Klassifisering av miljøtilstand i vann ved bruk av vannplanter

Abstract

Menneskelige aktiviteter forårsaker antropogene påvirkninger som reduserer vannkvaliteten i mange innsjøer over hele kloden. Europa har gjennom Rammedirektivet for vann, heretter vanndirektivet, satt bærekraftig forvaltning av vannressursene basert på økologisk tilstandsvurdering som mål. Dette er implementert i norsk lovgivning gjennom vannforskriften gjeldende fra januar 2007. Et system for overvåkning og kartlegging av vannressursene er under utvikling. Vannforekomstene skal tildeles en økologisk tilstandsklasse fra svært god, god, moderat, dårlig til svært dårlig basert på biologiske kvalitetselementer som plankton, vannplanter, bunndyr, begroinger, mose og fisk. Klassegrensen defineres ut fra graden av avvik fra natur-/referansetilstanden. Siden eutrofiering ofte anses som den største antropogene påvirkningsfaktoren innen EU, fokuserer oppgaven spesielt på denne effekten. Det er det biologiske kvalitetselementet vannplanter som står i fokus med en utdyping av i hvilken grad vannplanter kan benyttes til og egner seg til å beskrive økologisk tilstand i en vannforekomst i forhold til eutrofiering. Den norske indeksen for eutrofieringspåvirkning, TIc, vil bli testet. De åtte innsjøene som inngår i Utprøving av system for Basisovervåkning i 2013 er benyttet som grunnlag for en nærmere studie av vannplantene og økologisk tilstandsklassifisering. Fastsettelse av vanntype viste at fire innsjøer fremkom med nye vanntyper i forhold til tidligere typifisering. Disse er Holvatnet (svært kalkfattig, humøs), Laugen (L-N8), Liavatnet (kalkrik, klar) og Store Høysjøen (L-N6). 6 av 8 innsjøtyper for vannplanter i Norge er representert i undersøkelsen. Normalt sett fordeler innsjøene seg i Norge etter innhold av TOT-P, Ca, Alkalinitet, TOC og humus. En kjøring av PCA analyse viste at fosfat etterfulgt av alkalitet og farge var de viktigste parameterne til å forklare forskjellen mellom innsjøene i basisovervåkningen. Dette avviker fra «normalen» og henger antakelig sammen med lite utvalg og at innsjøene ikke danner et representativt bilde av landsgjennomsnittet ved at flere avdem ligger i mer næringsrike og kalkrike områder enn hva som ellers er vanlig. Økologisk tilstand med henblikk på vannplanter er svært god for 4 av innsjøene (Holvatnet, Skjegstadvatnet, Songsjøen og Store Høysjøen) og god for 2 (Bjorvatn og Laugen). Lømsen (moderat) og Liavatnet (dårlig) ligger ikke an til å nå miljømålet om god økologisk tilstand innen 2021. Klassegrensene mellom god og moderat tilstand ser ut til å være mer tydelig enn klassegrensene mellom god og svært god tilstand ved sammenligning av innsjøer med lik vanntype og sammenligning av resultater fra samme innsjø fra flere år. Sammenligning av TIc med Ellenbergs nitrogenindeks, Kla og de kjemiske støtteparameterne for eutrofiering TOT-P og TOT-N antyder høy grad av samsvar. Kjøring av vannkjemiske data mot artsregistreringer i en DCA-analyse viste også et samsvar med TIC hvor tolerante, sensitive og indifferente arter grupperte seg langs DCA-akse 1 som i hovedsak er styrt av kalsium, TOT-P og alkalinitet. TIc ser derfor ut til å være en god indikator for fastsettelse av eutrofieringspåvirkning. Forskjellige Multivariate analyser, som blant annet DCA, viste at vannplanter egner seg til å fastsette økologisk tilstand i en vannlokalitet da de enkelte artenes forekomst og utbredelse i forhold til ulike vannkjemiske og fysiske gradienter kan kvantifiseres. Arter med begrenset nisjebredde i forhold til en miljøvariabel kan benyttes som indikatorarter. På bakgrunn av limnologisk og autøkologisk kunnskap kan klassegrenser for de enkelte vanntypene fastsettes. Tidligere basisovervåkning i Songsjøen og Bjorvatn antyder at disse vannene er noe forsuringspåvirket. Det kan derfor være mulig at en indeks basert på surhetspåvirkning ville være mer hensiktsmessig i disse vannene.

Anthropogenic activity is reducing the water quality in lakes worldwide. Europe has through the implementation of the Water Framework Directive, WFD, an objective for sustainable management of the water resources based on an assessment of ecological status. This is implemented through the Norwegian Water Framework Directive valid from January 2007. A system for monitoring and assessing water resources is under development. Based on biological quality elements such as plankton, periphytes, aquatic plants, benthic invertebrates, bryophytes and fish, the waterbodies should be assigned to an ecological status class ranging from very good, good, moderate, to poor and very poor. These quality classes are defined according to the degree of deviation from the natural state for each water type. Since eutrophication is considered to be the most important anthropogenic influence in the EU, this thesis is focusing particularly on this effect. The biological quality-element of aquatic plants are the main focus, with an elaboration of to what extent aquatic plants can be used as or are suitable to describe ecological status in a waterbody according to eutrophication. The Norwegian index used to measure the effects of eutrophication, Tic (trophic index score), will be tested. The eight lakes included in the surveillance monitoring in 2013 are being used as a foundation for a further study of the aquatic plants and ecological condition concerning classification. Determination of water type showed that four lakes appeared with new water types compared to previous typification. These are Holvatnet (extremely lime deficient, humic), Laugen (moderate calcareous, humic), Liavatnet (calcareous, clear) and Store Høysjøen (lime deficient, humic). Six out of eight lake types for aquatic plants in Norway is represented in the study. The Norwegian lakes are normally described by their content of TOT-P, calcium, alkalinity, TOC and humic content. PCA - analyses showed that phosphate, followed by alkalinity and colour, was the most important predictors to explain the differences among the lakes in the surveillance monitoring. These results deviate from the average Norwegian lake, and can be explained by few research objects (8 lakes), and that the lakes do not form a representative picture of the national average since more lakes than usual are situated in areas with higher nutrition values than normal. Ecological status with respect to aquatic plants is very good for four of the lakes (Holvatnet, Skjegstadvatnet, Songsjøen and Store Høysjøen) and good for 2 (Bjorvatn and Laugen). Lømsen (moderate) and Liavatnet (poor) are not within the reach of the environmental target of good ecological status within 2021. Class boundary between good and moderate state seems to be more clear than the class boundary between very good and good ecological status by comparing lakes with same lake types or same lakes varying in ecological status from different years. Comparing of Tic, Ellenberg index for nitrogen, Kla and the chemical supporting parameters for eutrophication Tot-P and TOT-N indicates high degree of compliance. Running of water chemistry against biological records in a DCA-analysis did also show compliance with Tic where tolerant, sensitive and indifferent species clustered along DCA-axis 1, mainly explained by calcium, total phosphorus and alkalinity. Tic seems to be a good indicator to measure ecological conditions according to eutrophication. Different multivariate statistical analyses, among others DCA, showed that aquatic plants are suitable to assess ecological status in a waterbody since the appearances and distribution of individual species can be measured and quantified in accordance to water chemistry. Species with a limited niche width relative to an environmental parameter can be used as indicator species. Knowledge about limnology, combined with knowledge about autecology, assist in setting borders between ecological classes. Previous basic surveillance in Songsjøen and Bjorvatn imply that these lakes are affected by acidification. Therefore it might be possible that an index based on acidification would be more Suitable.