Общие замечания к методике количественного

Environmental Monitoring
in the Black Sea
Семинар “Организация
биологического
Meeting
Name, Dates,
Venue мониторинга Черного моря с борта судна и на стационарных
прибрежных станциях, 22-25 февраля 2016, Одесса, Украина
Общие замечания к методике
количественного
учета
фитопланктона и использование
интегральной оценки состояния
фитопланктона для определения
качества морской среды (методика
расчета, шкалы оценки качества)
Snejana Moncheva
Institute of Oceanology-BAS
Environmental Monitoring
in the Black Sea
Meeting
Name, Dates, Venue
Выбор индикаторов
Среди основных проблем в осуществлении ВРД и MSFD является растущий
спрос на надежных и достоверных методологических подходов в выборе
показателей для диагностики экологического состояния , принимая во
внимание
сложность
многофакторных
взаимодействий
и
ответов
фитопланктона , что , скорее всего, нелинейный , виды и регионов
специфические .
Основные трудности состоятся в том что:
видовое разнообразие и состав фитопланктонного сообщество проявляют
высокую пространственно - временная изменчивость как природной особенности
Отсутствие уникальных ( инженерные) видов, наличие или рост которые может
быть использован в качестве универсального индикатора
Отсутствие уникального сообщества специфических видов , которые могли бы
диагностировать типичного экологического состояния окружающей среды
Environmental Monitoring
in the Black Sea
Meeting Name, оценки
Dates, Venue
Интегральной
состояния фитопланктона для определения
качества морской среды
Количественные метрики
Таксономично базированные метрики
Непараметрические индексы биоразнообразия
Интегральный индекс IBI
Репрезентативны Анализ
качественого и количественого
состава фитопланктона
WFD – водные обекты (water
bodies)
MSFD – хабитаты водной средой
(water column habitats)
Методы пробоотбора
Честота пробоотбора
Методы лабораторны анализ
Крайбрежны 1069 km2 (~1/2 )
шельф - 1828 km2 (~1/5 от шелфа)
откритоморский - 7513 km2 (1/3)
10408 км2, (~ 1/3) из БГ ЕЕЗ
Environmental Monitoring
in the Black Sea
МетодыName,
пробоотбора
(Black sea phytoplankton manual,2010/2015/
Meeting
Dates, Venue
Оборудование
CTD rosette system
5-10 L Niskin, Go
Flow plastic bottles
Plankton net (10 µ
or 20 µ mesh size)
In situ fluorimeter
Secchi disk
трубы для интегрироного
отбора проб воды
Планктонная сетка (10 µ or 20 µ размер
ячейки)
Вертикальные горизонты
1м под повехности, 3/5м, 10/25,50,
75, 90-100м в
зависимости от
термо-галинный
профиль
и
показания
погружаемый
флюориметра
(термо/галоклин,
пикноклин, ХПС, глубоководны хлор.
мах
Интегрирования данных
“вертикальные” хабитатые
Частота пробоотбора
Полносезонны мониторинг
(1-2 в месяць)
Environmental Monitoring
in the Black Sea
Meeting
Name, Dates,
Venue
Методы лабораторны
анализ
(Black sea phytoplankton manual, 2010/2015)
microscope (iverted or light compound)*
25-50 ml PVC bottles with screw top caps for
archive of phytoplankton concentrated
samples
settling chambers (Utermoll) or
system
for
sub-sample
preparationdecantation of surface water
measuring cylinders (Class A)
counting
chambers
(Palmer-Maloney,
Sedgwick-Rafter, Utermoll)
automatic (adjustable volume) pipettes
glass microscope cover slips rectangular, 22 x
50mm, #1 thickness
micrometer
or video-interactive image
analysis system
Обьем суб проба очень важен для
учета биоразнообразие и тоже для
качественного анализа
Subsample preparation
•
седиментация, обратная фильтрация
•
Использование отстойных камерах
Sedgwick-Rafter камера с
сеткой
Environmental Monitoring
in the Black Sea
Meeting Name, Dates, Venue
Подсчет
Для подсчета фитопланктона , следует использовать фазовый контраст перевернутой
микроскоп с 400-600x увеличением. Подсчета клеток должно быть сделано на всей
счетной камере для редких видов и на разрезах
или случайных полей при
доминирующих видов . Минимальный размер выборки ( число клеток для подсчета )
должно превышать 400 чтобы достичь 95% доверительность.
Таксономическаая идентификация
Это является необходимым условием следовать систематической номенклатуры WoRMS
( http://www.marinespecies.org ) для унифицирования таксономических списков .
Примеры веб-сайте , обеспечивающие дополнительную информацию для анализа
фитопланктона дается в руководстве
Определение Биомасса
Биомасса определяется на основании морфо - метрическое измерение фитопланктонны
единиц . Необходимо унифицировать геометрических форм с целью расчета объема
клеток с той же геометрической трансформации для каждого таксона.
Environmental Monitoring
in the Black Sea
Bench Sheets
phytoplankton
Meeting
Name,forDates,
Venue record –QC/QA
DATASET-NAME:
*PROJECT:
*PLATFORM/SHIP :
*STATION COORDINATES:
*GEOGRAPHIC-COVERAGE:
*DATE & HOUR :
*BOTTOM DEPTH :
*SAMPLING DEPTH
*OBSERVED-PARAMETERS: (wind, current, chemistry)
*MEASURED/DETERMINED-PARAMETERS:
*COMPUTED/CONVERTED-PARAMETERS:
SAMPLING INSTRUMENTS AND METHODS:
Sampling instrument/equipment:
Sample volume :
Sample preservation and handling:
Responsible for data collection:
DETAILED TAXONOMIC-IDENTIFICATION and ANALYSIS:
Method of sample concentration:
Volume of the sub-sample analyzed:
Type of microscope used :
Magnification used:
Type of the counting chamber:
Area of the chamber analyzed:
Number of cells/ units counts:
Biovolume determination method:
Identification system/books:
Image library:
Storage media:
*QUALITY CHECK Procedure (available basic
documents):
Data entry (double entry):
*TAXONOMISTS IN CHARGE OF THE DETERMINATION:
(take part in sampling and sample-handling Workshops,
Taxonomic training Workshops, Intercalibrations , in
ring-tests)
Environmental Monitoring
in the Black Sea
IndicatorsName, Dates, Venue
Meeting
Phytoplankton structural indicators
Functional indicators
Общая биомасса [ мг / м3 ] /
хлорофилл а [ мкг / л ]
• Общая численность [ клеток / л ]
• Таксономическая структура ( таксономические
отношения )
• Видовое богатство / количество видов и
связанных с ними показателей
• Разнообразие (индексы )
• Размерная структура
• Доминирующие (ключевые виды), цветение
• Вредные виды ( гипоксия, токсичность)
• Виды вселенцы / соотношение к нативного
сообщества
• Первичная продуктивность
• Функциональные группы R / K ; C- S- R
(Reynolds Smayda , 1998 ; Smayda,
Reynolds 2001 )
• Морфо- функциональные показатели
(Миничева , 2003 )
• Автотрофы / гетеротрофы
• Жизненный цикл ( вегетативные
клетки / цисты )
• сукцесия
Список
индикаторов
согласованы
Консультативной группы по биологическому
разнообразию ( CBD AG), на
встрече в
Стамбуле , 31 марта - 1 апреля 2015
• Биомасса фитопланктона ( сезонные тенденции за
последние 3 года )
• Численность фитопланктона ( сезонные тенденции
за последние 3 года )
• Макс концентрация цветущих видов
• Соотношение биомассы диатомовых / динфлагелат (
весной )
• H- Шеннона 95 (биомасса )
• Хл ( сезонные тенденции за последние 3 года )
Environmental Monitoring
in the Black Sea
Meeting
Name,
Dates, Venue система (WFD)
Въбор
индикаторов
– класификационная
Количественные метрики
Таксономично базированные метрики
Непараметрические индексы биоразнообразия
Интегральный индекс IBI
Количественные метрики
Общая численость [cells/l]
Общая биомаса [mg/m3]
Chlorophyll a [mg/m3]
Определение границ классов качества дается
стоимости Допустимое отклонение ( AcDev ) от
референтного состояния ( REFCON ). EQR равна
1,00 , если Принимаемые статус лучше, чем или
равен REFCON и приближается к 0:00 как
отклонение от REFCON становится большим .
1. Определить рефернтное состояние
2. Определить границ класов
EQR -Соотношение экологическое качество
отношение наблюдаемого значения биологического параметра
k референтнoм величине
Environmental Monitoring
in the Black Sea
Meeting Name, Dates, Venue
Подход для идентификации рефернтых условиях
основан на :
 исторические данные относительно пристинного
периода болгарского побережья Черного моря (19541970 - опубликованные сезонные данные ) ;
 90 процентиль из долгосрочного набора данных
(период 1983-1998) для выбора "плохих значений " (от
периода интенсивного антропогенного эвтрофирования 80-х годов )
Експертное мнение
Биомаса, численость
Очень хорошее состояние = медиана 90
персентиля данных для периода 1954-1970
Очень плохое = 90 (верхний) перцентил
1983-1998 и експертное мнение
Environmental Monitoring
in the Black Sea
Meeting
Name,
Хлорофил
а Dates, Venue
10 (or 25) percentile - референтное
состояние
90 percentile - очень плохое -19902005 –кумулятивное разпределение
EQR граница между очень хороший и
референтном статуса всегда
устанавливается равным 0,95 (HELCOM,
2010). Таким образом, этот допустимое
отклонение от REFCON (5%) представляет
собой оценку отрывом неопределенности
для всех показателей
Мы принимаем размах “высоких класов” 2 раза больше чем соседние 2 класов , так что:
EQR Ref/High – EQR Good/Moderate = 2*(EQR Good/Moderate– EQR Poor/Bad)
EQR Poor/Bad = 0.19
Границы между очень хорошие /хорошее (H/G) и (G/M) по уравнение:
EQR High/Good = 0.5*EQR Ref/High + 0.5*EQR Good/Moderate = 0.81
EQR Moderate/Poor = 0.5*EQR Good/Moderate + 0.5*EQR Poor/Bad = 0.43
OSPAR, 2005, HELCOM, 2010
1-0.80
0.80-0.63
0.63-0.43
0.43-0.23
0.23-0.0
Environmental Monitoring
in the Black Sea
Meeting Name, Dates, Venue
мг/м3
CWT
1
2
EQR
Биомасса
Весна
Мн. Добро
2000-2500
Добро
2500-3500
Умерено
3500-5600
Лошо
5600-9000
Мн. лошо
>9000
1760-2200
2200-3000
3000-4700
4700-7500
>7500
1-0.80
0.80-0.63
0.63-0.43
0.43-0.23
0.23-0.0
Лето
CWT
1
2
EQR
мг/м3
CWT
1
2
EQR
Мн. Добро
400-700
400-700
Добро
701- 950
701- 950
Умерено
951- 2500
951- 2000
Лошо
2501– 5000
2001– 4000
Мн. лошо
>5000
>4000
1-0.80
0.80-0.63
0.63-0.43
0.43-0.23
0.23-0.0
Хлорофил
Пролет
Мн. Добро
1.8-2.3
1.3-1.7
Добро
2.3-3.3
1.7-2.5
1-0.80
0.80-0.63
Умерено
3.3-5.5
2.5-4.3
Лошо
5.5-9.6
4.3-8.5
Мн. лошо
>9.6
>8.5
0.63-0.43
0.43-0.23
0.23-0.0
Лято
CWT
1
2
EQR
Мн. Добро
<0.9
<0.7
Добро
0.9-1.5
0.7-1.2
Умерено
1.5-3.1
1.2-2.5
Лошо
3.1-7.0
2.5-5.5
Мн. лошо
>7.0
>5.5
1-0.80
0.80-0.63
0.63-0.43
0.43-0.23
0.23-0.0
Environmental Monitoring
in the Black Sea
Taxonomic
basedDates,
metrics
Meeting Name,
Venue
A number of dinoflagellate C-strategy species abundance Heterocapsa
rotundata, Heterocapsa triquetra, Scrippsiella trochoidea, Prorocentrum
minimum, Prorocentrum micans and Gymnodinium/Gyrodinium as a % of the
Total dinoflgellates abundance [DE%] (Smayda, Reynolds 2001
DE%
MEC%
Sum of the abundance of microflagellates + Euglenophyceae + Cyanophyceae as a %
from the total abundance of the phytoplankton community in summer
Для таксономических связанной Метрики MEC % и DE% подход такой же,
МЕС %
CWT
EQR
EQR
n
Мн.
Добро
2(5)-20
1-0.80
1-0.80
Добро
20-35
0.8 - 0.65
Умерено
35-55
0.65-0.45
Лошо
56-75
0.45-0.25
Мн.
лошо
>75
>0.25
0.80-0.63
0.630.43
0.430.23
0.23-0.0
DE%
CWT
Мн.
Добро
2(5)-20
Добро
20-35
Умерено
35-55
Лошо
56-75
Мн.
лошо
>75
EQR
1-0.80
0.8 - 0.65
0.65-0.45
0.45-0.25
>0.25
EQR
n
1-0.80
0.80-0.63
0.630.43
0.430.23
0.23-0.0
Environmental Monitoring
in the Black Sea
Meeting Name, Dates, Venue
BAC:DIN - Diatoms:Dinoflagellates spring biomass ratio (in spring) widely used in the Black Sea as
an indication of eutrophication related shifts in phytoplankton taxonomic structure
Bac:Din
CWT
EQR
Мн. Добро
10-8
Добро
8-6.3
Умерено
6.3-4.3
Лошо
4.3-2.3
Мн. лошо
<2.3
1-0.80
0.80-0.63
0.63-0.43
0.43-0.23
0.23-0.0
Nonparametric biodiversity indices
(Spatharis, Tsirtis, 2010)
Индекс Menhinick
(1964)
CWT
Мн. Добро
0.19-0.15
Добро
0.15-0.09
Умерено
0.09-0.05
Лошо
0.05-0.03
Мн. лошо
0.03-0.01
EQR
1.0-0.75
0.75-0.55
0.55-0.35
0.35-0.25
0.25-0
Menhinick (1964) (индекс биоразнообразия)
D = S/√N и
EQR n
1-0.80
0.43-0.23
0.23-0.0
CWT
Sheldon (1969)
EQR
Мн. Добро
0.96- 0.78
1.0-0.75
Добро
0.77-0.49
0.75-0.55
Умерено
0.48- 0.32
0.55-0.35
Лошо
0.31-0.21
0.35-0.25
Мн. лошо
0.20-009
0.25-0
1-0.80
0.80-0.63
0.63-0.43
0.43-0.23
0.23-0.0
E = exp(H’)/S
S e брой видов в пробе, N – общая численость [cells/l]
и H' – индекс Shannon-Weaver (1964) ( ln)
PRIMER v.5
EQR n
0.80-0.63
0.63-0.43
Индекс Sheldon (1969)
Environmental Monitoring
in the Black Sea
IBI
Meeting
Name, Dates, Venue
IBI
CWT
Мн.
Добро
Добро
1-0.80
0.80-0.63
EQR
Мы применяем правило
комбинирования метрик
предполагая равный вес (1),
предложенный (Spatharis, Tsirtis,
2010)
5
6
7
9
79
61
77
79
BG2BS000C001*
IBIм
IBIс
0.47
0.50
0.52
0.42
0.48
IBI-Фитопланктон
1.00
0.80
0.60
0.40
0.20
пе
ц'
Ш
аб
ла
Ру са
лк
а
К
ал иа
кр
а
Ба лч
ик
А лб
ен
а Га
В
л
ар
ат
на а В з ал
ар
на юг
з
ал
-с
ев
К ам
чи
Д
во я йн
иц
Н а ес
еб
ър
С
ар аф
ов
о
Ро се
не
К
о к ц Бу ет
рг рай
ас
с
ки з
М али
ас
в
ле
н но
С с оз
оп
ол
В
ар
ва
ра
В
ел
ек
а пе
ц
0.00
К
ра
Крапец
N
x103 B
Сhl1
Сhl2
Menh
Sheld
MEC DE
B:D
1548
1227
1.7
1.8
0.06
0.11
26
74
0.7
1367
450
2.9
3.7
0.05
0.14
30
41
1.7
618
617
1.1
1.2
0.10
0.18
58
71
1567
831
4.5
3.5
0.06
0.13
59
42
S
К
ра
M
Лошо
0.430.23
Мн.
лошо
0.23-0.0
В EQRs для комплексной биологической Индекс
рассчитывается как простая средняя арифметическая из EQRs
для каждой метрики , так как эти отношения
стандартизированы в 0-1 диапазоне
IBI
Ст
Умерено
0.630.43
0.49
0.47
Умерено
Environmental Monitoring
in the Black Sea
Meeting Name, Dates, Venue
Биомасса фитопланктона мг/м3
Весна
Лето
2.2 - 3.0
0.6 - 1.0
0.15 - 0.22
0.55 - 0.8
0.46 - 0.6
0.10 - 0.15
Сезон
Крайбрежный
Шельф
Откритое море
95 percentile дата сет
EQR = 0.63
Базисные величины для биомасса (g/m3) лето
Environmental Monitoring
in the Black Sea
Meeting Name, Dates, Venue
IBI-EQR - DIN by stations
0.8
IBI-EQR
0.6
0.4
0.2
y = -0.0111x + 0.6482
R2 = 0.5677
0
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
35.00
DIN (uM)
IBI-EQR-PO4 by stations
0.8
IBI-EQR
0.6
0.4
0.2
y = -0.1156x + 0.6448
R2 = 0.6674
0
0.00
0.50
1.00
1.50
PO4 (uM)
Moncheva, Boicenco, 2011. GIG Black Sea Intercalibration Report
2.00
2.50
3.00
Environmental Monitoring
in the Black Sea
Port activity
Tourism (nutrients)
Urbanization
Organic loads (BOD5)
Industrial discharges
Domestic discharges/WWTP
(nutrients)
River discharge
Station
Name
Agricultural diffuse inputs
Pressure scoring for the common type sites and EQR – IBI by stations (after
Meeting Name,
Dates,
Venue
normalisation)
; pressure
score: 1-low
pressure ; 2-moderate pressure ; 3-high pressure
TOTAL PresPRES- sure
SURES Index
Cazino
Constanta
Eforie
3
3
3
2
2
1,5
1
1
0,5
1
3
1,5
1
3
1,5
1
2
0,5
1
3
1
1
3
1,5
11
20
11
1,38
2,50
1,38
Costinesti
Mangalia
3
3
1,5
1
0
0
1
2
1
2
0,5
1
1
2
1,5
2
9,5
13
1,19
1,63
Vama Veche
Krapetz
Balchick
VG
VB-III
VB
Kamchia
3
2
1
0
0
2
3
1
1
0
0
0
0
3
0
2
1
1
3
3
1
1
0
1
1
2
3
0
1
2
1
1
3
3
2
0,5
1
1
1,5
3
3
1
0,5
1
3
1,5
3
3
1
0,5
0
1
2
1
3
0
7,5
9
9
8
15
20
11
0,94
1,13
1,13
1,00
1,88
2,50
1,38
EQR-IBI
Class
0,62 Moderate
0,32 Poor
0,55 Moderate
Good/
0,64 moderate
0,54 Moderate
Good/
0,65 moderate
0,59 Moderate
0,57 Moderate
0,68 Good
0,51 Moderate
0,39 Poor
0,59 Moderate
Environmental Monitoring
in the Black Sea
Thank you for your attention
Meeting Name, Dates, Venue
GES ???