Page History

{scrollbar}

h1. 01 Kennisregels fytoplankton in de KRW-Verkenner - Inleiding

NB: deze pagina is op dit ogenblik 'under construction'; om deze reden is de informatie nog niet compleet.

Onderstaande tekst geeft een overzicht van de ontwikkelde kennisregels voor fytoplankton zoals deze in de KRW-Verkenner worden toegepast. Achtereenvolgens worden de volgende onderwerpen behandeld:
- Voor welke watertypen gaat de maatlat 'fytoplankton' op?
- Wat is de opbouw van de maatlat?
- Wat zijn de stuurvariabelen voor fytoplankton?
- Wat zijn de rekenregels?
- Wat is de betrouwbaarheid van de betreffende rekenregels?
- Literatuur.

h1. 02 Watertypen

De kennisregels hebben betrekking op de volgende watertypen (codes volgens Van der Molen & Pot (update februari 2007) Referenties en concept-maatlatten voor Meren voor de Kaderrichtlijn Water)

•	M11 kleine (<0.5 km2), ondiepe (<3 m), gebufferde (1-4 meq/l) plassen
•	M14 matig grote (0,5-100 km2), ondiepe (<3m), gebufferde (1-4 meq/l) meren
•	M16 kleine (<0.5 km2), diepe (>3 m), gebufferde (1-4 meq/l) plassen
•	M20 matig grote (0,5-100 km2), diepe (> 3m), gebufferde (1-4 meq/l) meren
•	M21 grote (>100 km2), diepe (> 3m), gebufferde (1-4 meq/l) meren
•	M25 kleine (<0.5 km2), ondiepe (<3 m), gebufferde (1-4 meq/l) laagveenplassen
•	M27 matig grote (0,5 - 100 km2), ondiepe (<3 m), gebufferde (1-4 meq/l) laagveenmeren 
•	M30 zwak brakke (0,3 - 3,0 g Cl/l) wateren
•	M31 kleine (<5 km2) brakke tot zoute (> 3 g Cl/l) wateren

h1. 03 Maatlat fytoplankton

De doelvariabele 'fytoplankton' is opgebouwd uit twee deelmaatlatten:
- abundantie
- soortensamenstelling fytoplankton

De deelmaatlat soortensamenstelling is in de eerste versie van de conceptmaatlatten opgebouwd uit twee onderdelen:
- positieve indicatoren (sieralgen)
- negatieve indicatoren (bloeien van cyanobacteriën)
In een update van deze conceptmaatlatten (Van der Molen & Pot, 2007) is besloten de deelmaatlat positieve indicatoren vooralsnog te schrappen. Daarom wordt deze hier niet verder uitgewerkt. De maatlatscore wordt bepaald als het rekenkundig gemiddelde van de score voor abundantie en soortensamenstelling. Deze laatste wordt weer bepaald als het rekenkundig gemiddelde voor de onderdelen positieve soorten en negatieve soorten

3.1.	Abundantie
De abundantie van fytoplankton wordt uitgedrukt in de zomergemiddelde concentratie chlorofyl-a. Onderstaande tabel geeft de referentiewaarde en de klassengrenzen van chlorofyl-a voor de behandelde meertypen

Referentie en klassengrenzen voor de zomergemiddelde chlorofyl-a concentratie voor de verschillende typen meren (uit: Van der Molen, 2007).
PM tabel volgt nog

3.2.	Soortensamenstelling - negatieve soorten (algenbloeien)
De score voor de deelmaatlat negatieve soorten (algenbloeien) wordt bepaald uit de minst gunstige score van de op basis van celdichtheden gedefinieerde bloeien die in een monster worden aangetroffen. Tabel 2 geeft een overzicht van deze bloeien en bijhorende scores voor de verschillende meertypen. Indien geen van de beschreven bloeien wordt aangetroffen wordt geen score voor het onderdeel negatieve soorten toegekend (en wordt de deelmaatlat soortensamenstelling alleen bepaald door de score voor positieve soorten).

PM Tabel volgt nog

Omdat de deelmaatlat algenbloeien dient als een negatieve correctie op de chlorofyl-a maatlat, (Van der Molen, pers comm.) is aan de toestand 'geen bloei' geen score toegekend. In de praktijk blijkt wel dat de toestand van de Nederlandse meren wat betreft de EKR voor algenbloeien in de periode 1990-2003 sterk is toegenomen, en dat in een toenemend aantal meren geen bloeien meer worden aangetroffen. Omdat dit wel consequenties heeft voor de relaties met stuurvariabelen, is bij het afleiden van rekenregels aan de toestand 'geen bloei' een EKR van 0,7 toegekend.

h1. 04 Stuurvariabelen

4.1.	Abundantie
De chlorofyl-a concentratie in een meer wordt bepaald door een aantal factoren. Sommige van deze factoren zijn via maatregelen te beïnvloeden (deze factoren worden aangeduid als stuurvariabelen), andere zijn dat niet of nauwelijks en leggen onder gegeven omstandigheden slechts een randvoorwaarde op.

a) Nutriënten stikstof (N) en fosfor (P) worden vanouds beschouwd als de belangrijkste stuurvariabelen voor de chlorofyl-a concentratie in meren. Voor directe sturing is reductie van de nutriëntentoevoer de meest toegepaste maatregel. Voor nutriënten geldt volgens de wet van Liebig dat één van beide het groei-beperkende element is. Multi-lake studies (Portielje & Van der Molen, 1999; Portielje et al.,2004) laten zien aan dat op basis van zomergemiddelden van totaal-P en totaal-N wel een bovengrens voor chlorofyl-a gegeven kan worden, maar dat er daar beneden een zeer ruime spreiding is in de werkelijke chlorofyl-a concentraties.

b) Helderheid. Bij zeer hoge algenbiomassa of troebeling door overig zwevend stof (geresuspendeerd sediment, detritus, humus), of bij grote mengdiepte in diepere meren kan lichtlimitatie ook een rol spelen. Bij lagere chlorofyl gehalten, zeker wanneer deze in de range liggen rondom de klassengrens tussen de goede en matige toestand, zal lichtlimitatie echter veelal geen rol van betekenis spelen. Uitzondering hierop zijn meren die blootstaan aan een zeer sterke opwerveling van slib In het algemeen is abundantie van fytoplankton niet direct stuurbaar via lichtlimitatie. Indirect is dit wel het geval, via interactie met andere biologische groepen (zie punt d). Indien achtergrondstroebeling veroorzaakt wordt door hydromorfologische belastingen, zoals opwerveling door scheepvaart kan dit gevolgen hebben voor de fytoplankton doelstellingen. Aan de andere kant, bij hoge lichtbeschikbaarheid, is helderheid een stuurvariabele om de concurrentie tussen fytoplankton en waterplanten om het beschikbare licht in het voordeel van waterplanten te beïnvloeden, en daarmee top-down controle van fytoplankton (zie punt d) te induceren.

c) Systeemkenmerken (diepte, oppervlakte, bodemtype) van een meer zijn mede bepalend voor de relatie tussen chlorofyl en nutriënten, en verklaren een deel van de variatie van de meetpunten in figuur 2. Dit heeft wat betreft diepte met name te maken met de mengdiepte van het epilimnion en de tijd die algen doorbrengen in de eufotische zone. In de ondiepe meertypen speelt dit nauwelijks een rol. In deze info blads worden de effecten van systeemkenmerken grotendeels verdisconteerd door relaties tussen nutriënten en chlorofyl af te leiden per meertype, immers in de KRW typologie (Elbersen et al., 2003) zijn de M-watertypen (meren) onderscheiden op basis van oppervlakte, diepte en bodemtype.

d) Naast nutriëntenbeschikbaarheid, lichtlimitatie en systeemkenmerken wordt de chlorofyl-a concentratie mede bepaald door top-down controle door overige biologische groepen naast het fytoplankton.Door graas, allelopathische effecten (uitscheiden door waterplanten van voor algen giftige stoffen) et cetera, kunnen de chlorofyl concentraties aanzienlijk lager zijn dan de maximale waarde die op basis van de concentraties van nutriënten mogelijk is. Het is daarom noodzakelijk deze top-down effecten mee te nemen als stuurvariabelen bij de afleiding van rekenregels voor chlorofyl.

e) Voorts heeft ook de soortensamenstelling van het fytoplankton invloed op de abundantie. Zo is gebleken dat in meren met dominantie van draadvormige blauwalgen aanzienlijk hogere chlorofyl : P en chlorofyl : N ratio´s bereikt worden dan in meren met een gevarieerde fytoplankton samenstelling. Deze verhoogde ratio´s treden met name op in meren met een veenbodem (Portielje en Van der Molen, 1998), ofwel in de meertypen M25 en M27. Via deze weg is er een interactie met de deelmaatlat negatieve indicatoren, waarin voornamelijk blauwalgen zijn opgenomen. Daarnaast bezitten algen het vermogen om bij afnemende nutriëntenbeschikbaarheid efficiënter met nutriënten om te kunnen gaan om toch dezelfde biomassa te kunnen produceren. 

4.2.	Soortensamenstelling - Negatieve indicatoren (algenbloeien)
Op basis van een hiertoe verzamelde dataset van het voorkomen van algenbloeien in meren zijn middels multivariabele regressie relaties afgeleid tussen de EKR voor algenbloeien en enkele algemene eutrofiëringsvariabelen. Voor zand- en kleimeren is er een significant negatief verband tussen de EKR en het chlorofyl-a gehalte, en een positief verband tussen EKR en doorzicht. In de veenmeren (M25 en M27) is er een negatief verband met totaal-N en chlorofyl-a, en een positief verband met de ratio tussen doorzicht en diepte. Het sturen op lagere chlorofyl-a gehalten (middels nutriënenreductie) en een hoger doorzicht (via reductie van chlorofyl-a of achtergrondtroebeling heeft dus een gunstig effect op de score voor deze deelmaatlat.

h1. 05 Rekenregels

5.1.	Abundantie fytoplankton: rekenregels voor ratio´s chlorofyl : P en chlorofyl : N
Er zijn rekenregels ontwikkeld voor de relatie tussen nutriënten en chlorofyl (Portielje, 2005).Uit de landelijke dataset van meren en plassen zijn per meertype 90- percentielen voor de chlorofyl : P en chlorofyl : N ratio´s bepaald. Deze kunnen worden ingevuld in algemene rekenregels voor de te verwachten (90 % maximale) zomergemiddelde chlorofyl-a concentratie in relatie tot de totaal-P en totaal-N concentratie. Meerjaren met zeer hoge totaal-P of totaal-N concentraties (> 2x MTR) zijn buiten beschouwing gelaten. 

De n % maximale chlorofyl-a concentratie (met een overschrijdingskans van (100 -n)%) wordt berekend als het minimum van de producten van de actuele N- of P-concentratie en het nde percentiel van de chlorofyl : P of chlorofyl : N ratio. Voor berekening van de chlorofyl : N ratio wordt de totaal-N concentratie gecorrigeerd voor een inerte stikstof fractie van 0,67 mg N/l. De rekenregels hebben de volgende algemene vorm:

[chlorofyl-a]n% = Minimum { [totaal-P]*(chl/P)n% ; [totaal-N-0,67]*(chl/N)n% }

Hierbij wordt dus vooralsnog aangenomen dat interactie tussen N en P geen rol van betekenis speelt (slechts één van beide nutriënten is beperkend). Deze rekenregels zijn per meertype specifiek ingevuld. Tabel 3 geeft de 90-percentielen voor de chlorofyl : P en chlorofyl : N ratio voor verschillende meertypen. Deze 90 % maximale ratio's verschillen voor de ondiepe meren sterk tussen troebele meren (doorzicht < 0,6 m) en heldere meren (doorzicht > 0,6 m). Dit is te verklaren doordat in heldere meren top-down controle door grazers er voor zorgt dat de algenbiomassa laag wordt gehouden ten opzichte van de nutriëntenconcentraties.

Tabel. 90 % maximale zomergemiddelde chlorofyl : P en chlorofyl : N ratio's per meertype. In ondiepe meren is onderscheid gemaakt tussen heldere systemen (doorzicht > 0,6 m met top-down controle van fytoplankton, en troebele systemen (doorzicht < 0,6 m, zonder top-down controle).

PM tabel volgt nog

* De chlorofyl : N ratio is gecorrigeerd voor een inerte fractie van totaal-N van 0,67 mg N/l (Portielje & Van der Molen, 1998), i.e. de totaal-N concentratie die overeenkomt met 0 μg/l chlorofyl-a.

De rekenregels geven een risicobenadering, namelijk die totaal-N of totaal-P concentratie waarbij de kans dat een gewenst chlorofyl-a gehalte wordt overschreden kleiner is dan een aanvaarbaar geacht risico, in dit geval dus kleiner dan 10%.

5.2.	Soortensamenstelling - Negatieve soorten (algenbloeien)
De resultaten van de statistische analyse en de hieruit afgeleide rekenregels voor de EKR zijn samengevat in tabel 4. Voor de zand- en kleimeren zijn het zomergemiddeld chlorofyl-a gehalte en het zomergemiddeld doorzicht de belangrijkste bepalende factoren. Voor de veenmeren dragen, naast chlorofyl-a, totaal-N en de verhouding doorzicht : diepte significant bij. De overige getoetste variabelen dragen niet significant bij. Hierbij dient echter wel opgemerkt te worden dat de EKR weliswaar altijd significant negatief gecorreleerd is met totaal-P, maar dat door een sterke correlatie tussen totaal-P en chlorofyl-a bij een multivariabele regressie niet beide factoren significant bijdragen.

PM Tabel volgt nog

h1. 06 Betrouwbaarheid


6.1.	Abundantie
De rekenregels voor abundantie geven een risicobenadering, namelijk die totaal-N of totaal-P concentratie waarbij de kans dat een gewenst chlorofyl-a gehalte wordt overschreden kleiner is dan een aanvaarbaar geacht risico, in dit geval dus kleiner dan 10%. Deze benadering wordt ook toegepast bij het afleiden van nutriëntennormen. Het aantal meerjaren waarop deze 90-percentielen zijn gebaseerd verschillen tussen meertypen (zie tabel 3)

6.2.	Algenbloeien
Om de terugvoorspelbaarheid te toetsen zijn aan individuele datapunten EKR klassen (slecht: 0.0-0.2, ontoereikend: 0.2-0.4, matig: 0.2-0.4, goed: 0.6-0.8, zeer goed*: 0.8-1.0) toegekend voor zowel de berekende als de waargenomen EKR. Figuur 1 laat zien dat voor alle drie de geclusterde meertypen in een meerderheid van de gevallen de EKR klasse juist voorspeld wordt, en dat een afwijking van meer dan één EKR klasse zeer zeldzaam is. Dit ondersteunt de gekozen invulling van de fytoplankton deelmaatlat soortensamenstelling.
* de kwalificatie zeer goed komt niet voor daar de maximale score 0,7 is.

Figuur. Verschillen (uitgedrukt in aantal klassen) tussen voorspelde en gemeten EKR voor clusters van meren.

h1. 07 Literatuur

Bijkerk R (2005). Stuurbaarheid van fytoplankton. Een onderzoek naar de stuurvariabelen van fytoplanktonbloeien als doelvariabelen in de Kaderrichtlijn Water. Rapport 2005-096, Koeman & Bijkerk bv Haren, in opdracht van het RIZA.

Portielje R, Van Ballegooijen L & Griffioen A (2004). Eutrofiëring van landbouw-beïnvloede wateren en meren in Nederland - toestanden en trends. RIZA-rapport 2004.009. ISBN 9036 956293. 48 pp.

Portielje R (2005) Stuurbaarheid ecologische doelvariabelen KRW - abundantie fytoplankton in meren. RIZA Werkdocument 2005.081x.

Portielje R & Van der Molen DT (1999). Relationships between eutrophication variables: from nutrient loading to transparency. Hydrobiologia. 408/409, 375-387.

Van den Berg M (2004) Achtergrondrapportage referenties en maatlatten fytoplankton. Rapportage van de expertgroep fytoplankton.
http://themas.stowa.nl/Download.aspx?Filename=/uploads/Downloads/Articles/Achtergronddocument_fytoplankton_oktober_2004.pdf&DownloadType=1&dID=1755

Van der Molen DT & Pot R, red. (2007). Referenties en concept-maatlatten voor meren voor de Kaderrichtlijn water. Update februari 2007. STOWA 2004-42B.
http://themas.stowa.nl/Download.aspx?Filename=/uploads/Downloads/Articles/referentie_meren_feb2007.pdf&DownloadType=1&dID=1769