Makrodumblių sankaupų poveikis Lietuvos Baltijos jūros paplūdimių vandens kokybei

Baltijos jūra yra viena iš labiausiai užterštų jūrų pasaulyje. Joje stebimas suintensyvėjęs eutrofikacijos procesas. Yra žinoma, kad šį procesą sąlygoja maistingųjų medžiagų, ypatingai azoto ir fosforo, prietaka iš įvairių su žmogaus veikla susijusių šaltinių (pvz., žemės ūkio). Be šių taršos šaltinių yra svarbu analizuoti ir natūralius šaltinius, kurie savo veikla taip pat prisideda prie maistingųjų medžiagų papildymo vandens telkiniuose. Vienas iš jų - organinės kilmės sankaupas po audrų formuojantys makrodumbliai priekrantėje. Pasaulyje yra išanalizuotas platus tokių sankaupų perdirbimas/panaudojimas ir pritaikymas praktikoje. Taip pat nustatyta, kad ilgą laiką priekrantėje susitelkusios šios sankaupos pasižymi ir neigiamomis savybėmis (pvz., irimo procesu), kurios neigiamai veikia vandens telkinių ekosistemą. Kaip stipriai šios sankaupos keičia vandens telkinių kokybę priklauso nuo daugybės aspektų, vienas iš jų tai rūšinės įvairovės sudėtis organinės kilmės sankaupose. Tačiau organinės kilmės sankaupų indėlis vandens telkinių kokybės būklės kaitai pasaulyje ir ypatingai Baltijos jūros regione, Lietuvos priekrantėje yra mažai išanalizuotas. Darbo tikslas - įvertinti vandens kokybės kaitą Baltijos jūros priekrantėje dėl organinės kilmės sankaupų paplūdimiuose. Tyrimo objektas – organinės kilmės sankaupas formuojantys makrodumbliai. Tyrimo vieta - šiaurinės Lietuvos Baltijos jūros priekrantės paplūdimiai (Melnragė, Karklė, Palanga, Šventoji). Išanalizavus organinės kilmės sankaupų sudėtį, nustatyta, kad didžiąją jų dalį sudarė raudondumblių grupės makrodumblių – Furcelaria lumbricalis, Vertebrata fucoides rūšys. Birželio, liepos mėnesiais buvo stebimas žaliadumblių grupės padidėjimas sankaupose, ypatingai dominavo Cladophora genties rūšys. Įvertinus tyrimo vietų organinės kilmės sankaupų ir referentinių zonų hidrofizikinius-hidrocheminius parametrus: vandens pH, druskingumą, deguonies kiekį, temperatūrą, nustatyta, kad pH tarp tyrimo vietų zonų statistiškai reikšmingai skyrėsi – santykinai mažesnės pH reikšmės buvo sankaupų zonose, nei zonose kuriose šių sankaupų nebuvo aptinkama. Be to organinės kilmės sankaupų zonose buvo stebimas santykinai mažesnis ir deguonies kiekis, kuris Karklėje buvo užfiksuotas kritinio lygio – buvo nustatytos hipoksinės sąlygos. Analizuojant vandens kokybę apibūdinančius parametrus, nustatyta, kad bendrosios suspenduotosios medžiagos (SPM) ir jos skirtingų frakcijų – organinės (SPOM), neorganinės (SPIM), bendro azoto (TN), bendro fosforo (TP), fosfatų (PO4), nitratų (NO2), nitritų (NO3), amonio (NH4) koncentracijos, bei ištirpusios spalvotosios medžiagos (CDOM) kiekis santykinai buvo didesnis tyrimo vietų zonose, kuriose buvo aptinkamos makrodumblių formuojamos organinės kilmės sankaupos nei zonose, kuriose šių sankaupų aptikta nebuvo. Ypatingai dideli skirtumai tarp tyrimo vietų zonų buvo liepos, birželio, rugpjūčio mėnesiais. Tokį skirtumą tarp zonų galėjo lemti, sankaupose esančių makrodumblių biomasės irimas, kurio metu buvo išskiriami dideli maistingųjų medžiagų (ypatingai azoto ir fosforo) kiekiai. Buvo vertintas stechiometrinis DIN:DIP molinis santykis. DIN:DIP santykio kaita lemia skirtingų fitoplanktono funkcinių grupių kaitą. Esant DIN:DIP santykiui > 5 yra stimuliuojamas žaliadumblių, titnagdumblių, kriptofitų dominavimas, kuomet DIN:DIP santykis < 5 yra skatinamas melsvabakterių dominavimas. Tiek tyrimo vietų zonose, kuriose buvo stebimos makrodumblių formuojamos sankaupos, tiek zonose kuriose šių sankaupų nebuvo beveik visais tirtais atvejais DIN:DIP buvo > 5. Sankaupų zonose nustatytas ryškus titnagdumblių dominavimas, tuo tarpu zonose, kuriose sankaupų aptikta nebuvo – vienos fitoplanktono grupės dominavimas nenustatytas. Ryškų titnagdumblių dominavimą sankaupų zonose galėjo lemti makrodumbliams būdingas apaugimais jais, todėl šios fitoplanktono funkcinės grupės koncentraciją sankaupų zonose, tai galėjo padidinti.

The Baltic Sea is one of the most polluted seas in the world, as evidenced by the intensification of eutrophication in this sea. This process in the Baltic Sea is caused by the influx of nutrients (especially nitrogen and phosphorus) from various artificial pollution sources (eg., agriculture). However, in addition to artificial sources of pollution, it is important to study pollution in the Baltic Sea and from natural sources. It is known that emissions of macroalgae (especially after storms) and other substances of beach wrack are abundant on the coast every year. These accumulations have been studied to provide both positive and negative benefits to aquatic ecosystems. These accumulations protect the coasts from coastal erosion. They can also be used to plant poor dunes due to the amount of nutrients they contain. In addition, it is a nutritional and habitat-forming environment. The widespread use / recycling of these stocks in the fields of cosmetics, pharmaceuticals, agriculture and other industries is also being analyzed in the world these days. However, for a long time, these accumulations can also have negative consequences if they are dumped on the coast. One of them is the microorganisms they contain, which undergo decomposition processes that release large amounts of nutrients into the aquatic ecosystem, which can contribute to the deterioration of water quality. They can also start to rot, which causes unpleasant odors in these areas and this can have a negative impact on tourism. The release of decomposition processes and nutrients from the accumulations depends on many aspects: the species composition, the duration of time when these accumulations are concentrated, the influence of various hydrodynamic environmental factors: wind, waves. Today, however, the impact of reservoirs on water quality has received little analysis, especially in the Baltic Sea region. The aim of the study was to assess the change in water quality on the Baltic coast due to the accumulation of beach wrack on the beaches. The object of the study is the accumulation of beach wrack in the coastal, which has been studied in order to find out how the nutrients they release change the parameters characterizing the water quality. The location of the research is the shores of the Baltic Sea of Lithuania, which are cleaned of beach wrack - Melnragė, Palanga, Šventoji, and the wild coast, where the beach wrack are rarely cleaned - Karklė. Water samples were collected from the study sites of beach wrack zones - S and the areas where these accumulations were not found - the reference study sites - R. Samples were collected in April-October 2021. The species diversity of beach wrack in water samples was analyzed. Also was analyzed water quality parameters: nutrients - dissolved inorganic phosphorus (DIP), dissolved inorganic nitrogen (DIN consisting of nitrates, nitrites and ammonium ions), total phosphorus (TP), total nitrogen (TN), organic dissolved colors matters (CDOM), and suspended matters (SPM), chllorophyl a concentration and phytoplankton functional groups. For the analysis of phosphates, nitrates and nitrites, a continuous-flow nutrient analyzer - San ++, Skalar, sensitivity 0.3 µM - was used, and ammonium analysis was measured with an analyzer - Fluorometric Detection of Ammonium, which allows to measure ammonium concentration from cheeses and oligotrophic water bodies. TP concentration was determined by spectrophotometer at 880 nm, TN concentration - using a continuous flow nutrient analyzer - San ++, Skalar, sensitivity 0.3 µM. The concentration of SPM was determined by weighing. CDOM levels were measured with a spectrophotometer and concentrations of chl a and phytoplankton functional groups with a fluorimeter. An analysis of the species diversity of the macroalgae that form beach wrack revealed that the majority of the wrack consisted of red algae, in particular Furcelaria lumbricalis and Vertebrata fucoides, which were found in all study sites, and in some study sites (Šventoji, Melnragė) these species accounted for almost 80% of the total the amount of beach wrack. This may have led to the fact that these red algae are perennials, so they grow all year round regardless of the season. Significant levels of green algae have also been identified in beach wrack, in particular Cladophora glomerata and Cladophora rupestris, which were most abundant in June and July, which may have led to the fact that these macroalgae are annual and therefore predominant during the summer season. From the hydrophysical-hydrochemical parameters pH, oxygen content and salinity were determined in the areas of beach wrack larger than in the reference areas of these studies. However, only the pH parameter shows statistically significant differences between zones (Kruskal Wallis t-test, Chi2 = 5.75, df = 1, p <0.05, N = 22). Although the oxygen content did not show a statistically significant difference between the zones, there were cases when the oxygen content in the beach wrack zones indicated hypoxic conditions (O2 < 2 mg l-1). The analysis of the change in nutrient concentrations between the S and R zones revealed that the beach wrack are rich in nutrients, therefore in the areas of the study sites where these accumulations were concentrated, nutrients were dissolved several times higher: dissolved inorganic phosphorus (DIP), dissolved inorganic nitrogen (DIN), total phosphorus (TP), total nitrogen (TN) concentrations than in the reference areas of the study sites. Statistical analysis (Brunner-Munzel test Statistics) showed that the differences in DIP, TP, and TN between study site areas were statistically significant. Different stoichiometric ratios of DIN:DIP influence the development of phytoplankton. The variation in the stehyiometric ratio determines a different distribution of phytoplankton species, i.e. > 5 DIN:DIP ratio stimulates green algae, and <5 DIN:DIP ratio stimulates the development of nitrogen fixative cianobacteria. It was found that a DIN: DIP ratio> 5 was most commonly observed in both R and S zones, with only a few sites having a DIN: DIP ratio of <5. The expected release of phytoplankton groups due to altered nutrient ratios between zones was not determined. However, it was observed that one of the phytoplankton functional groups in S zones was dominated by one phytoplankton group - dinoflagellates, which accounted for 30% to 90% of the total phytoplankton composition, while in R zones the dominance of several phytoplankton functional groups was observed. In S zones, the predominance of dinoflagellates may have been due to the presence of colored organic matter (CDOM) in these zones, which varied from 0,70 ± 0,01 1 -m iki 3,55 ± 0,27 1 -m while in the R zones the CDOM has changed since 0,44 ± 0,01 1 -m iki 1,07 ± 0,03 1 -m. Therefore, it is obvious that the beach wrack contribute to the change of water quality indicators through their activities (decomposition process), therefore it is recommended to monitor, analyze and develop appropriate management measures to ensure their proper management along the coasts.