The study of water quality using benthic

The study of water quality using benthic

Annals of West University of Timişoara, ser. Biology, 2012, vol XV (1), pp.45-52
THE STUDY OF WATER QUALITY USING BENTHIC
MACROINVERTEBRATES AS BIOINDICATORS IN THE
CATCHMENT AREAS OF THE RIVERS JIU, OLT AND
IALOMIŢA
Elena Daniela MITITELU, Milca PETROVICI, Răzvan Liviu PÎRVU
West University of Timisoara, Faculty of Chemistry-Biology-Geography, Department of
Biology and Chemistry, Pestalozzi 16, Romania
Corresponding author e-mail: [email protected]
ABSTRACT
The wide distribution of benthic invertebrates and their different sensitivity shown
upon modifying the qualitative parameters of aquatic ecosystems led to a frequent use
of these group as bioindicators in different studies. The present study aims at
presenting a list concerning the different macroinvertebrates identified in the larva
stage in three watersheds (Jiu, Olt, Ialomiţa) and establishing the water quality of the
monitored sections using this benthic macroinvertebrates. The sample collecting
points were represented by 23 stations. The abundance and frequency values recorded
for benthic communities varied according to the physical-chemical conditions specific
to each sample collecting station. There were identified 15 groups in total. The most
frequent were Ephemeroptera, Plecoptera, Trichoptera, Diptera (Chironomidae) and
others. The deterioration of water quality is marked by the decrease in the biotic index
EPT/Ch value.
KEY WORDS: macroinvertebrates, benthos, Jiu, Olt, Ialomiţa, tributaries, water
quality
INTRODUCERE
Studiul comunităţii de macronevertebrate bentonice reprezintă un important
indicator al calităţii apei din sistemele acvatice lotice şi lentice (Slooff, 1983; Guilpart
et al, 2012). Prezenţa sau absenţa anumitor grupe bentonice are o importanţă majoră în
determinarea gradului de poluare al corpurilor de apă (Battaglia et al, 2005; Teixeira et
al, 2009), aceste studii ridicând un interes major atât la nivel internaţional (Burd et al
2008; Lamberti et al 2010), cât şi naţional (Dumbravă-Dodoacă & Petrovici, 2010;
Răescu et al, 2011; Marin et al, 2011). Se recomandă ca monitorizarea comunităţii
bentonice să se efectueze în paralel cu cea a parametrilor fizico-chimici, considerânduse că analiza singulară a parametrilor calitativi ai apei indică o situaţie de moment
(Reice & Wohlenberg 1993).
Cele trei râuri monitorizate în prezentul studiu sunt localizate în sudul ţării. De
la vest către est, Jiul îşi are izvoarele în Carpaţii Meridionali, formându-se prin unirea
Jiului de Est cu Jiul de Vest şi o lungime totală de 348 km (PMBHJ, 2009-2015). Oltul
izvorăşte din Munţii Hăşmaşu Mare, Carpaţii Orientali. Cu o lungime totală de 699
45
MITITELU et al: The study of water quality using benthic macroinvertebrates as bioindicators in the catchment
areas of the rivers Jiu, Olt and Ialomiţa
km, pe cursul Oltului sunt amenajate în prezent numeroase amenajări hidroenergetice,
mai ales pe profilul longitudinal caracterizat prin trepte, defilee şi praguri, calitatea
apei variând din amonte în aval (PMBHO, 2009-2015). Ialomiţa izvorăşte din Munţii
Bucegi, Carpaţii Meridionali, având o lungime totală de 414 km şi un bazin de recepţie
de 9.431 km² (PMSHBI, 2009-2015).
Lucrarea de faţă are drept scop evaluarea calităţii apei a trei bazine hidrografice
(Jiu, Olt, Ialomiţa) prin studierea comunităţii macrozoobentonice şi a parametrilor
fizico-chimici corespunzători.
MATERIALE ŞI METODE
Colectarea probelor şi prelucrarea datelor
În intervalul iulie - august 2011 a fost colectat un număr total de 23 de probe
cantitative din trei bazine hidrografice (BH) (BH Jiu - 2 probe, BH Olt - 16 probe, BH
Ialomiţa - 5 probe) utilizând bentometru de tip Surber (suprafaţa 1073cm2,
dimensiunea ochiurilor sitei de 250 µm). Probele au fost conservate în formaldehidă
(8%). Prelucrarea probelor s-a efectuat în laborator (Chiriac & Udrescu, 1965;
Dinulescu, 1966; Albu, 1980; Tachet et al, 1994; Tachet et al, 2000), identificarea
indivizilor realizându-se până la nivel de ordin, cu câteva excepţii: Parasitengona
(subordin) - grupul Hydrachnidia, Oligochaeta, Hirudinea (subclasă), Nematoda
(încrengătură). A fost triat un număr total de 24 648 de indivizi. Pe lângă colectarea de
probe biologice s-au urmărit şi parametrii fizico-chimici reprezentativi ai apei:
temperatura apei, pH, oxigen dizolvat, conductivitate, nitraţi, nitriţi, fosfaţi utilizând
multiparametru şi spectrofotometru HACH-Lange (Dusseldorf: Germany) (Tabel 1).
S-au calculat: abundenţa A= (ni N-1)*100 şi frecvenţa (Ni*100) Np-1, unde ni
reprezintă numărul total de indivizi pentru specia i, N numărul total de indivizi ai
tuturor speciilor, Ni numărul de staţii în care a fost identificată specia luată în discuţie,
Np numărul total de staţii (Stan 1995); raportul EPT/Ch = abundenţa Ephemeroptera,
Plecoptera, Trichoptera/abundenţa Chironomidae, unde o valoare mai mare a
abundenţei numerice procentuale calculate pentru EPT indică o calitate în general bună
a apei, indivizii aparţinând celor trei grupe fiind consideraţi a fi sensibili la modificarea
calităţii apei (Semenchenko & Moroz 2005).
Descrierea şi localizarea staţiilor de prelevare
Localizarea staţiilor de colectare corespunzătoare bazinelor hidrografice
monitorizate şi numărului de cod specific, este următoarea (FIG. 1.):
BH Jiu: J1 (44°55'43"N; 23°34'22"E): Valea cu Raci; J2 (44°54'06"N;
23°43'58"E): Seaca.
BH Olt: O1 (44°55'59"N; 24°11'55"E): Luncavăţ; O2 (45°01'06"N;
24°37'42"E): Valea Grajdurilor; O3 (45°59'33"N; 26°17'49"E): Ojda; O4 (46°02'37"N;
26°16'27"E): Negru; O5 (45°50'41"N; 25°15'24"E): Venetia; O6 (45°51'21"N;
25°44'21"E): Simbrezi; O7 (45°54'26"N; 25°29'27"E): Maierus; O8 (45°56'52"N;
46
Annals of West University of Timişoara, ser. Biology, 2012, vol XV (1), pp.45-52
25°22'22"E): Bogata; O9 (46°02'48"N; 25°11'15"E): Rupea; O10 (46°02'37"N;
24°51'51"E): Hartibaciu; O11 (46°10'53"N; 25°57'27"E): Mesteacăn; O12
(46°18'10"N; 25°48'57"E): Valea Mare; O13 (46°27'04"N; 25°53'39"E): Frumoasa;
O14 (46°30'13"N; 25°50'44"E): Răcuşorul Mare; O15 (46°38'23"N; 25°50'03"E):
Fântâna lui Gaj; O16 (46°37'25"N; 25°44'23"E): Valea Adâncă.
BH Ialomiţa: I1 (45°05'16"N; 25°23'49"E): Roşca; I2 (45°19'37"N;
25°31'37"E): Izvorul; I3 (45°18'04"N; 25°42'11"E): Floreiu; I4 (45°12'28"N;
25°49'13"E): Valea Aluniş; I5 (45°15'48"N; 25°56'04"E): Grosani.
În urma calculării lăţimii şi adâncimii medii (cu limită de confidenţă la o
probabilitate p=0.05) s-au stabilit următoarele: pentru BH Jiu s-a obţinut o lăţime şi o
adâncime medie de 0.75±0.29 m, respectiv 0.38±0.63 m, pentru BH Olt 2.21±0.62 m
lăţime şi 0.30±.07 m adâncime, iar pentru BH Ialomiţa s-au obţinut valorile medii de
1.90±1.41m pentru lăţime şi 0.17±0.11m pentru adâncime.
Din punct de vedere al vegetaţiei, au predominat reprezentanţii genului Salix
(O4, O16, O7 şi O10) și cei ai coniferelor (I2, O3, O13 şi O15). Gradul de acoperire
cu vegetaţie al albiei a variat de la 98% (O2) la 1% (O1, respectiv O16). În ceea ce
priveşte substratul, au fost identificate următoarele: predominant pietriş, excepţie staţia
O2 cu un substrat caracterizat din pietriş şi mâl.
Fig. 1. Localizarea staţiilor de colectare a probelor, iulie - august 2011.
47
MITITELU et al: The study of water quality using benthic macroinvertebrates as bioindicators in the catchment
areas of the rivers Jiu, Olt and Ialomiţa
REZULTATE ŞI DISCUŢII
Valorile medii ale principalilor parametrii fizici şi chimici identificaţi pentru
fiecare din cele 23 de puncte de colectare corespunzătoare bazinelor hidrografice au
fost prezentate corespunzător tabelului 1 (cu limită de confidenţă la p=0.05). Dintre
aceştia temperatura apei a variat, cu maxime de 37.20°C în luna iulie (BH Jiu, J2)
pentru un grad de acoperire cu vegetaţie a albiei de 5%. Cea mai scăzută temperatură
înregistrată a fost de 15.20°C în aceeaşi lună (BH Olt, O11) pentru un grad de
acoperire de peste 50%. Valorile medii înregistrate s-au încadrat în intervalul
18.60±0.20°C (BH Jiu), respectiv 25.08±5.94°C (BH Ialomiţa) (TABEL 1). Valorile
parametrilor fizico-chimici s-au încadrat în limite normale. În cazul pH-ului acesta a
înregistrat valori peste intervalul normal de 6.5-7.5 pentru toate staţiile de colectare,
excepţie O2 (6.58), O3 (7.45) respectiv O4 (7.43) (TABEL 1).
În urma prelucrării probelor în laborator a fost identificat un total de 15 grupe
bentonice după cum urmează:
BH Jiu: Ephemeroptera, Plecoptera, Trichoptera, Oligochaeta, Diptera
(Chironomidae, Ceratopogonidae, Simuliidae, alte diptere), Amphipoda, Coleoptera,
Hydrachnidia, Odonata, Heteroptera şi Collembola.
BH Olt: Ephemeroptera, Plecoptera, Trichoptera, Oligochaeta, Diptera
(Chironomidae, Ceratopogonidae, Simuliidae, alte diptere), Amphipoda, Coleoptera,
Hydrachnidia, Nematoda, Mollusca (Gasteropoda, Lamellibranchiata), Odonata,
Hirudinea, Heteroptera, Turbellaria şi Collembola.
BH Ialomiţa: Ephemeroptera, Plecoptera, Trichoptera, Oligochaeta, Diptera
(Chironomidae, Ceratopogonidae, Simuliidae, alte diptere), Amphipoda, Coleoptera,
Hydrachnidia, Mollusca (Gasteropoda, Lamellibranchiata), Heteroptera şi Collembola.
TABEL 1. Valorile medii ale parametrilor fizico-chimici corespunzători celor 3 bazine hidrografice, iulie - august,
2011 (cu limită de confidenţă la p=0.05).
Parametrii fizico-chimici
Temperatură apă (°C)
-1
Conductivitate (µS cm )
pH
-1
Oxigen dizolvat (mg l )
-1
Nitrați (mg l )
-1
Nitriți (mg l )
-1
Fosfați (mg l )
BH Jiu
18.60±0.20
BH Olt
19.10±1.78
BH Ialomița
25.08±5.94
706.50±132.30
8.12±0.15
354.65±121.19
7.84±0.26
799.20±358.58
8.17±0.16
7.88±2.15
8.30±0.87
8.17±0.43
0.10±0.20
0.14±0.05
0.12±0.04
0.01±0.01
0.02±0.02
0.01±0.003
0.21±0.06
0.75±0.29
0.40±0.44
Valorile abundenţei numerice procentuale (%) şi a frecvenţei (%) acestora au
fost prezentate conform fig. 2, respectiv 3.
În cazul BH Jiu cea mai mare valoare a abundenţei numerice procentuale a fost
stabilită pentru grupul amfipodelor (36%) urmată de cel al chironomidelor (Diptera,
48
Annals of West University of Timişoara, ser. Biology, 2012, vol XV (1), pp.45-52
36%). Cele mai scăzute valori au fost cuprinse în intervalul 0.02% (Altele, Simuliidae)
respectiv 0.79% (Altele, Ceratopogonidae). Pentru BH Olt valorile maxime au fost de
39% (Ephemeroptera), iar cele minime de 0.01% (Altele, Ceratopogonidae), situaţia
fiind similară şi pentru BH Ialomiţa, cu maxime de 83% (Ephemeroptera) şi minime în
intervalul 0.02 (Altele, Hydrachnidia) - 0.79% (Altele, Mollusca, Lamellibranchiata),
valorile abundenţei ceratopogonidelor menţinându-se în limitele acestui interval.
Fig. 2. Abundenţa numerică procentuală (%) a principalelor grupe bentonice corespunzătoare celor 3 bazine
hidrografice, iulie-august 2011 (în categoria Altele au fost incluse: BH Jiu - Plecoptera, Trichoptera, Simuliidae,
Ceratopogonidae, alte diptere, Coleoptera, Hydrachnidia, Odonata, Collembola; BH Olt - Ceratopogonidae, alte
diptere, Hydrachnidia, Nematoda, Mollusca, Odonata, Hirudinea, Heteroptera, Turbellaria, Collembola; BH
Ialomiţa - Plecoptera, Trichoptera, alte diptere, Aphipoda, Coleoptera, Hydrachnidia, Mollusca, Heteroptera,
Collembola).
În ceea ce priveşte frecvenţa, valori maxime de 100% au fost stabilite pentru
grupe precum Ephemeroptera, Oligochaeta, Chironomidae, aceste valori fiind stabilite
pentru toate cele trei bazine hidrografice monitorizate (fig. 3). Valori de 100% ale
frecvenţei au fost stabilite suplimentar pentru grupurile Amphipoda, Coleoptera,
Hydrachnidia, Heteroptera şi Collembola (BH Jiu). Cele mai scăzute valori ale
frecvenţei au fost stabilite pentru Lamellibranchiata (Mollusca, 6%, BH Olt) urmată de
Hirudinea (12.50%) în cadrul aceluiaşi bazin hidrografic (fig. 3).
49
MITITELU et al: The study of water quality using benthic macroinvertebrates as bioindicators in the catchment
areas of the rivers Jiu, Olt and Ialomiţa
Fig. 3. Frecvenţa procentuală (%) a principalelor grupe bentonice corespunzătoare celor 3 bazine hidrografice,
iulie-august 2011.
Deteriorarea a calităţii apei este evidenţiată în urma calculării indicelui biotic
EPT/Ch pentru cele trei bazine monitorizate în prezentul studiu, observându-se o
creştere a valorii acestuia pentru staţiile aparţinând BH Ialomiţa (fig. 4). Literatura de
specialitate recomandă calcularea acestui index în vederea monitorizării gradului de
poluare a sistemelor acvatice (Pastuchová, 2006; Dos Santos et al, 2010). Aceste
rezultate sunt date de abundenţa ridicată a chironomidelor (36%) în cadrul BH Jiu spre
deosebire de grupul EPT, unde valorile s-au încadrat în intervalul 0.16 (Trichoptera) 17% (Ephemeroptera). Calitatea parametrilor fizici şi chimici poate favoriza
dezvoltarea unor grupe rezistente şi defavoriza distribuţia altora (Obolewski, 2011).
Au fost semnalate situaţii în care chiar dacă parametrii chimici se situează în limite
normale, pot apărea modificări în rândul anumitor parametrii fizici (viteza apei, tipul
de substrat, etc.). În această situaţie grupele bentonice sensibile (Ephemeroptera,
Plecoptera, Trichoptera, Amphipoda, etc.) pot fi înlocuite în timp de cele tolerante
aparţinând spre exemplu chironomidelor (Lorenz 2003).
50
Annals of West University of Timişoara, ser. Biology, 2012, vol XV (1), pp.45-52
Fig. 4. Valorile indicelui biotic EPT/Ch corespunzătoare celor 3 bazine hidrografice, iulie-august 2011
CONCLUZII
În urma prelucrărilor au fost identificate 15 grupe bentonice de
macronevertebrate după cum urmează: Ephemeroptera, Plecoptera, Trichoptera,
Odonata, Diptera (Chironomidae, Ceratopogonidae, Simuliidae, alte diptere), Mollusca
(Gasteropoda, Lamellibranchiata), Heteroptera, Coleoptera, Amphipoda, Nematoda,
Collembola, Oligochaeta, Hydrachnidia, Hirudinea, Turbellaria.
Valorile parametrilor fizico-chimici monitorizaţi în prezentul studiu s-au
încadrat în limite normale, excepţie făcând pH-ul, doar trei din totalul de 23 de staţii
menţinându-se în intervalul 6.5-7.5.
Cele mai mari valori ale abundenţei numerice procentuale au fost stabilite
pentru Amphipoda (38%), respectiv Chironomidae (36%) în cazul BH Jiu,
Ephemeroptera pentru BH Olt şi Ialomiţa (36%, 83%). Frecvenţa maximă (100%) a
fost stabilită pentru grupul efemeropterelor şi chironomidelor pentru toate bazinele
hidrografice. În urma calculării indicelui EPT/Ch s-a constatat o valoare scăzută a
acestuia pentru BH Jiu (0.48) şi o maximă pentru BH Ialomiţa (8.97).
MULŢUMIRI
Studiul de faţă a fost finanţat din proiectul de cercetare exploratorie CNCSIS
PCE-4, NR 1019/2008: „Racul de ponoare (Austropotamobius torrentium), distribuţia
în habitatele din Romania, ecologia şi genetica populaţiilor”. Autorii doresc să
mulţumească domnului Lect. Dr. Lucian Pârvulescu din cadrul Facultăţii de Chimie,
Biologie, Geografie, Departamentul de Biologie-Chimie, în calitate de cercetător
responsabil cu realizarea şi coordonarea activităţilor specifice proiectului mai sus
menţionat. De asemenea, sunt aduse mulţumiri colegilor Adina Dorobanţu, Marius
Gavril Berchi, Ioan Alexandru Rădac şi Diana Suciu pentru ajutorul acordat în timpul
deplasărilor pe teren.
51
MITITELU et al: The study of water quality using benthic macroinvertebrates as bioindicators in the catchment
areas of the rivers Jiu, Olt and Ialomiţa
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
BIBLIOGRAFIE
Albu P., 1980. Fauna Republicii Socialiste România - Insecta: Diptera, Fam. Chironomidae - Subfam.
Chironominae. Ed. Academiei Republicii Socialiste România, XI: Fascicula 13, 187 pp.
Battaglia M., Hose G.C., Turak E., Warden B., 2005. Depauperate macroinvertebrates in a mine affected stream:
Clean water may be the key to recovery. Environmental Pollution, 138(1): 132-141.
Burd B.J., Barnes P.A.G., Wright C.A., Thomson R.E., 2008. A review of subtidal benthic habitats and
invertebrate biota of the Strait of Georgia, British Columbia. Marine Environmental Research, 66: 3-38.
Chiriac E., Udrescu M., 1965. Ghidul naturalistului în lumea apelor dulci. Ed. Ştiinţifică Bucureşti, 335 pp.
Dinulescu G., 1966. Fauna Republicii Socialiste România - Insecta: Diptera, Fam. Simuliidae (muştele
columbace), Ed. Academiei Republicii Socialiste România, XI: Fascicula 8.
Dos Santos D.A., Molineri C., Reynaga M.C., Basualdo C., 2010. Which index is the best to assess stream health?
Ecological Indicators, 11: 582-589.
Dumbravă-Dodoacă M., Petrovici M., 2010. The influence of the anthropic activities on the benthonic
macroinvertebrates communities existing in the Jiu and Jiul de Vest rivers, south-west of Romania. AACL Bioflux,
3(2): 133-140.
Guilpart A., Roussel J.M., Aubin J., Caquet T., Marle M., Le Bris H., 2012. The use of benthic invertebrate
community and water quality analyses to assess ecological consequences of fish farm effluents in rivers.
Ecological Indicators, 23: 356-365.
Lamberti G.A., Chaloner D.T., Hershey A.E., 2010. Linkages among aquatic ecosystems. Journal of the North
American Benthological Society, 29: 245-263.
Lorenz C. M., 2003. Bioindicators for ecosystem management, with special reference to freshwater systems.
Trace Metals and other Contaminants in the Environment, 6: 123-152.
Marin A.A., Dumbravă-Dodoacă M., Petrovici M., Herlo G., 2011. The human impact on benthic community
structure and dynamics of different ecosystems from Lunca Mureşului Nature Park (West of Romania). AACL
Bioflux, 4(1): 72-78.
Obolewski K., 2011. Macrozoobenthos patterns along environmental gradients and hydrological connectivity of
oxbow lakes. Ecological Engineering, 37(5): 796-805.
Pastuchová Z., 2006. Macroinvertebrate assemblages in conditions of low-discharge streams of the Cerová
vrchovina highland in Slovakia. Ecology and Management of Inland Waters, 36: 241-250.
PMBHJ, 2009-2015. Planul de Management al bazinului hidrografic Jiu. Broşura pentru public, Administraţia
Naţională "Apele Române".
PMBHO, 2009-2015. Planul de Management al Bazinului Hidrografic Olt. Broşura pentru public, Administraţia
Naţională "Apele Române".
PMSHBI, 2009-2015. Planul de Management al spaţiului hidrografic Buzău - Ialomiţa. Broşura pentru public,
Administraţia Naţională "Apele Române".
Răescu C.S., Dumbravă-Dodoacă M., Petrovici M., 2011. Macrozoobenthic community structure and dynamics in
Cerna River (western Romania). AACL Bioflux, 4(1): 79-87.
Reice S.R., Wohlenberg M., 1993. Monitoring freshwater benthic macroinvertebrates and benthic processes:
measure for assessment of ecosystem health. Freshwater biomonitoring and benthic macroinvertebrates, 1: 287305.
Semenchenko V.P., Moroz M.D., 2005. Comparative analysis of biotic indices in the monitoring system of
running water in a biospheric reserve. Water Resources, 32: 200-203.
Slooff W., 1983. Benthic macroinvertebrates and water quality assessment: Some toxicological considerations.
Aquatic Toxicology, 4(1): 73-82.
Stan G., 1995. Statistical methods with application in entomological research. Bul Inf Soc Lepid Rom, 6: 67-96.
Tachet H., Bournaud M., Richoux P., 1994. Introduction a l’etude des macroinvertebres des eaux douces
(Sistematique elementaire et apercu ecologique), Sur les presses du centre regional de documentation
pédagogique de l’académie de Lyon, Lyon, 328 p.
Tachet H., Richoux P., Bournaud M., 2000. Freshwater invertebrates, Ed. Crns., Paris, 234 p. [in french]
Teixeira H., Neto J.M., Patrício J., Veríssimo H., Pinto R., Salas, João Marques R. S., 2009. Quality assessment
of benthic macroinvertebrates under the scope of WFD using BAT, the Benthic Assessment Tool. Marine
Pollution Bulletin, 58(10): 1477-1486.
52