Hidrológiai Közlöny 2008 (88. évfolyam)
6. szám - IL. Hidrobiológus Napok: „A Balaton és vízrendszere – a Balaton-kutatás története” és „A Duna-kutatás története” Tihany, 2007. október 3–5.
165 A fitoplankton biomassza becslés hibái és alternatívái Sándor Anita 1, Borics Gábor 2 'DE Hidrobiológia tanszék, 4032. Debrecen, Egyetem tér 1. 2Tiszántúli Környezetvédelmi, Természetvédelmi és Vízügyi Felügyelőség Laboratóriuma, 4032. Debrecen, Hatvan u. 16. Kivonat: A fitoplankton biomasszájának becslése a megfigyelt egyedeken végzett méréseken alapul. Ennek a hagyományos - geometriai formákhoz történő hasonlítás módszernek a hibáját száz ember bevonásával, alga fajok ismert térfogatú makroszkopikus modelljein végzett mérésekkel becsültük. Munkánk eredményeként igazolást nyert, hogy a hagyományos térfogatbecslés során már az egyszerű alakok esetén is legalább 10%-os, a bonyolultabb alakoknál akár 80 %-os hibát is véthetünk. Zooplankton fajoknál régóta alkalmazott az a módszer, amikor a testtömeget valamely lineáris testméret és a térfogat közötti ismert összefüggés segítségével adják meg. Erre az algológiában is lehetőség van. Számos jellegzetes algaforma esetén megállapítottuk a testhossz és a testtérfogat közötti összefüggést, és több száz formát magába foglaló képkönyvtárat készítettünk. Száz ember bevonásával teszteltük, hogy e képkönyvtárból miként lehet kiválasztani a megfelelő alakot. Vizsgálataink eredményei alapján elmondható, hogy az alternatívaként javasolt alak katalógusból történő becslés csupán 15-25 % hibával terhelt, annak ellenére, hogy egyetlen mérésen alapul, így használata összehasonlíthatatlanul gyorsabb, mint a hagyományos eljárásé. Kulcsszavak: fitoplankton, biomassza becslés Bevezetés A fitoplankton szervezetek jelenlétének, ill. más trofikus szintekkel való kapcsolatának elemzése a vizekben rendszerint az ökológiai állapot egyik legfontosabb jellemzője (Dévai és mtsai. 1999, Grigorszky és mtsai. 1998, 2000). A fitoplankton állománybecslésének (Kreps et al. 1930) régóta alkalmazott gyors és kényelmes módszere a fotoszintetikus pigmentek, elsősorban a klorofill-a tartalom mérése. Ennek kü-lönböző technikái ismertek, úgymint a fotometriai mérések (Felföldy 1987), a különböző pigmentek arányának megadására is alkalmas fluoreszcencián alapuló módszerek, vagy a műholdakról végzett színképelemzések (Yoder et al. 1993, Joint et al. 2000, Engelsen et al. 2004). Ezek az eljárások azonban csak akkor alkalmazhatók, ha a fitoplanktont mint az elsődleges termelésért felelős alrendszert összességében vizsgáljuk, és nem kell figyelembe vennünk azt, hogy összetételét tekintve (mind taxonómiai, mind ökológiai szempontból) rendkívül heterogén együttesről van szó. A bizonytalanságot növeli, hogy egy faj, különböző környezeti feltételek mellett fejlődő populációinak pigment tartalma akár egy nagyságrendnyi különbséget is mutathat (Reynolds 1997). Az olyan kérdések megválaszolásakor, melyekhez ismernünk kell a fitoplankton összetételét, szükséges a vízminták mikroszkópos analízise. Ennek során megadható, hogy mely fajok, milyen mennyiségben vannak jelen a planktonban (Grigorszky és mtsai. 2003). A térfogategységre megadott egyedszám értékek (algaszám) változatlan összetételű fitoplankton mennyiségi viszonyainak jellemzésére is csak korlátozottan alkalmasak, mivel az algaegyedek mérete között rendkívül nagy különbségek lehetnek. Különböző fajok egyedeinek biomasszája között akár 10 4-en nagyságrendű különbségek is megfigyelhetők (Németh & Vörös 1986), de a fajon belüli variabilitás is meghaladhatja az egy nagyságrendet (Chlorococcales rendbe tartozó zöldalgák esetén, az anyasejt falán belül kialakuló leánysejtek száma akár 16 is lehet, s ez az anyasejt és az alakilag vele teljesen megegyező leánysejt biomasszáját tekintve több mint egy nagyságrendnyi különbséget jelent). A fitoplankton biomasszájának becslése a megfigyelt egyedeken végzett méréseken alapul (Smayda 1978, Hillebrand et al. 1999, CEN TC 230/WG 2/TG 3 2006). A gyakorlat az, hogy az egyes egyedeket, ill. bizonyos testrészeiket geometriai formákhoz (gömb, henger, kúp, stb.) hasonlítják, s azok jellemző méreteit veszik alapul a térfogatszámítások során. Az algák azonban nem tökéletes testekből épülnek föl. Sőt számos esetben (pl. fordított mikroszkópos vizsgálatok esetén) arra sincs mód, hogy az egyedeket megmozdítva azok tényleges alakjáról képet kapjunk, ugyanis a mikroszkópban csupán kétdimenziós képet látunk élesen. Problémát jelent az is, hogy a mikroszkóp okulár mikrométerének beosztása csak 1000-szeres nagyítás mellett sűrű kellőképp, a gyakorlatban használt 200x, 400x (640x) nagyítások esetén, az algaegyedek mérésekor az osztások közötti részt is figyelembe kell venni. Ezekből adódóan a biomassza becslése meglehetősen bizonytalan. Munkánk célja: - a hagyományos módon végzett fitoplankton biomassza becslés hibájának megadása, - javaslat a jelenlegi eljárásnál gyorsabb és pontosabb metódus kidolgozására. Anyag és módszer Arra kerestük a választ, hogy az ismert geometriai alakzatokhoz való hasonlítás módszere milyen hibákkal terhelt a különböző formák esetén. Ha pontosan tudni szeretnénk azt, hogy a becslés hibája mekkora, akkor ismert térfogatú algaegyedek többszöri lemérésével ez a hiba megadható. Az algaegyedek térfogata azonban nem ismert (ezért becsüljük). Tekintettel arra, hogy az algák valós térfogatát nem ismetjük, ismert térfogatú anyag felhasználásával elkészítettük az egyes fajok (ill. jellemző formák) makroszkopikus modelljeit, ami több évtizede ismert és alkalmazott módszer a hidrobiológiában (Lohman 1908, Sebestyén 1954, Tamás 1955). A modellek elkészítéséhez natúr gyurmát használtunk, melynek térfogatát vízkiszorítás alapján adtuk meg. Tíz mérést végeztünk és a kapott értékek átlagát tekintettük a valós térfogatnak. A modelleket több irányból lefényképeztük. Ezt követően a képeket számítógép monitorán jelenítettük meg, majd kiválasztottuk a legjellemzőbb pozíciójú képet. Az adott képet A4 méretben kinyomtattuk és a képre helyezhető mércékkel (melynek beosztásait úgy méreteztük, hogy az megegyezzen azzal az aránnyal, amely a mikroszkóp okulár mikrométerének beosztása és a gyakorlatban használt 400-szoros nagyítás melletti mikroszkópos kép méretei között áll fönn), közel 100 egyénnel lemérettük az egyedeket úgy, ahogyan azt a mikroszkópos vizsgálatok során is tesszük. A méréseket az egyszerűbb adatrögzítés és térfogatszámítás miatt megadott testtájakon kellett elvégezni. A méretek ismeretében a geometriai formákhoz történő hasonlítás módszerével kiszámoltuk a térfogatokat. Az eredményeket statisztikai módszerekkel értékeltük. A változók szórásának eltéréseit F-próbával, az átlagok eltéréseit pedig páros T-próbával vizsgáltuk. Mindezeket követően egy a fentiekben részletezett biomassza becslésnél gyorsabb és pontosabb alternatívát dolgoztunk ki.
