Ocena stanu biocenoz wodnych –wskaźniki naturalności i cenności

biocenotycznej

Stanisław Czachorowski

Łódź 7-9.XII.2005

Wstęp• Nie tylko ocena stanu czystości wody• Oceny stanu ekologicznego (zbiornik i jego

otoczenie! Owady amfibiotyczne!)• Luki w wiedzy o ekosystemach• 1. podejście cybernetyczno-energetyczne

(różnorodność)• 2. nowe podejście: alternatywne strategie życia, sukcesja ekologiczna, zaburzenia i katastrofy

Wstęp

• Jak porównywać wieloelementowe układy? (wskaźniki syntetyczne)

• Czy znamy pełen skład gatunkowy choćjednego ekosystemu?

• Wskazać gatunki synantropijne, synurbijne i obce versus gatunki typowe, pierwotne i „naturalne”.

Jak porównywać?

• Skład gatunkowy (porównywanie opisowe) (różnice regionalne!!!)

• Różnorodność• Ocena siedliskowa (+ hydrochemia)• Wskaźniki naturalności (specyficzności)• Wskaźniki „cenności przyrodniczej”

Liczba gatunków, różnorodność

0102030405060708090

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

l.gat.

Zmiany w trakcie sukcesji ekologicznejczas

Licz

ba g

atun

ków

Wskaźnik naturalności Fischera (źródliska)

s

aWzeOWS

s

i∑== 1

Wze- wskaźnik znaczenia ekologicznego

a – liczebność i-ego gatunku (pięć kategorii od 1=rzadko do 5=bardzo licznie)

s – liczba wszystkich gatunkówFischer 1996, Czachorowski 1998

s

WzeWns

s

ii∑

== 1

N

nWzeWni

s

iii∑

== 1

w ujęciu jakościowym: w ujęciu ilościowym:

Wzei - wskaźnik znaczenia ekologicznego i-tego gatunku w danej biocenozie

S - liczba wszystkich gatunków obecnych w danej biocenozieni - liczebność i-tego gatunkuN - liczba wszystkich osobnikówWn przyjmuje wartości 1-16

Współczynnik naturalności

(Czachorowski 1998, Czachorowski i Buczyński 1999)

Przykład 1. ważki (specyficzność)

Torfowiska sfagnowe (Sphagnal peat-bogs) Torfowiska niskie (Low-moors) 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 11. 12. 13. 14. 1. 2. 3. 7. 8. 9. 10. 12. N 8 13 16 27 25 15 23 11 4 10 2 1 19 14 17 24 7 15 18 7 Wns „A” 5,6 3,8 4,2 3,5 3,3 4,8 3,5 5,7 12,5 8,7 12,0 16,0 3,0 2,7 2,0 2,6 1,9 2,7 3,8 1,7 Wns „B” 6,5 3,8 3,2 3,6 3,5 5,1 4,1 4,0 2,0 2,4 3,0 4,0 4,6 4,4 2,8 4,0 2,4 3,5 4,6 3,6 Wni „A” 3,5 3,6 6,5 4,0 2,4 3,6 3,8 5,0 15,8 13,2 12,8 16,0 2,7 3,0 1,8 2,3 1,6 1,8 2,3 1,5 Wni „B” 4,3 4,2 3,1 5,1 3,6 7,3 3,3 3,6 2,0 3,6 2,8 4,0 4,3 5,3 2,0 3,3 1,8 2,5 2,3 2,2

Wskaźniki naturalności torfowisk sfagnowych oraz niskich, w oparciu o larwy Odonata („A” - obliczane wg wskaźnika dla torfowisk sfagnowych, „B” - dla torfowisk niskich). N - liczba gatunków.

(Czachorowski i Buczyński 1999)

Przykład 2. chruściki (specyficzność)

Torfowiska sfagnowe Torfowiska niskie 4. 5. 7. 8. 9. 10. 2. 2a. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.N 5 6 11 3 6 1 2 1 7 1 1 1 5 1 7 5 2 1 Wns „A” 3,4 2,8 5,1 6,0 2,0 4,0 2,5 16 3,0 1,0 4,0 1,0 1,6 1,0 3,7 3,0 1,0 4,0Wns „B” 1,3 5,0 2,6 8,5 7,2 2,0 1,5 1,0 4,0 1,0 1,0 4,0 1,6 16 7,9 7,2 2,5 2,0Wns - Odonata + Trichoptera

3,4 3,2 4,0 5,8 4,9 3,2 3,2 3,7 5,6 5,5 2,0

Wskaźnik naturalności jakościowy (Wns) w oparciu o larwy Trichoptera, („A” - obliczane wg wskaźnika dla torfowisk sfagnowych, „B” - dla torfowisk niskich). N - liczba gatunków. (Czachorowski i Buczyński 1999)

Ważki torfowisk, Czechy, pH, (wg. A. Dolny 2003)

Dolny 2003

Wskaźnik naturalności Liczba gatunków

m n.p.m Ważki torfowisk, Czechy

Dolny 2003

Wskaźnik naturalności Liczba gatunków

Powierzchnia, Ważki torfowisk, Czechy

Dolny 2003

Wskaźnik naturalności Liczba gatunków

Wiek, Ważki torfowisk, Czechy

Dolny 2003

Wskaźnik naturalności Liczba gatunków

Ważki torfowisk, Czechy, Dolny 2003

Dolny 2003

Liczba gatunków

Wsk

aźni

k na

tura

lnoś

ci

Inne przykłady

Chruściki źródeł Polski (Czachorowski 1999)„Jeziorność” chruścików Polski (Czachorowski 1998)Drawieński Park Krajobrazowy (Czachorowski 1998)Park Krajobrazowy Lasy Janowskie (Czachorowski et al. 2000)Kazimierski Park Krajobrazowy (Buczyński et al. 2003)Dane niepublikowane (krajobrazy kulturowe)

Lasy Janowskie (Trichoptera)• Źródła – Wns od 1.5 do 4.5, Wni od 1.3 do 5.2• Torfowiska – Wns od 2 do 4.2,Wni od 7.2 do 16• Rzeki i strumienie – Wns 10.8, Wni 10

Wg Czachorowski et al. 2000

• Parchatka – uboga i zmieniona fauna, silna antropopresja(Wze=1, Win=1); • Kazimierz Dolny – uboga fauna ale naturalna (Wns=10, Wni=14); mało wydajne źródła.• Rogów – sporo chrząszczy; (Wns=9, Wni=6,29); mała antropopresja; średnia wydajność.• Stary Stok – średnio dużo chruścików; (Wns=5, Wni=4,94); (strumień zanieczyszczony przez bydło; mała wydajność).• Wąwolnica, Mareczki, Witoszyn, Rzeczyca – dużo chruścików, wodopójek: Wns=4,6, Wni=12,7 (stanowisko 1); Wns=7,38 Wni=4,98 (2); Wns=5,33 Wni=2,77 (4); Wne=2,14 Wni=2,04 (5).

Kazimierski P.K. (Buczyński et al. 2003) (wydajność, drzewa, antropopresja)

Rz. Wałsza, górny odcinek i dopływy (dane: 1998-2000, Czachorowski i Lugowska, npub.)

13,34,193,521,03,621,02,137,67,25,5Wni

12,04,4211,31,03,01,03,17,55,54,7WnsWskaźnik naturalności, rzeki

5,58,414,52,014,04,014,010,08,710,9Wni

7,911,18,52,014,06,711,59,19,08,7WnsWskaźnik naturalności, strumienie

10987654321stanowiska

Wady i zalety Wns i Wni+ mała liczba prób+ pozwala ocenić stan ekologiczny zbiornika

(krajobrazu),+ niewrażliwe na regionalizm ?+ uwidacznia aspekty dawnej antropopresji

- ogranicza dokładność metody w przypadku wykorzystanie tylko jednej grupy

- przeszkodą może być brak specjalisty do oznaczania materiału (konieczna współpraca)

- Naturalność czy specyficzność?

Wskaźniki oparte na czerwonych listach zwierząt

RES - Wskaźnik cenności (prosty)

RED - Wskaźnik cenności biocenoz

REB - Wskaźnik cenności biocenoz dla ochrony bioróżnorodności

(Czachorowski, Pakulnicka i Szczepański 2004)

Wskaźnik bazuje na listach gatunków „specjalnej troski”:

%100nsRES =

RES – Wskaźnik cenności (wartości teoretyczne od 0 do 100%), gdzie s – liczba gatunków „specjalnej

troski”, n – liczba wszystkich gatunków.

RES

∑=

=s

iiThRED

1∑=

=s

iiLOC ThRED

1RED – wskaźnik waloryzacji biocenoz w oparciu o czerwona listę, REDLOC – w oparciu o lokalną czerwoną listę, Th – współczynnik zagrożenia gatunku: DD – 1, gatunki niższego ryzyka (LR, LC, NT) – 2, gatunki zagrożone: VU -3, EN – 4, CR – 5, EX? – 6

Kolejną propozycją jest wykorzystanie wskaźnika, opierającego sięna czerwonych listach zwierząt ginących i zagrożonych wyginięciem

RED

n

ThREB

s

ii∑

== 1

REB – wskaźnik cenności biocenoz dla ochrony bioróżnorodności, REBp – wskaźnik cenności biocenoz dla ochrony bioróżnorodności w ujęciu procentowym, n – liczba wszystkich uwzględnionych gatunków (występujących na danym obszarze), s - liczba gatunków z czerwonej listy, Th – współczynnik zagrożenia gatunku w oparciu o czerwona listę: DD – 1, gatunki niższego ryzyka (LR, LC, NT) – 2, gatunki zagrożone: VU -3, EN – 4, CR – 5, EX? - 6.

%10061

n

ThREBp

s

ii∑

==

REB

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Babiogórski PNBałowieski PN

Biebrzański PNBieszczadzki PN

PN Borów TucholskichDrawieński PNGorczański PN

PN Gór StołowychKarkonowski PN

Magurski PNNarwiański PN

Ojcowski PNPieniński PN

Poleski PNRoztoczański PN

Słowiński PNŚwiętokrzyskiTatrzański PNWigierski PN

Brudzeński PKTucholski PK

Krzczonowski PKŁuk Mużakowa

Łomżyński PK Doliny NarwiKazimierski PKLas WarmińskiSierakowski PK

Rez. "Siedem Wysp"Rez. Czarnej i Białej Wisełki

PK Lasy JanowskieRez. Jez. Kośno

PK Pojezierza IławskiegoMazurski P.K.

PK Wzgórz DylewskichRez. Przełom Osławy pod Duszatynem

Suwalski PK

obsz

ar c

hron

iony

wartośc wskaźnika RED

∑=

=s

iiThRED

1

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2

Babiogórski PNBałowieski PN

Biebrzański PNBieszczadzki PN

PN Borów TucholskichDrawieński PNGorczański PN

PN Gór StołowychKarkonowski PN

Magurski PNNarwiański PN

Ojcowski PNPieniński PN

Poleski PNRoztoczański PN

Słowiński PNŚwiętokrzyskiTatrzański PNWigierski PN

Brudzeński PKTucholski PK

Krzczonowski PKŁuk Mużakowa

Łomżyński PK Doliny NarwiKazimierski PKLas WarmińskiSierakowski PK

Rez. "Siedem Wysp"Rez. Czarnej i Białej Wisełki

PK Lasy JanowskieRez. Jez. Kośno

PK Pojezierza IławskiegoMazurski P.K.

PK Wzgórz DylewskichRez. Przełom Osławy pod Duszatynem

Suwalski PK

obsz

ar c

hron

iony

wartośc wskaźnika REB

n

ThREB

s

ii∑

== 1

0 5 10 15 20 25 30 35

Łomżyński Park Krajobrazowy

Poleski Park Narodowy

Kazimierski Park Krajobrazowy

rezerwat "Torfowiska wiszące nad jezioremJaczno"

Krzczonowski Park Krajobrazowy

Brudzeński Park Krajobrazowy

Puszcza Białowieska

Karkonosze

Karkonosze i Góry Izerskie

Puszcza Białowieska

Ojcowski Park Narodowy

Narwiański Park Narodowy

Łuk Mużakowa

obsz

ar c

hron

iony

wartośc wskaźnika RED

∑=

=s

iiThRED

1wg Pakulnickiej

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

Łomżyński Park Krajobrazowy

Poleski Park Narodowy

Kazimierski Park Krajobrazowy

rezerwat "Torfowiska wiszące nadjeziorem Jaczno"

Krzczonowski Park Krajobrazowy

Brudzeński Park Krajobrazowy

Puszcza Białowieska

Karkonosze

Karkonosze i Góry Izerskie

Puszcza Białowieska

Ojcowski Park Narodowy

Narwiański Park Narodowy

Łuk Mużakowa

obsz

ar c

hron

iony

wartośc wskaźnika REB

n

ThREB

s

ii∑

== 1wg Pakulnickiej

Wartości wskaźnika RED dla badanych obszarów

0

50

100

150

200

250

Trichoptera Lepidoptera Coleopteraaquatica

Plecoptera Odonata Ephemeroptera

war

tość

wsk

aźni

ka

Puszcza BiałowieskaBrudzeński Park Krajobrazowy

Przykład

Wartości wskaźnika REB dla badanych obszarów

0

5

10

15

20

25

Trichoptera Lepidoptera Coleopteraaquatica

Plecoptera Odonata Ephemeroptera

war

tość

wsk

aźni

ka

Puszcza BiałowieskaBrudzeński Park Krajobrazowy

Przykład

Owady wodne

Dla całości entomofauny badanych terenów wskaźnik RED i REB przybierały następujące wartości odpowiednio dla badanych obszarów:

Puszcza Białowieska - RED=347; REBp=2,99%

Indykacyjne znaczenie różnych grup (ze względu na inne siedliska)

Brudzeński Park Krajobrazowy - RED=28; REBp=2,86%

Przykład

Zalety i wady wskaźnika RED+ Możliwość porównania różnych obszarów+ Brak konieczności wyznaczenia dokładnych wartości wskaźnika znaczenia ekologicznego dla każdego gatunku i każdego typu siedliska+ Łatwość obliczeń

- Powielanie błędów znajdujących się w czerwonychlistach

- Zależność wyników od stopnia poznania fauny danego obszaru

Perspektywyprace nad modyfikacjami, usprawnieniem i

przetestowaniem możliwości wskaźnika nadal trwająOpracować wskaźniki specyficzności (naturalności?)

dla różnych typów wódwarto sprawdzić wskaźniki na innych grupach i w

różnych regionach oraz porównać z jużfunkcjonującymi: czy wskaźnik daje sensowne informacje?

prace nad udoskonaleniem formuły wskaźnikaprace nad skalą współczynnika zagrożenia gatunku

Perspektywy

• Lepsze poznanie ekologii hydrobiontów z uwzględnieniem zróżnicowania regionalnego (góry, niziny, zachodnia, wschodnia Polska np. Halesus digitatus, H. radatus)

• Dopracowanie Wze dla wszystkich typów zbiorników: Trichoptera, Odonata

Perspektywy

• Opracowanie Wze dla:• Coleoptera• Heteroptera• Ephemeroptera• Plecoptera• itd.

Perspektywy badawcze

• Skład gatunkowy i charakterystyki ekologicznego rozmieszczenia makrobentosu w różnych regionach

• Prace inwentaryzacyjne (potrzeba danych!)

• Uogólnienia ekologiczne (potrzebna teoria i modele)

Perspektywy

propozycje modyfikacji wskaźników, np. :

saTh

REDa ∑=

gdzie a – liczebność gatunku ( 1 – bardzo rzadki, 2 –rzadki, 3- nieliczny, 4 – częsty, 5- pospolity i bardzo liczny), s- liczba gatunków

Inne możliwe modyfikacje

• Inne wartości dla stopnia zagrożenia (skala geometryczna, logarytmiczna itd.) – nadanie większej ważności gatunkom zagrożonym

Perspektywy współpracy

• Ocena stanu ekologicznego zbiorników wodnych:

• Źródliska• Rzeki• Jeziora• Zbiorniki antropogeniczne (silnie

zmodyfikowane), zbiorniki miejskie

Perspektywy współpracy

• Współpraca z WIOŚ:Indeksy biotyczne (chruściki w randze

rodziny)Dla tych samych odcinków wskaźniki

naturalności (oznaczenie do gatunku) –porównać

Perspektywy współpracy

• Podejmę się oznaczenia Trichoptera (lub pomogę nauczyć się grupy)

• Wspólne publikacje• Weryfikacja nowego wskaźnika

(oryginalny i być może uniwersalny –bez błędu regionalizmu!)

• Innowacyjna polska propozycja?

Dziękuję za uwagę

Stanisław Czachorowski

www.uwm.edu.pl/czachorstanislaw.czachorowski@uwm.edu.pl

Katedra Ekologii i Ochrony Środowiska,

Plac Łódzki 3, 10-727 Olsztyn