Tájékoztató a Balaton vízminıségének múltbeli és jelenlegi alakulásáról, kitekintéssel a klímaváltozás hatásaira Dr. Vörös Lajos MTA BLKI Tihany Tihany, 2007 október 19.
Tartalom 1. A Balaton és vízgyőjtı területe. A Balaton vize mint élettér 2. A Balaton algái és a vízminıség 3. A Balaton eutrofizálódása és a védekezés eredményei 4. A Balaton vízállásának hosszú távú változásai, a vízállás és a vízminıség kapcsolata 5. A klímaváltozás lehetséges hatása a balatoni fitoplankton tömegére és összetételére, a halobitás növekedése 6. Az esetleges vízpótlás (Rába, Mura, Dráva) hatása a Balaton vízminıségére
Az MTA Balatoni Limnológiai Kutatóintézet 1927-ben, a megnyitás évében
2007
Laboratórium 1927-ben
Laboratórium 2007
MTA BLKI 2007
MTA BLKI 2007
Vízmintavétel télen 1937-ben
Vízmintavétel és helyszíni mérés a befagyott tavon 2006-ban
A Balaton és vízgyőjtı területe. A Balaton vize mint élettér
Balaton a világ nagy tavai között
A Balaton és vízgyőjtı területe Felület: 596 km 2 Átlagos mélység: 3,2 m Vízgyőjtıterület: 5775 km 2
A Zala-folyó, a tó vízének legfıbb forrása A Zala adja a Balaton vízutánpótlásának felét és a külsı foszforterheelés zöme is a folyó vizével érkezik
Zala, Zalaapáti
Télen a tavat rendszerint jégtakaró botrítja
Szélcsendben a tiszta víz acélos zöld színő
Viharos Balaton
Az északi partot nádasok övezik Az összefüggı nádasok gazdag élıvilágot rejtenek
A Balaton nyári fürdıhely A tó vízminıségét, az üdülıéletet és az ivóvízkivételeket 1982 és 1994 között kékmoszatos vízvirágzások veszélyeztették.
A Balaton vize enyhén lúgos kémhatású (ph 8,5)
Balaton: a csendes tó, de meddig?
A Balaton algái és a vízminıség
A földi élet alapja a Nap sugárzó energiája
Látjátuk feleim szümtükhel, mik vogymuk: isá, por ës homou vogymuk. Halotti beszéd és könyörgés (1192 1195 között) Az élı szervezetek alkotó elemei Szén (C) - levegıbıl, vízbıl (HCO 3 -ion) Hidrogén(H) -vízbıl Oxigén (O)- levegıbıl, vízbıl Nitogén (N) levegıbıl és vízbıl Kén (S) vízbıl (SO 4 -ion) Foszfor (P) vízbıl (PO 4 -ion)- az algaszaporodás legfontosabb szabályozó tényezıje a Balatonban..
Kékalgák (Cianobaktériumok)
Cianobaktériumok (Anabaena spiroides)
Páncélos ostoros algák (Balatoni fecskemoszat= Ceratium hirundinella)
Sárgászöld moszatok (Chrysophyceae)
Kovamoszatok (Bacillariophyceae)
Kovamoszatok (Bacillariophyceae)
Zöld algák (Chlorophyta)
Zöld algák (Chlorophyta)
A Balaton eutrofizálódása és a védekezés eredményei
A Zala folyóban Zalaapátinál 1968-tól 1985-ig folyamatosan nıtt a foszforkoncentráció 1600 1400 1200 PO4-P (mg/m 3 ) 1000 800 600 400 200 0 1954.10.03 1968.06.11 1982.02.18 1995.10.28 2009.07.06 Évek
Keszthelyi-medencében a nyolvanas évek elejéig nıtt, állandósult, majd a kilenvenes évek közepétıl csökkent az algabiomassza 120 100 Klorofill-a (µg/l) 80 60 40 20 0 1960 1970 1980 1990 2000 2010 Évek
Fonalas, N 2 -kötı cianobaktériumok (kékalgák) okozták a biomassza növekedést 120 100 80 60 40 20 0-1 -0,5 0 0,5 1 1,5 2 Log biomass (mg/ l)
A kékalga virágzások idıszaka 1982-1994
Cianobaktériumok (Cylindrospermopsis raciborskii)
Vízminıségvédelmi nagyberuházások a foszfor terhelés csökkentésére Körcsatorna a szennyvizek vízgyőjtın kívüli elhelyelyezésére. Zalaegerszegi szennyvíztisztítás. korszerősítése (foszfor leválasztás) Tározóépítés (Kis-Balaton, Marcalitározó). +Mezıgazdaság átalakulása +Foszfát-mentes mosószerek elterjedése
A Keszthelyi-medence külsı P-terhelése és az éves átlagos a-klorofill koncentráció változásai klorofill (µg/l) 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 1977 1979 Klorofill ÖsszesP 1981 1983 1985 1987 1989 1991 évek 1993 1995 1997 1999 2001 160,0 140,0 120,0 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 Az algabiomassza csökkenés egy évtizedet késett a P- terhelés csökkenéséhez képest 0,0 ÖP (tonna/év)
Összefüggés a külsı P terhelés és az algabiomassza (klorofill-a) között a Balatonban 1,8 Log chlorophyll-a (µg/l) 1,6 1,4 1,2 1 0,8 y = 0,8451x - 0,491 R 2 = 0,777 0,6 1,5 2 2,5 3 Log TP load Balaton Bal. 86-94
A Balaton algái őrfelvételen
A lebegı algák tömegének évtizedes változásai 300,0 250,0 200,0 150,0 100,0 50,0 0,0 1986. jan. 1987. jan. 1988. jan. 1989. jan. 1990. jan. 1991. jan. 1992. jan. 1993. jan. 1994. jan. 1995. jan. 1996. jan. 1997. jan. 1998. jan. 1999. jan. 2000. jan. 2001. jan. 2002. jan. 2003. jan. 2004. jan. 2005. jan. Klorofill OECD Keszthelyi medence 1986-2005 Az a-klorofill koncentráció változása a Keszthelyi-medence vizében 1986-2005 között a-klorofill (µg/l) Cylindrospermopsis raciborskii Ceratium hindunella
Sikertörténet, amelyet a tó tudományos kutatására épült! A vízminıségvédelmi nagyberuházások eredményesek voltak. A lebegı algák mennyisége jelentısen csökkent. A Balaton vize ma már mindenütt alkalmas fürdésre. A rendkívül alacsony vízállás (2002-2003) hatására sem vált a tó vize fürdésre alkalmatlanná.
A földi élet alapja a Nap sugárzó energiája
Algák és árvaszúnyogok Az algásodás az árvaszúnyogok elszaporodását okozta. A javuló vízminıséggel csökken az árvaszúnyog lárvák száma, csökken a dévérkeszeg tápláléka.
Az algásodás csökkenésének következményei Tisztább víz Kevesebb alga Kevesebb algafogyasztó gerinctelen állat Kevesebb hal
A Balaton vízállásának hosszú és rövid távú változásai
Az évi legkisebb vízállások 1863-2003 (Siófoki vízmérce) 140 120 100 80 60 40 20 0-20 L e g k is eb b v íz á llá s (c m ) 1 8 6 3 1 8 7 0 1 8 7 7 1 8 8 4 1 8 9 1 1 8 9 8 1 9 0 5 1 9 1 2 1 9 1 9 1 9 2 6 1 9 3 3 1 9 4 0 1 9 4 7 1 9 5 4 1 9 6 1 1 9 6 8 1 9 7 5 1 9 8 2 1 9 8 9 1 9 9 6-40 -60 évek 2002 2003
A Balaton vízállása 1994-2005 140 120 100 80 60 40 20 0 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 Évek Vízállás (cm)
Tihany-félsziget 2003
Balatonfenyves 2003
Az alacsony vízállás és hatásai (növény és állatvilág, emberi vízhasználatok).
Homokzátony 2002
Homokzátony 2003
Homokzátony 2004
A balatonfenyvesi homokpadon 35 növényfajt Találtunk 2003-ban Agrostis stolonifera agg. (ex. juv.) Ailanthus altissima (Mill.)Swingle (ex. juv.) Alisma plantago-aquatica L. s.l.. Barbarea vulgaris R.Br. juv. Bidens tripartitus(a) L. Bolboschoenus maritimus (L.) Palla Carduus sp. Chenopodium album L. s.l. (ex. juv. ) Chenopodium ficifolium Sm. Citrullus lanatus L. Cynodon dactylon (L.) Pers. Cyperus (Dichostylis) michelianus L. Cyperus fuscus L. Echinochloa crus-galli (L.) P.B. Eleocharis palustris (L.) Roem. et Schult. s.l. Epilobium juv. Festuca sp. juv. Helianthus annuus L. juv. Juncus capitatus Weig. Juncus sp. (juv. steril) Myriophyllum spicatum L. f. terrestre Persicaria lapathifolia (L.) S.F.Gray Persicaria lapathifolia (L.) S.F.Gray f. alba Persicaria lapathifolia (L.) S.F.Gray f. rubra Persicaria mitis (Schrk.) Assenov Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steud. * Juv-1 Ranunculus scelleratus L. Rorippa palustris (L.) Besser Rumex maritimus L. Salix (purpurea juv.) Salix alba L. Schoenoplectus lacustris (L.) Palla s.l. Scirpus sylvaticus? juv. Tamarix ramosissima Ledeb. Typha latifolia L. juv.
Az alacsony vízállás a nádasok gyors térhódítását okozta
Az alacsony vízállás hatásai A pari öv algavilága (békanyálmoszat)
Cladophora glomerata (érdes békanyál) Balatoni strand 2006
A Cladophora glomerata tömegének változása a vízmélységgel 1200 Cladophora (g nedves tömeg/m 2 ) 1000 800 600 400 200 0 0 10 20 30 40 50 Vízmélység (cm) Szárazanyagtartalom: átlagosan 22% P tartalom: a száraz tömeg 0,08%-a (P limitáció <0,16%)
A Cladophora fotoszintézisének hımérséklet függése 2,0 PmB Sárgás PmB Z öldes Pm B (mg C [mg Kl-a] -1 óra -1 ) 1,5 1,0 0,5 0,0 15 20 25 30 35 40 Hımérsék let ( C) A Cladophora jól tőri a szélsıségesen magas hımérsékletet
A lebegı algák és a Cladophora fényabszorpciója Fénykioltás/klorofill 10 9 Cladophora 8 Lebegı algák 7 6 5 4 3 2 1 0 300 400 500 600 700 800 UV-B, UV-A KÉK ZÖLD VÖRÖS INFRAVÖRÖS A Cladophora jelentıs mennyiségő UV-abszorbeáló MAA-t termel
A Cladophora invázió nem új jelenség a Balatonban A Cladophora nevő moszatot óriási mennyiségben vetik partra a Balaton hullámai Idırıl-idıre eltakarítják, kupacokba szedik, de néhány nap alatt újból ellep mindent. A fürdızık undorodnak ettıl, a partot elborító nyálkás zöld anyagtól. FEJÉRVÁRY báróné megfigyelései szerint a Cladophora térdigérı vízben, a fenékhez tapadva, nagy csomókban nı. (Mihályi 1936, MBKI Munkái VIII:241-246)
A vízállásváltozás (0-110 cm) hatása a Balaton algatömegére (Cladophora gyepek) Békanyál Biomassz a (tonna kl./tó) 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0 25 50 75 110 Vízállás (cm)
Az alacsony vízállás hatásai A lebegı mikroszkópikus algák (fitoplankton)
A Balaton és vízgyőjtı területe Felület: 596 km 2 Átlagos mélység: 3,2 m Vízgyőjtıterület: 5775 km 2
A Balaton algái őrfelvételen
140 120 100 80 60 40 20 0 A Balaton vízállása és az algák tömege (Keszthelyi-medence) Júl. Jan. Júl. Jan. Júl. Jan. Júl. Jan. Júl. Jan. Júl. Jan. Júl. Jan. Júl. Jan. Júl. Jan. Júl. Jan. Júl. 1995-2005 70 60 50 40 30 20 10 0 Jan. Vízállás (cm) Klorofill (µg/l) cm klorofill
A lebegı algák mennyisége a vízállás függvényében (Keszthelyi-medence) 80 70 60 Klorofill-a (µg/l) 50 40 30 20 10 y = -0,2505x + 61,037 R 2 = 0,2231 0 0 20 40 60 80 100 120 Vízállás (cm) 1995-2005 közötti adatok alapján, a legkisebb havi középvízállás és a nyári a-klorofill maximum közötti összefüggés.
Összegzés A vízszint csökkenés a nyíltvíz lebegı algáinak kedvezı körülmény. A siófoki vízmérce 0 cm-es állásáig azonban nem kell tartani túlzott elszaporodásuktól, még a Keszthelyimedencében sem.
Az alacsony vízállás hatásai Összegzés
Miért elınytelen az alacsony vízállás? A déli parti strandokon elszaporodnak a fonalas zöldalgák A parti kövek és a nád élıbevonata elpusztul A vízi közlekedés és vízi-sportok kismértékő korlátozása Horgászhelyek átrendezıdése Csökken a tó kiterjedése
A védekezés lehetıségei A békanyálmoszat hatékony eltávolítása a strandokról (technológiai fejlesztés) Hajópark átalakítása Vízpótlás más vízgyőjtırıl Felsı szabályozási szint 120 cm-re történı kiépítése
Tényleg rossz a balatoni üdülıélet számára az alacsony vízállás?
Balatoni strand 1931
Déli part 1920-as évek A nyíllal jelzett épület ma is megvan, de elıtte 2 utcasor épült
Balatoni strand 2006
Homokzátony 2002 Az alacsony vízállás visszaidézte a déli part elvesztett homokos fövenyét
A klímaváltozás lehetséges hatása a balatoni fitoplankton tömegére és összetételére, a halobitás növekedése
A Balatonvíz betöményedésének hatása
A Mg 2+ koncentráció évtizedes változásai a Balatonban 90 80 Tihany Keszthely 70 60 50 40 30 20 10 1975.01.01 1976.01.01 1976.12.31 1977.12.31 1978.12.31 1979.12.31 1980.12.30 1981.12.30 1982.12.30 1983.12.30 1984.12.29 1985.12.29 1986.12.29 1987.12.29 1988.12.28 1989.12.28 1990.12.28 1991.12.28 1992.12.27 1993.12.27 1994.12.27 1995.12.27 1996.12.26 1997.12.26 1998.12.26 1999.12.26 2000.12.25 2001.12.25 2002.12.25 2003.12.25 2004.12.24 Mg 2+ koncentráció (mg/l) A párolgás következtében a tó vizében oldott ásványi anyagok töménysége megnı.
Kísérletek laboratóriumi algatörzsekkel (2 cianobaktérium, 2 zöldalga) átfolyó rendszerő (kemosztát) algatenyészetekben
Az algabiomassza változása a desztillált vízzel kétszeresére hígított (30 mg/l), a kontroll (60 mg/l) és a Mg 2 +-al dúsított (80, 120 mg/l) balatonvizet tartalmazó kemosztátokban Klorofill-a (µg/l) 250 200 150 100 50 0 2006.04.06 2006.04.08 deszt. vízzel 2x hígított (30 mg/l) eredeti balatonvíz (60 mg/l) + Mg dúsítás (80 mg/l) + Mg dúsítás (120 mg/l) 2006.04.10 2006.04.12 2006.04.14 2006.04.16 2006.04.18 2006.04.20 2006.04.22 2006.04.24 2006.04.26 2006.04.28
A Mg 2+ dúsítás hatására azonos N és P ellátottság mellett nem nıtt meg az algabiomassza.
A kísérlet kezdetén a tenyészetek egyenlı arányban tartalmazták a 4 algatörzset. Az ábrán a kísérlet vége látható 100% 80% Biomassza (mg/l) 60% 40% 20% 0% 30 mg/l 60 mg/l 80 mg/l 120 mg/l Magnézium (mg/l) Scenedesmus Selenastrum Aphanizomenon Cylindrospermopsis
A Mg 2+ dúsítás (dúsulás) azonos N és P ellátottság mellett a cianobaktériumoknak kedvez. Azaz a Balaton vízszint csökkenése a kékalgáknak elınyt jelent, ami vízminıségi szempontból kedvezıtlen.
A lehetséges vízpótlás hatásai a Balaton algavilágára Vízpótlás: Rába, Dráva és Mura folyókból Jelent e vízminıségi és ökológiai kockázatot az eltérı tápanyagtartalmú és kemizmusú vizek Balatonba vezetése?
Dráva
Rába
Mura
Zala
A folyók vizének kemizmusa 2006 július 27-én. 2007 június 20-án. Folyó SRP NO 3 -N Vezetıképesség Folyó SRP NO 3 -N Vezetıképesség µg/l µg/l µs/cm µg/l µg/l µs/cm Mura 24 1240 331 Mura 59 1535 292 Rába 52 2368 404 Rába 92 2544 422 Dráva 13 938 311 Dráva 38 1206 304 Zala 133 68 511 Zala 195 159 719 2007 július 17-én. Folyó SRP NO 3 -N Vezetıképesség µg/l µg/l µs/cm Mura 42 1069 231 Rába 51 1337 383 Dráva 18 692 237 Zala 107 19 542
A vízpótlásra kiszemelt folyókban a balatoni fitoplankton szaporodását limitáló P- koncentrációja sokkal kisebb mint a Zala folyóban. Ez a Balaton vízminısége szempontjából kedvezı.
A Balatonban a Mg 2+ koncentráció háromszor nagyobb mint a vízpótlásra kiszemelt folyók vizében! 90 80 Dráva - İrtilos Ca2+ Mg2+ 90 80 Tihany Keszthely 70 60 50 40 30 20 10 0 70 60 50 40 30 20 10 Koncentráció (mg/l) 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2004 2005 1975.01.01 1976.01.01 1976.12.31 1977.12.31 1978.12.31 1979.12.31 1980.12.30 1981.12.30 1982.12.30 1983.12.30 1984.12.29 1985.12.29 1986.12.29 1987.12.29 1988.12.28 1989.12.28 1990.12.28 1991.12.28 1992.12.27 1993.12.27 1994.12.27 1995.12.27 1996.12.26 1997.12.26 1998.12.26 1999.12.26 2000.12.25 2001.12.25 2002.12.25 2003.12.25 2004.12.24 Mg 2+ koncentráció (mg/l)
Kísérletek balatoni fitoplanktonnal Keszthelyi-medence fitoplanktojával inokuláltuk a Zala, a Dráva, a Rába és a Mura folyók vizét 1-literes lombikokban zárt (batch) és félfolyamatos (semi-continuous vagy semibatch) tenyészetekben. A N és P koncentrációt minden variánsban azonos értékőre állítottuk be. Mértük a fitoplankton biomassza (a-klorofill) idıbeli változását és meghatároztuk a fitoplankton összetételét a kísérlet végén.
Az a-klorofill koncentráció idıbeli változása balatoni fitoplanktonnal inokulált Rába-, Dráva-, Mura- ás Zala- vízben, azonos N és P koncentrációk mellett, lombik tenyészetben (három párhuzamos átlagértékei). 250 200 a-klorofill (µg/l) 150 100 Rába Dráva Mura Zala 50 0 2006.07.27 2006.07.31 2006.08.04 2006.08.07 2006.08.10 2006.08.14 Idıpont
Az a-klorofill koncentráció idıbeli változása balatoni fitoplanktonnal inokulált Rába-, Dráva-, Mura- ás Zala- vízben, azonos N és P koncentrációk mellett, félfolyamatos tenyészetben (három párhuzamos átlagértékei). 300 250 a-klorofill (µg/l) 200 150 100 Rába Dráva Mura Zala 50 0 2007.07.19 2007.07.23 2007.07.25 2007.07.27 2007.07.30 2007.08.03 2007.08.06 2007.08.08 Idıpont
Azonos N és P koncentrációk esetén a folyóvizek hatása nem különbözik a balatoni fitoplankton tömegét tekintve, azaz nem növelik a Balaton algásodását.
De hogyan hatnak a fitoplankton összetételére?
A fitoplankton összetétele a balatoni fitoplanktonnal inokulált Zala-, Rába-, Mura- és Dráva-vízben 2007 július 5-én, félfolyamatos tenyészetben. 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% Zöldalgák Kovamoszatok Egyéb cianobaktérium N-kötı cianobaktérium 30% 20% 10% 0% Zala Mura Dráva Rába
A fitoplankton összetétele a balatoni fitoplanktonnal inokulált Zala-, Rába-, Mura- és Dráva-vízben 2007 augusztus 8-án. 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% Zöldalgák Kovamoszatok Egyéb cianobaktérium N-kötı cianobaktérium 30% 20% 10% 0% Zala Mura Dráva Rába
Összegzés Megállapítható, hogy a balatoni algák számára a Zala folyó vize jelentette a legmegfelelıbb környezetet. A kékalgák csak a Zala vizében tudtak megmaradni és szaporodni. A légköri molekuláris nitrogén kötésére is képes algák elszaporodását nem okozhatta a nitrogén hiánya, mert azt a kísérlet elején egyforma értékre állítottuk be minden kísérleti variánsban Mintegy egy hetes adaptációt követıen azonban a balatoni zöldalgák és kovamoszatok alkalmazkodtak a Rába, Mura és Dráva vizéhez Az eredmény arra utal, hogy a Zala folyó vize és a vele táplált Balaton ionösszetétele kedvezıbb környezetet jelent a cianobaktériumok számára mint a másik három.
Köszönöm a figyelmet