Εκτίμηση της οικολογικής ποιότητας λιμναίων οικοσυστημάτων με τη χρήση βενθικών μακροασπονδύλων

Abstract

The aim of the present thesis was the development of a multimetric index based on benthic macroinvertebrates for the assessment of the ecological quality of Greek lakes. Additionally, the following tasks were investigated: a) a thorough review of the composition of the benthic fauna in Greek lakes for updating the current checklist, b) the relationship between benthic macroinvertebrates and environmental parameters and c) the optimal sampling effort. Samplings were conducted in 18 Greek lakes and 26 environmental parameters were estimated. The Monte Carlo procedure was applied to identify the significant environmental parameters affecting benthic communities, whereas redundancy analysis (RDA) was constructed to ordinate benthic assemblages according to the environmental gradient. For the development of the index, the Spearman rank correlation (rs> 0.6) was performed to select environmental parameters (26), while box-plots were constructed to select the appropriate benthic metrics (84). In the selected metrics, a multilinear regression was applied to evaluate their response to pressures. The Ecological Quality Ratio (EQR), i.e. the deviation of each metric from reference values, was estimated using the hindcasting procedure. The final multimetric index was derived by numerically averaging the above EQR metrics. The precision of the mean abundance of benthic macroinvertebrates was estimated by the fraction of the standard error and their mean abundance per lake. Using Taylor’s law the distribution of benthic macroinvertebrates was estimated. Totally, 100 taxa of benthic macroinvertebrates were identified, where eleven species are endemic to Greek territory, three are also known to be endemic in the Balkan Peninsula and three are alien. The sublittoral and profundal benthic communities were affected by altitude, mean depth, lake surface and alkalinity (morphological characteristics) and spatial distribution. From the physico-chemical parameters studied, only temperature 1m above lake bottom was correlated with profundal benthic assemblages. Additionally, profundal benthic macroinvertebrates were more affected by eutrophication than sublittoral ones. To develop the multimetric index, the following metrics were selected: Taxatot (the total number of taxa), the Simpsontot (Simpson's diversity index for total samples) and Chiroprof (the percentage of Chironomidae in the profundal zone). The Greek Lake Benthic invertebrate Index (GLBiI) was calculated from the mean values of the EQRs of the above metrics. According to GLBiI, the ecological quality of the studied lakes was assessed as good for 5 lakes (26.3%; Doirani, Megali Prespa, Amvrakia, Trichonida and Kourna), as moderate for 8 lakes (36.8%; Volvi, Vegoritida, Petron, Kastoria, Mikri Prespa, Pamvotida, Ozeros, Paralimni), as poor for 4 lakes (22.2%; Ismarida, Zazari, Lysimachia, Yliki) and as bad for 2 lakes (Chimaditida and Voulkaria; 11.1%). The precision, regarding the mean abundance of benthic macroinvertebrates (ind/m2) was less than 0.2, which is considered a torable threshold. The model developed for the estimation of the optimal sampling effort based on the mean abundance of benthic macroinvertebrates and the desired level of precision could be used in monitoring surveys.

Σκοπός της παρούσας διατριβής ήταν η δημιουργία ενός πολυμετρικού δείκτη για την εκτίμηση της οικολογικής ποιότητας των ελληνικών λιμνών χρησιμοποιώντας τα βενθικά μακροασπόνδυλα. Επιμέρους στόχοι ήταν: α) η επικαιροποίηση της γνώσης σχετικά με τη βενθική πανίδα των λιμνών, β) η διερεύνηση της επίδρασης των περιβαλλοντικών παραμέτρων στη δομή των βενθικών κοινοτήτων και γ) η εκτίμηση της ελάχιστης απαιτούμενης δειγματοληπτικής προσπάθειας. Για το λόγο αυτό, πραγματοποιήθηκαν δειγματοληψίες σε 18 λίμνες της Ελλάδας και εκτιμήθηκαν 26 περιβαλλοντικές παράμετροι. Mε τη δοκιμασία Monte Carlo αξιολογήθηκε η σχέση των βενθικών μακροασπονδύλων με τις περιβαλλοντικές παραμέτρους και κατασκευάστηκαν τα διαγράμματα της ανάλυσης πλεονασμού ανά ζώνη βάθους. Για τη δημιουργία του πολυμετρικού δείκτη, η επιλογή των περιβαλλοντικών παραμέτρων έγινε με τη συσχέτιση Spearman (rs> 0,6), ενώ των μετρικών της βενθοπανίδας (84) με τα θηκογράμματα. Έπειτα, στις μετρικές εφαρμόστηκαν πολλαπλές γραμμικές παλινδρομήσεις προκειμένου να εκτιμηθεί η απόκριση των μετρικών στις πιέσεις. Το κλάσμα της οικολογικής ποιότητας (EQR), δηλαδή η απόκλιση από τις συνθήκες αναφοράς, εκτιμήθηκε με τη μέθοδο της «αναδρομής στο παρελθόν». Ο τελικός πολυμετρικός δείκτης προέκυψε από τη μέση τιμή των επιλεγμένων EQR των μετρικών. Η πιστότητα της μέσης αφθονίας των βενθικών μακροασπονδύλων εκτιμήθηκε από το κλάσμα του τυπικού σφάλματος προς τη μέση τιμή της αφθονίας τους ανά λίμνη. Τέλος, λαμβάνοντας υπόψη τον νόμο του Taylor έγινε προσπάθεια να αναπτυχθεί ένα μοντέλο δειγματοληπτικής προσπάθειας. Συνολικά αναγνωρίστηκαν 100 ταξινομικές ομάδες βενθικών μακροασπονδύλων, όπου έντεκα είδη είναι ενδημικά της Ελλάδας, 3 είναι ενδημικά της Βαλκανικής Χερσονήσου και 3 ξενικά. Oι βενθικές βιοκοινότητες της υποπαραλιακής και βαθιάς ζώνης επηρεάζονται από το υψόμετρο, το μέσο βάθος, την επιφάνεια της λίμνης και την αλκαλικότητα και τον ολικό φώσφορο. Ο ευτροφισμός επηρεάζει περισσότερο τις συναθροίσεις των βενθικών μακροασπονδύλων της βαθιάς από αυτές της υποπαραλιακής ζώνης. Οι βιοκοινότητες των βενθικών μακροασπονδύλων της βαθιάς ζώνης επηρεάζονται και από τη θερμοκρασία 1m πάνω από τον πυθμένα. Μέσω της βηματικής παλινδρόμησης επιλέχθηκαν οι μετρικές: Taxatot (αριθμός ταξινομικών ομάδων στο σύνολο της λίμνης), Simpsontot (δείκτης ποικιλότητας Simpson στο σύνολο της λίμνης), Chiroprof (ποσοστιαία συμμετοχή Chironomidae στη βαθιά ζώνη). Ο τελικός πολυμετρικός δείκτης GLBiI (Greek Lake Benthic invertebrate Index) εκτιμήθηκε από τη μέση τιμή του κλάσματος της οικολογικής ποιότητας των τριών μετρικών που αναφέρθηκαν παραπάνω. Με βάση το δείκτη αυτό η οικολογική ποιότητα εκτιμήθηκε ως καλή σε 5 λίμνες (Δοϊράνη, Μεγάλη Πρέσπα, Αμβρακία, Τριχωνίδα και Κουρνά), μέτρια σε 8 (Βόλβη, Βεγορίτιδα, Πετρών, Καστοριάς, Μικρή Πρέσπα, Παμβώτιδα, Οζερός, Παραλίμνη), ελλιπής σε 4 (Ισμαρίδα, Ζάζαρη, Λυσιμαχία και Υλίκη) και κακή σε 2 (Χειμαδίτιδα και Βουλκαριά). Η πιστότητα της δειγματοληπτικής προσπάθειας έδειξε ότι είναι μικρότερη από το όριο 0,2 που θεωρείται ότι είναι ικανοποιητικό. Το μοντέλο εκτίμηση της δειγματοληπτικής προσπάθειας που αναπτύχθηκε, βάσει της μέσης αφθονίας των βενθικών μακροασπονδύλων (ind/m2) και του επιθυμητού βαθμού πιστότητας μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε προγράμματα παρακολούθησης μειώνοντας το χρόνο και το κόστος της παρακολούθησης.