71

S ł u p s k i e P r a c e B i o l o g i c z n e 6 •••• 2009

SEZONOWA ZMIENNOŚĆ STĘśENIA SUBSTANCJIBIOGENICZNYCH W WODACH JEZIORA DOBRA

(POJEZIERZE POMORSKIE);POZIOM TROFII JEZIORA

SEASONAL CHANGES IN NUTRIENTS CONCENTRATIONIN LAKE DOBRA (POMERANIAN LAKE DISTRICT);

TROPHIC STATE OF LAKE

Anna Jarosiewicz1, Tomasz Hetmański2

Akademia Pomorska1 Zakład Ekologii Wód2 Zakład Zoologii

Instytut Biologii i Ochrony Środowiskaul. Arciszewskiego 22b, 76-200 Słupske-mail: jarosiewicza @ poczta.onet.pl

ABSTRACT

The vertical and seasonal distribution of various nitrogen and phosphorus formswas investigated in lake Dobra (Pomeranian Lake District). Water samples werecollected and measured in monthly intervals from September 2007 to October 2008.Vertical concentrations of biogens forms changed substantially during the studies.These differences were closely associated with the water circulation and stagnationand with the changes of the oxygen availability. The concentration of Ntot was in therange of 1.0-4.2 mgNdm-3, and the Ptot was from 0.047 to 0.20 mgPdm-3. The maxi-mum concentrations were observed in summer in bottom layer of deepest station.The trophic state of lake was evaluated according to the Carlson’s method (TSISD;TSIChl; TSIPtot). The value of calculated indexes qualify this lake as meso-eutrophic.

Słowa kluczowe: azot, fosfor, stratyfikacja, jakość wód jeziornych, poziom trofiiKey words: nitrogen, phosphorus, stratification, lake water quality, trophy level

WPROWADZENIE

Jeziora są bardzo specyficznymi ekosystemami, w dynamiczny sposób zmieniająsię w czasie i podlegają rozwojowi, prowadzącemu zwykle do ich wzbogacania

72

i intensyfikacji produkcji biologicznej (Kudelska i in. 1994). O stopniu i intensyw-ności przemian zachodzących w poszczególnych jeziorach decyduje między innymizawartość substancji biogenicznych: azotu i fosforu w ich toni wodnej. Azot i fosforsą składnikami bardzo aktywnymi zarówno pod względem biologicznym, jak i che-micznym, a droga ich przemian obejmuje dostawę ze zlewni, odpływ ze zbiornika,przemiany biologiczne, sedymentację, mineralizację, wymianę woda-atmosfera orazosad denny-woda (Wetzel 2001). Cykl przemian substancji biogenicznych w środo-wisku wodnym jest bardzo złoŜonym procesem, uwarunkowanym czynnikami me-teorologicznymi, hydrobiologicznymi, właściwościami geochemicznymi zlewnioraz rodzajem i intensywnością antropopresji (Lehner i Döll 2004), a próba zrozu-mienia tych przemian wymaga dokładnej ich analizy w czasie i przestrzeni.

Celem niniejszego opracowania było określenie zawartości i prześledzenie sezo-nowych zmian stęŜenia związków biogenicznych w wodach jeziora Dobra oraz wy-znaczenie poziomu troficznego tego zbiornika wodnego.

TEREN I METODY BADAŃ

Prezentowane w niniejszej pracy jezioro Dobra (Dobrskie) (54°23,4′; 17°20,3′)połoŜone jest na obszarze Wysoczyzny Damnickiej (Pojezierze Pomorskie; woj.pomorskie, powiat słupski, gmina Dębnica Kaszubska). Wysoczyzna Damnicka jestnajbardziej jednorodnym obszarem w obrębie dorzecza Słupi i Łupawy. Tworzy jądość płaska lub lokalnie falista strefa moreny dennej, wyraźnie dominująca nadokolicą (50-90 m n.p.m) (Zasoby... 2002).

Jezioro Dobra jest niewielkim (powierzchnia zwierciadła wody 28 ha), bezprze-płwowym jeziorem rynnowym o głębokości średniej ok. 5 m (tab. 1). Jego zlewnię

Tabela 1Parametry morfometryczne jeziora Dobra (źródło: Jańczak 1997)

Table 1Morphometric data of lake Dobra

Wskaźnik Jednostka Wartość

Wysokość n.p.m. m 91,8

Powierzchnia ha 28,5

Długość maksymalna m 1500

Szerokość maksymalna m 280

Objętość misy jeziornej tys. m3 1368

Głębokość maksymalna m 12,0

Głębokość średnia m 4,8

Długość linii brzegowej m 3390

Rozwinięcie linii brzegowej - 1,79

Wskaźnik odsłonięcia - 5,9

73

stanowią lasy i pola uprawne, a w okresie letnim często przebywają nad nim oko-liczni mieszkańcy. W najbliŜszym czasie planowana jest istotna zmiana uŜytkowaniazlewni tego jeziora – oba jego dłuŜsze brzegi przewidziane są pod zabudowę jedno-rodzinną.

Badania, których celem było prześledzenie sezonowych zmian stęŜenia związ-ków biogenicznych, prowadzone były w miesięcznych odstępach od września 2007roku do października 2008 roku (z wyjątkiem grudnia i stycznia). Na jeziorze wy-znaczone zostały 4 stanowiska pomiarowe, zlokalizowane wzdłuŜ dłuŜszej jego osi(ryc. 1). Przed pobraniem prób wody na kaŜdym ze stanowisk w przekroju piono-wym co metr mierzona była temperatura wody, widzialność krąŜka Secchiego orazna stanowisku najgłębszym, za pomocą sondy tlenowej (HANNA HI9146) – stęŜe-nie rozpuszczonego w wodzie tlenu.

Ryc. 1. Lokalizacja stanowisk badawczych na jeziorze DobraFig. 1. Location of measurement sites in lake Dobra

Próby do określenia stęŜenia poszczególnych form azotu i fosforu pobierane byłyczerpakiem horyzontalnym typu van Dorna z powierzchniowej (1 m pod powierzch-nią) i przydennej warstwy wody oraz z warstwy nad i pod termokliną. W warunkachlaboratoryjnych, w dniu pobrania prób, bezpośrednio w kaŜdej z nich oznaczanostęŜenie fosforu całkowitego i całkowitego fosforu mineralnego, azotu całkowitegoi jego form mineralnych, tzn. azotanów i jonów amonowych. Metodykę oznaczeńfizykochemicznych oparto na opracowaniu Hermanowicza i in. (1976). Wszystkieoznaczenia kolorymetryczne wykonano, uŜywając spektrofotometru SP-830 plusMetertech.

Na podstawie uzyskanych wyników, korzystając z metody Carlsona (1977), oce-niono stan troficzny jeziora. Metoda ta polega na wyznaczeniu wartości trzech

74

wskaźników stanu trofii (Trophic State Index), związanych z: widzialnością krąŜkaSecchiego (TSISD); stęŜeniem chlorofilu (TSIChl); stęŜeniem fosforu całkowitego(TSIPtot) w epilimnionie w sezonie letnim. Obliczeń tych wskaźników dokonuje sięna podstawie wzorów podanych przez Carlsona (1977):

−=

2610

ln

lnTSISD

SD

−−=

2

68,002,2610

ln

lnTSIChl

Chl

−=2

48

610ln

ln

TSIPtotPtot

Z kolei analiza cech morfometrycznych, hydrograficznych i zlewniowych (wgKudelska i in. 1994) pozwoliła na określenie naturalnej podatności jeziora na degra-dację.

WYNIKI

Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, Ŝe jezioro Dobra ma silniezaznaczoną cyrkulację jesienną oraz wyraźną stratyfikację termiczną (ryc. 2a) i che-miczną latem. W okresie letnim epilimnion jeziora sięgał 4 m, hypolimnion zaś roz-poczynał się od głębokości 8 m. Obserwowana wówczas róŜnica temperatur pomię-dzy warstwą powierzchniową a przydenną wynosiła około 12°C. Maksymalny gra-dient termiczny w termoklinie wyniósł 5,9°Cm-1 (średni 3°Cm-1).

Ryc. 2. Sezonowe zmiany temperatury (a) i stęŜenia tlenu rozpuszczonego (mgO2dm-3) (b)w toni wodnej jeziora Dobra (wybrane terminy)Fig. 2. Vertical profiles of water temperature (a) and seasonal changes in dissolved oxygenconcentration (b) (mgO2dm-3) in lake Dobra (selected data)

75

Ze względu na to, iŜ cyrkulacja wód jest podstawowym źródłem zasilania jezio-ra w tlen, stęŜenie rozpuszczonego tlenu zasadniczo odpowiadało dynamice maswody (ryc. 2b). W trakcie stagnacji letniej wody epilimnionu jeziora charakteryzo-wały się natlenieniem rzędu 100%, natomiast przy dnie obserwowany był deficyttlenowy (natlenienie poniŜej 5%), powstały na skutek rozkładu materii organicznej,zdeponowanej w strefie przydennej jeziora. Dysproporcję w pionowym rozmiesz-czeniu zawartości tlenu potęgowały zapewne równieŜ utrudnione warunki miesza-nia, wynikające z połoŜenia jeziora. Gradient zawartości tlenu w oksyklinie wynosił2,2 mgO2dm-3m-1, a sama oksyklina występowała na głębokości pomiędzy 3 a 8 m.

Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, Ŝe przejrzystość wód jezio-ra silnie skorelowana była z cyklem wegetacyjnym i wynosiła od 1,5 m latem doponad 3,5 m w okresie jesienno-zimowym.

Przemienny cykl stagnacji i cyrkulacji mas wody, a co za tym idzie – zmiany jejnatlenienia, w istotny sposób wpływały równieŜ na zawartość azotu i fosforu w po-szczególnych warstwach jeziora (tab. 2).

Tabela 2Zmienność substancji biogenicznych w wodach jeziora Dobra

Table 2Biogens variability in lake Dobra

Parametr Warstwa Średnia Min. Max. SD Amplituda

pow 0,095 0,047 0,137 0,022 0,090Ptot , mgP/dm3

dno 0,149 0,091 0,200 0,035 0,109

pow. 0,019 0,000 0,046 0,000 0,046P-PO4,mgP/dm3

dno 0,046 0,012 0,116 0,032 0,104

pow. 1,269 0,978 1,521 0,136 0,543Ntot, mgN/dm3

dno 2,208 1,408 4,197 0,924 2,789

pow. 0,109 0,000 0,327 0,095 0,327N-NO3,mgN/dm3

dno 0,092 0,010 0,258 0,086 0,248

pow. 0,134 0,015 0,441 0,137 0,426N-NH4,mgN/dm3

dno 0,994 0,255 2,853 0,908 2,598

pow. – próby wody pobierane 1 m pod powierzchniądno – woda pobierana z warstwy przydennej najgłębszego stanowiskaSD – odchylenie standardowe

Zawartość fosforu całkowitego w jeziorze mieściła się w zakresie od 0,047 do0,200 mgPdm-3 (ryc. 3). NajwyŜsze wartości Ptot występowały w warstwie przyden-nej od lipca do września (wartość maksymalna – 0,200 mg, odnotowana we wrze-śniu 2007 roku). W warstwie powierzchniowej jego stęŜenie wynosiło średnio około0,09 mgPdm-3

± 0,022.

76

Ryc. 3. Sezonowe zmiany stęŜenia (mgPdm-3) fosforanów i fosforu całkowitego w toni wod-nej jeziora DobraFig. 3. Seasonal changes (mgPdm-3) in phosphates and total phosphorus in lake Dobra

Największe stęŜenie fosforanów odnotowywane było równieŜ w okresie stagna-cji letniej, w warstwie przydennej, przy czym maksymalne stęŜenie – 0,116 mgPdm-3

było w sierpniu. W warstwie powierzchniowej stęŜenie fosforanów od końca majado przełomu sierpnia i września wynosiło około 0,03 mgPdm-3. W pozostałej częściroku było ono bardzo niskie, niekiedy zerowe.

Zawartość azotu całkowitego (ryc. 4) mieściła się w zakresie od około 1,0 dookoło 4,2 mgNdm-3. Największe wartości występowały latem, przy dnie, w okolicynajgłębszego stanowiska pomiarowego. W powierzchniowej warstwie wody nato-miast stęŜenie Ntot utrzymywało się na w miarę stabilnym poziomie od około 1 do1,5 mgNdm-3. Azot amonowy obecny był w jeziorze przez cały okres badawczy,przy czym znacznie większe jego zmiany obserwowano w warstwie przydennej jezio-ra (ryc. 4). W warstwie powierzchniowej wyróŜnić moŜna było dwa okresy w ciągucyklu badań: od przełomu września i października do kwietnia i od maja do sierpnia.W pierwszym stęŜenie NH4-N było 10-krotnie wyŜsze (około 0,3 mgNdm-3) niŜw pozostałym. Wyraźna sezonowa dynamika zmian obserwowana była w przyden-nej warstwie jeziora. Od czerwca w tym rejonie nastąpił wzrost NH4-N, przy czymnajwyŜsze stęŜenie i tym samym najwyŜszy jego gradient pionowy w jeziorze byływe wrześniu. Pod koniec października, na skutek cyrkulacji wody, nastąpiło wyrów-nanie stęŜeń w całym profilu jeziora. Azot azotanowy występował w mniejszychilościach (ryc. 4). W okresie zimowo-wiosennym jego stęŜenie było najwyŜsze i wy-równane w całej toni wodnej (0,2-0,3 mgNdm-3). W sezonie wegetacyjnym nato-miast znacznie spadło i – poza jednorazowym wzrostem w lipcu – wynosiło poniŜej0,1 mgNdm-3.

77

Ryc. 4. Sezonowe zmiany stęŜenia (mgNdm-3) azotu amonowego, azotu azotanowegoi całkowitego w toni wodnej jeziora DobraFig. 4. Seasonal changes (mgNdm-3) in ammonium nitrogen, nitrate nitrogen and total nitro-gen in lake Dobra

DYSKUSJA

Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, Ŝe stęŜenia poszczególnychform azotu i fosforu charakteryzowały się sezonową zmiennością, a ich przemiesz-czanie się w wodach jeziora i przybierane formy zaleŜne były przede wszystkim odintensywności zachodzących procesów biologicznych, cyrkulacji wody oraz zawar-tości tlenu. Azot występował głównie w postaci azotu organicznego, wyznaczonegojako róŜnica pomiędzy azotem całkowitym a mineralnym, natomiast wśród formmineralnych, poza miesiącami wiosennymi, większy udział procentowy miała formaamonowa. Stosunek azotu amonowego do azotanowego uzaleŜniony był od wiel-kości deficytu tlenowego. Wiosną, gdy woda była dobrze natleniona, przewaŜałyazotany (stanowiły nawet do około 80% formy mineralnej). Tak wysokie stęŜenieNO3-N po okresie zimy świadczy równieŜ o intensywnie zachodzącej nitryfikacjiw jej trakcie. Znacznie mniejsze stęŜenia mineralnych form azotu latem w po-

78

wierzchniowej warstwie jeziora wskazują na zuŜywanie ich przez rozwijający sięfitoplankton. Obserwowany w tym samym czasie wzrost stęŜenia fosforu mineral-nego spowodowany mógł być przede wszystkim szybkim jego obiegiem na drodzeplankton-woda-plankton, jak równieŜ wzmoŜoną jego dostawą zewnętrzną w tymokresie, związaną z intensywną eksploatacją turystyczną jeziora.

Utworzona latem termoklina, zalegająca na głębokości 5-7 m, powodowała roz-graniczenie warstw wody jeziora o odmiennej dynamice obiegu materii. W tym cza-sie, gdy zasoby tlenu przy dnie nie przekraczały 5%, odnotowywano silny wzroststęŜenia zarówno jonów amonowych, jak i fosforanów. Na skutek braku tlenu zma-gazynowany w osadach fosfor został odblokowany, bowiem przy koncentracji tlenuponiŜej 0,1 mgdm-3 nierozpuszczalne kompleksy fosforu z Ŝelazem czy glinem roz-padają się. Natomiast jony amonowe w hypolimnionie były przede wszystkim skut-kiem biologicznej dekompozycji sedymentującej materii organicznej, a ze względuna występującą stratyfikację wód w tym okresie zostały zablokowane w warstwieprzydennej. Ponadto przy niskim stęŜeniu tlenu ustaje proces bakteryjnej nitryfikacjijonów NH4

+ i wzrasta szybkość uwalniania tych jonów z osadów dennych.Przeprowadzona na podstawie uzyskanych wyników ocena poziomu trofii jezio-

ra, z zastosowaniem wskaźników stanu trofii Carlsona (TSISD; TSIChl; TSIPtot), suge-ruje, Ŝe jezioro znajduje się na granicy mezotrofii i eutrofii. Wskaźnik obliczony napodstawie pomiarów widzialności krąŜka Secchiego w okresie letnim wyniósł 54.Podobną wartość (56) miał wskaźnik TSIChl. Zgodnie z kryterium przyjętym przezCarlsona (1977), wartość względna wskaźników stanu trofii w zakresie od 40 do 60świadczy o mezotroficznym charakterze jeziora. Natomiast stęŜenie fosforu całko-witego latem w epilimnionie rzędu 0,11 mgP/dm3 kwalifikuje jezioro do typu eutro-ficznego (TSIPtot = 72, w skali Carlsona: od 60 do 80 – eutrofia). Ponadto o postę-pującym procesie eutrofizacji świadczyć mogą obserwowane letnie deficyty tlenowew warstwie naddanej.

Ocena podatności jeziora na degradację wskazuje na jego niewielką odporność– na granicy II i III klasy podatności według klasyfikacji Kudelskiej i in. (1994). Ni-ski iloraz objętości jeziora i długości linii brzegowej oraz niewielki procent stratyfi-kacji wód w okresie stagnacji świadczyć mogą zarówno o mniejszej odporności je-ziora na wpływy z zewnątrz, jak i o większej intensywności krąŜenia materii. Biorącpod uwagę te dwa elementy, stwierdzamy, Ŝe wprowadzenie dodatkowego obciąŜe-nia zlewni jeziora w postaci zabudowy jednorodzinnej moŜe spowodować przyspie-szoną eutrofizację tego zbiornika.

LITERATURA

Carlson R. E. 1977. A trophic state index for lakes. Limnol. Oceanogr., 22:261-369.Hermanowicz W., DoŜańska W., Dojlido J., Kosiorowski B. 1976. Fizyczno-chemiczne ba-

danie wody i ścieków. Arkady, Warszawa.Jańczak J. 1997. Atlas jezior Polski. Bogucki Wydawnictwo Naukowe, Poznań.Kudelska D., Cydzik D., Soszka H. 1994. Wytyczne monitoringu podstawowego jezior. Bi-

blioteka Monitoringu Środowiska, Warszawa.

79

Lehner B., Doll P. 2004. Development and validation of a global database of lakes, reservoirsand wetlands. Journal of Hydrobiology, 296: 1-19.

Wetzel R.G. 2001. Limnology. Lake and river ecosystems. Elsevier Academic Press, SanDiego.

Zasoby przyrodnicze dorzecza Słupi i Łupawy. 2002. W. Lipczyński (red.). Grawipol, Słupsk.