A Balaton vízminősége és az algák

Vörös Lajos
MTA Ökológiai Kutatóközpont, Balatoni Limnológiai Intézet, Tihany

A világ tavainak többségét, így a Balatont is az eutrofizáció, azaz a lebegő mikroszkópikus algák (fitoplankton) túlzott mértékű elszaporodása veszélyeztette, elsősorban a Zala folyó által szállított megnövekedett foszforterhelés miatt. A tó trofitása a 20. század hetvenes éveiben drámaian megnőtt. A nyári hónapokban rendszeressé váltak a fonalas, nitrogénkötő cianobaktériumok (kékalgák) okozta tömegprodukciók (vízvirágzások). A Balaton domináns cianobaktériumai (Cylindrospermopsis raciborskii, Aphanizomenon és Anabaena fajok) potenciális méregtermelő szervezetek voltak. A trofitáscsökkentő nagyberuházások (parti települések szennyvizeinek kivezetése a vízgyűjtőről, szennyvizek foszformentesítése, Kis-Balaton tározórendszer és a Marcali-tározó megépítése) hatására jelentősen, mintegy harmadára csökkent a tó külső foszfor terhelése, ennek következtében fokozatosan és jelentősen csökkent a planktonikus algák biomasszája is. Ennek eredményeként napjainkban már a Balaton nyugati területe, a Keszthelyi-medence is alkalmas fürdésre.

Az egysejtű algák vízgazdálkodási jelentősége

Az egysejtű algák kutatásának kezdete egybeesik a mikroszkóp felfedezésével. Az első algológiai tárgyú hazai publikációk több mint 100 évesek. Mind a hazai, mind a nemzetközi tudományos életben, a természetben élő algák tanulmányozása sokáig tisztán alapkutatás jellegű volt, mindaddig, míg az ipar, a mezőgazdaság és az urbanizáció fejlődése következtében fel nem lépett az a gond, amit ma eutrofizáció néven illet a szakirodalom.

A felszíni vizekbe a kommunális és ipari szennyvizekkel, a szerves- és műtrágyák bemosódásával bejutó növényi tápanyagok a bennük élő növények szaporodását serkentik. Természetes és mesterséges tavak esetében a vízben lebegő, planktonikus algák túlzott mértékű elszaporodása okozza a gondot. Az algák a vízi életközösségek nélkülözhetetlen elemei, a földi élet evolúciója során ezek a parányi élőlények teremtették meg oxigéntermelésükkel a magasabbrendű élet alapjait. A Balaton ökológiai rendszerében is nélkülözhetetlenek. Azonban az algák túlzott mértékű elszaporodása jelentős ökológiai kockázattal jár és számos emberi vízhasználatot megnehezít vagy akár lehetetlenné tesz. Az erősen algásodott tóban csak a felső és az egész víztömeghez képest elhanyagolhatóan vékony vízrétegbe jut le fény, az algák szaporodását és fotoszintézisét ekkor már nem a két leggyakoribb limitáló tápelem a nitrogén vagy a foszfor, hanem a fény korlátozza.

Az eutrofizáció során nem csak az algák tömege növekszik, hanem megváltozik az egész tó élővilága, sőt a víz, az üledék kémiai és fizikai tulajdonságai is megváltoznak. Az eutrofizáció egy törvényszerűen összefonódó komplex eseményláncolat, amely a legtöbb, de nem minden esetben a víz használati értékének csökkenését okozza. Ráadásul, a mérsékelt és a meleg égövi tavakban a nyaranta tömegesen elszaporodó mérgező cianobaktériumok (kékalgák) a haszonállatok, sőt az ember megbetegedését vagy halálát is okozhatják.

A fentiekből következik az is, hogy gyakorlati szempontból kitüntetett fontossággal bír felszíni vizeinkben az algák mennyiségének ismerete, de az sem közömbös, hogy egy adott vízben milyen algafaj szaporodik el. Az eutrofizáció nyomon követése, okainak feltárása, az algásodás okozta vízminőség romlás megismerése és a védekezés módjának meghatározása megköveteli a fitoplankton mennyiségi és minőségi viszonyainak pontos megismerését és szabatos leírását. A Balaton nemcsak üdülésre és fürdőzésre szolgál, hanem fontos ivóvízbázis is, partjain több ivóvízkivételi mű üzemel. A potenciálisan toxintermelő kékalgák tömeges elszaporodása a 20. század nyolcvanas éveiben súlyos veszélyt jelentett az ivóvíztermelés biztonságára és a fürdőéletre.

A Balaton eutrofizálódása

A Balaton fitoplanktonjának mennyiségi és minőségi viszonyait kielégítő pontossággal 1965-óta ismerjük. Ekkor kezdődött meg az MTA Ökológiai Kutatóközpont Balatoni Limnológiai Intézetben (akkori nevén: Biológiai Kutatóintézet) a mai napig nemzetközi standard módszernek számító fordított planktonmikropszkópos eljárással a fitoplankton tömegének és összetételének a tó egész területére kiterjedő rendszeres vizsgálata. Bár a mennyiségi algavizsgálatok már az 1930-as években elkezdődtek, a korábbi módszerek szükségszerű és utólag nem megismerhető mértékben alulbecsülték az algák mennyiségét. Egyébként az algák összes mennyiségét a nemzetközi gyakorlatban rendszerint nem a nagyon munkaigényes mikroszkópi vizsgálattal állapítják meg, hanem a zöld növényi festékanyag, az a-klorofill műszeres mérésével, ami gyors, egyszerű és speciális szakértelmet nem igénylő eljárás. A két módszer eredményei egymásba átszámíthatók.

A felszíni vizekben az algaszaporodást leggyakrabban a foszfor és a nitrogén kínálat szabályozza. A nitrogén hiányát azonban a mérsékelt és a meleg égövön tenyésző nitrogénkötő kékalgák a légköri molekuláris nitrogén megkötésével kompenzálni tudják, ezért egyetlen tápelem, a foszfor az, amelynek túlkínálata nemkívánatos algásodáshoz vezethet, így volt ez a Balaton esetében is. Ismert egyéként az, hogy a világóceánok egyharmadán nem a nitrogén, nem a foszfor, hanem az oldott vas korlátozza az algák szaporodását. A Balaton vizutánpótlásának a felét a Zala folyó szállítja, ugyanakkor Zalaegerszeg városa mintegy hatvanezer lakosával és iparával a tó külső foszforterhelésének is közel felét adta a Zala folyó közvetítésével. Nem véletlen tehát, hogy a tó területének mintegy 6%-át kitevő Keszthelyi-medence a tó legnagyobb mértékben terhelt területe. A hatvanas években a Zalában az ortofoszfát-foszfor koncentrációja alacsony, kevesebb mint 100 µg/l volt, amely érték a nyolcvanas évek közepére 1000 µg/l fölé emelkedett (1. ábra).


1. ábra A foszfor koncentrációjának évtizedes változása 1968 és 1985 között a Zala folyóban, Zalaapátinál.

A megnövekedett foszforterhelésre az algák azonnal reagáltak, és a terhelés növekedésével arányosan tömegük gyorsan megnőtt. A nyolcvanas évek elejére az algabiomassza elérte maximális értékét és ez gyakorlatilag a kilencvenes évek közepéig nem változott (2. ábra).


2. ábra Az algák biomasszájának a-klorofillban kifejezett évtizedes változása a Keszthelyi-medencében 1965 és 1985 között (nyári átlagértékek).

A fitoplankton összetételének és tömegének évszakos változásai, a kékalgák jelentősége

Az algák mennyisége a planktonikus élőlényegyüttesekben nem állandó, évszakosan meglehetős szabályossággal változik. A Balaton nyíltvizében legnagyobb tömegben a kovamoszatok és a kékmoszatok (cianobaktériumok) fordulnak elő. A kovamoszatok általában tavasszal, március és április hónapban tömegesek. A kékalgák -rendszerint a kovamoszatokat jelentősen meghaladó tömegű- elszaporodásának időszaka a nyár, ami szerencsétlen módon egybeesik a tó legintenzívebb turisztikai igénybevételével. A Balaton uralkodó cianobaktérium fajai képesek a légköri molekuláris nitrogén megkötésére. Általános tapasztalat, hogy a kékalga-tömegprodukciók kialakulása szorosan összefügg az időjárással és ezen belül is a vízhőmérséklet alakulásával. Feltehetően az egyes évek meteorológiai különbségei játszanak döntő szerepet abban, hogy azonos külső tápanyagterhelés mellett a tó algásodottságának mértéke egyik évről a másikra akár két-háromszoros különbséget mutathat.

A Balaton nyári algaegyütteseiben 1982-ben egy cianobaktérium, a Cylindrospermopsis raciborskii lett a legtömegesebb (3. ábra).


3. ábra A Cylindrospermopsis raciborskii mikroszkópi képe (a fonal hossza 100 µm).

Ez a trópusi eredetű faj ausztráliai, dél-amerikai, indiai és afrikai eutróf vizekben közönséges, a Balatonban 1978 nyarán mutattuk ki először kis mennyiségben a Keszthelyi-medencében. 1994-ben, az eddig észlelt legsúlyosabb algatömegprodukció idején a Balaton teljes víztömege gyakorlatilag ennek az algának a tisztatenyészetévé vált, a fitoplankton tömegének több mint 90%-át e faj populációja alkotta,a tó egész területén. Az 1994 évi algatömegprodukció nemcsak a vízhasználó közönséget, de a szakembereket is meglepte, mert ekkor már a tó külső foszforterhelése jelentős mértékben csökkent az üzembe helyezett nagyberuházások hatására. A C. raciborskii ma is tagja a tó algaflórájának, de egyeduralkodó szerepe megszűnt. Más fonalas kékalga fajokkal közösen alkotja a nyári biomassza maximumokat (4. ábra).


4. ábra Példa a fitoplankton tömegének és összetételének évszakos változására 2005-ben és 2006-ban a Keszthelyi-medencében (a biomassza (nedves tömeg) mintegy 0,4%-a az a-klorofill).

A Balaton vízminősége szempontjából nemcsak az jelentette a gondot, hogy a nyári hónapokban a legalgásodottabb a víz, hanem tetézte a bajt, hogy ekkor a cianobaktériumok voltak a legtömegesebbek, amelyek az édesvizi algák közül az egyedüli toxintermelők. A cianobaktérium toxinok nemcsak a vízi élővilágra hatnak, hanem az emberi szervezetre is veszélyesek lehetnek. A vízpermettel az orrba, szembe kerülő kékalgák nyálkahártya bántalmakat, asztmatikus tüneteket okozhatnak. Fürdőzőknél bőrirritációt okozhatnak, a véletlenül lenyelt vízzel az emésztőrendszerbe kerülve lázat, hányást és hasmenést idézhetnek elő. Utóbbi különösen gyermekeknél gyakori jelenség. Irodalmi példákból ismert, hogy viszonylag gyakori az az eset, amikor ivóvíznyerésre szolgáló víztározókat kellett kikapcsolni időszakosan a vízellátásból, mert a víztisztítási műveletek során a toxinok csak részlegesen voltak eltávolíthatók.
A C. raciborskii toxintermelését 1985-ben észlelték Ausztráliában. 1992-ben egy amerikai kutatócsoport meghatározta kémiai szerkezetét, és ezt az alkaloidát cylindrospermopsin-nak nevezték el. A méreg hatásmechanizmusa mindmáig kevéssé ismert. A kékalgák méregtermelése nem állandó, fajra jellemző tulajdonság, előfordul, hogy ugyanazon faj populációjának toxintermelése egy adott tóban térben és időben is erőteljesen változik. Egyazon faj különböző populációi eltérő mértékű toxicitást mutathatnak, és gyakran előfordulnak toxint egyáltalán nem termelő törzsek is. A későbbiek során szerencsére bebizonyosodott, hogy a Balatonból izolált C. raciborskii nem termeli a cylindrospermopsint.

A Balaton “megmentése”

Joggal merült fel az a kényszerítő igény, hogy a Balaton algásodását csökkenteni kell, ha el akarjuk kerülni az ökológiai katasztófát és meg akarjuk tartani idegenforgalmi vonzerejét. A tó foszforterhelését csökkentő nagyberuházásoknak ez volt a célja. A tó partján keletkező szennyvizek túlnyomó többségét még megtisztítva sem engedik a tóba, egy körcsatorna rendszer elvezeti azt a Balaton vízgyűjtőjéről. A Balaton vízgyűjtő területén minden jelentős szennyvíztisztítót elláttak foszfor-leválasztó technológiai egységgel. Így történt ez a Balaton korábbi fő foszforterhelőjénél Zalaegerszegen is. A Nyugati-övcsatorna vízgyűjtőjén létesült Marcali-víztározó és a Kis-Balaton tározórendszer is azzal a céllal létesült, hogy a Balaton külső foszforterhelését csökkentse. A tó vízgyűjtő területén a nagyüzemi állattartó telepeken a hígtrágyás technológia megszüntetése is mérsékelte a külső terhelést. A Balaton foszforterhelésének csökkentéséhez hozzájárult még a rendszerváltást követő műtrágya felhasználás csökkenés és a foszfát-mentes mosószerek elterjedése. Mindezek együttesen látványos és jelentős változást hoztak elsősorban a Keszthelyi-medence esetében.

Az 1980-as évek közepéig a Zala folyó évente 100 tonna körüli foszfort szállított a Keszthelyi-medencébe, amely érték ezután jelentősen és gyorsan, harmadára/negyedére csökkent az eutrofizálódást csökkentő nagyberuházások hatására. Az algák biomasszája közel egy évtizedes késéssel reagált erre a változásra, az üledékben felhalmozódott és lassan kiürülő belső tartalékok miatt. Szerencsére a beruházások meghozták a kívánt eredményt, és ma már nyáron, a legnagyobb melegben sem képesek az algák kifogásolható mértékben elszaporodni, még a Keszthelyi-medencében sem.

A „78/2008. (IV. 3.) Kormányrendelet a természetes fürdővizek minőségi követelményeiről, valamint a természetes fürdőhelyek kijelöléséről és üzemeltetéséről” előírásai szerint cianobaktérium dominancia esetén egy természetes víz 50 µg/l a-klorofill koncentrációt meghaladó algamennyiség felett nem alkalmas fürdésre (fontosnak tartjuk megjegyezni, hogy a magyar szabályozás nagyon szigorú, az OECD által ajánlott határérték ennél megengedőbb, 75 µg a-klorofill literenként). Látható, hogy a tó legalgásabb területén, a Keszthelyi-medencében az algák mennyisége tartósan és jelentősen meghaladta ezt a határértéket 1979 és 1994 között (5.ábra), ezt követően azonban mennyiségük csak elvétve, egy-egy alkalommal érte el ezt a határt, és még az aszályos években (2002, 2003, 1012) sem romlott a vízminőség.


5. ábra Az algák tömegének (a-klorofill) kétheti gyakorisággal megállapított változásai a Keszthelyi-medencében 1965-tól napjainkig (Jól látható, hogy 1995-óta még a kékalgák nyári csúcsértékénél is csak elvétve és rövid időre haladja meg az a-klorofill koncentráció a kifogásolható mértéket).

A tó keleti területei sokkal szerencsésebb helyzetben vannak, a Siófoki-medencében csupán egy évben 1994-ben emelkedett az algák mennyisége a határérték fölé (6.ábra).


6. ábra Az algák tömegének (a-klorofill) kétheti gyakorisággal megállapított változásai a Siófoki-medencében 1965-tól napjainkig. Jól látható, hogy ezen a tóterületen a vízminőség csak egyetlen egy alkalommal, 1994 nyarán volt kifogásolható.

Összefoglalva megállapítható, hogy a Balaton algásodása a foszforterhelést csökkentő beruházások eredményeként jelentős mértékben csökkent. Ez egy nemzetközi viszonylatban is jelentős környezetvédelmi sikertörténet, amely alapvetően a Balatoni Limnológiai Intézetben folytatott algaökológiai, foszforforgalmi kutatások eredményein alapult.

A vízállásváltozás és az algák

2002-ben és 2003-ban, és legutóbb 2012-ben az aszály okozott gondot, ekkor a Balaton vízszintje mintegy fél méterrel volt alacsonyabb a megszokottnál. Igaz ugyan, hogy az alacsony vízállás hatására nem romlott a tó nyíltvizének minősége, de a déli parti sáv egy jelentős része szárazra került. Ezeken a szárazulatokon gyorsan megtelepedett a magasabbrendű növényzet. A nagyon sekély vizű (10-20 cm vízmélységű) területeken fonalas zöldalgák (Cladophora glomerata) szaporodtak el óriási tömegben, hátrányosan befolyásolva a fürdőéletet (7. ábra). Ennek a jelenségnek egyedüli oka az alacsony vízszint volt, amelynek megemelkedésével a probléma megszűnt. Fontos hangsúlyozni azt a körülményt, hogy ez az alga egészségre káros, veszélyes anyagokat nem tartalmaz, az általa okozott kár csak esztétikai.


7. ábra Fonalas zöldalga tömeg a déli part sekély vizében 2012-nyarán.