Επίδραση των ανθρωπογενών πιέσεων και του ιζήματος στην τροφική κατάσταση υγροτόπου

Abstract

Lake Koronia, a shallow freshwater ecosystem in northern Greece, became a hypertrophic system during the last decade of the 20th century as a result of reduced water inputs to the system associated with agricultural and industrial activities and increased nutrient loading from the watershed. In 2004, the "Revised Restoration Plan for Lake Koronia" was accepted that proposed measures for implementation that would address both watershed (external) water and nutrient dynamics and lake nutrient cycling and water level (internal) dynamics. The structure of this dissertation followed the approach of the DPSIR model. A SWAT simulation model was used to estimate spatio-temporal external loading from non-point sources relative to hydrological conditions. Particular attention was placed on both reducing agricultural loading applying reduced input agricultural practices and altering crop distribution based on soil quality. Based on conditions prior to implementation of management options, it was established that the most important nutrient loading sources to the Koronia wetland were Bogdana and Lagadikia streams, while the largest contributors of water volume were Bogdanas, Lagadikia and Sholari streams. In addition, water delivery to the wetland increased by 60% the period 2009-2014, leading to stabilization of water levels at a much higher stage. Following the application of reduced input agricultural practices and the combination of the application of these practices with the implementation of crop distribution as a function of soil quality, nutrient loading was significantly reduced. A monitoring program was initiated in 2015-2016 to assess spatio-temporal changes in water quality in Koronia, trophic state and sediment characteristics following implementation of management actions post 2010. All ecological quality elements and trophic state improved in spring 2016 in response to water level increase and stabilization. By April and May 2016, it appeared that Koronia was reaching a new stable state situation of significantly reduced trophic state from hypertrophic to conditions more indicative of mesotrophic-oligotrophic trophic state. Reaching a reduced trophic state, it appeared that a new baseline stable state condition was becoming established. Thus, an "Integrated Management Plan of Koronia basin" is proposed that consists of three major components: 1) two monitoring protocols have been developed to manage the restoration works and estimate the ecological status of the ecosystem. The objectives of these protocols are to maintain sustainable functions and to identify additional measures that are needed to maximize the functional values of both the watershed and Koronia proper, respectively 2) a generic ecological status indicator of wetland ecosystems is proposed as well as the methodology for self-calibration based on the new stable state condition that is being established for the system (Spring 2016 conditions) and 3) integration of restoration measures/works reflecting current, improved conditions within the watershed and Koronia leading to maximization of basin functions.

Η έντονη αγροτική και βιομηχανική δραστηριότητα στη λεκάνη απορροής του οικοσυστήματος της Κορώνειας, που αποτελεί ένα ρηχό επιφανειακό οικοσύστημα εσωτερικών υδάτων στη Βόρεια Ελλάδα, κατά τη διάρκεια της τελευταίας δεκαετίας του 20ου αιώνα, σχετίστηκε με τη μείωση της ποσότητας υδάτων και την αύξηση του φορτίου θρεπτικών που καταλήγει στο οικοσύστημα με αποτέλεσμα το σύστημα να χαρακτηριστεί υπερτροφικό. Το 2004 αναπτύχθηκε το «Αναθεωρημένο Σχεδιο Αποκατάστασης της Λίνης Κορώνειας», όπου προτάθηκαν μέτρα/έργα αποκατάστασης τα οποία λάμβαναν υπόψη τόσο τα ισοζύγια νερού και θρεπτικών στη λεκάνη απορροής όσο και τη δυναμική του κύκλου θρεπτικών και της στάθμης νερού του ίδιου του οικοσυστήματος. Η δομή της παρούσας διατριβής ακολούθησε την προσέγγιση του μοντέλου DPSIR. Aρχικά πραγματοποιήθηκε χωροχρονική εκτίμηση του εξωτερικά προερχόμενου όγκου νερού και θρεπτικών από τις μη σημειακές πιέσεις για διαφορετικές υδρολογικές συνθήκες με τη χρήση του μοντέλου προσομοίωσης SWAT. Στη συνέχεια διερευνήθηκε η εφαρμογή πρωτοκόλλων μειωμένων εισροών και η αλλαγή χωροκατανομής των καλλιεργειών βασισμένη στην εδαφική ποιότητα. Για την περίοδο 2009-2016, το κύριο φορτίο θρεπτικών κατέληξε στο οικοσύστημα μέσω των χειμάρρων Μπογδάνα και Λαγκαδικίων, ενώ η μεγαλύτερη εισερχόμενη ποσότητα υδάτων κατέληξε μέσω των χειμάρρων Μπογδάνα, Λαγκαδικίων και Σχολαρίου. Επίσης, ο συνολικός ετήσιος όγκος υδάτων που κατέληξε στο οικοσύστημα αυξήθηκε την περίοδο 2009-2014 κατά 60% και στη συνέχεια σταθεροποιήθηκε σε υψηλά επίπεδα. Τέλος, η εφαρμογή των πρωτοκόλλων μειωμένων εισροών και ο συνδυασμός εφαρμογής των πρωτοκόλλων αυτών με τη βέλτιστη χωροκατανομή των καλλιεργειών, βασισμένη στην εδαφική ποιότητα είχαν ως αποτέλεσμα τη μείωση του εισερχόμενου φορτίου θρεπτικών στο οικοσύστημα. Στη συνέχεια, αναπτύχθηκε και εφαρμόστηκε πρωτόκολλο παρακολούθησης την περίοδο 2015-2016 με σκοπό την εκτίμηση της χωροχρονικής μεταβολής των ποιοτικών στοιχειών του οικοσυστήματος, των χαρακτηριστικών του ιζήματος και της τροφικής κατάστασής του μετά την εφαρμογή μέρους των μέτρων/έργων αποκατάστασης το 2010. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της παρακολούθησης, παρατηρήθηκε βελτίωση όλων των ποιοτικών στοιχείων αλλά και της τροφικής κατάστασης του οικοσυστήματος ιδιαίτερα την εαρινή περίοδο του 2016, εξαιτίας της αύξησης και σταθεροποίησης της εισερχόμενης ποσότητας υδάτων. Την περίοδο αυτή, η Κορώνεια παρουσίασε μια νέα σταθερή κατάσταση με σημαντικά βελτιωμένη τροφική κατάσταση, η οποία από υπερτροφική, πλέον χαρακτηρίζεται μεσότροφη-ολιγοτροφική. Η νέα κατάσταση του οικοσυστήματος, η οποία χαρακτηρίζεται από βελτιωμένη τροφική κατάσταση, μπορεί να αποτελέσει ένα νέο επίπεδο αναφοράς. Στο πλαίσιο αυτό προτάθηκε ένα Ολοκληρωμένο Σχέδιο διαχείρισης λεκάνης απορροής της Κορώνειας, το οποίο αποτελείται από τρία βασικά στοιχεία: 1) δύο πρωτόκολλα παρακολούθησης με σκοπό τη διαχείριση της λειτουργίας των έργων αποκατάστασης και τη συνεχή επικαιροποίηση της εκτίμησης της οικολογικής κατάστασης του συστήματος. Κύριοι στόχοι των δύο πρωτοκόλλων είναι η διασφάλιση των υγροτοπικών λειτουργιών και η αναγνώριση της ανάγκης λήψης νέων μέτρων για τη βελτιστοποίηση των αξιών τόσο σε επίπεδο λεκάνης απορροής όσο και στο ίδιο το οικοσύστημα, αντίστοιχα 2) ανάπτυξη ενός γενικευμένου δείκτη εκτίμησης οικολογικής κατάστασης υγροτοπικών οικοσυστημάτων και πρόταση μεθοδολογίας αυτοβαθμονόμησής του, βασισμένη στο νέο επίπεδο αναφοράς που έχει καθοριστεί για το οικοσύστημα (Εαρινή περίοδος 2016) και 3) ολοκλήρωση των μέτρων/έργων αποκατάστασης που αντανακλούν τις τρέχουσες και βελτιωμένες συνθήκες τόσο στη λεκάνη απορροής όσο και στο οικοσύστημα της Κορώνειας, με αποτέλεσμα τη βελτιστοποίηση των λειτουργιών της λεκάνης απορροής.