Sampling of diatoms as bioindicators

Sampling of diatoms as bioindicators

• Påväxtprovtagning för kiselalgsanalys
• Maria Kahlert & Amelie Jarlman (SLU) (Jarlman HB, Lund)

Sampling of diatoms as bioindicators General

• Diatoms are used for biomonitoring of water quality in most countries in Europe, and also in USA, Australia, Japan and Brazil.

• For Europe, the diatom method is recommended for monitoring of almost all stream types (Hering et al. 2006).

• The method is based upon the fact that all diatoms have different optima and tolerance limits for different environmental variables (nutrients, organic pollution, acidity).

• Kiselalger används allmänt för att bedöma vattenkvalitet i Europa, liksom i många andra länder såsom USA, Australien, Japan och Brasilien.

• I Hering et al. (2006) rekommenderas kiselalger som bioindikator i de flesta typer av europeiska vattendrag.

• Metoden baseras på det faktum att alla kiselalger har optima med avseende på tolerans eller preferens för olika miljöförhållanden (näringsrikedom, organisk förorening, surhet mm.).

Sampling of diatoms as bioindicators General

• Diatoms are found almost everywhere, and their taxonomy and ecology is well documented.

• In some waters it is the only feasible biological method (Dell'Uomo 1996).

• Diatoms often reflect water quality better than other organisms (Prygiel och Coste 1996, Hering et al. 2006).

• Kiselalger finns nästan överallt och deras taxonomi och autekologi är väl dokumenterad.

• Ibland den enda genomförbara biologiska undersökningen (Dell'Uomo 1996).

• Ofta speglar kiselalger vattenkvaliteten bättre än andra organismer (Prygiel och Coste 1996, Hering et al. 2006).

How to sample diatoms as bioindicators?

• How to sample diatoms as bioindicators?

• Hur tar man prover för kiselalgsanalys?

• Following:

• SIS (2003). SS-EN 13946. Water quality – Guidance

• standard for the routine sampling and pretreatment

• of benthic diatoms from rivers

• (Vattenundersökningar - Vägledning för provtagning

• och förbehandling av bentiska kiselalger i vattendrag)

Why this course?

• Why this course?

• 10 % of the differences between diatom samples can be explained by the sampling (Prygiel et al. 2002). Experienced samplers have less errors.

• Varför denna kurs?

• Skillnader mellan prover kan till 10 % förklaras med provtagningen (Prygiel et al. 2002). Rutinerade provtagare gör färre fel.

Sampling must be done in the main stream channel. Avoid very strong or very slow flow. Prov tas i huvudfåran och områden med väldigt starkt eller långsamt flöde undviks.

• Sampling must be done in the main stream channel. Avoid very strong or very slow flow. Prov tas i huvudfåran och områden med väldigt starkt eller långsamt flöde undviks.

• Sampling is done in the euphotic zone (‘as deep as your arms’). Prov tas i den eufotiska zonen där dina armar når ner till stenarna.

• The substrate must have been under water at least 4-6 weeks before sampling. Substratet måste ha varit täckt av vatten 4-6 veckor före provtagning.

• Do not sample in deep shadow.* Undvik kraftigt skuggade lokaler.*

Sampling site

• In case of repeated sampling, use the same marked sampling site. Document by x/y coordinates, fixed points at the shoreline, a drawing (and a photograph). Vid återkommande provtagningar används fasta provtagningssträckor. Läget anges med x/y-koordinater, samt relateras till fixpunkter på land och dokumenteras med skiss och ev. foto.

• Use a field protocol. Använd fältprotokoll.

Sampling is done along a 10 m long ’river segment’, which

• Sampling is done along a 10 m long ’river segment’, which

• is as representative for the stream as possible regarding

• substrate, vegetation, depth, velocity, and light.

• Prov tas från en ca 10 m lång provtagningssträcka, som är

• representativ för lokalen när det gäller bottensubstrat, vegetation,

• vattendjup, vattenhastighet och ljus.

Sampling should, if possible, be carried out across the

• Sampling should, if possible, be carried out across the

• whole river, otherwise as long out as possible.

• Provtagningssträckan omfattar helst hela vattendragets bredd; annars

• så långt ut i vattendraget som är möjligt, beroende på djup- och

• strömförhållanden.

Do not sample areas close to the bank.

• Do not sample areas close to the bank.

• Området närmast strandkanten undviks dock.

Diatoms can be found on many substrates, but if possible, sample STONES Kiselalger växer på många substrat, men ta prover helst från STEN

Collecting the diatoms

• Stones

• Submerged for at least 4-6 weeks before sampling

• Not covered by filamentous algae or mosses

• ~ 10-25 cm Ø (’cobbles’)

• at least 5 stones

• Oligotrophic / small stones: at least 10 stones

• Stenarna

• under vatten i minst fyra veckor före provtagningen

• utan trådformiga alger/mossa

• ~ 10-25 cm i diameter

• minst 5 stenar

• näringsfattigt / små stenar: minst 10 stenar

Fill a jar with a certain volume of clean stream water (200-500 ml depending on sample bottle size)

• Fill a jar with a certain volume of clean stream water (200-500 ml depending on sample bottle size)

• Filter the stream water if turbid

• Hold stone above tray

• Brush upper surface of stones vigorously with a new/clean toothbrush to remove the diatoms

• Use little of the stream water to rinse the diatoms from toothbrush and stones into the tray

• Brush and rinse at least 3 times per stone

• Water in tray should be brown and turbid

Tag 200-500 ml rent å-vatten i ett litermått (beroende på provtagningsburkarnas storlek).

• Tag 200-500 ml rent å-vatten i ett litermått (beroende på provtagningsburkarnas storlek).

• Filtrerar vatten om den är grumligt

• Håll stenen över vannan.

• Borsta den övre ytan och skölj ner materialet i vannan med små mängder av vattnet.

• Borstningen och sköljningen upprepas åtminstone 3 gånger på varje sten.

• Vattnet i vannan ska vara tydligt grumligt till slut.

Homogenize sample and transfer the water from tray into labelled sample bottles:

• Homogenize sample and transfer the water from tray into labelled sample bottles:

• Two 100-250 ml bottles + one 20 ml bottle (1 sample for analysis, 1 spare sample, 1 small one for analysis of living algae)

• Note volume of used stream water and number of scraped stones in field protocol

• Materialet blandas noggrant och hälls i två 100-250 ml burkar. För analys av levande material fylls även en liten burk på ca 20 ml.

• Hur många stenar som borstats samt hur mycket vatten som använts ska anges på fältprotokollet.

Allow the large bottles to stand until material has settled on the bottom of the jar.

• Allow the large bottles to stand until material has settled on the bottom of the jar.

• Pour off 2/3 of the clean supernatant and replace with 96% ethanol.

• Send one bottle to diatom expert.

• Store the other bottle until the analysis is finished.

• Keep the small bottle cool and dark and send it to the expert as soon as possible after sampling.

• Låt stora burkarna stå tills materialet sjunkit ordentligt och dekantera därefter av ca 2/3 av vätskan och ersätt med 96% sprit.

• Ena burken skickas till kiselalgsexperten och den andra sparas

• Lilla burken förvaras mörkt och svalt och skickas ofixerad, senast dagen efter provtagningen, till experten.

alternatives substrates

• SE recommendation: submerged macrophytes (NOT too old or too young plants!)

• other:

• vertical man-made surfaces in situ
• introduced (’artificial’) substrates (tiles, rope, not glass)
• macroalgae
• emergent macrophytes (stems)

• SE rekommenderar: submersa makrofyter (OBS ej för gamla eller unga växter!)

• andra:

• vertikala konstgjorda ytor in situ såsom betong, flytblock
• introducerade konstgjorda ytor (kakel, rep, ej glas)
• makroalger
• övervattensväxter (stjälkar)

Sampling:

• Sampling:

• hard substrate: as stones

• macrophytes/rope: sample/cut at least 5 replicates and place in sample bottle with clean stream water, shake vigorously and remove substrate

• Provtagning:

• hårda substrat: som stenar

• makrofyter/rep: plockas/klipps av och läggs i burken med å-vatten. Burken skakas kraftigt, varefter materialet kramas ur och avlägsnas

Macroalgae/bacteria

• In case of ≥ 50% cover of macroalgae or presence of macroscopic bacteria cover (greyish-white bushy filaments):

• take a sample, store cool and dark with a little stream water, and send to algal expert for analysis
• note degree of cover in field protocol

• Om det finns ≥ 50% täckning av makroalger på provtagningslokalen eller makroskopiskt bakteriepåväxt (gråvita/beiga tofsar), även i mindre mängd

• ta ett prov, förvara det mörkt och svalt med lite å-vatten, och skicka till experten
• täckningsgraden anges på fältprotokollet

Sampling time/tiden för provtagningen

• SE recommendation:

• Long term monitoring: autumn sampling before macrovegetations decay

• Frequency: yearly sampling

• Other aims: sampling is possible during the whole year

• The diatom community is adapted to changes in water quality during the

• whole year.

• (Iserentant and Blancke 1996; Rimet et al. 2005; Kahlert & Andrén 2005).

• However, sudden changes will be reflected already after some day.

• (Lowe & Pan 1996, Eloranta 1999; Hirst et al. 2004).

• SE rekommenderar

• Tidsserieövervakning: provtagning under hösten innan nedbrytningen av makrovegetationen

• Frekvens: ett prov per år

• andra ändamål: prov kan tas i princip året om

• Kiselalgssamhället återspeglar förhållandena i vattendraget under en längre

• period, upp till ett år före provtagningen. Samtidigt reagerar organismerna så

• pass snabbt på förändringar att t.ex. punktutsläpp kan spåras redan efter

• någon dag.

LAKES/SJÖAR

• Littoral diatoms as bioindicators:

• Tested successfully in several European countries: UK, Austria, Hungary, Spain

• One site per lake, if it is chosen with care, is sufficient to reflect the water quality of the lake (King et al. 2005).

• Advantage above sediment diatoms: simple sampling and finer temporal tuning (King et al. 2000).

• Kiselalger från littoralen som bioindikatorer:

• Framgångsrikt testat i flera EU länder: UK, Österrike, Ungern, Spanien

• En enda noga vald lokal återspeglar vattenkemin för hela sjön (King et al. 2005).

• Fördelen gentemot kiselalger från sediment: enklare provtagning och bättre tidsmässig upplösning (King et al. 2000).

Operational monitoring Lessons from UK

• UK recommendation for operational monitoring of nutrient

• reduction in streams (e.g. by water treatment plants) (Kelly

• 2003):

• Use of at least 4 sampling sites per discharge

• Repeated sampling (at least six samples to ensure statistical power)

• UK rekommendation för operativa övervakningen av närsaltsreducering

• i vattendrag (t.ex. genom reningsverk) (Kelly 2003):

• Minst 4 provtagningslokaler per ‘utsläpp’

• Upprepade provtagningar (minst 6 provtagningar för en säker statistik)

Operational monitoring Sampling stations monitoring a point source

Operational monitoring Temporal and other variation