Ταχεία εκτίμηση οικολογικής ποιότητας παράκτιων περιοχών με τη χρήση οπτικής μεθόδου σε φυτοκοινωνίες της ανώτερης υποπαράλιας ζώνης: συμβολή στη μελέτη των μακροφυκών και την εφαρμογή της ευρωπαϊκής οδηγίας πλαίσιο για τα ύδατα

Abstract

The development of ecological assessment and classification systems is one of the most challenging parts of the implementation of the Water Framework Directive (WFD, EEC 2000/60). On these grounds, a new methodology for the Rapid Assessment of the Coastal Ecological Status (RACES) is hereby developed and tested on the macroalgal communities of the rocky infralittoral zone, which are known to respond well to various anthropogenic impacts. The RACES methodology is based on two innovative approaches: a) the development of a visual (photographic) method for rapid sampling of the upper infralittoral zone and b) the application of the Ecological Evaluation Index (ΕΕΙ) on photosampled phytobenthic data. Research was focused along the NE coasts of Saronikos Gulf (Aegean Sea) where long-term monitoring studies reveal a clear pollution gradient as a result of biologically treated sewage disposal. According to our results, the existing pollution gradient was sufficiently reflected by phytobenthos. Both the analyses of destructively and non-destructively collected data agreed to the fact that unimpacted (control) sites were dominated by large brown algae of the order Fucales (K-strategists). Opposite was the case for the impacted stations, where various opportunistic nitrophilous algae (r-strategists) presented the highest abundance. In terms of Ecological Status, four indices were applied: Shannon's diversity index (H΄), Pielou’s Evenness Index (J), Bray-Curtis Similarity Index and the EEI. All three former indices are widely applied in worldwide ecological studies, while the latter is a newly introduced scoring system, ad hoc developed to assess and classify quality status based on phytobenthic coverage. Whatever the sampling method (destructive or non-destructive) followed to collect raw data, Shannon's diversity and Pielou’s evenness indices were found deficient in detecting quality patterns, being rather prone to natural variability. The Bray-Curtis similarity index was found to be quite effective in distinguishing between impacted and unimpacted sites, although the distinction was not as clear in intermediate quality classes and during epiphytic spring blooms. It was the EEI that gave the most interesting results, regardless of the methodology used; it depicted effectively the anticipated quality trends and -although with a seasonal effect detected- quality patterns were persistent. Analyses of photosamples permitted the identification of 43% of the total number of taxa and 58% of the surface cover measured by destructive sampling. Such losses are by no means unexpected considering the two-dimensional and abstractive nature of RACES. Photosamples, however, were exceptionally precise in estimating mean percent covers of dominant macroalgae. Given that the EEI is highly dependent on species relative cover, it is the large and abundant species that eventually determine its values, a fact that actually accounts for the RACES adequacy in assessing quality. Our results confirm that this rapid, cost-effective and non-taxonomist-friendly method can be of great importance to environmental scientists in need to classify coastal areas by the use of a non-destructive and ecologically sound approach.

H παρούσα διατριβή αναπτύσσει, εφαρμόζει και ελέγχει μία πρωτότυπη μέθοδο Ταχείας Εκτίμησης Οικολογικής Ποιότητας (ΠΟκΕΤ) στο παράκτιο περιβάλλον, βασιζόμενη στη συνδυαστική χρήση δύο καινοτόμων στοιχείων: την διαμόρφωση μίας μη καταστρεπτικής δειγματοληψίας μακροφυκών και την εφαρμογή του Δείκτη Οικολογικής Εκτίμησης (ΕΕΙ) στα οπτικά δεδομένα. Η μέθοδος εφαρμόστηκε και ελέγχθηκε έναντι της συμβατικής (καταστρεπτικής) δειγματοληψίας στις βορειοανατολικές ακτές του Σαρωνικού Κόλπου όπου απαντά μία γνωστή διαβάθμιση ρύπανσης λόγω της λειτουργίας του αγωγού του Κέντρου Επεξεργασίας Λυμάτων της Ψυττάλειας. Για την ανάλυση των δεδομένων εφαρμόστηκαν οι Δείκτες Ποικιλότητας Η΄, Ομοιομορφίας J και Ομοιότητας Bray-Curtis καθώς και ο -ειδικά διαμορφωμένος για την εκτίμηση της οικολογικής ποιότητας- Δείκτης ΕΕΙ. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, τόσο η οπτική όσο και η καταστρεπτική δειγματοληψία διέκριναν επιτυχώς μεταξύ των αδιατάρακτων και υποβαθμισμένων σταθμών, με τα Φαιοφύκη της τάξης Fucales να αποτελούν το κυρίαρχο στοιχείο της βλάστησης στους πρώτους, και τα ευκαιριακά είδη-δείκτες διατάραξης να επικρατούν κοντά στις πηγές ρύπανσης. Ανεξαρτήτως δειγματοληπτικής μεθόδου, ανεπαρκείς κρίθηκαν οι Δείκτες Ποικιλότητας και Ομοιομορφίας ως πλέον επιρρεπείς στις φυσικές βιολογικές διακυμάνσεις. Ικανοποιητική εφαρμογή παρουσίασε ο Δείκτης Ομοιότητας Bray-Curtis και οι πολυπαραγοντικές αναλύσεις τόσο στα οπτικά όσο και τα συμβατικά δεδομένα. Πολύ ικανοποιητικά ήταν και τα αποτελέσματα του Δείκτη ΕΕΙ, που διαχώρισε πάντοτε καλά μεταξύ των υποβαθμισμένων, αδιατάρακτων αλλά και των μεταβατικών περιοχών. Συγκρίνοντας μεταξύ οπτικής και καταστρεπτικής μεθόδου, εντοπίστηκε μια –σαφώς αναμενόμενη- απώλεια πληροφορίας βιοποικιλότητας με τη χρήση της πρώτης, η οποία ωστόσο αποδείχθηκε εξαιρετικά επαρκής ως εργαλείο γρήγορης περιγραφής της βλάστησης για την ανάδειξη των ιδιαίτερων δομικών χαρακτηριστικών και των επικρατέστερων στοιχείων της. Επιπλέον, η απώλεια αυτή δε φάνηκε να αποτελεί εμπόδιο για την εκτίμηση της Οικολογικής Ποιότητας. Αντίθετα, συγκρινόμενη με την συμβατική δειγματοληψία, η ΠΟκΕΤ βρέθηκε να αποδίδει παρόμοια ή αυστηρότερα αποτελέσματα, γεγονός που -με τα πρόσθετα οφέλη της ελαχιστοποίησης του κόστους και χρόνου λήψης και ανάλυσης δειγμάτων- αναδεικνύει την προτεινόμενη μέθοδο ως ένα ικανό εργαλείο ταχείας εκτίμησης της Οικολογικής Ποιότητας παράκτιων περιοχών, πλήρως εναρμονιζόμενο με τις επιταγές της Ευρωπαϊκής Οδηγίας Πλαίσιο για τα Ύδατα (2000/60/ΕΕ).