A biológiai vízminőség és az algák kapcsolata A vízminőség, biológiai vízminőség, vízminőség és algák kapcsolatrendszerét Felföldy és Kis-Keve munkái alapján tárgyaljuk. Felföldy a 70-es években a biológiai vízminőség egységes és hazánkban elfogadott rendszerét dolgozta ki, Kiss-Keve pedig az algológia tudományterületén tevékenykedik. A vízminőség nem más, mint a víz tulajdonságainak összessége. Ha a víz minőségéről beszélünk, akkor elsősorban mindig valamilyen szempont szerint kiválasztott, valamilyen célra alkalmas vízminőségről beszélünk. Ennek megfelelően ivóvíz-, öntözővíz-, fürdővízminőség, vagy felszíni folyó és állóvízminőség kapcsán vizsgáljuk a víz azon tulajdonságait, amelyek az adott szempontból lényegesek. A tiszta vagy szennyezett víz fogalmát tehát nem is értelmezhetnénk az ember vízhasználata nélkül. Természetes vizeinkben azonban az élőlények csak a környezeti paraméterek bizonyos határai között képesek élni. A természetben nem igazán különíthetjük el Kanada hegyvidéki patakjait a benne élő pisztrángokkal tiszta vízként, hiszen egy a természetes eutrofizáció folyamata során, az őszi lombhullás miatt szerves anyaggal telített, oxigénhiányos erdei tavacskának is megvan a saját, az előbbi példánál fajokban akár gazdagabb életközössége. Ennek ellenére szükség van arra, hogy a vízszennyezés, szennyezett víz fogalmát meghatározzuk. Csupán az ember szempontjából közelítve, vízszennyezés minden olyan hatás, ami a víz minőségét úgy befolyásolja, hogy annak alkalmassága emberi használatra csökken vagy megszűnik. Ökológiai szempontból, más élőlények szempontjait is figyelembe véve, vízszennyezésnek kell fölfogjunk minden olyan hatást, ami a felszíni, felszín alatti vizeink minőségét úgy módosíthatja, hogy a víz alkalmassága a benne zajló természetes folyamatok biztosítására és az emberi használatra csökken vagy megszűnik. A vízminőség vizsgálatára a különböző vizsgálati szempontoknak megfelelően többféle mérőműszert alkalmaznak, de olyan műszer ill. módszer, amellyel univerzálisan lehetne vizsgálni minden tulajdonságot, természetesen nem létezik. A vizek szennyezettségi fokának kimutatására azonban jól alkalmazhatóak biológiai vízminősítési eljárások. A felszíni vizek szennyezettségének bioindikátorok alkalmazásával történő vizsgálatát több mint egy évszázaddal ezelőtt kezdték el használni. Alapját a vízi 1
szervezetek limitáltságának felismerése jelentette, ami a földrajzi, kémiai szemlélet mellett megindította az ökológiai szemlélet és a hidrobiológiai módszerek rohamos fejlődését. A módszer előnye a kémiai vizsgálatokkal szemben az, hogy kimutatható vele akár a több hónappal ezelőtt történt szennyeződés is (pl. egy-egy fejlődési stádium hiánya utal rá). Természetes vizeinkben a vízminőség, a víz tulajdonságainak összessége, az élettelen környezet és az élővilág közötti anyagcsere következményeként alakul ki. A biológiai vízminőség megismerésekor, taglalásakor mi a vízminőség biológiai szempontból lényeges elemeit, összetevőit, alkotóit emeljük ki. Ennek megfelelően négy tulajdonságcsoportot vizsgálunk: - halobitás - trofitás - szaprobitás - toxicitás. Ezek szorosan összefügghetnek egymással, tehát egyet-egyet közülük kiragadva, csupán önmagában elemezve, ismereteink hiányosak maradnak, a vízben zajló történéseket nehezen, töredékesen értelmezhetjük. Ezért ha lehetséges, cél mind a négy tulajdonságcsoport vizsgálata. Def.: A halobitás a kontinentális vizek biológiai szempontból fontos szervetlen kémiai tulajdonságainak összessége, amit a meder vagy vízgyűjtő terület geológiai és geokémiai tulajdonságai határoznak meg, de döntően változtatják mesterséges bevezetések is (bányavizek, szennyvizek). Egyszerűen mérhető kémiai tulajdonságcsoport, amit az élővilág csak kivételes esetben alakít, általában alkalmazkodik hozzá. Def.: A trofitás a szervetlenből szerves anyagot létrehozó, ezzel a víz minőségét befolyásoló adottságok, jelenségek gyűjtőfogalma: a szervetlen növényi tápanyagok minősége, mennyisége és változása a vízben, a szerves anyagot építő fotoautotrofikus élőlények (algák, vízinövények) minősége és mennyisége, működésüknek a vízminőséget alakító, befolyásoló folyamatai. - Potenciális trofitás: a növényi tápanyagkínálat mértéke (kiemelten az ásványi N és P) - Aktuális trofitás: az adott pillanatban megvalósult (kialakult) trofitás (trofitási szint), mely a termelés erősségével, a növények (planktonikus és bevonatlakó algák, alámerült vízinövények) mennyiségével, a klorofill-koncentrációval jellemezhető. 2
A trofitás növekedése az eutrofizálódás. Az eutrofizálódás a trofitás emelkedését jelző biológiai reakció, ami mindig külső, allochton anyagok bejutásán múlik. Az eutrofizálódásnak két formáját kell megkülönböztetnünk: természetes és mesterséges. A természetes eutrofizálódás alapvetően a tavakra jellemző, lassú természetes folyamat, amikor a tó korának előrehaladtával a vízgyűjtőből bemosódó szerves anyagok és a tóban termelődő szerves anyagok lebomlásának eredményeképp a növényi tápanyagkoncentráció növekszik, s ennek hatására a tó trofitásfoka is emelkedik. Ez általában a tavak feltöltődésével együtt járó jelenség, ami több ezer, tízezer évig is eltarthat, s a kiváltó okok miatt általában visszafordíthatatlan folyamat. A tó életében ez nem okoz drasztikus változásokat, az ember számára nem jelent gyors, kellemetlen vízminőség változást. Ezzel szemben a mesterséges eutrofizálódás alapvetően emberi tevékenység hatására jön létre, s legtöbbször rövid idő, akár néhány év alatt bekövetkező, drasztikus változás. Def.: A szaprobitás a szerves anyagokat szervetlen összetevőikre bontó és ezzel a vízminőséget befolyásoló adottságok és jelenségek gyűjtőfogalma, a heterotrofikus élőlények számára táplálékul szolgáló, hozzáférhető szerves tápanyagok minősége, mennyisége és változása a vízben, a szerves anyagot bontó, heterotrofikus élőlények minősége (a legapróbbaktól a legnagyobbakig), mennyisége és működésüknek a vízminőséget alakító folyamatai. Def.: A toxicitás a víz mérgezőképessége, amit a mérgek okoznak. (A méreg relatív fogalom!) A mérgek ritkán természetes eredetűek (pl. algatoxinok, üledékekben keletkező ammónia, kén-hidrogén), legtöbbször emberi tevékenység hatására kerülnek a vizekbe. A négy tulajdonságcsoport összefüggése szerint, pl. szerves szennyvízzel terhelt, nagy szaprobitású vizekben, a szerves anyagokat a vízben élő heterotrofikus élőlények bontják, ásványosítják. A mineralizált vegyületek aztán a víz trofitását növelik. A szervetlen vegyületekkel dúsított vízben elszaporodnak az algák ( = eutrofizálódás). Az általuk kiválasztott szerves anyagcseretermékek, testük anyagai és a pusztulásukkal felszabaduló szerves anyagok a víz szaprobitását növelik. A szaprobitást növelő szerves anyagok maguk nem mérgezőek, de a rajtuk élő mikroorganizmusok sok oxigént használnak fel, ami oxigénhiányt okozhat, és sokféle élőlény halálához vezet. Az így redukálóvá váló környezetben bomlástermékek (ammónia, kén-hidrogén, foszfor-hidrogén) keletkezhetnek, amelyek bizonyos körülmények között a víz mérgezőképességét, toxicitását okozzák. A víz toxicitása a természetes tisztulás bénításával akadályozhatja a szaprobitás csökkenését és a trofitás előbb vázolt növekedését. 3
A szerves anyagok tehát először szennyezik a vizet, aztán ásványosodásuk után növényi tápanyaggal dúsítják azt, míg a szervetlen növényi tápanyagok előbb dúsítják és utóbb következik be a termelt szerves anyagokkal történő önszennyezés. A növényi tápanyagok dúsulására bekövetkező biológiai reakció általában az algák, leggyakrabban a fitoplankton fokozódó, súlyos esetben szélsőségesen erőteljes szaporodását eredményezni. Gyakorivá válnak a vízkivirágzások, azok minden kellemetlen kísérőjelenségével együtt. A fentiekből egyértelműen következik, hogy a biológiai vízminőség alakításában, detektálásában az algáknak, az algavizsgálatoknak a trofitás esetében van kiemelkedő szerepük. A mesterséges eutrofizálódás egyik legkellemetlenebb megnyilvánulási formája a fokozódó algásodás, a mind gyakoribbá váló vízkivirágzások. Ez elsősorban a politrofikus és hipertrofikus trofitási szinteken okoz komoly problémákat, mind a vízben lejátszódó (egészséges) természetes építő-lebontó folyamatok szempontjából, mind a gyakorlati vízhasznosítás vonatkozásában. Egyszerű módszernek tekinthető a fitoplankton vagy bentikus eutrofizálódás esetén a rögzült algák, vízinövények egységnyi térfogatra, területre vonatkoztatott a-klorofill meghatározása tekinthető. Az eredmények értékeléséhez trofitási táblázatok nyújtanak segítséget (1. és 2. táblázat). Összes algaszám 10 6 liter -1 a-klorofill Elsődleges termelés mg*m -3 mg C*m -2 *nap -1 g C*m -2 *év -1 0 atrofikus 0 0 0 0 1 ultra-oligotrofikus <0,01 <1 <50 <10 2 oligotrofikus 0,01 0,05 1 3 50-100 10 25 3 oligo-mezotrofikus 0,05 0, 10 3 10 100 200 25 50 4 mezotrofikus 0,10 0,5 10 20 200 400 50 100 5 mezo-eutrofikus 0,5 1,0 20 50 400 600 100 150 6 eutrofikus 1,0 10 50 100 600 1500 150 300 7 eu-politrofikus 10 100 100 200 1500 2500 300 500 8 politrofikus 100 500 200 800 >2500 >500 9 hipertrofikus >500 >800?? 1. táblázat: A Felföldy-féle biológiai vízminősítési rendszer 4
A trofitás fokozatai TP Átlagos a-klorofil Maximum a-klorofil Átlagos Secchi Minimum Secchi ultraoligotrofikus < 4,0 < 1,0 < 2,5 > 12,0 > 6,0 oligotrofikus < 10,0 < 2,5 < 8,0 > 6,0 > 3,0 mezotrofikus 10 35 2,5 8 8 25 6 3 3 1,5 eutrofikus 35 100 8 25 25 75 3 1,5 1,5 0,7 hipertrofikus > 100 > 25 > 75 < 1,5 < 0,7 2. táblázat: A trofitás fokozatai az OECD-osztályozás alapján (1982) (OECD = Organisation for Economic Co-operation and Development = Nemzetközi Gazdasági és Fejlesztési Szervezet) Algológia vizsgálatok gyakran felhasználhatóak egyéb gyakorlati célú vízminőség meghatározásokra. Ilyenek pl. az ivóvíztisztitás, ivóvízellátás folyamán végzett algológiai vizsgálatok. Felszíni vizekből történő ivóvíztisztítás esetén az algavizsgálatok a tisztítandó nyers víz és a tisztítási technológia különböző fázisai vizének algaflórája ismeretében segíthetik jelentősen a hatékony víztisztítást. Hasonló a helyzet a fürdővizek esetében itt főleg medencékre gondoljunk. A fürdőmedencék, legyenek azok töltő-ürítő rendszerűek vagy vízvisszaforgatással üzemelők, esetenként (gyakran) bealgásodhatnak, s ilyenkor az algavizsgálatok segítséget jelenthetnek a helyes technológia kialakításában. A halastavak esetében, kivéve talán a pisztrángos tógazdaságokat, az algavizsgálatokat a halastó termelékenységének alapfeltételéről, a természetes hozam alapját jelentő elsődleges termelésről tájékozódhatnak. Lényegesek az algavizsgálatok szennyvíz-utótisztító tórendszer esetén is, vagy pl. a Kis-Balaton tórendszerében, ahol az algák egyrészt az oxigéntermeléssel járulnak hozzá a tisztítás folyamatához, másrészt (részben) rájuk hárul(na) a növényi tápanyagok megkötése. Ez utóbbi esetben nagyon is lényeges, hogy a növényi tápanyagok planktonalgák testében halmozódnak-e föl s úsznak tovább a tóból, vagy rögzült algákéban, s így blokkolódnak a tóban. További lehetőségként lehet megemlíteni az algák kriminalisztikai hasznosítását. Elsősorban vízi balesetek alkalmával lényeges lehet az a tény, hogy egy adott vízre jellemző a benne élő algák faji összetétele. Ilyen célra elsősorban kovaalgák azonosítása alkalmas. 5
Irodalomjegyzék: Dr. Felföldy Lajos (1981): A vizek környezettana - Általános hidrobiológia. Mezőgazdasági kiadó, Bp. pp. 96-117. Kiss K. Tihamér (1998): Bevezetés az algológiába. Budapest, Elte Eötvös Kiadó, pp.17-236. 6