VÍZKÉMIAI VIZSGÁLATOK A MAGYAR DUNA-SZAKASZON TÓTH BENCE
BEVEZETÉS A vizek élôvilágának ökológiai viszonyait a különbözô környezeti tényezôk meghatározásával jellemezhetjük. A hidrobiológiai kutatásokban alapvetôen fontos és jól körülhatárolható feladata van a vízkémiai munkáknak. A Magyar Dunakutató Állomáson folytatott víz- és üledékkémiai vizsgálatoknak a célja mind a múltban és jelenleg is a dunai élôvilág számára környezetet jelentô víztér kémiai viszonyainak és dinamizmusának megismerése, továbbá az élôvilág élettevékenységével kapcsolatos, azzal ok-okozati összefüggésben lévô víz- és üledékkémiai változások kimutatása. Már az Állomás megalakulásakor a nagyszámú mintavétel és mérés során nyilvánvalóvá vált, hogy az adatok önálló rendszerbe állítva is értékelhetôk (pl. évszakos változások, vízállással való összefüggések, stb.). A vízkémiai kutatások megkezdésekor csupán kevés, alkalomszerû vízkémiai mérési adat volt fellelhetô (HAKI, KÖJÁL, Fôvárosi Vízmûvek, VITUKI laboratóriumaiban), ezért az Állomás dolgozói rendszeres, nem csak az élôvilág tevékenységével kapcsolatos, hanem a folyó ökológiai viszonyainak felderítésére irányuló mérések elvégzését tûzték ki célul. Ezen mérésekkel pár-huzamosan, megkezdôdött a Duna vizének optikai vizsgálata is, mely eredmények a késôbbi, az elsôdleges termelésre és az oxigén háztartásra irányuló kutatásokat alapozták meg (1970-es évek eleje). A szervesanyag-tartalom vizsgálata szintén az 1970-es évek elején kezdôdött meg. A Dunában zajló nitrifikációra irányuló vizsgálatok eredménye elôször 1988-ban jelent meg (DÉRI 1988). A dunai mederanyag és lebegôanyag vizsgálatok 2004-ben indultak el.
VÍZKÉMIAI VIZSGÁLATOK A mérések legnagyobb része a gödi Duna szakaszon (1669 fkm) történt (kétheti, illetve heti rendszerességgel), de számos tanulmány készült a folyó más szakaszain is (Dunaremete, Ásványráró, Gönyü, Neszmély, Esztergom, Vác, Budapest, Ercsi, Dunaújváros, Paks, Tolna, Baja és Mohács térségei, illetve különbözô mellékágak). E vizsgálatok során figyelemmel kísérték a kémiai alkotórészek változásait egy víztömegen belül a folyó vizével együtt haladva (DVIHALLY és KOZMA 1960), illetve méréseket végeztek több sorozatban a keresztszelvényekben és hosszanti irányban a folyás mentén azonos idôpontban mutatkozó eltérések felderítésére (DVIHALLY és KOZMA 1966, BOTHÁR et al. 1971). A számos mérés és adatelemzés során fény derült az összes só tartalom és a vízhozam közötti jelentékeny negatív korrelációra, mely a hidrológiai szakemberek körében is méltán nagy figyelmet kapott (DVIHALLY 1963, VÁGÁS 1963, DVIHALLY és VÁGÁS 1966). Leírták az áradások során megfigyelhetô klorid-ion koncentráció és lúgosság változását, mely „vízjárástörténeti vonallal” vagyis hurokgörbével írható le, illetve a Dunára jellemzô
23
„A DUNÁNAK, MELY MÚLT, JELEN S JÖVENDÔ... ” – AZ MTA MAGYAR DUNAKUTATÓ ÁLLOMÁS 50 ÉVE
évszakos változásokat, melyek a mai napig nyomon követhetôk. Ezek az ôszi és téli kisvizes idôszak és a kora tavaszi áradás, melyet a vízgyûjtôn zajló nagymérvû hóolvadás okoz. Alacsony vízállásnál a vízben található oldott anyagok magasabb koncentrációja jellemzô, míg áradások alkalmával a vízben oldott anyagok felhígulnak, a lebegtetett és görgetett hordalék mennyisége jelentôsen megnô. A vízgyûjtôn lehulló nagy mennyiségû csapadék, illetve a magasabb területeken fekvô hó elolvadása nyáron okoz áradást (zöldár). Az Állomáson végzett mérések publikált és publikálatlan eredményeibôl készült hosszú távú adatsorokat szemlélteti az 1–8. ábra.
25
20
15
10
5
2005
1995
1990
1985
1980
1975
1970
1965
0
1. ábra. A Duna vizének hômérséklete Gödnél 1965 és 2006 között (havi átlagértékek).
9,0 8,5 8,0 7,5 7,0 6,5
2. ábra. A Duna vizének pH-ja Gödnél 1965 és 2006 között (havi átlagértékek).
24
2005
1995
1990
1985
1980
1975
1970
1965
6,0
TÓTH BENCE: VÍZKÉMIAI VIZSGÁLATOK 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10
2004
1994
1989
1984
1979
100
3. ábra. A Duna vizének lebegôanyag-tartalma Gödnél 1979 és 2006 között (havi átlagértékek). 20
0,35
18
0,3
16 14
0,25
12
0,2
10 8
0,15
6
0,1
4
0,05
2
0
2005
1995
1990
1985
1980
1975
1970
1965
0
4. ábra. Nitrogén-formák a Duna vizében Gödnél 1965 és 2006 között (havi átlagértékek). 80 70 60 50 40 30 20 10
2005
1995
1990
1985
1980
1975
1970
1965
0
5. ábra. A Duna vizének kalcium- és magnézium-ion tartalma Gödnél 1965 és 2006 között (havi átlagértékek).
25
„A DUNÁNAK, MELY MÚLT, JELEN S JÖVENDÔ... ” – AZ MTA MAGYAR DUNAKUTATÓ ÁLLOMÁS 50 ÉVE 90 80 70 60 50 40 30 20 10 2005
1995
1990
1985
1980
1975
1970
1965
0
6. ábra. A Duna vizének szulfát-ion tartalma Gödnél 1965 és 2006 között (havi átlagértékek). 45 40 35 30 25 20 15 10 5 2005
1995
1990
1985
1980
1975
1970
1965
0
7. ábra. A Duna vizének klorid-ion tartalma Gödnél 1965 és 2006 között (havi átlagértékek). 600 550 500 450 400 350 300 250
2005
1995
1990
1985
1980
1975
200
8. ábra. A Duna vizének fajlagos vezetôképessége Gödnél 1975 és 2006 között (havi átlagértékek).
26
TÓTH BENCE: VÍZKÉMIAI VIZSGÁLATOK
OPTIKAI MÉRÉSEK ÉS A DUNA OXIGÉN HÁZTARTÁSA Az elsôdleges termeléshez szükséges fény mennyisége és minôsége alapvetôen meghatározza a vízben élô autotróf szervezetek aktivitását. A folyóvizek optikai tulajdonságai elsôsorban a víz által állandóan mozgásban tartott, lebegtetett hordalék mennyiségétôl függenek (DVIHALLY 1959). A lebegôanyag koncentrációja a vízállással mutat szoros összefüggést: az áradó folyó több lebegô anyagot szállít, ami nagyobb zavarosságot, így kisebb fényáteresztést tesz lehetôvé, míg az apadó folyó vize átlátszóbb (pl. DVIHALLY 1959, 1962) A vízbe jutó fény spektrális összetétele is számos mérés tárgyát képezte. A vízbe jutó fény intenzitás-változásának kifejezésére az addig használt Lambertféle extinkciós koefficiens helyett a Bunsen-féle koefficiens került bevezetésre, melynek segítségével kifejezhetô az a mélység (folyadék réteg vastagság) ahol a fény intenzitása már csak tizede a felszínre érkezô fénynek (DVIHALLY 1959). Az kezdeti eredmények azt mutatták, hogy a spektrum sárgászöld-zöld része – ami az asszimiláció folyamatára a legkevésbé hat – hatol át a legnagyobb mértékben a vízen, késôbb azonban gyakran tapasztalták, hogy a spektrum nagyobb hullámhosszú – az elsôdleges termelést leginkább elôsegítô – része jut le a vízbe, különösen alacsonyabb vízállásnál. A fényabszorpciós tulajdonságok változását a lebegôanyag összetételének és a Duna víz színének változásával magyarázták, és a folyó lassan, de biztosan kialakuló eutrofizációjának egyik okaként jelölték meg (DVIHALLY 1978–1979). Egy folyó oxigén-háztartásának alapja az elsôdleges termelés, az közvetlenül hat a folyó természetes tisztulására, ezért meghatározó ha a folyó ivóvízként, halászati hasznosítás, üdülési vagy sportolási célokra történô felhasználhatósága kerül szóba. Az Állomáson az oxigéntermelô képesség és a víz oxigén tartalmának mérése is nagy múltra tekint vissza. A közel 20 év mérési eredményeinek összefoglalásakor megállapítást nyert, hogy a Duna vizének oxigéntelítettsége az 1960-as évek adatihoz képest egyre szélesebb tartományban mozog, az átlagértékek enyhén csökkenô tendenciát mutatnak (9. ábra). A túltelítettség magyarázata a fényviszonyok megváltozásában, az alacsony telítettség az egyre nagyobb méretû folyószennyezésben rejlik. Az oxigéntermelô képesség 50
180 oldott oxigén
45
oxigén telítettség
160
40
140
35
120
30
100
25 80
20
60
15
2005
1995
1990
1985
0 1980
20
0 1975
5 1970
40
1965
10
9. ábra. A Duna vizének oldott oxigén tartalma (mg/l) és telítettsége (%) Gödnél 1965 és 2006 között (havi átlagértékek).
27
„A DUNÁNAK, MELY MÚLT, JELEN S JÖVENDÔ... ” – AZ MTA MAGYAR DUNAKUTATÓ ÁLLOMÁS 50 ÉVE
a nyári és ôszi hónapokban volt a legmagasabb, napi átlag értéke más folyókhoz viszonyítva közepesnek bizonyult (DVIHALLY 1984–1985). Az oxigén háztartást szintén befolyásoló nitrifikáció vizsgálata során merült fel, hogy egy áradás a nitrifikáció intenzitására – a felkeveredô üledék-részecskéken adszorbeálódott nitrifikáló mikroorganizmusok révén – is pozitív hatással van (DÉRI 1991). SZERVESANYAG-TARTALOM VIZSGÁLATOK A vízben oldott, illetve partikulált formában jelenlevô szervesanyag vizsgálata igen korán, már az 1970-es évek elején megkezdôdött. Az eredmények alapján a szerves anyag jellegzetes évszakos változást mutat (a nyári hónapokban alacsonyabb, a téli hónapokban magasabb mind a szûrt, mind a szûretlen víz kémiai oxigén igénye), viszont a partikulált szervesanyag aránya az összes szervesanyaghoz képest a nyári idôszakban jóval magasabb, mint télen. Szoros összefüggést állapítottak meg a szervesanyag termelô és lebontó folyamatok napszakos változásai és a szervesanyag évszakos változásai között (KOZMA 1975): nappal, megfelelô hômérsékleti és fény viszonyok mellett az építô, míg éjszaka a lebontó folyamatok dominálnak. Késôbbi hosszú távú adatelemzések azt mutatták, hogy a kémiai oxigénigény (KOIMn) értékei idôben csökkenô trendet mutatnak (10. ábra), a folyásirány-menti vizsgálatok azonban arra utaltak, hogy a magyarországi szakaszon növekszik a Duna szervesanyag-terhelése (TÓTH et al. 2005).
30 KOI KOI szûrt víz
25 20 15 10 5
2005
1995
1990
1985
1980
1975
1970
1965
0
10. ábra. A Duna vizének kémiai oxigénigénye Gödnél 1965 és 2006 között (havi átlagértékek).
28
TÓTH BENCE: VÍZKÉMIAI VIZSGÁLATOK
2004-ben kezdôdtek meg az Állomáson a dunai mederanyag vizsgálatok. Két helyszínen, egy depozíciós (Kismarossal szemben, 1688 fkm-nél), illetve egy eróziós (Gödnél, 1669 fkm-nél) partszakaszon folytak/folynak a kutatások. Míg a lassabb áramlású partközeli helyeken a bentikus szervesanyagban minden esetben a 0,45–63 µm (ultra finom) és 63–250 µm (nagyon finom) szervesanyag frakciók domináltak, addig az erôsebb áramlású helyeken a mederanyag heterogénebbnek bizonyult, és alacsonyabb szervesanyag tartalommal bírt. A bentikus szervesanyag tér és idôbeli változását a 11. ábra szemlélteti. A felületegységre vonatkoztatott szervesanyag-tartalom igen magas (TÓTH et al. 2006), a mederanyag százalékában kifejezve azonban jó egyezést mutat más nagy folyókon végzett kutatások eredményeivel.
VIZSGÁLATOK A DUNA MELLÉKÁGAIBAN Számos vizsgálat történt a folyó középsô szakaszán, a Gödi sziget melletti mellékágban, de a felsô szakaszon a Mosoni Dunán, az esztergomi mellékágban, az alsó szakaszon a tolnai mellékágban is végeztek méréseket az Állomás dolgozói. A vizsgálatok egyértelmûen alátámasztották a Duna mellékágainak jelentôsségét (DVIHALLY 1980–81, 1986). A lassan áramló mellékágakban a folyó által szállított hordalék leülepszik, biológiailag bontható szerves része táplálékul szolgál a bentikus szervezeteknek és a halaknak (TÓTH 1968). A hordalék kiülepedése kedvezôbb fényklímát eredményez, ami a fitoplankton oxigéntermelésére van pozitív hatással. Magasabb vízállásnál, amikor a mellékág (vagy holtág) közvetlenül kapcsolatba kerül a folyó fôágával, nagyban hozzájárul annak anyag- és energia-háztartásához (DVIHALLY 1974), így a mellékág – a lebontó folyamatokon keresztül – a fôág vizének természetes tisztulását segíti elô. Alacsonyabb vízállásnál, illetve a fôággal való kapcsolat megszakadásakor egyes fizikai és kémiai paramétereit tekintve már egy rövidebb mellékágban is jelentôs eltérések alakulhatnak ki (OERTEL 1982). A Szigetközben végzett vizsgálatok szerint a mellékági mederben szállított Duna-vizet a következôk jellemezték: magasabb hômérséklet, a lebegôanyag a fôág vizére jellemzô értéknek kb. harmada, magasabb autochton (vagyis a vízben keletkezô, tehát nem kívülrôl bejutó) szervesanyag tartalom, magasabb, bár erôsen a napszaktól függô oldott oxigén tartalom, jóval magasabb bruttó elsôdleges termelés mint a folyó fôágában. Azokban az idôszakokban, amikor a mellékág és a fôág kapcsolata az alacsony vízállás miatt megszûnt, a fitoplankton oxigéntermelésének intenzitása lecsökkent, majd állandósult. A szervetlen nitrogén- és foszforvegyületek mennyisége lecsökkent (DVIHALLY 1986). Napjainkban egyre többször kerül sor egyes feltöltôdött mellékágak rehabilitációjára, azonban sokszor a biológiai sokféleség megôrzése, vagy éppen ennek lehetôségének megteremtése nem elsôdleges szempont. A mellékágak jelentôsségét gazdasági érdekekkel – pl. hajózás – nem szabadna „versenyeztetni”.
29
„A DUNÁNAK, MELY MÚLT, JELEN S JÖVENDÔ... ” – AZ MTA MAGYAR DUNAKUTATÓ ÁLLOMÁS 50 ÉVE
11. ábra. A mederanyag szervesanyag tartalma Kismarosnál (KIM) és Gödnél (GOD) gyengébb (P) és erôsebb (S) áramlású helyeken, három mélységben (0–5 cm, 5–10 cm, 10–15 cm). Rövidítések: CBOM = durva (2360–710 µm), FBOM = finom (710–250 µm), VBOM = nagyon finom (250–63 µm), UBOM = ultra finom (63–0,45 µm) frakciók, AFDW = hamumentes szárazanyag.
30
TÓTH BENCE: VÍZKÉMIAI VIZSGÁLATOK IRODALOM BOTHÁR, A. – DVIHALLY, ZS. – KOZMA, E. (1971): Hydrobiologische Untersuchungen im Donauabschnitt zwischen Nagymaros und Megyer /Stromkm 1695–1656/. (Danubialia Hungarica LVII.) – Ann. Univ. Sci. Budapest Sect. Biol. 13: 5–18. DÉRI, A. (1988): Messung des Nitrifikationssauerstoffverbrauches der Donau bei Göd (Stromkm 1669) (Methodologische vorstudie). – 17. Arbeitstagung der IAD, Mamaia, Romania, pp. 75–79. DÉRI, A. (1991): The Role of Nitrification in the Oxygen Depletion of the River Danube. – Verh. Int. Ver. Limnol. 24: 1965–1968. DVIHALLY, ZS. (1959): Optikai vizsgálatok a váci Duna-ág alsógödi szakaszán. (Danubialia Hungarica II.) – Hidrológiai Közlöny 5: 357–364. DVIHALLY, ZS. (1962): Der gelöste Sauerstoff, die Schwebstoffmenge und die Trübung im Oberflächenwasser der Donau während des Jahres 1959. Danub. Hang. XV. – Arch. Hydrobiol. Suppl. 27. Donauforschung, 72–84. DVIHALLY, ZS. (1963): Adatok a Duna-víz kémiai viszonyainak értékeléséhez. – Hidrológiai Közlöny 43: 268–271. DVIHALLY, ZS. (1974): Estimation of the primary productivity of the Hungarian Section of the River Danube. (Danubialia Hungarica LXX.) – Ann. Univ. Sci. Budapest Sect. Biol. 16: 15–23. DVIHALLY, S. T. (1978–1979): Trübung und selektive Lichtdurchlässigkeit des Donauwassers. (Danubialia Hungarica XCI.) – Ann. Univ. Sci. Budapest Sect. Biol. 20/21: 5–12. DVIHALLY, ZS. T. (1980–1981): Über die Primärproduktion des oberen Donauabschnittes in Ungarn. (Danubialia Hungarica XCVI.) – Ann. Univ. Sci. Budapest Sect. Biol. 22/23: 29–33. DVIHALLY, ZS. T. (1984–1985): Daten zur Selbstreinigungskraft der ungarischen Donaustrecke. (Danubialia Hungarica XCIII.) – Ann. Univ. Sci. Budapest Sect. Biol. 24/26: 5–10. DVIHALLY, ZS. T. (1986): A kisalföldi Duna-szakasz oxigén-viszonyainak néhány sajátossága. – VEAB Kismonográfia sorozat, 1986. pp. 1–32. DVIHALLY, ZS. – KOZMA, E. (1960): Chemical investigations on the Hungarian section of the river Danube. (Danubialia Hungarica V.) – Ann. Univ. Sci. Budapest Sect. Biol. 3: 145–154. DVIHALLY, ZS. – KOZMA, E. (1966): Beitrag zur Kenntnis eines kleinen Zuflusses der Donau bei Alsógöd /Ungarn/. Danub. Hung. XXXVII. – Opuscula Zoologica Budapest Sect. Biol. 6: 109–117. DVIHALLY, ZS. – VÁGÁS, I. (1966): A Duna-viz klorid-tartalmának és lugosságának jellegzetes változása az 1965. évi tavaszi áradások során. – Hidrológiai Közlöny 46: 273–277. KOZMA, E. (1975): Untersuchungen über die Veränderungen des organischen Stoffgehaltes des Donauwassers. (Danubialia Hungarica LXXV.) – Ann. Univ. Sci. Budapest. Sect. Biol. 17: 31–39. OERTEL, N. (1982): A Duna fô- és mellékágának kapcsolata Gödnél, néhány vízkémiai komponens vizsgálata alapján. – Hidrológiai Közlöny 62: 469–474. TÓTH, B. – NOSEK J. – OERTEL, N. (2005): A szervesanyag és lebegôanyag hosszútávú változása a Dunában. – Hidrológiai Közlöny 85:152–154. TÓTH, B. – NOSEK, J. – OERTEL, N. (2006): Spatial and temporal changes in the benthic organic matter at the depositive and erosive zones of the Hungarian Danube. Proceedings 36th International Conference of IAD. Austrian Committee Danube Research – IAD, Vienna, pp 404–409. TÓTH, J. (1968): A mellékágak jelentôsége. – Halászat, 14: 173–174. VÁGÁS, I. (1963): Gondolatok és javaslatok a Dunavíz kémiai viszonyainak értékeléséhez – hozzászólás. – Hidrológiai Közlöny 46: 526–527.
31
Halrekesztô-Duna, Szigetköz, Ásványi ágrendszer (foto: Nosek J.).
„A DUNÁNAK, MELY MÚLT, JELEN S JÖVENDÔ... ” – AZ MTA MAGYAR DUNAKUTATÓ ÁLLOMÁS 50 ÉVE
32
