Hydrobiology, ecological status assessment, applied ecology (Council of Complex Environmental Sciences)
80 %
Water Management (Council of Physical Sciences)
20 %
Panel
Ecology and evolution
Department or equivalent
Department of Hydraulic and Water Resources Engineering (Budapest University of Technology and Economics)
Participants
Balogh, Edina Honti, Márk Osztoics, András
Starting date
2006-02-01
Closing date
2010-01-31
Funding (in million HUF)
19.998
FTE (full time equivalent)
2.12
state
closed project
Summary in Hungarian
Európa nagy folyóit szinte kivétel nélkül szabályozták, átszabva a természetes hidromorfológiai és hidrodinamikai viszonyokat. Alapvetően megváltozott a lotikus és lentikus típusú élőhelyek aránya. A vízi szervezetek, így a potamoplankton szaporodása a partközeli áramlási holtterekhez, pangó vizekhez, az árhullámok idején átöblített hullámtéri vízterekhez kötődik. A véletlenszerűen változó vízhozamtól függően a szaporodási területek víze kicserélődik a főáramlat vizével, elsodorva a szervezeteket. Emiatt a folyásirány mentén megfigyelt alganövekmény általában csak az elsodródás figyelembevételével magyarázható, a potamoplankton szerveződésében pedig döntő szerepet játszik a vízjárás, mint zavaró tényező. A tervezett munka ezeket a hatásokat vizsgálja a Tisza potamoplanktonján. A folyásirány mentén 10 m-es felbontásban feltérképezzük a 4 fő algacsoport biomasszáját on-line késleltetett fluoreszcencia spektroszkópia alkalmazásával. Hidrodinamikai és ökológiai modellezéssel elemezzük, hogy különböző vízállásoknál mekkora az áramlási holtterek aggregált hatása a potamoplankton dinamikájára. A holtterek hatásának feltérképezése más szervezetcsoportok hasonló koncepciójú vizsgálatát indíthatja el. A nagy folyók részleges ökológiai rehabilitációja az áramlási inhomogenitások és a hullámtér vizeivel való aktív kapcsolat erősítését célozza, ezért ilyen jellegű vizsgálatok szükségesek az ökológiai szemléletű szabályozás tudományos megalapozásához.
Summary
Natural hydromorphological and hydrodynamic properties of almost every large European rivers have been dramatically changed by regulation. Ratios of lentic and lotic habitats have been modified radically. Near-shore dead zones, backwaters and floodplain water bodies provide suitable growth conditions for aquatic biota including the potamoplankton. Water exchange between these growth areas and the mainstream river results in a drift of biota as a function of stochastic fluctuations in discharge. As a rule, the influence of drift significantly contributes to downstream biomass increase of algae. In the same time flood, as a disturbance factor plays a key role in community organization of potamoplankton. The present project aims at studying the influence of these factors on the potamoplankton of River Tisza. We map the biomass of four main color classes of algae along the flow at every few tens of meters by the means of on-line delayed fluorescence spectroscopy. Using appropriate hydrodynamic and ecological models, we analyze the aggregate effect of dead zones on dynamics of potamoplankton at various flows. Mapping of dead zones may initiate similar studies concerning different groups of higher organisms. Such studies should provide the scientific background to the ecological management of large rivers where the focal points are re-establishment of natural flow inhomogeny and floodplain connectivity.
Final report
Results in Hungarian
A Tisza magyar szakaszán a fitoplankton biomasszáját és összetételét alapvetően a Szamos fitoplanktonja határozza meg. A Tisza heterogén, ám szokatlanul mély medrében az áramlási holtterek hatása jelentéktelen. A tiszalöki és a kiskörei duzzasztás miatt lelassuló vízből a kovaalgák kiülepednek, az óriási kiterjedésű holttérként funkcionáló Tisza-tóból bemosódó Cryptophyta és zöldalgák ezt a biomassza veszteséget nem tudják pótolni. Az áramlási holtterek akkor tudják jelentősen befolyásolni a folyó fitoplanktonját, ha az aljzatra ülepedő algák számára elegendő fény áll rendelkezésre a fotoszintézishez. Ilyen viszonyok jellemzőek a Szamos romániai szakaszára – és feltevésünk szerint számos olyan nagy folyóra – melynek kisvízi medrét nem szabályozták. A sekély áramlási holtterekben a kiülepedés – felkeveredés – kiülepedés spirálja révén sokszorosára növekszik az algák tartózkodási ideje a vízhez képest. Ez a mechanizmus a nagyobb méretű, gyorsabban ülepedő fajokat részesíti előnyben. A hazai vízfolyásokon általánosságban is igazoltuk, hogy a fitoplankton bioamasszáját nem a tápanyag ellátottság, hanem a tartózkodási idő határozza meg. Ezért a tápanyag kibocsátás csökkentése önmagában nem hatékony beavatkozás a vízfolyások ökológiai állapotának javítására. A vízhálózat fitoplankton szempontból vett topológiai viszonyai azonban lehetnek olyanok, hogy a tápanyagterhelésen keresztül csökkenthessük a hálózat algatermő képességét.
Results in English
The import of algae from the Szamos River is the major determinant of the biomass and composition of phytoplankton along the Hungarian Tisza River (from rkm 686 to rkm 177). The impact of aggregated dead zones is negligible in the highly heterogeneous but exceptionally deep channel of the latter. As a consequence of diminutive flow velocities upstream of the two dams (rkm 523 and 402), the dominant diatoms sediment rapidly. The mass export of crypto- and chlorophytes from the shallow floodplain complex created by Dam 2 (maximum area 104 km2) cannot compensate for the biomass loss. To significantly influence the dynamics of riverine phytoplankton, the bottom of dead zones must be illuminated and sustain photosynthesis by sedimented algae. Such shallows are characteristic of the Romanian Szamos and presumably of several large rivers that escaped regulation of their low water channel. Repeated sedimentations and resuspensions ensure manifold longer residence time for phytoplankton relative to water. The mechanism selectively favors larger cells that sediment faster. Statistical analysis of long-term water quality data from Hungarian running waters revealed that algal biomass was independent of nutrient availability and was related to water residence time. Consequently, emission control is an inefficient measure to improve the trophic status of streams and rivers, unless the topology of the whole fluvial network is considered with respect to phytoplankton growth.
Honti, M., V. Istvánovics and Á. Kovács: Balancing between retention and flushing in river networks-optimizing nutrient management to improve trophic state, STOTEN 408: 4712-4721., 2010
Istvánovics, V. and M. Honti: Phytoplankton growth in three rivers: The role of meroplankton and the benthic retention hypothesis, Limnol. Oceanogr. 56: 1439-1452., 2011
Istvánovics, V. and M. Honti: Efficiency of nutrient management in controlling eutrophication of running waters in the Middle Danube Basin, Hydrobiologia (in press), 2011
Vera Istvánovics and Márk Honti: Longitudinal variability in phytoplankton and basic environmental drivers along the Tisza River, Hungary, Verh. Internat. Verein. Limnol. 30, 105-109., 2008
Márk Honti, Vera Istvánovics and Zsolt Kozma: Assessing phytoplankton growth along Tisza River (Hungary), Verh. Internat. Verein. Limnol. 30, 87-90., 2008
Honti, M., V. Istvánovics and Á. Kovács: Balancing between retention and flushing in river networks - optimizing nutrient management to improve trophic state, Science of the Total Environment, közlésre benyújtva, 2010
Istvánovics, V. and M. Honti: Efficiency of nutrient management in controlling eutrophication of running waters – expectations and observations, River Research and Applications, közlésre benyújtva, 2010
László Koncsos and Zsolt Kozma: Use of a 1 D hydrodynamic model for assessing phytoplankton dynamics in river Tisza (Hungay), Verh. Internat. Verein. Limnol. 30,, 2010
Istvánovics, V., M. Honti, L. Vörös and E. Sárkány-Kiss: Shallows and the concept of „aggregated dead zones“ – field measurements and analysis of high frequency monitoring data, elôkészületben, 2010
Events of the project
2012-02-01 13:31:25
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék (Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem), Új kutatóhely: Vízépítési és Vízgazdálkodási Tanszék (Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem).
