The natural variability of the biotic components, in particular of those showing seasonal cycles, often leads to significant changes of biomass as well as specific composition. This means that the choice of sampling frequency and distribution during the year may be crucial when assessing the ecological quality of a waterbody, starting from the structure of biotic communities. Among the four biological quality elements used to classify the lakes, three of them (phytoplankton, macrophytes and macroinvertebrates) show a marked seasonality and/or a certain degree of spatial variability. This document has the aim to evaluate how the metrics used are sensitive to the natural variability, especially respect to their response to the pressure gradients. The analysis was carried out on data collected during the project and is limited to phytoplankton and macrophytes, because the examination of autumn samples of macroinvertebrates, is still in progress. Regarding phytoplankton, three metrics defined by Italian national legislation (composition indices, chlorophyll and biovolume) were analyzed, comparing the variability due to anthropogenic origin (expressed by the gradient of total phosphorus) with the natural one (seasonal variations on different time scales) and estimating the uncertainty in the classification using different sampling frequencies. In the case of macrophytes, monitoring methods and classification were analyzed respect to their accuracy in assessing if the variability between sites, explained by a different anthropogenic pressure, is actually greater than the variance within the individual lake. In addition, we want to determine if the sampling effort, as established by the monitoring protocols, is adequate to the needs of the classification. Our analysis showed that the variability of phytoplankton metrics reflects the trophic gradient and is more significant than that explained by seasonal fluctuations, demonstrating the robustness of the indicators used. Moreover, the phytoplankton assemblages reveal a high stability in interannual patterns of succession. Conversely, the general formulation of the macrophytic index may need to be redefined to better understand the differences in ecological quality between lakes. Furthermore, as concerns macrophytes, a significant reduction of the sampling effort does not seem to be possible without compromising the quality of classification, while, as regards phytoplankton, it would be acceptable to reduce the number of annual samples from 6 to 4 without compromising the result of the classification, while observing the seasonality, because our analysis suggests that phytoplankton samples concentrated in a single season lead to increased uncertainty in the classification.

La variabilità naturale delle componenti biotiche, in modo particolare di quelle che mostrano cicli su base stagionale, porta a cambiamenti spesso significativi della composizione specifica e della biomassa. Questo significa che la scelta della frequenza di campionamento e la distribuzione dei prelievi nel corso dell'anno possono rappresentare dei fattori critici quando si tratta di valutare la qualità ecologica a partire dalla struttura delle comunità biotiche. Delle quattro componenti biologiche usate per classificare i laghi, tre (fitoplancton, macrofite e macroinvertebrati) mostrano una spiccata stagionalità e/o una certa variabilità spaziale. Il presente documento è stato redatto con lo scopo di valutare quanto le metriche utilizzate siano sensibili alla variabilità di origine naturale, soprattutto in relazione alla loro risposta rispetto ai gradienti di pressione. L’analisi è stata condotta sui dati raccolti nel corso del progetto ed è limitata al fitoplancton ed alle macrofite, poiché l’esame dei campioni autunnali dei macroinvertebrati è tuttora in corso. Per quanto riguarda il fitoplancton sono state analizzate tre metriche indicate dalla normativa nazionale (indici di composizione, clorofilla e biovolume), confrontandone la variabilità di origine antropica (espressa dal gradiente di fosforo totale) con quella naturale (stagionalità su diverse scale temporali) e stimando l’incertezza nella classificazione con frequenze di prelievo diverse. Nel caso delle macrofite, i metodi di monitoraggio e di classificazione sono stati analizzati rispetto alla loro accuratezza nel valutare se la variabilità tra ambienti, dovuta alla diversa pressione antropica, sia effettivamente maggiore rispetto alla varianza all’interno del singolo lago. Inoltre, si vuole valutare se lo sforzo di campionamento, previsto dai protocolli di monitoraggio, sia adeguato alle esigenze della classificazione. La nostra analisi ha messo in evidenza che la variabilità delle metriche fitoplanctoniche rispecchia il gradiente trofico ed è più significativa rispetto a quella spiegata dalle fluttuazioni stagionali, dimostrando la robustezza degli indicatori utilizzati e che le associazioni fitoplanctoniche rilevano un grande stabilità negli schemi di successione interannuali. Viceversa, la formulazione generale dell’indice macrofitico potrebbe necessitare di una ridefinizione per meglio cogliere le differenze di qualità ecologica tra i laghi. Inoltre, nel caso delle macrofite, una riduzione significativa dello sforzo di campionamento non pare possibile senza compromettere la qualità della classificazione, mentre, per quanto riguarda il fitoplancton, sarebbe accettabile ridurre il numero dei prelievi annuali da 6 a 4 senza compromettere il risultato della classificazione, rispettando comunque la stagionalità, poiché prelievi di fitoplancton concentrati in una sola stagione determinano una maggiore incertezza nella classificazione.

Variabilità naturale e legata a fattori antropici nei siti lacustri studiati / Morabito G.; Marchetto A.; Austoni M.; Oggioni A.; Luglie' A.; Mariani M. A.; Padedda B. M.; Sechi N.; Sesia E.; Ferrero T.; Fogliati P.; Fornaro G.; Pannocchia M.; Vietti F.; Ciampittiello M.. - (2012), pp. -34.

Variabilità naturale e legata a fattori antropici nei siti lacustri studiati

LUGLIÈ, Antonella Gesuina Laura;PADEDDA, Bachisio Mario;SECHI, Nicola;
2012

Abstract

La variabilità naturale delle componenti biotiche, in modo particolare di quelle che mostrano cicli su base stagionale, porta a cambiamenti spesso significativi della composizione specifica e della biomassa. Questo significa che la scelta della frequenza di campionamento e la distribuzione dei prelievi nel corso dell'anno possono rappresentare dei fattori critici quando si tratta di valutare la qualità ecologica a partire dalla struttura delle comunità biotiche. Delle quattro componenti biologiche usate per classificare i laghi, tre (fitoplancton, macrofite e macroinvertebrati) mostrano una spiccata stagionalità e/o una certa variabilità spaziale. Il presente documento è stato redatto con lo scopo di valutare quanto le metriche utilizzate siano sensibili alla variabilità di origine naturale, soprattutto in relazione alla loro risposta rispetto ai gradienti di pressione. L’analisi è stata condotta sui dati raccolti nel corso del progetto ed è limitata al fitoplancton ed alle macrofite, poiché l’esame dei campioni autunnali dei macroinvertebrati è tuttora in corso. Per quanto riguarda il fitoplancton sono state analizzate tre metriche indicate dalla normativa nazionale (indici di composizione, clorofilla e biovolume), confrontandone la variabilità di origine antropica (espressa dal gradiente di fosforo totale) con quella naturale (stagionalità su diverse scale temporali) e stimando l’incertezza nella classificazione con frequenze di prelievo diverse. Nel caso delle macrofite, i metodi di monitoraggio e di classificazione sono stati analizzati rispetto alla loro accuratezza nel valutare se la variabilità tra ambienti, dovuta alla diversa pressione antropica, sia effettivamente maggiore rispetto alla varianza all’interno del singolo lago. Inoltre, si vuole valutare se lo sforzo di campionamento, previsto dai protocolli di monitoraggio, sia adeguato alle esigenze della classificazione. La nostra analisi ha messo in evidenza che la variabilità delle metriche fitoplanctoniche rispecchia il gradiente trofico ed è più significativa rispetto a quella spiegata dalle fluttuazioni stagionali, dimostrando la robustezza degli indicatori utilizzati e che le associazioni fitoplanctoniche rilevano un grande stabilità negli schemi di successione interannuali. Viceversa, la formulazione generale dell’indice macrofitico potrebbe necessitare di una ridefinizione per meglio cogliere le differenze di qualità ecologica tra i laghi. Inoltre, nel caso delle macrofite, una riduzione significativa dello sforzo di campionamento non pare possibile senza compromettere la qualità della classificazione, mentre, per quanto riguarda il fitoplancton, sarebbe accettabile ridurre il numero dei prelievi annuali da 6 a 4 senza compromettere il risultato della classificazione, rispettando comunque la stagionalità, poiché prelievi di fitoplancton concentrati in una sola stagione determinano una maggiore incertezza nella classificazione.
The natural variability of the biotic components, in particular of those showing seasonal cycles, often leads to significant changes of biomass as well as specific composition. This means that the choice of sampling frequency and distribution during the year may be crucial when assessing the ecological quality of a waterbody, starting from the structure of biotic communities. Among the four biological quality elements used to classify the lakes, three of them (phytoplankton, macrophytes and macroinvertebrates) show a marked seasonality and/or a certain degree of spatial variability. This document has the aim to evaluate how the metrics used are sensitive to the natural variability, especially respect to their response to the pressure gradients. The analysis was carried out on data collected during the project and is limited to phytoplankton and macrophytes, because the examination of autumn samples of macroinvertebrates, is still in progress. Regarding phytoplankton, three metrics defined by Italian national legislation (composition indices, chlorophyll and biovolume) were analyzed, comparing the variability due to anthropogenic origin (expressed by the gradient of total phosphorus) with the natural one (seasonal variations on different time scales) and estimating the uncertainty in the classification using different sampling frequencies. In the case of macrophytes, monitoring methods and classification were analyzed respect to their accuracy in assessing if the variability between sites, explained by a different anthropogenic pressure, is actually greater than the variance within the individual lake. In addition, we want to determine if the sampling effort, as established by the monitoring protocols, is adequate to the needs of the classification. Our analysis showed that the variability of phytoplankton metrics reflects the trophic gradient and is more significant than that explained by seasonal fluctuations, demonstrating the robustness of the indicators used. Moreover, the phytoplankton assemblages reveal a high stability in interannual patterns of succession. Conversely, the general formulation of the macrophytic index may need to be redefined to better understand the differences in ecological quality between lakes. Furthermore, as concerns macrophytes, a significant reduction of the sampling effort does not seem to be possible without compromising the quality of classification, while, as regards phytoplankton, it would be acceptable to reduce the number of annual samples from 6 to 4 without compromising the result of the classification, while observing the seasonality, because our analysis suggests that phytoplankton samples concentrated in a single season lead to increased uncertainty in the classification.
Variabilità naturale e legata a fattori antropici nei siti lacustri studiati / Morabito G.; Marchetto A.; Austoni M.; Oggioni A.; Luglie' A.; Mariani M. A.; Padedda B. M.; Sechi N.; Sesia E.; Ferrero T.; Fogliati P.; Fornaro G.; Pannocchia M.; Vietti F.; Ciampittiello M.. - (2012), pp. -34.
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