Εκτίμηση της οικολογικής ποιότητας του νερού σε φυσικές λίμνες και ταμιευτήρες νερού της Κύπρου με βάση το φυτοπλαγκτόν

Abstract

Lakes are vital freshwater ecosystems and assessing their water quality is vital for preserving their ecological balance and ecosystem services. Phytoplankton serves as a key biological indicator of water quality worldwide, as fluctuations in their abundance and composition often reflect shifts in nutrient levels and overall ecosystem health. In Cyprus, saline lakes and freshwater reservoirs represent two distinct lake types that differ in origin, physical characteristics, ecological function, and management needs (Habitats Directive 92/43/EEC, Water Framework Directive 2000/60/EC). Given the scarcity of biological data on these ecosystems and their ecological integrity, this dissertation aims to establish baseline information on phytoplankton community structure within these waterbodies. The study seeks to identify biodiversity patterns and assess ecological quality/potential by examining how key environmental factors (e.g. salinity, land use types, water level fluctuations) influence phytoplankton communities. Phytoplankton diversity, abundance and biovolume were monitored microscopically over a two-year period in six ephemeral saline lakes (ranging from brackish to hypersaline) and twelve freshwater reservoirs across Cyprus. During the study period, the ephemeral saline lakes exhibited pronounced seasonal and interannual variability in environmental conditions, particularly salinity and water levels. The phytoplankton communities were generally characterized by low diversity and species richness, largely attributed to elevated and highly variable salinity. Nonetheless, no significant differences in species composition were observed among lakes. The close proximity of these systems suggests that airborne microbial dispersal may facilitate colonization across sites, while catchment land uses appear to influence bloom formation. Phytoplankton abundance and biomass peaked mainly in January or February, following increased water inputs, with halotolerant chlorophyte Dunaliella blooms being the most common.In contrast, the phytoplankton composition and biomass patterns in freshwater reservoirs were primarily shaped by hydrological fluctuations (water level anomalies) associated with water management and land use within their catchments. Reservoirs with a high proportion of agricultural and artificial areas (>30%), i.e. catchments with developed areas, exhibited increased phytoplankton biomass, indicative of potential eutrophic conditions dominated by resilient taxa, though this was not accompanied by greater species richness or major community shifts. Phytoplankton biomass peaks (maxima) generally occurred during periods of high-water levels, with communities dominated by Chlorophyta, Dinoflagellata, Bacillariophyta, and Charophyta. Geographical distance between reservoirs had only a minor influence on species distribution, suggesting that local anthropogenic and hydrological factors exert stronger control than biogeographical ones. Overall, the two categories of limnosystems displayed contrasting phytoplankton community structures and dynamics. In ephemeral saline lakes natural seasonal variability, driven by hydrological extremes and high salinity was the primary regulatory force. In freshwater reservoirs anthropogenic pressures, particularly water management practices and nutrient enrichment from land use, played the dominant role. In both cases, the prevalence of stress-tolerant and ecologically flexible species underscores the dynamic and sensitive nature of Mediterranean aquatic ecosystems under multiple environmental stressors. These comparative findings emphasize the need for tailored ecosystem-specific management strategies. Understanding phytoplankton dynamics in both ecosystem categories provides valuable insights for integrated ecological quality assessment and for enhancing the resilience of Cyprus's inland waters.

Οι λίμνες αποτελούν ζωτικής σημασίας υδάτινα οικοσυστήματα και η αξιολόγηση της ποιότητας των υδάτων τους είναι κρίσιμη για τη διατήρηση της οικολογικής ισορροπίας και των παρεχόμενων οικοσυστημικών υπηρεσιών. Tο φυτοπλαγκτόν συνιστά ένα από τα σημαντικότερα βιολογικά στοιχεία σε δείκτες ποιότητας νερού, καθώς οι μεταβολές στην αφθονία και στη σύνθεσή του αντανακλούν μεταβολές στα επίπεδα θρεπτικών στοιχείων και στη γενικότερη οικολογική κατάσταση των υδάτινων οικοσυστημάτων. Στην Κύπρο, οι αλμυρές λίμνες και οι ταμιευτήρες γλυκού νερού αποτελούν δύο διακριτές κατηγορίες, με τύπους λιμναίων οικοσυστημάτων, οι οποίοι διαφοροποιούνται ως προς την προέλευση, τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά, τη λειτουργία και τις απαιτήσεις διαχείρισής τους (Οδηγία για τους Οικοτόπους 92/43/ΕΟΚ, Οδηγία Πλαίσιο για τα Ύδατα – ΟΠΥ 2000/60/ΕΚ). Δεδομένης της περιορισμένης πληροφορίας για τα βιολογικά στοιχεία στα συγκεκριμένα οικοσυστήματα, αλλά και για το πόσο φυσικά είναι ως υδάτινα οικοσυστήματα, η παρούσα διατριβή στοχεύει στη δημιουργία βασικών δεδομένων αναφοράς σχετικά με τη δομή των κοινοτήτων φυτοπλαγκτού στα εν λόγω υδάτινα σώματα, με σκοπό την αναγνώριση προτύπων βιοποικιλότητας και την εκτίμηση της οικολογικής τους ποιότητας ή/και του οικολογικού τους δυναμικού. Παράλληλα, εξετάζεται η επίδραση καθοριστικών περιβαλλοντικών παραγόντων (π.χ. αλατότητα, χρήσεις γης, διακυμάνσεις στάθμης νερού) στη σύνθεση και δυναμική των κοινοτήτων φυτοπλαγκτού. Κατά τη διάρκεια διετούς παρακολούθησης διερευνήθηκαν μέσω μικροσκοπικής ανάλυσης, η ποικιλότητα, η αφθονία και ο βιοόγκος του φυτοπλαγκτού έξι εφήμερων αλμυρών λιμνών, που καλύπτουν εύρος αλατότητας από υφάλμυρες έως υπεράλμυρες συνθήκες, καθώς και δώδεκα ταμιευτήρων γλυκού νερού, σε όλη την Κύπρο. Κατά την περίοδο έρευνας, οι εφήμερες αλμυρές λίμνες παρουσίασαν έντονες εποχικές και διαχρονικές διακυμάνσεις των περιβαλλοντικών συνθηκών (αλατότητα, στάθμη νερού). Κοινό χαρακτηριστικό των κοινοτήτων φυτοπλαγκτού ήταν η χαμηλή ποικιλότητα και ο μικρός αριθμός ειδών, φαινόμενο που αποδίδεται στην αυξημένη αλατότητα. Δεν καταγράφηκαν σημαντικές διαφορές στη σύνθεση των ειδών μεταξύ των λιμνών, ενώ η εγγύτητα μεταξύ τους υποδηλώνει ότι η διασπορά μικροοργανισμών μέσω του αέρα μπορεί να διευκολύνει τον εποικισμό από τη μία λίμνη στην άλλη. Επιπλέον, παρόμοια πρότυπα χρήσεων γης στις λεκάνες απορροής επηρέασαν τον σχηματισμό ανθίσεων φυτοπλαγκτού. Υψηλότερες τιμές αφθονίας και βιομάζας παρατηρήθηκαν κυρίως τον Ιανουάριο ή τον Φεβρουάριο, σε περιόδους αυξημένων εισροών νερού. Συχνότερες ήταν οι ανθίσεις του ιδιαίτερα ανθεκτικού σε ποικίλες συνθήκες αλατότητας, χλωροφύκους Dunaliella. Οι ταμιευτήρες γλυκού νερού παρουσίασαν πρότυπα σύνθεσης και βιομάζας φυτοπλαγκτού που επηρεάστηκαν κυρίως από τις υδρολογικές διακυμάνσεις (μεταβολές στάθμης νερού) που συνδέονται με πρακτικές διαχείρισης των αποθεμάτων νερού και από τις χρήσεις γης εντός των λεκανών απορροής. Το υψηλό ποσοστό γεωργικών και τεχνητών περιοχών (>30%) στη λεκάνη απορροής συσχετίστηκε με αυξημένη βιομάζα φυτοπλαγκτού, χωρίς αντίστοιχη αύξηση της ποικιλότητας των ειδών ή σημαντικές μεταβολές στη σύνθεση των κοινοτήτων, γεγονός που υποδηλώνει πιθανές εύτροφες συνθήκες, με επικράτηση ειδών ανθεκτικών στις υδρολογικές αλλαγές. Οι μέγιστες τιμές βιομάζας έχουν καταγραφεί κυρίως σε περιόδους υψηλής στάθμης νερού, με κυρίαρχες ομάδες τα Χλωροφύκη, τα Δινομαστιγωτά, τα Διάτομα και τα Χαροφύκη. Η γεωγραφική απόσταση μεταξύ των ταμιευτήρων είχε μικρή επίδραση στη χωρική κατανομή των ειδών, γεγονός που ενισχύει την άποψη ότι οι τοπικοί ανθρωπογενείς και υδρολογικοί παράγοντες έχουν ισχυρότερη επίδραση από τους βιογεωγραφικούς. Συνολικά, οι δύο τύποι λιμνοσυστημάτων παρουσίασαν αντίθετα πρότυπα δομής και λειτουργίας των κοινοτήτων φυτοπλαγκτού. Στις εφήμερες αλμυρές λίμνες, οι φυσικές εποχικές διακυμάνσεις, που οδηγούν σε υδρολογικά ακραίες συνθήκες και υψηλές τιμές αλατότητας, αποτελούν τον κύριο ρυθμιστικό παράγοντα. Αντιθέτως, στους ταμιευτήρες γλυκού νερού κυριαρχούν οι ανθρωπογενείς επιδράσεις, ιδίως η χρήση των υδάτων και ο εμπλουτισμός σε θρεπτικά, λόγω χρήσεων γης. Σε αμφότερους τους τύπους η επικράτηση ανθεκτικών και οικολογικά ευέλικτων ειδών αντικατοπτρίζει τη δυναμική και ευαίσθητη φύση αβαθών μεσογειακών υδάτινων οικοσυστημάτων, που υπόκεινται στην επίδραση πολλαπλών περιβαλλοντικών πιέσεων. Τα συγκριτικά αυτά ευρήματα αναδεικνύουν την ανάγκη για στοχευμένες και διαφοροποιημένες στρατηγικές διαχείρισης. Η κατανόηση της δυναμικής των κοινοτήτων φυτοπλαγκτού στις δύο κατηγορίες οικοσυστημάτων παρέχει πολύτιμα εργαλεία για την ολοκληρωμένη παρακολούθηση της οικολογικής ποιότητας και την ενίσχυση της ανθεκτικότητας των εσωτερικών υδάτων της Κύπρου.