Możliwości zwiększenia samooczyszczania ekosystemów lotycznych przez regulację czynników biotycznych i abiotycznych

Abstract

W świetle zmieniającego się podejścia do eksploatacji i zarządzania zasobami wód powierzchniowych, wzrasta zainteresowanie naturalnymi ewolucyjnie ukształtowanymi mechanizmami determinującymi procesy samooczyszczania wód płynących, co jest niezbędne dla prowadzenia efektywnej gospodarki opartej na harmonizacji negatywnych skutków antropopresji szczególnie w obszarze małych cieków i strumieni. W pierwszym etapie pracy został zbudowany modelowy sztuczny strumień (Sz.S.), odwzorowujący naturalny ekosystem rzeczny z uwzględnieniem zróżnicowania fragmentów jasnych i zacienionych oraz zróżnicowaniem siedliskowym w oparciu o sekwencję bystrzy i plos. Sz.S. zasilany był przez wody naturalnego strumienia. W celu potwierdzenia funkcjonalności Sz.S. w badaniach procesów samooczyszczania wody, dokonana została analiza ilościowa stężeń wzdłuż odcinka badawczego (OB) Sz.S., związków biogennych (TN, N-NO2, N-NO3, N-NH4 oraz TP i P-PO4) i parametru biotycznego (chl a) zmierzona podczas monitoringu cyklicznego (sezon letni 2011 i 2012). Jednakże, najwyższą redukcję w OB zaobserwowano dla N-NO3 39% (od 3,40 mg L-1 do 2,09 mg L-1) i dla P-PO4 o 92% (od 0,036 mg L-1 do 0,003 mg L-1) podczas krótkoterminowego zrzutu dodatkowego ładunku biogenów wzdłuż 60 m OB. Ponadto, w sezonie 2011 i 2012 w OB odnotowano proces produkcji pierwotnej mierzony przez wzrost stężenia chl a w słupie wody (od 2,00 µg L-1 do 3,06 µg L-1) i odpowiednio (od 2,28 µg L-1 do 2,32 µg L-1) oraz na eksperymentalnych powierzchniach biofilmu w sezonie 2012 (do 7,76 mg m-2 ) w plosach. Analiza korelacji i zależności typu przyczyna-skutek przy użyciu metody k-NN pomiędzy czynnikami abiotycznymi (temperatura, pH, stężenie zawiesiny organicznej i stężenie tlenu rozpuszczonego) i biotycznymi (stężenie chl a) jako kluczowy, wskazała proces transportu i sedymentacji zawiesiny organicznej w plosach 64% (od 5,56 mg L-1 do 1,98 mg L-1), ściśle powiązany z zachodzącymi procesami około-osadowymi w biofilmie w obszarze bentosu. Plosa zostały wskazane również jako kluczowe obszary procesu respiracji na podstawie obserwacji wzrostu tempa dekompozycji materii organicznej (72%) oraz liczebności bakterii w biofilmie (do 81 x 106 mL-6) wraz z odnotowanym spadkiem stężenia DO w wodzie wzdłuż OB. W drugim sezonie funkcjonowania Sz.S. naturalna sukcesja w ukształtowanym hydromorfologicznie OB zwiększyła efektywność redukcji zawiesiny organicznej. Pokazuje to (biorąc pod uwagę również wcześniej opisane zależności) jak ważna jest prawidłowo zaprojektowana struktura koryta w utrzymaniu już istniejących strumieni i w szerszym aspekcie przyszłego zarządzania obszarami wód płynących z uwzględnieniem konstrukcji nowych małych cieków np. śródpolnych.