Made available in DSpace on 2017-07-10T18:13:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cristina Viana Sales.pdf: 1033711 bytes, checksum: 66526bf26f60f186b7ec4f4ca78473c3 (MD5) Previous issue date: 2011-08-23 / The accumulation and deposition of high concentrations of organic matter cause the eutrophication of aquatic environments, and a sustainable alternative to the removal of these compounds is phytoremediation. This study evaluated the potential of two floating aquatic macrophytes, Eichhornia crassipes and Pistia stratiotes in the treatment of brewery wastewater. The treatment system consisted of eight experimental units, and the experimental design 2 treatments and 4 pseudoréplicas, each treatment was coupled to a mechanical filter in closed circulation system. We analyzed the parameters temperature, electrical conductivity, pH, dissolved oxygen, turbidity, COD, total phosphorus, nitrogen, nitrite and nitrate, and measure the biomass of macrophytes, the experiment lasted 21 days, with collections made weekly. Statistical analysis showed no statistical difference between treatments for the reduction of nutrients, however the two species E. crassipes and P. statiotes been proven effective in removing these nutrients. As for weight gain, E. crassipes had a higher growth compared to P. stratiotes. The use of phytoremediation is recommended for the treatment of brewery effluents due to low cost, easy maintenance and efficiency of aquatic macrophytes in removing nutrients that cause eutrophication of aquatic environments. / O acúmulo e deposição de elevadas concentrações de matéria orgânica provocam a eutrofização de ambientes aquáticos, e uma alternativa sustentável para a retirada destes compostos é a fitorremediação. Neste estudo avaliou-se o potencial de duas espécies de macrófitas aquáticas flutuantes, Eichhornia crassipes e Pistia stratiotes, no tratamento de efluente de cervejaria. O sistema de tratamento foi constituído de 8 unidades experimentais, sendo o delineamento experimental de 2 tratamentos com 4 pseudoréplicas, cada tratamento foi acoplado a um filtro mecânico, em sistema de circulação fechado. Foram analisados as variáveis temperatura, condutividade elétrica, pH, oxigênio dissolvido, turbidez, DQO, fósforo total, nitrogênio, nitrito e nitrato, e medida a biomassa das macrófitas aquáticas, o experimento teve duração de 21 dias, sendo as coletas feitas semanalmente. O estudo estatístico mostrou que não houve diferença estatística entre os tratamentos quanto à redução de nutrientes, no entanto as duas espécies E. crassipes e P. statiotes se mostraram eficazes na remoção desses nutrientes. Quanto ao ganho de peso, E. crassipes teve maior crescimento comparado a P. stratiotes. O uso da fitorremediação é recomendável para o tratamento de efluentes de cervejaria devido ao baixo custo, a fácil manutenção e a eficiência das macrófitas aquáticas na remoção de nutrientes que causam a eutrofização de ambientes aquáticos.

Το αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η οικολογική αξιολόγηση δύο ποτάμιων οικοσυστημάτων του Αχέροντα και του Λούρου, με βάση τις κοινότητες υδρόβιων μακροφύτων, την ποιότητα του νερού και τα υδρογεωμορφολογικά χαρακτηριστικά, καθώς και η ανάπτυξη και η οριστικοποίηση μεθοδολογίας για τη συλλογή, την επεξεργασία, την ανάλυση και την αξιολόγηση των δεδομένων πεδίου προσαρμοσμένης και εφαρμόσιμης στις ελληνικές συνθήκες. Οι επιμέρους στόχοι της διδακτορικής διατριβής διακρίνονται σε 4 επί μέρους κεφάλαια. Το πρώτο κεφάλαιο (Κεφάλαιο Α) αφορά τη διερεύνηση των αβιοτικών παραμέτρων που επηρεάζουν την κατανομή των υδρόβιων μακροφύτων κατά μήκος των δύο λεκανών απορροής. Στο δεύτερο κεφάλαιο (Κεφάλαιο Β) πραγματοποιείται διερεύνηση της δομής της παρόχθιας ζώνης και εκτίμηση των βασικών προτύπων οικολογικής διαβάθμισης και ανθρώπινης παρέμβασης. Στο τρίτο κεφάλαιο (Κεφάλαιο Γ) πραγματοποιείται αβιοτική τυπολογική διάκριση των θέσεων δειγματοληψίας με σκοπό τη μείωση της χωρικής διακύμανσης, έλεγχο της διαχρονικής και εποχικής διακύμανσης στην κατανομή των υδρόβιων μακροφύτων και καθορισμός των κοινοτήτων αναφοράς σε κάθε τμήμα του ποτάμιου οικοσυστήματος. Τέλος στο τέταρτο κεφάλαιο (Κεφάλαιο Δ) δίνεται η μεθοδολογία ανάπτυξης του συστήματος αξιολόγησης των επιπτώσεων των υδρομορφολογικών τροποποιήσεων στη σύνθεση και αφθονία των υδρόβιων και των παρόχθιων ειδών και η δημιουργία του Πολυμετρικού Δείκτη Μακροφύτων. Τα δεδομένα συλλέχθηκαν από συνολικά 32 θέσεις δειγματοληψίας οι οποίες επιλέχθηκαν με κριτήρια 1) την κάλυψη ευρείας διαβάθμισης χρήσεων γης, 2) την επιλογή περισσοτέρων του ενός τμημάτων με παρόμοια γεωμορφολογικά χαρακτηριστικά, 3) τη σταθερή απόσταση μεταξύ των θέσεων δειγματοληψίας, 4) την ομοιογένεια των τμημάτων και τέλος 5) την προσβασιμότητα στα σημεία δειγματοληψίας καθ’ όλη τη διάρκεια της παρακολούθησης. Με βάση τα πιο πάνω κριτήρια επιλέχθηκαν 15 θέσεις δειγματοληψίας στη λεκάνη απορροής του ποταμού Αχέροντα [11 Αχέροντας (A1-8 & A11-13), 1 Κωκυτός (A9), 1 Βουβό Ρέμα (A15), 2 αρδευτικά κανάλια (A10 & A14)] και 17 Θέσεις Δειγματοληψίας στη λεκάνη απορροής του ποταμού Λούρου (S1-17). Η περιοχή αξιολόγησης περιλαμβάνει ένα ομοιογενές τμήμα ποταμού μήκους 100 m, το οποίο χωρίστηκε σε τρία επί μέρους τμήματα: α) το τμήμα της κοίτης το οποίο καλύπτεται με νερό, β) τα κράσπεδα, δηλαδή το ενεργό τμήμα της κοίτης γ) την παρόχθια-δασική ζώνη. Για τη συλλογή και την αξιολόγηση της υδρόβιας και παρόχθιας βλάστησης πραγματοποιήθηκαν εποχικές δειγματοληψίες κατά τη διάρκεια των βλαστητικών περιόδων των ετών 2005-2007 και η αφθονία ειδών καταγράφηκε με την 5-βάθμια κλίμακα DAFOR (5: κυριαρχία και 1: απουσία). Στο πεδίο μετρήθηκαν επίσης οι φυσικοχημικές παράμετροι του νερού (pH, διαλυμένο οξυγόνο, θερμοκρασία, αγωγιμότητα, ταχύτητα νερού και μέσο βάθος νερού) και συλλέχθηκαν δείγματα επιφανειακού νερού για χημικές αναλύσεις θρεπτικών αλάτων αζώτου (ΝΟ3-Ν, ΝΟ2-Ν, ΝΗ4-Ν) και φωσφόρου (PO4-P & TP), Chl-a και αλκαλικότητας. Επίσης καταγράφηκαν στο πεδίο και υπολογίστηκαν στο εργαστήριο υδρογεωμορφολογικά στοιχεία και δεδομένα τοπίου τα οποία αφορούν τόσο την περιοχή αξιολόγησης όσο και όλη τη λεκάνη απορροής. Για τη στατιστική επεξεργασία των δεδομένων χρησιμοποιήθηκαν 1) Ιεραρχική Ανάλυση Συστάδων για βιοτική τυπολογία των υδρόβιων μακροφύτων κατά μήκος των ποταμών και για τον προσδιορισμό της δομής της παρόχθιας βλάστησης, 2) Ανάλυση Ειδών Δεικτών (ISA), για την περιγραφή της ιεραρχικής δομής της κάθε ομάδας και για τη διάκριση των σημαντικών Ειδών-Δεικτών (IndSps), και 3) Ταξιθέτηση όπου χρησιμοποιήθηκαν τόσο έμμεσες όσο και άμεσες αναλύσεις διαβάθμισης. Στις έμμεσες αναλύσεις διαβάθμισης χρησιμοποιήθηκαν α) Ανάλυση Κύριων Συνιστωσών (PCA), για τον προσδιορισμό των Γεωμορφολογικών Ενοτήτων και στον Καθορισμό της κλίμακας πιέσεων και β) Βελτιωμένη Ανάλυση Αντιστοιχιών (DCA), για τη χωρική κατανομή της αφθονίας των ειδών και τον έλεγχος των εποχικών και διαχρονικών διακυμάνσεων των κοινοτήτων αναφοράς. Ως άμεσες αναλύσεις διαβάθμισης χρησιμοποιήθηκαν α) Ανάλυση Πλεονασμού (RDA), για συσχέτιση των φυσικοχημικών χαρακτηριστικών του νερού με τα είδη δείκτες και β) Ανάλυση Κανονικών Αντιστοιχιών (CCA), για συσχέτιση των γεωμορφολογικών παραμέτρων με τα είδη-δείκτες και τον καθορισμό κύριων μεταβλητών υποβάθμισης της παρόχθιας ζώνης. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι κατά μήκος των δύο λεκανών απορροής διακρίνονται έξι Ομάδες Βλάστησης με παρόμοιο περιβαλλοντικό πρότυπο (πηγές-εκβολές). Στις ορεινές περιοχές και των δύο λεκανών απορροής (Αχέροντα και Λούρου) κυριαρχούν τα είδη Pteridium aquilinum, είδη βρυόφυτων και είδη του γένους Carex, C. acuta για τον ποταμό Αχέροντα και C. pendula για τον ποταμό Λούρο. Στο μέσο ρου των ποταμών διακρίθηκαν 4 διαφορετικές ομάδες βλάστησης. Ο διαφορετικός βαθμός ανθρωπογενούς τροποποίησης των εκβολών στις δύο λεκάνες απορροής αντανακλά και στη σύνθεση των φυτοκοινοτήτων όπου στις εκβολές του ποταμού Αχέροντα κυριαρχούν χλωροφύκη και το ανθεκτικό είδος Potamogeton pectinatus ενώ στον ποταμό Λούρο οι εκβολές χαρακτηρίζονται από την απουσία χλωροφυκών και την κυριαρχία του είδους Potamogeton nodosus. Οι σημαντικότεροι φυσικοχημικοί παράγοντες οι οποίοι επηρεάζουν την κατανομή των υδρόβιων μακροφύτων κατά μήκος των λεκανών απορροής της περιοχής μελέτης είναι: το pH, η αγωγιμότητα, η θερμοκρασία νερού, η μέση ταχύτητα νερού, οι συγκεντρώσεις των αλάτων αζώτου (ΝΟ3-Ν, ΝΗ4-Ν, ΝΟ2-Ν) και ορθοφωσφορικών (PO4-P) και Chl-a. Ενώ οι σημαντικότεροι γεωμορφολογικοί παράγοντες είναι: το υψόμετρο, το υπόστρωμα κοίτης, το πλάτος της κοίτης, η σκίαση της κοίτης, ο τύπος ενδιαιτήματος και το βάθος του νερού. Η διερεύνηση της δομής της παρόχθιας ζώνης έδειξε την ύπαρξη 4 διαφορετικών ομάδων παρόχθιας βλάστησης. Οι ορεινές περιοχές και άνω μέσος ρους και των δύο λεκανών απορροής χαρακτηρίζεται από την κυριαρχία των ειδών Platanus orientalis και Quercus coccifera. Οι βασικές τροποποιήσεις που δέχονται οι περιοχές αυτές αφορούν μεταβολές σε τοπικό επίπεδο γεγονός που επιβεβαιώνεται από τις υψηλές τιμές δείκτη QBR. Οι πεδινές περιοχές χαρακτηρίζονται από την κυριαρχία των ειδών Salix alba και Populus alba. Οι σημαντικότερες πιέσεις που δέχεται το πεδινό τμήμα των ποταμών αφορούν τις γεωργικές δραστηριότητες, τη δημιουργία τεχνικών αναχωμάτων, την ενίσχυση της όχθης, τις αμμοχαλικοληψίες, τη διευθέτηση και την ευθυγράμμιση της όχθης. Το είδος Phragmites australis χαρακτηρίζει τις εκβολές των ποταμών, ενώ σημαντική ήταν η αφθονία των ειδών Arundo donax και του εισαγόμενου είδους Eucalyptus camaldulensis. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα η αφθονία των ειδών ήταν χαμηλή σε όλες τις Ομάδες Βλάστησης. Εφαρμόστηκαν επίσης οι δείκτες: QBR ο οποίος αποτελεί μέτρο αξιολόγησης της ποιότητας της παρόχθιας ζώνης, HQA όπου αποτελεί δείκτη αξιολόγησης της οικολογικής ποιότητας του ποτάμιου ενδιαιτήματος και HMS ο οποίος είναι δείκτης ανθρωπογενούς τροποποίησης του ενδιαιτήματος. Τα αποτελέσματα από την εφαρμογή των πιο πάνω δεικτών έδειξαν ότι η οικολογική ακεραιότητα παρόχθιας ζώνης αυξάνει τη συνολική οικολογική ποιότητα. Σύμφωνα με τις υδρογεωμορφολογικές μεταβλητές, οι οποίες εξετάστηκαν, οι θέσεις δειγματοληψίας ομαδοποιηθήκαν σε τρεις Γεωμορφολογικές Ενότητες οι οποίες αντιστοιχούν στο Ορεινό, Πεδινό και Εκβολικό Τμήμα των ποταμών. Σε κάθε Γεωμορφολογική Ενότητα πραγματοποιήθηκε ανάλυση πιέσεων και διακρίθηκαν οι σταθμοί αναφοράς οι οποίοι για το ορεινό τμήμα ήταν 7, στο πεδινό 3 ενώ στο εκβολικό τμήμα μόνο 2 σταθμοί χαρακτηρίστηκαν ως περιοχές αναφοράς. Σε κάθε Γεωμορφολογική Ενότητα διερευνήθηκαν οι εποχικές και διαχρονικές μεταβολές στη σύνθεση των κοινοτήτων αναφοράς και προσδιορίστηκε δομή τους. Τα αποτελέσματα έδειξαν, ότι η σύνθεση των κοινοτήτων αναφοράς στο πεδινό τμήμα των ποταμών φαίνεται να παραμένουν σταθερές στις φυσικές διακυμάνσεις. Από την άλλη, οι μικρές διαφορές οι οποίες καταγράφηκαν στο ορεινό και εκβολικό τμήμα των ποταμών οφείλονται κυρίως στην όψιμη Άνοιξη και στις υψηλές θερμοκρασίες που επικρατούν κατά τους καλοκαιρινούς μήνες και εντοπίζονται στο μειωμένο αριθμό των βρυοφύτων και πτεριδοφύτων αντίστοιχα. Τέλος σύμφωνα τα αποτελέσματα η περίοδος διεξαγωγής των δειγματοληψιών προσδιορίζεται ανάμεσα στο χρονικό διάστημα μεταξύ τέλος Απριλίου και τέλος Σεπτεμβρίου αφού σε αυτό το χρονικό διάστημα οποιαδήποτε επίσκεψη στο πεδίο αναμένεται να δώσει την ίδια σύνθεση των κοινοτήτων αναφοράς. Διερευνήθηκαν, στο μεγαλύτερο δυνατό βαθμό, όλες οι πιθανές παράμετροι και πιέσεις, οι οποίες επηρεάζουν τη σύνθεση και την κατανομή υδρόβιων μακροφύτων κατά μήκος των λεκανών απορροής. Οι σημαντικότερες πιέσεις που δέχεται η περιοχή μελέτης επηρεάζουν κυρίως τα υδρομορφολογικά χαρακτηριστικά του οικοσυστήματος. Ως πιο αξιόπιστος και ολιστικός τρόπος αξιολόγησης της οικολογικής κατάστασης της περιοχής μελέτης επιλέχθηκε η Πολυμετρική προσέγγιση. Σαν πίεση επιλέχθηκε η υδρομορφολογική τροποποίηση. Συνολικά, διερευνήθηκαν 86 υποψήφιες μετρικές οι οποίες ανήκουν σε 5 κατηγορίες: 1) Αφθονίας/Ποικιλότητας, 2) Τροφικής κατάστασης, 3) Σύνθεσης φυτικών κοινοτήτων, 4) Ποιότητας Δομής της παρόχθιας ζώνης και 5) Ευαισθησίας/Ανοχής, οι οποίες προέρχονται από τις βιοκοινότητες του υγρού δίαυλου, της ενεργής κοίτης και της όχθης. Ο καθορισμός της κλίμακας πιέσεων πραγματοποιήθηκε με τη χρήση της Ανάλυσης Κύριων Συνιστωσών (PCA) με 36 υδρομορφολογικές μεταβλητές υποβάθμισης σε 2 χωρικά επίπεδα: Μακροκλίμακας και Μικροκλίμακας. Στον τελικό Πολυμετρικό δείκτη συμπεριλήφθηκαν μόνο οι μετρικές οι οποίες ικανοποιούσαν συγκεκριμένα κριτήρια. Τα κριτήρια αυτά αφορούσαν: την εκπλήρωση του κριτηρίου από την εφαρμογή των θηκογραμμάτων με απολήξεις (δηλαδή εξαιρούνται οι μετρικές οι οποίες έχουν στενό εύρος τιμών, πολλές ακραίες τιμές και πολλές απόμακρες παρατηρήσεις), την αποφυγή αλληλεπικαλυπτόμενων πληροφοριών (Spearman ǀrǀ>0,800) και την υψηλή συσχέτιση με τις κλίμακες πιέσεων (Spearman ǀrǀ>0,500). Συνολικά από τις 86 υποψήφιες μετρικές οι 6 θεωρήθηκαν ως κεντρικές μετρικές αφού ικανοποίησαν όλα τα πιο πάνω κριτήρια. Οι κεντρικές μετρικές είναι: 1) Δείκτης IBMR, 2) Δείκτης QBR, 3) Αριθμός Βρυοφυτικών taxa, 4) % Είδη Αναφοράς, 5) % Νιτρόφιλα είδη και 6) % Ελοφυτικά είδη (Phe_herbids). Ο Πολυμετρικός Δείκτης Μακροφύτων (Multimetric Macrophyte Index-MMI) είναι ο αριθμητικός μέσος των 6 κανονικοποιημένων «κεντρικών» μετρικών. Κανονικοποίηση καλείται η προσαρμογή του εύρους τιμών της κάθε μετρικής στο ενδεικτικό όριο από 0 μέχρι 1. Σημαντικό σημείο στην κανονικοποίηση των μετρικών είναι ο καθορισμός του ανώτερου (upper anchor) και κατώτερου ορίου (lower anchor) της κάθε «κεντρικής» μετρικής. Το ανώτερο και το κατώτερο όριο δείχνουν το ενδεικτικό εύρος της κάθε μετρικής όπου το ανώτερο όριο (anchor) αντιστοιχεί στην τιμή της μετρικής κάτω από τις συνθήκες αναφοράς. Στην παρούσα εργασία για το ανώτερο όριο κάθε μετρικής επιλέχθηκε το 75ο εκατοστημόριο (percentile) των μη διαταραγμένων περιοχών και για το κατώτερο όριο το 5ο εκατοστημόριο (percentile) των διαταραγμένων περιοχών. Για την αξιολόγηση της οικολογικής ποιότητας, των θέσεων δειγματοληψίας, με βάση τον Πολυμετρικό Δείκτη Μακροφύτων, απαιτείται ο καθορισμός των ορίων μεταξύ των 5 ποιοτικών κλάσεων όπως απαιτεί η Οδηγία Πλαίσιο για τα Ύδατα 2000/60/ΕΕ. Τα όρια του δείκτη καθορίστηκαν υπολογίζοντας αρχικά το όριο μεταξύ της «Υψηλής»/«Καλής» οικολογικής κατάστασης το οποίο ορίστηκε ως το 25o εκατοστημόριο μη διαταραγμένων περιοχών (0,623). Το υπόλοιπο εύρος τιμών χωρίστηκε σε τέσσερις ίσες κλάσεις. Τα αποτελέσματα έδειξαν, ότι ο ΜΜΙ δίνει πολύ καλή ένδειξη της οικολογικής κατάστασης των μεσαίου μεγέθους πεδινών ποταμών της Δυτικής Ελλάδας (RM-2). Σύμφωνα με τα αποτελέσματα το 29,6% των θέσεων δειγματοληψίας (8 θέσεις) ταξινομήθηκαν στην Υψηλή οικολογική κατάσταση, το 4% (14 θέσεις) στην Καλή οικολογική κατάσταση, το 22,3% (6 θέσεις) στην Μέτρια, το 29,6% (8 θέσεις) στην Φτωχή και μόνο το 3,7% (1 θέση) χαρακτηρίστηκε ως Κακής Οικολογικής Ποιότητας. Η παρούσα Διδακτορική Διατριβή, αποτελεί µια πρώτη προσπάθεια στον Ελληνικό χώρο για δημιουργία ενός ολοκληρωμένου συστήματος παρακολούθησης της οικολογικής ποιότητας των ρεόντων υδάτων με χρήση των υδρόβιων μακροφύτων ως βιολογικών ποιοτικών στοιχείων. Η μεθοδολογία αναπτύχθηκε και εφαρμόστηκε πιλοτικά σε δύο λεκάνες απορροής στα μεσαίου μεγέθους πεδινά ποτάμια της Ηπείρου Αχέροντα και Λούρου ακολουθώντας πιστά τις απαιτήσεις και τις κατευθυντήριες γραμμές της Ευρωπαϊκής Οδηγίας Πλαίσιο για τα Ύδατα 2000/60/ΕΕ. Επίσης το σύστημα αξιολόγησης το οποίο προτείνεται αναπτύχθηκε με σκοπό την εφαρμογή του σε όλα τα παρόμοιου τύπου ποτάμια της Ελλάδας αφού τόσο ο κατάλογος με τις υποψήφιες μετρικές όσο και ο ίδιος ο πολυμετρικός δείκτης μπορεί να ελεγχθεί και σε άλλους τύπους ποταμών της Ελλάδας (RM-1, RM-3, RM-4 & RM-5). Τέλος, τα αποτελέσματα που προκύπτουν συμβάλλουν στην ορθολογικότερη διαχείριση και ανάδειξη των ποτάμιων ενδιαιτημάτων και στην εφαρμογή της περιβαλλοντικής πολιτικής του νερού στην Ελλάδα. / The main objective of the present thesis was the ecological assessment of two river basins, Acheron and Louros; based on aquatic plant communities, water quality and hydromorphological characteristics, as well as, the development of a methodology for collecting, analyzing and assessing field data, specific adapted to Greek conditions. The specific objectives of the doctoral thesis include: a) the investigation of abiotic parameters influencing the distribution of aquatic macrophytes along the two river basins (Chapter A); b) the investigation of riparian zone structure and the assessment of “key” environmental gradient and human intervention (Chapter B); c) abiotic typology for reducing the spatial variability, monitoring the temporal and seasonal variation in of aquatic macrophytes distribution, and determination of reference communities in each geomorphological unit of the riverine ecosystem (Chapter C), and d) the development of the Macrophyte Multimetric Index (MMI) which is described step by step in Chapter D. Data were collected from 32 sampling sites, which were chosen according to the following criteria: i) covering a wide gradient of land used i.e. from natural to artificial; ii) selection of more than one site with similar geomorphological characteristics; iii) the constant distance between sampling sites; iv) the homogeneity of the sampling sites, and v) the accessibility to the sampling points throughout the duration of monitoring. Based on the above criteria, 15 sites were selected along Acheron river basin [11, Acheron river (A1-8 & A11-13); 1, Cocytos (A9); 1, Vouvo Rema (A15); 2, irrigation canals (A10 & A14)]. Additionally, 17 sampling sites were selected along Louros river (S1-S15). The survey area was subdivided into 3 zones, a) the wetted part of the channel, b) the marginal-active channel and c) the riparian woodland plot. The survey area length was standardized at 100 m according to the widely accepted methods [e.g. Mean Trophic Rank, (MTR); Riparian Forest Quality, (QBR)]. On the other hand, the width of each plot includes the area between, the end of the active channel and the riparian woodland. The field surveys were conducted during the vegetation periods (April to September) of the years 2005 to 2007. The coverage of each macrophyte species was visually estimated using DAFOR 5-point scale (1: Rare, 2: Occasional, 3: Frequent, 4: Abundant and 5: Dominant). Also, water physicochemical parameters such as temperature, DO, pH, conductivity, were measured in situ using portable equipment (WTW340i/SET). Additionally, surface water samples were collected for determination of nutrients such as nitrate and nitrite nitrogen, total nitrogen, ammonium, phosphorus nutrients (soluble reactive phosphorus and total phosphorus), Chl-a, and alkalinity (HCO-3, CO3=). Nutrient samples were collected and analyzed according to APHA standard analytical method (APHA, 1989). For the statistical processing of the data were used: 1) Hierarchical cluster analysis (Bray-Curtis), for the biotic typology of macrophyte data along river basins and to determine the structure of the riparian vegetation; 2) Indicator Species Analysis, was used to describe the hierarchical structure of each group to distinguish the indicator species (Ind_Sps) for each vegetation group; 3) Ordination, which were used both Indirect and Direct gradient analyses. Indirect gradient analyzes were used: a) Principal Component Analysis (PCA), to identify Geomorphological Units and to determining the pressure gradients; and b) Detrended Correspondence Analysis (DCA), for researching the spatial distribution of species abundance, and for seasonal and inter-annual variability of the reference communities. For direct gradient analyzes were used: a) Redundancy Analysis (RDA), for correlation between, water physicochemical parameters and Indicator species; and b) Canonical Correspondence Analysis (CCA), for correlation between geomorphological characteristics and indicator species, as well as, to determine the key variables best explain the degradation of the riparian zone. The results showed that along the two river basins, six vegetation groups can be distinguished, with similar environmental gradient pattern (springs-estuaries). The dominant species for the upper part of Acheron and Louros river basins were: Pteridium aquilinum, bryophyte taxa and Carex species (C. acuta and C. pendula respectively). Moreover, four different vegetation groups were characterized the middle part of both river basins. The different degree of anthropogenic alteration of river estuaries (Acheron and Louros), reflects in the composition of the plant communities. The estuaries of Acheron were characterized by the dominant of green algae and the tolerant species Potamogeton pectinatus, while the estuaries of Louros river was characterized by the absence of green algae and the dominance of Potamogeton nodosus. The most important physicochemical variables that significantly affect the distribution of aquatic macrophytes along the river basins were: pH, conductivity, water temperature, and mean water velocity, concentrations of nitrogen nutrients (ΝΟ3-Ν, ΝΗ4-Ν, ΝΟ2-Ν) and orthophosphate (PO4-P), as well as, Chl-a. Whereas, the most important geomorphological factors were: altitude, bed substrate, channel width, channel shading, habitat type, water depth. Hierarchical cluster analysis distinguished five vegetation groups of the riparian zone of the study area. The following groups were indentified and characterized by the dominant riparian species. The upper reaches were characterized by the Vegetation Group Ia: Platanus orientalis and Ib: Quercus coccifera-P. orientalis; the middle reaches by II: Salix alba and Populus alba; and lowland areas until estuaries by III: Phragmites australis. Vegetation Group IV was characterized by the dominant of non native species Eucalyptus camaldulensis and the giant reed Arundo donax. According to the results, species abundance was low in all Vegetation Groups. Also, the applied indices Riparian quality assessment (QBR), Habitat Quality Assessment (HQA) and Habitat Modification Score (HMS) revealed that the ecological integrity of the riparian zone increases the overall ecological quality of the riparian ecosystem. According to the hydromorphological characteristics, the sampling sites were grouped into three Geomorphological Units: Upper –Middle reaches-Estuaries. In each Geomorphological Unit (GU) a pressure gradient analysis was performed, and the reference sites were identified. For GU I the number of reference sites was 7, for GU II 3 reference sites were identified, while, for the estuaries the number of the reference sites were only 2. Also in each GU the seasonal and inter annual changes in reference communities, were investigated, and the structure of the reference community was determined. The results showed that the composition of the reference communities in lowland rivers appears to remain constant in the physical fluctuations. On the other hand, the slight differences which were recorded, in the GU I, during spring and summer sampling, referred to the reduction of bryophytes. This reduction might be cause due to the late spring (May), at the upper part of Louros river. Also, differences were recorded between autumn and spring samplings, in the GU III (estuaries). Those differences referred to the reduction of pteridophytes, maybe due to the high temperatures that prevail during the summer months. Finally, the sampling period could be set between late April and late September, since, during this period, any field visit will give the same composition of the reference communities. We investigated, to the greatest possible degree, all the potential parameters and pressures, which could influence the composition and distribution of aquatic macrophytes along the river basins. The most significant effect, from the current pressures, in the studied area, is the alteration of the hydromorphological characteristics of the ecosystem. The Multimetric approach was chosen, as the most holistic and reliable evaluation method of the ecological status of the study area. A preliminary list of potential plant metrics was compiled from a review of the literature, and in situ observations of plant community patterns. The metrics were grouped into five categories, so that each one representing a different ecological aspect of aquatic and riparian plant communities: 1) Richness/Diversity, 2) Trophic status, 3) Composition, 4) Riparian Integrity, and 5) Sensitivity/Tolerance. A total of 86 metrics were tested, of which 7 belonged to the category of "Abundance/Diversity", 4 to the category of "Trophic” status, 46 metric referred to “Composition” of plant communities, 11 referred to "Riparian Integrity”, and finally, 18 belonged to “Sensitivity/Tolerance” category. The estimation of the pressure gradient was performed using Principal Component Analyses (PCAs), with 36 hydromorphological degradation variables in 2 spatial scales: macroscale and microscale. Candidate metrics, which can be identified as robust and most informative, are scrutinized further, in the process of selecting core metrics. To be selected as a core metric the following aspects have to be considered: 1) core metrics should cover different metric types (see above); 2) metrics should not give redundant information. Inter-correlation tests between candidate metrics were carried out to detect redundant metrics (threshold value Spearman’s r<0.800). In case of redundancy we further investigate: the correlation of each metric with stress gradient (threshold value Spearman’s r<0.05); the correlation of each of the pair of metrics with the other metrics in order to finally omit the one that showed the higher overall mean correlation; and how well they separate stressed from unstressed sampling sites (graphical analysis of box-whisker plots). The final index includes 6 metrics out of 86 candidated metrics. The core metrics are: 1) IBMR, 2) QBR, 3) Number of Bryophyte, 4) % Reference Species, 5) % Nitrophilous taxa and 6) % Helophyte taxa (Phe_herbids). The different numerical scales of each core metric (e.g. abundance class, number of individuals) were normalized to unitless scores between 0 and 1. The upper and lower anchors mark the indicative range of a metric. The upper anchor corresponds to the upper limit of the metric’s value under reference conditions, and it was set as the 75th of the unstressed sites. The lower anchor corresponds to the lower limit of the metric’s value under the worst attainable conditions and it was set as 5th percentile of stressed sites. The multimetric index was calculated as the arithmetic mean of the normalized metrics (Böhmer et al., 2004). The final Multimetric Index provides a score that represents the overall relationship between the combined values of the biological parameters observed for a given site and the expected value under reference conditions. This score is – as for single metrics – expressed as a numerical value between zero and one. This range can be subdivided into any number of categories corresponding to various levels of impairment. To determine the boundaries of Multimetric Index, the 25th percentile of the unstressed sites (0,623) was set as the boundary for the high/good ecological class. We propose quality classes with equal ranges, to provide five ordinal rating categories for assessment of impairment in accordance with the demands of the WFD. The application of Macrophyte Multimetric Index (MMI) in the medium lowland rivers of Greece led to the ecological classification in five quality classes. The results indicated that the 29.6% of the sampling sites (8 sites) were classified in High ecological status, 4% (4 sites) in Good ecological status; the 22.3% (6 sites) in Moderate, 29.6% (8 sites) in the Poor and only 3.7% (1 site) was characterized as Bad ecological quality. The current doctoral thesis was the first attempt in the Greece, for establishing an integrated monitoring system of ecological quality of running water ecosystems, using aquatic macrophytes as biological quality element. The methodology developed, was pilot implemented in two river basins, Acheron and Louros, in Epirus, following the requirements and guidelines of the European Water Framework Directive, 2000/60/EE. Also, the evaluation system was developed to be proposed for implementation at all similar river types of Greece, since both the list of candidate metrics and the Multimetric Index itself, can be tested in other types of Greek rivers (RM-1, RM-3, RM-4 & RM-5). Finally, the results, will contribute to the sustainable management and conservation of riverine ecosystems, as well as, to the implementation of the water environmental policy in Greece.

Made available in DSpace on 2017-07-10T18:08:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rafaela da Silva Limons.pdf: 1188810 bytes, checksum: 3222e9bb51995ce2bffdbb6505a56d20 (MD5) Previous issue date: 2008-02-11 / The industries of cassava processing are considered great polluting, therefore they generate highly pollutant a wastewater, the manipueira, with high concentration of organic substance. The method of treatment used in these industries is basically the system of stabilization. However, in function of the raised organic load, normally the effluent end if does not present in adequately favorable conditions for the ousting in hydrias resources, being essential a complementary treatment, so that the wastewater is adjusted to the current law. Thus, this work had for objective to study the removal of organic substance, nutrients and metals weighed, by means of a batelada system, for the dry biomass of the macrófita Salvinia sp. In this direction, with intention to investigate the factors that influence the capacity of removal of these contaminantes and to understand the mechanisms of this process, it was used as technique of factorial planning rotational central delineation composed - DCCR, verifying the influence of three independent 0 variable: pH initial, initial concentration of biomass - C and agitation -. The gotten results had shown that the best operational conditions had in accordance with varied the studied pollutant, thus best pH were: 5,8 for the match - P and zinc - Zn and 8,2 for the chemical demand of oxygen - DQO, nitrogen - N and have covered - Cu; the best concentration of biomass of 0,0013 g/mL for the DQO, the N, P and Zn and 0,0053 g/mL for the Cu and the 30 agitation of rpm for DQO and N and 120 rpm for the P, Zn and Cu. For the Compact disc removal of 100% in practically all was gotten the assays, in virtue of low the initial concentration of this metal. The gotten results had allowed to conclude respectively that in the best operational conditions the dry biomass of the Salvinia sp. influenced positively in process, reaching 97.91% of removal of DQO, 99.96% of P and 99.67% of N, with initial concentration of 20.480, 121,6 and 350 mg/L. Moreover, the results had shown to the promising character of the Salvinia sp. as biossorvente, being capable to adsorver up to 76,70% of íons of Zn, 99.79% of Cu and 100% of íons Compact disc, in industrias liquid residues contend small metal concentration heavy. The assays with the isotherms of adsorção of Zn and Cu had indicated that the capacity of biossorção of copper and 0,50 zinc had been approximately of 0,70 and meq/g in pH 5,0, being that the best adjustment occurred with the Isotherm of Sips. / As indústrias de processamento de mandioca são consideradas grandes poluidoras, pois geram um resíduo líquido altamente poluente, a manipueira, com alta concentração de matéria orgânica. O método de tratamento empregado nestas indústrias é basicamente o sistema de lagoas. Entretanto, em função da elevada carga orgânica, normalmente o efluente final não se apresenta em condições adequadamente favoráveis para o despejo em recursos hídricos, sendo essencial um tratamento complementar, para que o resíduo líquido esteja adequado à legislação vigente. Assim, este trabalho teve por objetivo estudar a remoção de matéria orgânica, nutrientes e metais pesados, por meio de um sistema batelada, pela biomassa seca da macrófita Salvinia sp. Neste sentido, com o intuito de investigar os fatores que influenciam a capacidade de remoção destes contaminantes e para se compreender os mecanismos deste processo, utilizou-se como técnica de planejamento fatorial o delineamento composto central rotacional - DCCR, verificando a influência de três variáveis independentes: pH inicial, concentração inicial de biomassa - C e agitação - A. Os resultados obtidos mostraram que as melhores condições operacionais variaram de acordo com o poluente estudado, assim o melhor pH foi: 5,8 para o fósforo - P e zinco - Zn e 8,2 para a demanda química de oxigênio - DQO, nitrogênio - N e cobre -Cu; a melhor concentração de biomassa de 0,0013 g/mL para a DQO, o N, P e Zn e 0,0053 g/mL para o Cu e a agitação de 30 rpm para a DQO e N e 120 rpm para o P, Zn e Cu. Para o Cd obteve-se remoção de 100% em praticamente todos os ensaios, em virtude da baixa concentração inicial deste metal. Os resultados obtidos permitiram concluir que nas melhores condições operacionais a biomassa seca da Salvinia sp. influenciou positivamente no processo, alcançando 97,91% de remoção de DQO, 99,96% de P e 99,67% de N, com concentração inicial de 20.480, 121,6 e 350 mg/L, respectivamente. Além disso, os resultados mostraram o caráter promissor da Salvinia sp. como biossorvente, sendo capaz de adsorver até 76,70% de íons de Zn, 99,79% de Cu e 100% de íons Cd, em resíduos líquidos industrias contendo pequena concentração de metais pesados. Os ensaios com as isotermas de adsorção de Zn e Cu indicaram que a capacidade de biossorção do cobre e zinco foram aproximadamente de 0,70 e 0,50 meq/g em pH 5,0, sendo que o melhor ajuste ocorreu com a Isoterma de Sips.

Abstract Eutrophication and global warming are increasingly causing deterioration of aquatic ecosystems, and boreal freshwaters are especially vulnerable to these changes. Anthropogenic pressures and landscape characteristics influencing the functioning and structure of ecosystems vary with spatial scale (grain size i.e. study unit and extent i.e. study area). This emphasises that the understanding of spatial scale is a vital element when studying species distribution patterns. Moreover, spatial scale is often neglected in ecological assessments, in which the degree of ecological integrity of an ecosystem is assessed using selected biological groups. One of these groups is aquatic macrophytes. The aims of this thesis were (i) to study the distribution and richness of aquatic macrophytes in the boreal region in Finland at multiple scales and (ii) to evaluate the performance of ecological assessment metrics selected for Finnish lake macrophytes. The spatial extent at which aquatic macrophytes were studied had an important influence on the patterns found. Climatic factors associated with latitudinal and altitudinal gradient determined macrophytes at broad extent, although the patterns changed at finer regional extent. Moreover, this strong effect of climate could lead to the widening of distribution ranges of helophytes in boreal catchments during the 21st century due to the climate change. Many of these species have already widened their range limits during the previous century and increasing temperatures may create new niches for vegetation to colonize. Lake macrophyte richness, turnover and quality metrics showed a clear relationship with nutrient concentration in waters at landscape and regional extent. Helophytes and metrics were positively or inversely negatively related to nutrients, whereas species turnover and other life-form groups had a unimodal or non-significant response to nutrient availability. In addition, land use (agricultural and urban areas and forestry ditch drainage) influenced macrophytes directly through shore morphology changes and indirectly through water quality. Macrophytes were also explained at various scales by area and depth, which were related to habitat heterogeneity, and aquatic plants responded to water ionic and electrical characteristics (pH, alkalinity and conductivity). Ecological quality metrics of macrophytes appeared to be scale dependent, since land use adjacent to the lake shoreline had a higher influence on the metrics compared to land use of the whole catchment. However, the scale-related pattern in the effect of land use was not congruent between metrics, as the Trophic Index showed poorer performance compared to the proportion of type-specific species and Percent Model Affinity. This was presumably due to lack of helophytes in the species pool used and to reference values which were defined across lake types in the Trophic Index. Uneven performance of the metrics derived from different biological groups suggests that an approach integrating multiple lines of evidence on ecological status appears most feasible for assessment of the overall lake status. / Tiivistelmä Vesistöjen rehevöityminen ja ilmastonmuutos heikentävät vesiekosysteemien laatua, ja boreaaliset sisävedet ovat erityisen alttiita näiden uhkatekijöiden aiheuttamille muutoksille. Ihmistoiminnan aiheuttamien muutoksien ja luontaisten maisematekijöiden merkitys vesiekosysteemien toimintaan ja rakenteeseen vaihtelee mittakaavan (tutkimusyksikön ja -alueen) mukaan. Kuitenkin spatiaalisen mittakaavan merkitys on usein unohdettu ekologisissa arvioinneissa, joissa selvitetään ekosysteemin luonnontilaisuutta eri biologisilla lajiryhmillä. Vesikasvit ovat yksi usein käytetty biologinen ryhmä järvien ekologissa arvioinneissa. Tämän tutkimuksen tarkoitus on (i) tutkia vesikasvien levinneisyyttä ja runsautta Suomessa useissa mittakaavoissa, ja (ii) arvioida ekologisten luokittelumuuttujien toimivuutta järvien vesikasveilla eri mittakaavoissa. Mittakaava, jossa vesikasveja tutkittiin, vaikutti merkittävästi saatuihin tuloksiin. Leveysasteeseen ja korkeuteen liittyvä gradientti määritti vesikasvien levinneisyyttä alueellisessa mittakaavassa. Lisäksi ilmaston voimakas vaikutus vesikasveihin voi johtaa niiden levinneisyysrajojen laajenemiseen, koska ilmastonmuutos saattaa luoda edullisemmat kasvuolosuhteet kasvillisuudelle tällä vuosisadalla. Monet vesikasvilajit ovat jo levinneet pohjoisemmaksi 1900-luvulla, ja lämpötilojen nousu voi lisätä ekolokeroita vesikasvien levittäytymiselle. Vesikasvien runsaus, lajimäärä ja luokittelumuuttujat olivat selkeästi yhteydessä vesien ravinteisuuteen maisemallisessa ja alueellisessa mittakaavassa. Ilmaversoisilla vesikasveilla ja luokittelumuuttujilla oli positiivinen tai käänteisesti negatiivinen suhde ravinteisiin, kun taas lajimäärä ja muut vesikasvien kasvumuodot olivat unimodaalisessa tai merkityksettömässä yhteydessä ravinteisuuteen. Lisäksi maankäyttö, erityisesti maatalous, kaupunkiasutus ja metsäojitus, vaikutti vesikasveihin suoraan rantavyöhykkeen morfologisin muutoksin tai epäsuorasti ravinteisuuden kautta. Vesikasvien levinneisyyttä ja runsautta selitti myös pinta-ala ja syvyys, jotka liittyivät elinympäristön heterogeenisyyteen, sekä veden fysikaalis-kemialliset ominaisuudet, kuten pH, alkaliniteetti ja sähkönjohtokyky. Ekologiset luokittelumuuttujat olivat riippuvaisia mittakaavasta, koska rantavyöhykkeen läheisellä maankäytöllä oli suurempi merkitys muuttujille kuin koko valuma-alueen maankäytöllä. Kuitenkin mittakaavan merkitys vaihteli eri muuttujien välillä, kun referenssi-indeksi osoitti heikompaa vastetta maankäyttöön eri mittakaavoissa kuin tyyppilajien suhteellinen osuus ja prosenttinen mallin samankaltaisuus. Tämä luultavasti johtui siitä, että referenssi-indeksissä ilmaversoiset vesikasvit puuttuivat tutkittavista lajeista ja referenssiarvot olivat yhteiset riippumatta järvityypistä. Eri biologisiin ryhmiin perustuva luokittelujärjestelmä ilmensi hyvin vaihtelevasti ekologista laatua, minkä vuoksi eri muuttujia yhdistävä menetelmä, joka arvioi vesimuodostuman kokonaistilaa, on toteuttamiskelpoisin lähestymistapa boreaalisissa järvissä.