Δυναμική εύτροφων συστημάτων

Abstract

Μελετήθηκε ποσοτικά το φαινόμενο του ευτροφισμού, απιδίδοντας ιδιαίτερη βαρύτητα στις ετερότροφες μικροβιακές διεργασίες. Το φυσικό σύστημα ήταν η παράκτια περιοχή της πόλης της Μυτιλήνης που επηρεάζεται από την απόρριψη των αστικών λυμμάτων. Έγιναν δειγματοληψίες σε μηνιαία βάση από τον Απρίλιο 1991 ως τον Δεκέμβριο 1993 σε δύο σταθμούς, έναν που αντιπροσωπεύει εύτροφες συνθήκες και έναν χαρακτηριστικό ολιγοτροφισμού. Μετρήθηκαν φυσικές παράμετροι (θερμοκρασία, αλατότητα, διαφάνεια του νερού, διαλυμένο οξυγόνο), χημικές (θρεπτικά άλατα, οργανικό άζωτο) και βιολογικές (χλωροφύλλη α, ποιοτική-ποσοτική ανάλυση φυτοπλαγκτού, ετερότροφα και ολικά βακτήρια). Παράλληλα με τις εργασίες πεδίου διεξήχθη σειρά εργαστηριακών πειραμάτων για την μελέτη επιμέρους διεργασιών του ευτροφισμού (φυτοπλαγκτονικές απεκκρίσει, βακτηριακή πρόληψη και αποδόμηση και ανακύκλωση οργανικής ύλης), χρησιμοποιώντας καλλιέργειες φυτοπλαγκτού-βακτηρίων και συστήματα μικρόκοσμων. Κατ' αυτόν τον τρόπο μελετήθηκε το φαινόμενο του ευτροφισμού σε διαφορετικά επίπεδα πολυπλοκότητας, γεγονός που συνέβαλς στην καλύτερη κατανόηση των μικροετερότροφων διεργασιών. Απ' τα πειράματα μονοκαλλιεργειών προέκυψε ότι το οργανικό περιεχόμενο των αστικών λυμμάτων είναι ευκολότερα αποικοδομήσιμο και μετατρέπεται ταχύτερα σε βακτηριακή βιομάζα σε σχέση με τις οργανικές απεκρίσεις του φυτοπλακτού. Επίσης προτίμηση φαίνεται να υπάρχει στην πρόληψη σακχάρων απ' τα βακτήρια, έναντι των αμινοξέων. Τα εργαστηριακά συστήματα μικρόκοσμων και η αξιοποίηση της προκύπτουσας πληροφορίας με μαθηματικά μοντέλα αποδειχτηκαν πολυτιμα εργαλεία στην κατανόηση διεργασιών του ευτροφισμού. Μεγαλύτερη ικανότητα εκμετάλλευσης θρεπτικών υποστρωμάτων έδειξαν τα φυτοπλαγκτονικά κύτταρα που προέρχονται από ολιγότροφη περιοχή, έναντι αυτών από ευτροφή. Επίσης ιδιαίτερα προσαρμοσμένα στις εξωτερικές συνθήκες φαίνεται να είναι τα ετερότροφα βακτήρια. Σε φτωχές σε οργανικά υποστρώματα περιοχές παρουσιάζουν μεγαλύτερη ικανότητα πρόσληψης και μετατροπής των οργανικών ουσιών σε βακτηριακή βιομάζα. Τέλος διαπιστώθηκε ότι σε ευτροφικές συνθήκες μεγάλο μέρος της συγκέντρωσης ιόντων αμμωνίου προέρχεται απ' την ανακύκλωση αζωτούχων οργανικών ενώσεων απ΄τα βακτήρια. Εξετάστηκε η ευαισθησία τηε μεθόδου της αριθμητικής ταξινόμησης για την ανίχνευση των διαφορών στην σύνθεση της φυτοπλαγκτονικής κοινωνίας μεταξύ εύτροφης και ολιγότροφης περιοχής. Διάφορες τεχνικές εφαρμόστηκαν στα δεδομένα για την αύξηση της διακριτικότητας της μεθόδου και προτείνεται αναλυτικός αλγόριθμος για την εκτίμηση του επιπέδου ευτροφισμού. Η δυναμική του φυ΄σικού συτήματος μελετήθηκε μέ χρήση μαθηματικού μοντέλου προσομοίωσης. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι περιοριστικός παράγοντας αύξησης του φυτοπλακτοού κάτά τους θερινούς μήνες ήταν τα θρεπτικά άλατα και κυρίως τα ιόντα αμμωνίου, ενώ υποδυκνύεται το φως σαν περιοριστικός παράγοντας άνάπτυξης του φυτοπλακτού κατά την χειμερινή περίοδο. Η σημασία των ιόντων αμμωνίου ως περιοριστικού παράγοντα διαπιστώθηκε και στην περίπτωση αύξησης της βακτηριακής βιομάζας, η οποία παρουσίασε εποχιακότητα με μέγιστο την θερινή περίοδο. Η χρήση του μοντέλου προσομοίωσης υπέδειξε ότι σημαντικός είναι ο ρόλος των βακτηρίων στην ανακύκλωση της οργανικής ύλης, ιδιαίτερα τις περιόδους των φυτοπλαγκτονικών εξάρσεων. Το 50% ως 60% της συνολικής ποσότητας ιόντων αμμωνίου οφείλεται σε βιολογική δραστηριότητα τις περιόδους αυτές. Η καλή προσαρμογή των δεδομένων στο μοντέλο που χρησιμοποιήθηκε για τις περισσότερες παραμέτρους, υποδεικνύει την χρησιμότητα των μοντέλων προσομοίωσης για την μελέτη και ποσοτική εκτίμηση ευτροφικών τάσεων σε παράκτιες περιοχές.