UNIVERZITET U BEOGRADU BIOLOŠKI FAKULTET Dragana D. Drakulović Značaj fitoplanktona kao indikatora eutrofikacije u akvatorijumu Bokokotorskog zaliva doktorska disertacija Beograd, 2012 UNIVERSITY OF BELGRADE FACULTY OF BIOLOGY Dragana D. Drakulović Importance of phytoplankton as indicator of eutrophication in aquatorium of the Boka Kotorska Bay Doctoral Dissertation Belgrade, 2012 MENTOR: Dr. Mirko Cvijan, vanredni profesor Univerziteta u Beogradu – Biološki fakultet ČLANOVI KOMISIJE ZA PREGLED I OCJENU: Dr. Mirko Cvijan, vanredni profesor Univerziteta u Beogradu – Biološki fakultet Dr. Nenad Vuksanović, naučni savjetnik Instituta za biologiju mora, Kotor Republika Crna Gora Dr. Jelena Krizmanić, docent Univerziteta u Beogradu – Biološki fakultet ČLANOVI KOMISIJE ZA ODBRANU: Dr. Mirko Cvijan, vanredni profesor Univerziteta u Beogradu – Biološki fakultet Dr. Nenad Vuksanović, naučni savjetnik Instituta za biologiju mora, Kotor, Republika Crna Gora Dr. Jelena Krizmanić, docent Univerziteta u Beogradu – Biološki fakultet Dr. Slađana Krivokapić, vanredni profesor Univerziteta u Podgorici, Republika Crna Gora Datum odbrane:__________________ Ova doktorska disertacija realizovana je u okviru nacionalnog projekta Ministarstva nauke Crne Gore pod nazivom: „Biološki indikatori eutrofikacije u Bokokotorskom zalivu“. Kompletna analiza fizičko-hemijskih i bioloških parametara je izvršena u laboratorijama Instituta za biologiju mora u Kotoru. Ovim putem želim da se srdačno zahvalim mentoru dr Mirku Cvijanu na nesebičnoj pomoći, podršci i na ukazanom povjerenju, profesionalizmu i veoma korisnim savjetima tokom izrade disertacije. Zahvaljujem mu se na vremenu, idejama, motivaciji i stručnosti, koji su uticali da moje profesionalno iskustvo bude produktivno i stimulativno. Posebnu zahvalnost dugujem dr Nenadu Vuksanoviću koji je usmjerio moj naučni rad prema ovoj veoma interesantnoj i osjetljivoj naučnoj temi, rukovodio terenskim i laboratorijskom radom i koji je svojim zalaganjem i profesionalnošću doprinjeo da disertacija bude završena u roku. Hvala mu što je imao strpljenja da sasluša moje probleme i ohrabri i pomogne u svakom trenutku. Želim da se zahvalim i dr Slađani Krivokapić na stručnoj podršci i savetima i na izvanrednim sugestijama koje su mi pomogle prilikom pisanja teze. Veliko hvala i članu komisije, dr Jeleni Krizmanić koja je u najkraćem roku pregledala doktorsku disertaciju i dala mi veoma korisne sugestije. Zahvaljujem se rukovodstvu Instituta za biologiju mora u Kotoru dr Aleksandru Joksimoviću, na ukazanom povjerernju tokom izrade ove disertacije. Zahvaljujem se kolegama iz Laboratorije za opštu biologiju i zaštitu mora i Laboratorije za razvojna istraživanja i marikulturu Instituta za biologiju mora iz Kotora koji su tokom izrade ove disertacije bili izvor prijateljstva, kvalitetnih savjeta i saradnje. Zahvaljujem se kolegama iz Hemijske laboratorije na pomoći pri analizi hemijskih parametara. Takođe se zahvaljujem kolegi iz Laboratorije za ihtiologiju i morsko ribarstvo Zdravku Ikici i informatičaru Vladanu Vukoviću koji su mi pomogli pri tehničkom sređivanju doktorske teze. Zahvaljujem se tehničaru Branu Lazareviću koji mi je bio od velike pomoći tokom terenskog rada. Na kraju, zahvaljujem se svojoj porodici koja mi je pružila moralnu podršku i u svakom momentu bila izvor stabilnosti, ohrabrenja i razumijevanja tokom pisanja ove doktorske disertacije. ZNAČAJ FITOPLANKTONA KAO INDIKATORA EUTROFIKACIJE U AKVATORIJUMU BOKOKOTORSKOG ZALIVA REZIME Fitoplanktonski organizmi su primarna karika u lancima ishrane, odnosno primarni producenti organskih supstanci. Sa jedne strane se ističe njihova važnost u ishrani, a sa druge njihov povećan razvoj može da dovede do neželjenih posljedica za ekosistem. Cilj ovog istraživanja je bio da se prikaže kvalitativno i kvantitativno stanje fitoplanktona u Bokokotorskom zalivu, uključujući tu u posljednjem slučaju i biomasu fitoplanktona, a izraženu preko koncentracije hlorofila a. Preko kvalitativnog i kvantitativnog aspekta fitoplanktona može se stvoriti okvirna slika o stepenu eutrofikacije u zalivu i ukazati na moguće opasnosti i mjere koje treba preduzeti da bi se izbjegle negativne posljedice. Sve nabrojane biološke parametre nije moguće odvojiti od fizičko-hemijskih parametara sa kojima su u međusobnoj interakciji i koji direktno utiču na količinu i sastav fitoplanktona. Brojnost fitoplanktona je često dostizala vrijednosti 106 ćelija/l, što je karakteri- stično za eutrofno područje i nije bila ispod 105 ćelija/l tokom cijelog istraživanja, što opet ukazuje na povećanu eutrofikaciju. Fitoplanktonska grupa koja je dominirala tokom istraživanja su bile dijatomeje, koje su eurivalentna grupa organizama. Druga grupa organizama koja je bila prisutna su dinoflagelate, koje su interesantne s obzirom da mnoge od njih proizvode toksine koji mogu biti štetni za čovjeka. Među dijatomejama zabilježene su vrste koje su karakteristične za područja bogata nutrijentima, što govori o promjenama u zalivu. Alge koje su nađene, a koje preferiraju povećanu količinu nutrijentima su Chaetoceros affinis, Dactyliosolen fragilissimus, Leptocylindrus danicus, Navicula spp., Pseudo- nitzschia spp., Thalassionema nitzschioides i dr. Analizirani su indeksi diverziteta Shannon-ov indeks diverziteta (H’), recipročan Simpson-ov indeks(1/D) i Margalef-ov indeks (d) za područje Bokokotorskog zaliva i nađeno je da su indeksi bili manji kada je brojnost fitoplanktona bila veća i kada je bila prisutna dominacija određenih vrsta, kao npr. u julu mjesecu kada je dominirala vrsta Thalassionema nitzshioides . To ukazuje na činjenicu da je diverzitet manji kada je prisutna dominacija određenih vrsta. U odnosu na biomasu fitoplanktona izraženu koncentracijom hlorofila a, prema raznim kriterijumima (Håkanson et al ., 1994; Ignatiades 2005), zalivsko područje je okarakterisano kao mezo-eutrofno područje. S obzirom da parametri koji pokazuju stepen eutrofikacije ukazuju da Bokokotorski zaliv počinje da dobija karakteristike eutrofnog, treba preduzeti mjere da bi se spriječilo dalje napredovanje prema još višem stepenu eutrofije. Bokokotorski zaliv je jedan osjetljiv ekosistem, a naročito Kotorski zaliv koji je zatvoreniji, sa slabijom dinamikom vodenih masa i pod većim pritiskom eutrofikacije. Ključne riječi: Fitoplankton, eutrofikacija, indikacija, Bokokotorski zaliv, Crna Gora Naučna oblast: BIOLOGIJA Uža naučna oblast: ALGOLOGIJA I MIKOLOGIJA UDK broj: [573.57:551.37(497.16)]:[582.26/.27:574.583] IMPORTANCE OF PHYTOPLANKTON AS INDICATOR OF EUTROPHICATION IN AQUATORIUM OF THE BOKA KOTORSKA BAY ABSTRACT Phytoplankton organisms are primary link in the food chain and primary producers of organic substances. On one side, it is emphasissed their importance in the diet and, on the other, their excessive growth can lead to undesirable consequences for the ecosystem. The aim of this study is to present qualitative and quantitative situation of phytoplankton in the Boka Kotorska Bay, including in the last case phytoplankton biomass too, which is expressed through the concentration of chlorophyll a. Through qualitative and quantitative aspects of phytoplankton can be create a general overview of the degree of eutrophication in the Bokakotorska Bay and to point out possible hazards and precautions to be taken to avoid negative consequences. All these biological parameters can not be separated from the physical-chemical parameters with which they are in interaction and which directly affect the quantity and qualitative composition of phytoplankton. The abundance of phytoplankton often reached values of 106 cells/l, which is typical for an eutrophic area and abundance of phytoplankton wasn’t below 105 cells/l throughout the study, which again points to increased eutrophication. Phytoplankton group that has dominated almost during all investigated period were diatoms, which are eurivalent group of organisms. Another group of organisms that were present were dinoflagellates, which are interesting because they produce toxins that can be harmful to humans. Among diatoms, it was found algae that are otherwise characteristic of nutrients-enriched areas, which indicate changes in the Bay. Noticed algae that prefer higher nutrients concentration were Chaetoceros affinis, Dactyliosolen fragilissimus, Leptocylindrus danicus, Navicula spp., Pseudo-nitzschia spp. and Thalassionema nitzschioides. The following diversity were analyzed: Shannon's diversity index (H '), the reciprocal of Simpson's index (1 / D) and Margalef's index (d) for the Boka Kotorska Bay. It was found that indices were lower when phytoplankton abundance was higher and when the dominance of certain species was noticed, such in current study it was in July, when dominated species Thalassionema nitzshioides . That suggests that diversity is lower when occurrs predominance of certain species. In relation to phytoplankton biomass expressed in chlorophyll a concentration, according to various criteria (Håkanson et al., 1994; Ignatiades 2005), Boka Kotorska Bay was identified as meso-eutrophic area. Considering that parameters which indicate the degree of eutrophication suggest that the Boka Kotorska Bay begins to take characteristic of eutrophic area, it should be taken measures to prevent further progression to an even higher degree of eutrophication. Boka Kotorska Bay is one particularly sensitive ecosystem, especially the Kotor Bay, which is closed and with the weaker dynamics of water masses and under the growing pressure of eutrophication. Keywords: Phytoplankton, eutrophication, indication, Boka Kotorska Bay, Montenegro Scientific field: BIOLOGY Special topic: ALGOLOGY AND MYCOLOGY UDK number: [573.57:551.37(497.16)]:[582.26/.27:574.583] SADRŽAJ 1. UVOD................................................................................................................................. 1 1.1. MORSKI EKOSISTEM I KRUŽENJE MATERIJE .................................................. 2 1.2. EUTROFIKACIJA ...................................................................................................... 4 1.2.1. Eutrofikacija u Mediteranu................................................................................... 7 1.2.2. Trofičnost u Mediteranu ....................................................................................... 8 1.2.3. Eutrofikacija u Jadranu....................................................................................... 10 1.2.3.1. Eutrofikacija u sjevernom Jadranu .............................................................. 11 1.2.3.2. Eutrofikacija u srednjem Jadranu ................................................................ 13 1.2.3.3. Eutrofikacija u južnom Jadranu................................................................... 14 1.2.3.4. Fitoplankton u Bokokotorskom zalivu ........................................................ 15 1.2.3.5. Eutrofikacija u Bokokotroskom zalivu........................................................ 16 1.3. FITOPLANKTON I NJEGOVA DINAMIKA ......................................................... 18 1.4. FITOPLANKTONSKI ORGANIZMI KAO BIOINDIKATORI ............................. 19 1.5. DIVERZITET VRSTA.............................................................................................. 21 2. CILJEVI RADA ............................................................................................................... 23 3. OPIS ISTRAŽIVANOG PODRUČJA ............................................................................. 24 3.1. BOKOKOTORSKI ZALIV – POSTANAK, GEOGRAFSKI POLOŽAJ I OPŠTE KARAKTERISTIKE ................................................................................. 24 3.2. MORFOMETRIJSKE KARAKTERISTIKE BOKOKOTORSKOG ZALIVA ...... 25 3.3. GEOMORFOLOŠKE ODLIKE I STRUKTURA BOKOKOTORSKOG ZALIVA ................................................................................................................... 25 3.4. MORSKE STRUJE ................................................................................................... 26 3.5. PRILIV KOPNENIH VODA I HIDROGRAFIJA.................................................... 29 4. MATERIJAL I METODE............................................................................................... 32 4.1. ISTRAŽIVANI LOKALITETI ................................................................................. 32 4.2. METODE .................................................................................................................. 33 4.2.1. Uzorkovanje vode i in situ mjerenje................................................................... 33 4.2.2. Rastvoreni neorganski nutrijenti......................................................................... 33 4.2.3. Određivanje hlorofila a....................................................................................... 34 4.2.4. Kvalitativno određivanje fitoplanktona .............................................................. 34 4.2.5. Određivanje apsolutne brojnosti fitoplanktona .................................................. 34 4.2.6. Statistička obrada podataka ................................................................................ 34 5. REZULTATI ................................................................................................................... 36 5.1. FIZIČKO-HEMIJSKI PARAMETRI........................................................................ 36 5.1.1. Temperatura........................................................................................................ 36 5.1.2. Salinitet............................................................................................................... 38 5.1.3. Rastvoreni kiseonik ............................................................................................ 42 5.1.4. Zasićenje vode kiseonikom ................................................................................ 46 5.1.5. Prozirnost............................................................................................................ 49 5.1.6. Nitrati - NO3- ...................................................................................................... 51 5.1.7. Nitriti - NO2- ....................................................................................................... 54 5.1.8. Fosfati - PO43- ..................................................................................................... 58 5.1.9. Silikati - SiO4-..................................................................................................... 61 5.1.10. Korelacija između fizičko-hemijskih parametara............................................. 64 5.2. BIOLOŠKI PARAMETRI ........................................................................................ 71 5.2.1. Hlorofil a ............................................................................................................ 71 5.2.2. Totalni fitoplankton ............................................................................................ 78 5.2.3. Mikroplankton .................................................................................................... 81 5.2.4. Nanoplankton ..................................................................................................... 85 5.2.5. Dijatomeje (DIJA) .............................................................................................. 88 5.2.6. Dinoflagelate (DINO)......................................................................................... 95 5.2.7. Kokolitoforidi (KOKO).................................................................................... 102 5.2.8. Silikoflagelati (SILIKO)................................................................................... 107 5.2.9. Euglenofite........................................................................................................ 113 5.2.10. Korelacije između fizičko-hemijskih i bioloških parametara......................... 114 5.3. INDEKSI BIODIVERZITETA .............................................................................. 131 6. DISKUSIJA................................................................................................................... 137 7. ZAKLJUČCI ................................................................................................................. 174 8. LITERATURA ............................................................................................................... 176 9. PRILOZI........................................................................................................................ 203 1. UVOD Ekosistem se definiše kao prostorno eksplicitna jedinica Zemlje koja sadrži sve organizme, zajedno sa svim komponentama životne sredine u okviru njenih granica (Likens, 1992). Svaki je ekosistem predstavljen kompleksom interakcija između svih živih i neživih komponenti koje taj sistem čine. Fitoplanktonske alge su osnovni producenti organskih supstanci u vodenim sredinama. Predstavljaju primarne organske producente na račun kojih se, direktno ili indirektno, održava čitav živi svijet u vodi. Ovi mikroorganizmi čine početnu kariku u lancima ishrane. Međutim njihov pretjeran razvoj može dovesti do obogaćivanja ekosistema hranljivim supstancama, odnosno eutrofikacije, što prati promjene u zajednici fitoplanktona, rast algi i povećanje biomase i dolazi do mogućeg toksičnog „cvjetanja“ algi. Ukoliko količina akumuliranih organskih supstanci prevazilazi nosivost sistema, hipoksija može dovesti do pada ribarstva i prinosa ostriga, lošeg kvaliteta vode i poremećaja cijelog ekosistema (Cognetti, 2001). Eutrofikacija je proces obogaćivanja ekosistema organskim supstancama i može biti prirodna i antropogena. U poslednje vrijeme sve se češće susrećemo sa antropogeno izazvanom eutrofikacijom, što postaje značajan problem duž morskih obala u Mediteranu i na Jadranu. Mediteran je uglavnom okarakterisan kao oligotrofno područje, zbog veoma male koncentracije neorganskog fosfora koji ograničava primarnu produkciju (Berland et a l., 1980; Thingstad and Rassoulzadegan, 1995, 1999; Thingstad et a l., 2005). U poslednje vrijeme je ovaj ekosistem pod snažnim antopogenim uticajem (Bianchi and Morri 2000; Béntoux et al. , 2002), a kao rezultat klimatskih promjena, zagađenja, povećanog pomorskog saobraćaja, unesenih vrsta i promjena u distribuciji autohtonih vrsta (Turley 1999; Bianchi and Morri, 2000; Vadrucci et al., 2003). Zbog toga je i Mediteran bio prvi uključen u program Evropske Unije (UNEP) koji je počeo 1974., s ciljem smanjenja nutrijenata i izbjegavanja mogućih poremećaja ekosistema. U Mediteranu je cilj održati nizak nivo nutrijenata (UNEP, 1989). 1 2 Ista situacija je sa Jadranom, gdje je takođe sve veći antropogeni uticaj koji potiče od razvoja turizma, poljoprivrede, industrije, morskog saobraćaja i lučkih aktivnosti. Problemu eutrofikacije i zagađenja Jadranskog mora, naročito njegovog sjevernog dijela, počela se pridavati posebna pažnja 60-tih godina prošlog vijeka. Isti je zbog svoje strukture (izuzetno plitak) i jakog uliva nutrijenata putem rijeke Po često izložen eutrofikaciji (Revelante and Gilmartin, 1992; Turley, 1999; Faranda et al., 2000). Znaci eutrofikacije su sve češći i uz obale Crnogorskog primorja, naročito Bokokotorskog zaliva (Vuksanović 2000-2006.; Drakulović i saradnici 2010, 2011). Poznavanje taksonomskog sastava fitoplanktona izuzetno je važno za procjenu ekoloških osobina mora – trofičkog stanja, eutrofikacije, „cvjetanja“ mora i odnosa ishrane, kao i za poznavanje biološke raznovrsnosti mora. Međutim, pored kvalitativnog sastava fitoplanktona treba uzeti u obzir i kvantitativni aspekt koji takođe ukazuje na trofično stanje ekosistema. 1.1. MORSKI EKOSISTEM I KRUŽENJE MATERIJE Morski ekositem je, naročito njegov obalni dio, jedna dinamična sredina s obzirom da je pod uticajem fizičkih (unos nutrijenata sa kopna ispiranjem bilo prirodno ili antropogeno, zatim vremenski uslovi i vjetar) i hemijskih faktora (transformacija nutrijenata). Sve to govori da morski ekosistem nije statičan ekosistem (Giovanardi and Vollenweider, 2004). Jedan od temeljnih pristupa u razumijevanju ekosistema sastoji se u prepoznavanju i objašnjavanju lanaca ishrane koji se u njemu oblikuju. Postoje dva lanca ishrane u pelagijalu i to su: 1. klasičan lanac ishrane koji obuhvata sledeće: mikroplankton-mezozooplankton-mala riba i 2. mikrobijalni lanac ishrane koji obuhvata nanoplankton-mikrozooplankton-želatinozni karnivorni zooplankton (Turner et al., 1983). U klasičnom lancu ishrane dominantni primarni producenti su dijatomeje i dinoflagelate i njih konzumira krupniji zooplankton, kopepode (Kiørboe et al., 1990). U okviru mikrobijalnog lanca ishrane cijanobakterije, koje su najčešći predstavnici pikoplanktona, glavna su hrana malih herbivora, cilijata. To je logično jer su manje fitoplanktonske vrste plijen manjih herbivora s obzirom da je brzina rasta tih herbivora slična brzini rasta malih ćelija fitoplanktona (Bernard and Rassoulzadegan, 1993). Mikrobijalni lanac je karakterističan za jako stratifikovane oligotrofne vode, dok je u slabije stratifikovanim vodama, gdje je veća turbulencija vodenih masa, dominantan klasičan lanac ishrane (Slika 1.). Prvi nivo u lancu ishrane predstavlja nivo producenata, dominantno fotoautotrofa. Sledeći trofički nivo je onaj koji konzumira fotoautotofe (prvi nivo) i uključuje životinje, herbivore, kojima se zatim hrane karnivori. Svi nivoi poslije drugog sadrže karnivore ili omnivore. U svakom trofičkom nivou ili populaciji, količina živog materijala u jednom trenutku predstavlja stalnu zalihu (“standing stock ”). Posljednja komponenta u trofičkoj strukturi su razlagači. To su organizmi, uglavnom bakterije, koje kompleksne organske molekule uginulih organizama prevode u oblike koji su ponovo dostupni fotoautotrofima ili heterotrofima (Nybakken, 2001). Slika 1. Mikrobijalni i klasični lanac ishrane (Prema Thingstad, 1998). Porast količine nutrijenata u ekosistemu ne mora da znači i porast biomase organizama, jer fitoplanktonski organizmi bivaju konzumirani od strane zooplanktona. Zooplankton je grupa organizama koja u lancu ishrane igra vrlo važnu ulogu kao osnov sekundarne produkcije. Najveći dio epipelagičnog zooplanktona nalazi se u prvih 100 m dubine pa ima važnu ulogu u biološkim procesima baziranim na fito- i mikrozooplanktonu u eufotičnoj zoni (Siokou-Frangou et al ., 2010). Njihova ishrana i “grazing“ pritisak je bitan činilac struktuiranja pelagičnog lanca ishrane (Katechakis et al., 2004). 3 U ekosistemu lanci ishrane su složeniji nego što se navodi u šemama lanaca ishrane. To se dešava stoga što u prirodi kod mnogih fitoplanktonskih organizama ne postoji јаsna granica između autotrofa i heterotrofa, već mnogi nadoknađuju svoje potrebe za hranom drugim načinima ishrane kao npr. miksotrofijom (Christaki et al ., 1999). Trofički odnosi u pelagijalu utiču na strukturu fitoplanktona i zooplanktona (Timms and Moss, 1984). Zooplanktonski organizmi u fazi “cvjetanja” algi smanjuju svoju ishranu (Calbet, 2001). 1.2. EUTROFIKACIJA Najraniju definiciju pojma eutrofikacije dao je Steele (1974). Prema njemu, eutrofikacija je povećanje stope rasta algi, nakon bržeg unosa hranljivih supstanci u morsku sredinu. Pojam eutrofikacija je proces obogaćivanja mora nutrijentima, prije svega azotom i fosforom, što rezultira povećanjem primarne produkcije i na kraju dovodi do „cvjetanja“ mora (Vollenweider et al., 1992; Anderson et al., 2002; Smith 2003). Po Gray (1992) eutrofikacija se pojavljuje kada se nutrijenti dodaju ekosistemu i dovode do povećanja autotrofnih i heterotrofnih organizama, s tim što se po ovom autoru isključuje prisustvo toksičnih supstanci. Prema definiciji koju je dao Nixon (1995), eutrofikacija je povećanje stope snabdjevanja organskim supstancama u ekosistemu. Definicija eutrofikacije po regionalnoj marinskoj konvenciji OSPAR (2003) podrazumijeva obogaćivanje vode nutrijentima što dovodi do povećanog razvoja algi, a sve to dovodi do narušavanja balansa organizama u vodi i kvaliteta vodenog ekosistema. Definicija predložena od strane UNEP (2003) naglašava doprinos organskih supstanci, a eutrofikacija se definiše kao poremećaj životne sredine izazvan od strane suvišnog snabdevanja organskim supstancama. Kvantitativnu procjenu eutrofikacije nije lako uraditi iako je odnos uzrok – efekat dobro definisan, a još davno je dobro objašnjena i dinamika eutrofikacije (Dugdale 1967). Iako se parametri za procjenu eutrofikacije mogu lako mjeriti, postoji nekoliko 4 5 nedostataka (Karydis, 2001; Primpas and Karydis, 2009), a kao što su: (a) teško je napraviti razliku između hranljivih supstanci sistema i hranljivih supstanci koje potiču od ljudskih aktivnosti, odnosno diskriminaciju između prirodnih i antropogenih izvora; (b) fenomen se opisuje brojem promjenljivih, kao što su nitrati, nitriti, amonijak, fosfati, hlorofil, biomase fitoplanktona i transparentnosti vode, pri čemu je većina ovih promjenljivih međusobno povezana; (c) distribucija promjenljivih odstupa od normalnosti. Dodatne teškoće proizilaze i iz algoritama koji se koriste tokom obrade podataka (Primpas et al., 2008). Obogaćenje mora organskim supstancama, eutrofikacija, praćeno je ”cvjetanjem” mora. Kao posljedica “cvjetanja” mora javljaju se mukozni makroagregati. Oni nastaju tako što fitoplanktonski organizmi luče polisaharide koji se nakupljaju kao koloidne čestice (Kepkay 2000; Žutić and Svetličić, 2000). Koloidne čestice se agregiraju u krupnije čestice i kao konačni rezultat procesa agregacije nastaju makroagregati, nakupine gela, čija dužina može biti veća od 1 m. Pojam makroagregati poznat je po nazivu “morski snijeg” i sastoji se od živih, starih i uginulih ćelija fitoplanktona (dijatomeja, kokolitoforida, tekatnih dinoflagelata), nitastih cijanobakterija, fekalnih grudvica, dijelova zooplanktona, mineralnih čestica i ostalog detritusa (Azam and Long, 2001). Agregati predstavljaju mikrosredinu veoma pogodnu za razvoj bogate zajednice mikroorganizama (Simon et al., 2002), koja je odvojena od okolnih voda, ali koje mogu vršiti razmenu sa njim u pogledu vrsta kompozicije. Stvaranje agregata i ”cvjetanje” mora je naročito problem u sjevernom Jadranu. Ovaj fenomen koga nazivaju još i “mare sporco”, prvi put je zabilježen 1729. godine u sjevernom Jadranu (Della Torre Tassis 1748; Fonda Umani et al., 1989) i nije bio uočen od 1930. do 1988. godine . U ljeto 1988., 1989. i 1991. godine ovi makroagregati su prekrili čitav sjeverni Jadran (Degobbis et al., 1995). Razlog tome je povećana produkcija polisaharida od strane nekih dijatomeja (Cylindrotheca closterium, Skeletonema costatum i Chaetoceros spp.) koje su dominirale u tom periodu (Revelante and Gilmartin, 1991; Degobbis et al., 1995). Prilikom “cvjetanja” algi može doći do razvoja toksičnih algi, čije “cvjetanje” može da uzrokuje niz problema u ekosistemu, uključujući mortalitet riba i školjaka, zatim trovanje školjkašima (Steidinger, 1983). Otrovne vrste rodova Dinophysis, Prorocentrum i Lyngulodinium su rasprostranjene u evropskim obalnim morima (Sournia et al ., 1991) i mogu izazvati štetu u marikulturi (Arzul, 2001), kao i trovanje (dijareju) kod ljudi zbog prisustva derivata okadaične kiseline, a što je utvrđeno u srednjem Jadranu (Pavela-Vrančić et al., 2006). Istraživanja procjene kvaliteta vode naročito su u poslednje vrijeme intenzivirana, a od kada je implementirana Vodena Direktiva (Water Framework Directive, 2000/60) koja ima za cilj postizanje dobrog kvaliteta u Evropskim vodama do 2015. godine (EC, 2000). Direktiva definiše kriterijume kvaliteta, abiotske i biotske, za sediment i vodeni nivo i procjenjuje skalu sa 5 nivoa kvaliteta (High, Good, Moderate, Poor, Bad) (Primpas et al ., 2010). Water Framework Directive podstiče korišćenje indikatora za procjenu stanja vodenog ekosistema. Multivarijantna statistička metodologija, koja je često korišćena za procjenu nivoa eutrofikacije u evropskim obalnim vodama je PCA - Principal Component Analysis (Price et al., 2006; Zou et al., 2006). Evropska agencija za zaštitu životne sredine (EEA) ima takođe za cilj poboljšanje ekološkog kvaliteta vode, jer je postalo jasno da je eutrofikacija postala ozbiljan problem u Evropskim obalnim vodama. Stoga EEA (2005) predlaže indikatore koji predstavljaju kvantitativnu mjeru koja se može koristiti da se prikažu promjene u ekosistemu. Eutrofija je stanje gdje obogaćivanje vode hranljivim supstancama dovodi do intenzivnog razvoja fitoplanktona što ima za posljedicu poremećaj strukture i metabolizma ekosistema i može dovesti do hipoksije koja rezultira smanjenim prinosom ribe i poremećajem strukture ekosistema (Cognetti, 2001). Porast stepena trofije posredno pokazuje porast intenziteta eutrofikacije odnosno porast abundancije, biomase, brzine primarne produkcije, koncentracije nutrijenata (Magazzu 1981; Viličić 1989; Marasović et al., 1995; Anderson et al., 2002; Smith 2003). Međutim, u jako eutrofnom području se može desiti da je brojnost fitoplanktona mala, a kao posljedica smanjene providnosti usled povećanja količine organskih supstanci, posebno čestica u vodi. Primarna organska produkcija, odnosno biomasa fitoplanktona, određena je nutrijentima, prije svega azotom i fosforom (Lean and Pick, 1981). Dugo vremena se smatralo da je azot limitirajući faktor u morskom ekosistemu (Hecky and Kilham, 1988, 6 Dodds et al., 1993), ali su novija istraživanja Viličića i saradnika (2001) za zapadni dio Jadrana pokazala da je limitirajući faktor fosfor. Vukadin i Stojanski (2001) takođe navode da je fosfor limitirajući faktor za rast fitoplanktona, jer su veće vrijednosti azota u odnosu na fosfor u srednjem Jadranu posljedica većeg konzumiranja fosfora od strane fitoplanktona. Krom i saradnici (1991) za sjeverni Pacifik i Mediteran navode fosfor kao limitirajući nutrijent. 1.2.1. Eutrofikacija u Mediteranu Mediteran je najveće poluzatvoreno more na Zemlji. Njegova površina je slična površini najvećih otvorenih mora okeana (Karipsko more) (Meybeck et al., 2007). Sastoji se od dva basena, zapadnog (Alžirski zaliv i Tirensko more) i istočnog basena (Jonsko, Jadransko i Egejsko more i Levantinski zaliv). Eutrofikacija, naročito obalnih površinskih voda, je intenzivno proučavani problem (Rodhe, 1969; Hooper, 1969; Vollenweider et al. , 1992). Ovaj fenomen je veliki problem u većini evropskih regionalnih mora, uključujući Mediteran i Crno more (EEA, 1999; 2001). Oligotrofni karakter Mediterana je naznačen od strane brojnih autora (Ignatiades, 1976a; Krom et al., 1991; Ignatiades et al., 1995; Souvermezoglou et al ., 1999; Gotsis-Skretas et al. , 1999; Polat 2002; Ignatiades et al., 2009). Mediteran karakteriše niska koncentracija nutrijenata, (Souvermezoglou et al., 1999, navode da se koncentracija kretala 0,01–5 µM za fosfate i 0,00-17 µM za nitrate, i ova niska koncentracija ne može da podstrekne razvoj algi), zatim niska koncentracija hlorofila a (0,5 mg/m3), mala brojnost fitoplanktona i niska organska produkcija. Prisustvo oligotrofije u sjeveroistočnom Mediteranu, gdje je maksimalna vrijednost mikroplanktona bila 46,2 x 103 ćelija/l, a zabilježena je mala koncentracija hlorofila a (0,08-0,78 µg/l), navedeno je od strane Balkis (2009). Oligotrofija se javlja zbog veoma niske koncentracije neorganskog fosfora, koji ograničava primarnu produkciju (Berland et al. 1980; Krom et al., 1991; Thingstad and Rassoulzadegan, 1995, 1999; Thingstadet al., 2005). Ipak, i pored toga, u poslednje vrijeme koncentracije nutrijenata (nitrata i fosfata) su u porastu (Béthoux et al., 1998), i antropogena eutrofikacija je postala veoma važna 7 ekološka tema u Mediteranskoj obalnoj zoni (UNESCO, 1988; Turley, 1999), zajedno sa efektima koje klimatske promjene imaju na ekosistem Mediterana (Francour et a l., 1994; Bianch and Morri, 2000; Turley, 1999; Béthoux et al., 2002) (Slika 2.). Slika 2. Eutrofikacija u Mediteranu (Prema UNEP, 2003). Povećan razvoj fitoplanktona može dovesti do neprilika i zbog velikog porasta brojnosti toksičnih algi, odnosno do njihovog „cvjetanja“, naročito u visoko eutrofnim područjima kao što su Egejske priobalne vode (Gotsis-Skretas and Frigilos, 1990) i vode Crnog mora koje su pod uticajem antropogenog faktora, a to se odnosi i na razvoj poljoprivrede, industrije, kanalizacione ispuste domaćinstava, izgradnja luka i dr. (Baytut et al ., 2010). Oblast Crnog mora je okarakterisana visokom primarnom organskom produkcijom (Sorokin, 2002). Do 2025. godine se predviđa da će broj stanovnika u Mediteranu porasti na 200- 220 miliona, naročito na južnoj obali Mediterana (Barić and Gasparović, 1992). To će rezultirati eutrofikacijom i povećanim rizikom za stanovništvo u ovoj oblasti. Međutim, informacija o odgovoru fitoplanktona na progresivnu eutrofikaciju u Mediteranskim priobalnim područjima je uglavnom ograničena na evropskoj kontinentalnoj strani (Dali Yahia-Kéfi et al., 2005). 1.2.2. Trofičnost u Mediteranu Cloern (2001) ukazuje da promjene od oligotrofnih do eutrofnih voda vode do promjena 8 u sastavu vrsta i lanaca ishrane i naglasio je značaj i korisnosti indikatora kao alata za procjenu stepena eutrofikacije. Prema tome, iz perspektive istraživanja, odgovarajući indikatori trofičnog stanja u kombinaciji sa drugim podacima, mogu pomoći da se identifikuju promjene biodiverziteta u vremenu i prostoru. Međutim, morska sredina je važan resurs, ne samo u pogledu biodiverziteta, već i kao resurs za industriju, dobijanje slatke vode i rekreaciju. Dakle, skala trofičkog stanja morske vode može poslužiti kao relativni pokazatelj zdravlja ekosistema (Ignatides, 2005). Klasifikacija morske vode na trofična stanja zasnovana je na biomasi algi i/ili hranljivih supstanci i drugih srodnih fizičkih i hemijskih parametara. Izrazi eutrofan, mezotrofan i oligotrofan se koriste subjektivno i proizvoljno, u većini slučajeva zbog nedostatka međunarodno prihvaćenog rangiranja i definisane granice za svaku kategoriju (Subba Rao, 2002). Postoje brojni pokušaji da se objasni trofičko stanje ekosistema, odnosno brojni ekološki indeksi odnosno indikatori. Detaljan rad što se tiče određivanja vrijednosti nutrijenata ili skaliranje nutrijenata za Mediteran dat je od strane Ignatiades i saradnika (1992). Oni navode četiri varijable ili promjenljive za procjenu trofičkog stanja. Srednje vrijednosti koje karakterišu trofičke nivoe su: Za oligotrofne vode P-PO4: 0,02 µM, N-NO3 + N-NO2: 0,21 µM, N-NH4: 0,36 µM. Za mezotrofne vode P-PO4: 0,09 µM, N-NO3 + N-NO2: 0,33 µM, N-NH4:0,84 µM. Za eutrofne vode P-PO4: 0,34 µM, N-NO3 + N-NO2: 0,53 µM, N-NH4: 1,15 µM. TRIX indeks je uveden od strane Vollenweider i saradnika (1998). U izračunavanju TRIX-a nutrijenti su predstavljeni rastvorenim neorganskim azotom i totalnim fosforom, fitoplanktonska masa hlorofilom a, a intenzitet produkcije sistema zasićenjem mora kiseonikom. Predložena skala eutrofikacije prema TRIX indeksu je: 2