Test t
JEZ. PN JEZ. PŁD
N = 10 22Śr = 80,1 61,2
STD = 12,7 14,5
Poziom istotności różnicy średnich
p = 10-3
AMP/APA
-2
2
6
10
14
18
22
Jez. PN Jez. PŁD
±Odch. std.
±Błąd std.Średnia
Odch. std
Test t
JEZ. PN JEZ. PŁD
N = 26 31Śr = 1,90 10,55
STD = 1,62 7,60
Poziom istotności różnicy średnich
p = 10-6
Gdzie drzemie niebezpieczeństwo ?
,,
1975 1980 1985 1990 1995 2000 20050,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
Rok
J. Niegocin
1975 1980 1985 1990 1995 2000 20050,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
Rok
J. Tałtowisko
Cydzik i wsp 1995
1975 1980 1985 1990 1995 2000 20050,000,050,100,150,200,250,300,350,400,450,50
1975 1980 1985 1990 1995 2000 20050,000,050,100,150,200,250,300,350,400,450,50
1975 1980 1985 1990 1995 2000 20050,000,050,100,150,200,250,300,350,400,450,50
Rok
J. RyńskieJ. TałtyJ. Mikołajskie
Kufel i Kufel 1991, 1997Soszka i wsp 1979Siuda i Chróst Zapas fosforu w wodach przydennych jaki może
być „uruchomiony” w razie zwiększenia dopływu azotu
AZOT - STOP !!!Co jest najgroźniejsze ?
Gmina Mikołajki NH4+ - z „nieszczelnych” oczyszczalniMieszkańcy 8,4 t N + turyści 8,4 t N/dzień
Ile usuwa oczyszczalnia ?
Żeglarskie piwko„ – 900 żaglówek * 4 * 30g = = 108 kg N /dzień – bezpośrednio do jeziora
Hodowla – główny kierunek rozwoju rolnictwa
?
Biopaliwa – N z nawozów -
?1 kg N = co najmniej 5,7 kg C w biomasie
Przy
stan
Mamr
yDa
rgin
Laba
pKis
ajno
Niego
cinBo
czne
Jago
dne
Sz-ck
ieSz
ymon
Talto
wisko
Ryns
kie Talty
Talty
Ocz
yMi
kolaj
skie
Belda
ny
0
2
4
6
8
40
80
120
N-H
4+ to
tal (
µmol
l-1 )
2004wody przydenne
1. Skanalizowania i ucywilizowania rozwijającego się w regionie coraz intensywniejruchu turystycznego, w tym zwłaszcza turystyki indywidualnej oraz żeglarskiej (szczelne szamba i kosze na odpadki na każdym polu biwakowym, punkty odbiorunieczystości z łodzi żaglowych itp.). Koszt w/w działań mógłby być np. częściowo pokrywany z niewielkich opłat pobieranych od żeglarzy, przekazywanych następnie na konto Fundacji OchronyWielkich Jezior Mazurskich.
2. Racjonalnego, zgodnego z wymogami ochrony środowiska rozwoju rolnictwa w regionie
3. Tworzenia lub odtwarzania stref ochronnych na obrzeżach jezior (w tymegzekwowanie nieprzestrzeganych często przepisów prawa wodnego zabra-niającego grodzenia, zabudowy i niszczenia naturalnej struktury linii brzegowej).
4. Systematycznego (niezależnego od WIOŚ) monitorowania stanu jakości wód jeziornych w punktach krytycznych za pomocą prostych i tanich metod pomia-rowych (zawartość podstawowych biogenów oraz tlenu w wodzie, widzialnośćkrążka Secchi’ego itp.). Monitoring taki winien być zlecany kompetentnym, niezależnym placówkom przez FOWJM lub władze gmin w ramach okresowoodnawialnych w drodze przetargu umów-zleceń. Konieczność uzupełnienia w tym względzie działań WIOŚ wynika z faktu, ze nawet podstawowe wskażniki jakości wód mierzone systematycznie i z duża częstotliwością pozwalają znacznie lepiej monitorować stan środowiska, niż nawet bardziej precyzyjne lecz mierzone w ramach prac WIOŚ zbyt rzadko.
Co można zrobić ?
Wniosek ?Dziękuję Państwu zauwagę