Proposals for standardization of hydroecological Tisa-Network, considering the principles of the European Union

Átírás

1 Proposals for standardization of hydroecological studies by the Trans-Tisa Tisa-Network, considering the principles of the European Union Water Framework Directive and Natura Periphyton. Javaslatok a Trans-Tisa Tisa Network keretében végzendő hidroökol kológiai vizsgálatok egységes gesítésére, különös k s tekintettel az EU Víz V Keretirányelv és s a Natura 2000 előírásaira. Bevonat. Ács Éva MTA Ökológiai Kutatóközpont Debrecen, márc

2 Goals The complete the structural and functional ecological survey for the Tisza river-system. Cél: Elkészíteni a Tisza folyó-rendszer strukturális és funkcionális ökológiai felmérését. The implementation requires: Harmonization of methodology (sampling, processing) Training courses for the good taxonomic results Methodological developments, innovative technics A megvalósításhoz szükséges: Egységes módszertan kialakítása (gyűjtés, feldolgozás) Továbbképzések a pontos taxonómiai eredményekhez Módszertani fejlesztések, innovatív technikák

3 Bevonat (benton): a víz és szilárd fázis határán található réteg (layer on the border of water and solid phase) Benton Élő (living) Élettelen (dead and inorganic) bentosz vízfenéken (on the bottom) perifiton (biotekton)- vízfenéktől eltérő aljzatokon (on other substrates) epilithon - kövön epixylon - fán epipelon - iszapon epipszammon - homokon epifiton - növényen epizoon - állaton

4 Structure of periphyton different attaching forms Adnate form Erect forms (attached to the substratum by shorter or longer mucilaginous stalks) Erect forms (attached to the substratum by mucus pad) Filamentous forms - with attached bacteria onto the algal cells Diatom (Epithemia sp.) attaching on filamentous green alga Diatoms and Tintinidae sp.

5 Structure of periphyton Diagram of the supply of nutrients (Nu, such as organic and inorganic forms of carbon, phosphorus and nitrogen) to benthic algae and other microbes within a periphyton matrix on a substratum, in this case a submersed macrophyte leaf. Arrow indicate routes of nutrient cycling from the substratum and the water column, which represent the major external sources of nutrient supply to the periphytic matrix. A=algae; B=bacteria; Gl=microbially derived glycocalyx; Ca=calcium carbonate; Si=siliceous frustules of dead diatoms; Or=organic debris; *=excreted enzymes; FP=faecal pellets (Wetzel 2005 from Burkholder 1996 with permission).

6 Why we study phytobenthos? Since joining the EU a number of directives is obligatory for Hungary, like Water Framework Directive and Habitats Directive (together with the Birds Directive). The Habitat Directive is built around two pillars: the Natura 2000 network of protected sites and the strict system of species protection. All in all the directive protects over animals and plant species and over 200 so called "habitat types" (e.g. special types of forests, meadows, wetlands, etc.), which are of European importance. Az Élőhelyvédelmi Irányelv két pilléren nyugszik: élőhelyek védelmén, élőlények védelmén. 3. ÉDESVÍZI ÉLŐHELYEK 31. Állóvizek 3150 Természetes eutróf tavak Magnopotamion vagy Hydrocharition növényzettel 3160 Természetes disztróf tavak és tavacskák 32. Folyóvizek és vízfolyások természetes vagy féltermészetes dinamikájú szakaszai (kis, közepes vagy nagy mederrel), amelyekben a víz minősége nem mutat jelentős romlást 3270 Iszapos partú folyók részben Chenopodion rubri, és részben Bidention növényzettel Distribution maps of NATURA 2000 habitat types

7 Surveillance of the structural and functional ecological characteristics of the habitats is the first step for their conservation. Az élőhelyek struktúrális és funkcionális sajátosságaik felmérése az első fontos lépés a megőrzésük felé vezető úton. Rakamazi Nagy-morotva Onesampling 3 samples 105 diatom taxa 6 Red list species A=Gomphonema acuminatum, B= Nitzschia reversa, C= Amphipleura pellucida, D= Pinnularia gibba, E= Achnanthidium exiguum, F= Epithemia frickei, G= Eunotia minor A= Encyonema messianum, B= Diadesmis confervacea, C= Pinnularia cuneola, D= Eunotia paralella, E= Eunotia formica

8 Why we study phytobenthos? The Water Framework Directive requires the assessment of water quality using bioindicators. VKI előírja a vízminőség bioindikáción alapuló értékelését Good relationship between periphyton composition and environmental parameters Almost every water habitat can be found it Diatoms are dominant micro-algae in river biofilms. They are required for this assessment. Actual methodologies are based on morphological identification of diatom species using mainly light microscope. Each species has a known preference for a precise pollution level. This enables to assess river pollution using biotic diatom indices. (Ismert a fajoknak a szennyezésekkel szembeni érzékenysége, ez teszi lehetővé a biotikus kovaalga indexek alkalmazását a minősítés során.)

9 Qualification with benthic diatoms

10 How we can study phytobenthos? - Different habitats Upper- Tisa Middle-Tisa Lower- Tisa Mouth of Tisa near Titel (Serbia)

11 Tisza-tó and dead arms (with or without macrophyton)

12 Qualitativ sampling Sampling from stones Quantitative sampling Random selected 3-5 replicates

13 Sampling from manmade, vertical substrates Scratch off the periphyton from cm depth with scraper in 5 replicates At least 10 cm 2 let be scratched off Scraper (after Kelly, M. 2001)

14 Sampling from artificial substrates Exposition time 4-6 weeks 5 replicates Additional substrates (e.g. because of theft)

15 Sampling of epiphyton Random selected 5 replicates from cm depth

16 Sampling of epipelon Eikelkamp sampler

17 Preparation of diatoms alaposan felrázzuk, homogenizáljuk a mintát 1-2 ml mintát hőálló üvegedénybe pipettázunk formaldehiddel tartósított minta felrázott minta hőálló üvegedény SEM studies 1N HCl ~1 ml (esetenként több) cc. H 2 O 2 ~5 ml főzőlap 2 X Tisza Tiszafüred Minta egy cseppjének beszárítása, majd beágyazása 1,6-1,7 törésmutatójú gyantába

18 The importance of the use of electron microscope Most of water qualification methodologies of phytobenthos are based on morphological identification of diatom species Cyclostephanos dubius Stephanodiscus vestibulis

19 1-8 Encyonopsis microcephala 9-16 E. subminuta E. minuta E. microcephala E. subminuta E. minuta

20 Innovative method for studying the development and abundance of benthic communities Innovatív módszer a bevonatközösségek fejlődésének és mennyiségének a vizsgálatához Diatoms are not always the dominant micro-algae in standing water biofilms. relatív abundancia 100% 90% 80% 70% 60% 50% CHLOROPHY TA CHRY SOPHY CEA E XA NTHOPHY CEA E DINOPHY TA CRY PTOPHY TA EUGLENOPHYTA CYANOBACTERIA BA CILLA RIOPHY CEA E 40% 30% Cs01 Cs02 Cs03 Cs04 Lt01 Lt02 Lt03 Lt04 Ne01 Ne02 Ne03 Ne04 Ht01 Ht02 Ht03 Ht04 Kk01 Kk02 Kk03 Kk04 Fü01 Fü02 Fü03 Fü04 The proportion of main algal group in the epiphyton of Lake Velencei The Bentho Torch analyses benthic algae in real time and in situ by utilising the fluorometric characteristics of the different algal pigments in the intact cell.

21 Bioindication methodologies can be renewed by DNA barcoding and environmental metagenomics another innovative method to study the genetic diversity and species A bioindikáción alapuló módszerek megújulhatnak a DNS vonalkódolás és a környezeti metagenomika segítségével - OMIKA Schematic representation of community-based omics approaches. NB. Figure says metabonomics-should say metabolomics (from Zoetendal et al., 2008) Molekuláris módszerek a fajok pontosabb meghatározásához, illetve a genetikai diverzitás megismerésére

22 The next-generation sequencing (NGS) enables large numbers of organisms to be sequenced at low cost. Az új generációs szekvenálók lehetővé teszik nagy számú szervezet szekvenálását, +- alacsony költséggel. Improvements in the rate of DNA sequencing over the past 30 years and into the future. (from MR Stratton et al., 2009, Nature 458, )

23 Barcoding - Vonalkódolás DNA barcoding is a taxonomic method that uses short genetic markers to identify species. Elve: olyan markergént kell kiválasztani, aminek az egyedi mintázata fajspecifikus és a faj meghatározható az adott mintázat detektálása alapján Several thousands of species are present in European waters, many being difficult to differentiate under light microscope. Because of the complexity of diatom taxonomy and of the difficulty to recognize species, several years of experience are necessary before being autonomous technician. Vizeinkben sokezer faj található, melyek közül számos meghatározása több éves gyakorlatot igényel, vagy gyakorlatilag nem határozható meg FM-ban. Ehhez nyújthat segítséget molekuláris módszerek alkalmazása. The use of molecular methods for bioassessment is promising in theory but still largely untested in practice, in the context of the WFD. A molekuláris módszerek alkalmazása a biológiai minősítésben elvileg ígéretes, de gyakorlati alkalmazhatóságát (pl. VKI vonatkozásában) még nem tesztelték.

24 Thank you for your attention!