WISER deliverable D3.1-4: guidance document on sampling, analysis and counting standards for phytoplankton in lakes

Sampling, analysis and counting of phytoplankton has been undertaken in European lakes for more than 100 years (Apstein 1892, Lauterborn 1896, Lemmermann 1903, Woloszynska 1912, Nygaard 1949). Since this early period of pioneers, there has been progress in the methods used to sample, fix, store and analyse phytoplankton. The aim of the deliverable D3.1-4 is to select, harmonize and recommend the most optimal method as a basis for lake assessment. We do not report and review the huge number of European national methods or other published manuals for phytoplankton sampling and analysis that are available. An agreement on a proper sampling procedure is not trivial for lake phytoplankton. In the early 20th century, sampling was carried out using plankton nets. An unconcentrated sample without any pre-screening is required for quantitative phytoplankton analysis, for which various water samplers were developed. Sampling of distinct water depths or an integral sample of the euphotic zone affects the choice of the sampler and sampling procedure. The widely accepted method to quantify algal numbers together with species determination was developed by Utermöhl (1958), who proposed the counting technique using sediment chambers and inverse microscopy. This is the basis for the recently agreed CEN standard “Water quality - Guidance standard on the enumeration of phytoplankton using inverted microscopy (Utermöhl technique)” (CEN 15204, 2006). This CEN standard does not cover the sampling procedure or the calculation of biovolumes for phytoplankton species, although Rott (1981), Hillebrand et al (1999) and Pohlmann & Friedrich (2001) have contributed advice on how to calculate taxa biovolumes effectively. Willén (1976) suggested a simplified counting method, when counting 60 individuals of each species. For the Scandinavian region an agreed phytoplankton sampling and counting manual was compiled, which has been in use for about 20 years (Olrik et al. 1998, Blomqvist & Herlitz 1998). It is very unfortunate that no European guidance on sampling of phytoplankton in lakes was agreed before the phytoplankton assessment methods for the EU-WFD were developed and intercalibrated by Member States. In 2008 an initiative by the European Commission (Mandate M424) for two draft CEN standards on sampling in freshwaters and on calculation of phytoplankton biovolume was unfortunately delayed by administrative difficulties. Recently a grant agreement was signed between the Commission and DIN (German Institute for Standardization) in January 2012 to develop these standards. We believe this WISER guidance document can usefully contribute to these up-coming standards

Metadata standards and practical guidelines for specimen and DNA curation when building barcode reference libraries for aquatic life

DNA barcoding and metabarcoding is increasingly used to effectively and precisely assess and monitor biodiversity in aquatic ecosystems. As these methods rely on data availability and quality of barcode reference libraries, it is important to develop and follow best practices to ensure optimal quality and traceability of the metadata associated with the reference barcodes used for identification. Sufficient metadata, as well as vouchers, corresponding to each reference barcode must be available to ensure reliable barcode library curation and, thereby, provide trustworthy baselines for downstream molecular species identification. This document (1) specifies the data and metadata required to ensure the relevance, the accessibility and traceability of DNA barcodes and (2) specifies the recommendations for DNA harvesting and for the storage of both voucher specimens/samples and barcode data.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Defining Chlorophyll-a Reference Conditions in European Lakes

The concept of “reference conditions” describes the benchmark against which current conditions are compared when assessing the status of water bodies. In this paper we focus on the establishment of reference conditions for European lakes according to a phytoplankton biomass indicator—the concentration of chlorophyll-a. A mostly spatial approach (selection of existing lakes with no or minor human impact) was used to set the reference conditions for chlorophyll-a values, supplemented by historical data, paleolimnological investigations and modelling. The work resulted in definition of reference conditions and the boundary between “high” and “good” status for 15 main lake types and five ecoregions of Europe: Alpine, Atlantic, Central/Baltic, Mediterranean, and Northern. Additionally, empirical models were developed for estimating site-specific reference chlorophyll-a concentrations from a set of potential predictor variables. The results were recently formulated into the EU legislation, marking the first attempt in international water policy to move from chemical quality standards to ecological quality targets

Eaux de baignade : comment mieux détecter les cyanobactéries toxiques ?

National audienceAvec l'augmentation constante de la pression humaine sur les écosystèmes, les apports en nutriments et en molécules chimiques - qu'ils soient d'origine agricole, industrielle, urbaine ou ménagère - s'intensifient dans les eaux de surface. Les plages, les plans d'eau artificiels, les lacs naturels, les rivières et autres zones de baignade sont particulièrement exposées à ces menaces. Et quand la présence de ces nutriments et autres molécules chimiques s'accompagne de conditions météorologiques particulières, des végétaux aquatiques et des cyanobactéries peuvent se développer en masse

Les cyanobactéries d'eau douce, une nuisance ?

National audienceLes cyanobactéries, antérieurement appelées algues bleues, sont présentes sur la planète depuis près de 3 milliards d'années et sont à l'origine de l'oxygène atmosphérique. Ce terme englobe au moins 150 genres et 4400 espèces vivant dans les milieux marins et d'eaux douces mais aussi en milieux terrestres. Certaines vivent en symbiose avec des animaux ou des plantes. Elles sont de formes assez variées, unicellulaire, coloniale ou filamenteuse et contiennent des pigments leur procurant une couleur bleu-vert ou rouge pour certaines. Toutes photoautotrophes, elles nécessitent peu d'éléments pour croitre, essentiellement de l'eau, du gaz carbonique, de la lumière, des nutriments (azote et phosphore principalement). Elles utilisent alors la photosynthèse pour se développer. Certaines d'entre elles, peuvent produire des molécules odorantes (géosmine) et des toxines. Ces dernières ont des impacts toxiques sur les autres êtres vivants dont l'homme. Du point de vue de la santé humaine, elles sont réparties en 3 catégories : hépatotoxines altérant les cellules du foie, neurotoxines perturbant les cellules nerveuses et dermatotoxines entrainant des allergies cutanées. Les mécanismes déclenchant la production de toxines restent encore insuffisamment connus. Les cyanobactéries sont des organismes très compétitifs dans les milieux d'eau douce car certaines résistent à la dessiccation, peuvent croitre en conditions extrêmes ou encore fixer l'azote atmosphérique, ce qui leur confère un avantage par rapport aux autres espèces du phytoplancton. Ainsi, dans certaines conditions, elles peuvent proliférer, on parle alors d'efflorescences (ou blooms). Ces efflorescences, qui arrivent plutôt en été et en automne sont favorisées par l'augmentation de la température des eaux, les apports en nutriments, la stabilité de la colonne d'eau et les fortes luminosités. Elles ont des conséquences souvent très visibles sur le fonctionnement des écosystèmes. En effet, elles diminuent la biodiversité de la communauté algale, génèrent des quantités importantes de matière organique pouvant entrainer des périodes d'anoxies après la mort des organismes, durant leur dégradation par les bactéries. Ces anoxies peuvent, par exemple, induire des mortalités piscicoles et favoriser des relargages de phosphore depuis les sédiments

L'identification des cyanobactéries

National audiencePrésentation des caractéristiques des cyanobactéries d'eau douce et des principaux critères nécessaires à leur détermination

Surveillance de la communauté phytoplanctonique du plan d'eau de Gaschet et applicabilité de l'IPLAC - Rapport Année 2017-2019

La retenue de Gaschet, localisée en Guadeloupe, a fait l’objet d’un suivi de sa communauté phytoplanctonique associée à certains paramètres de qualité physico-chimique des eaux de mi-2017 à fin 2019 afin de i) tester la mise en place d’un protocole de surveillance de la communauté phytoplanctonique et ii) tester la mise en œuvre de l’Indice Phytoplanctonique Lacustre – IPLAC dans un contexte tropical. En effet, cet indicateur n’a pas été développé pour les plans d’eau tropicaux mais en métropole pour l’application de la directive cadre européenne sur l’eau. Le présent rapport correspond au rendu final de l’ensemble de l’étude. Il reprend les principaux résultats obtenus au cours des années 2017 et 2018 et détaille les résultats de l’année 2019. Il ressort de cette étude que la communauté phytoplanctonique a été bien développée et diversifiée avec des richesses de plus de 40 taxons représentées majoritairement par les algues vertes puis par les cyanobactéries et les diatomées. Les biomasses algales au cours du suivi ont été plutôt élevées notamment durant la première transition et la saison des pluies par contre en saison sèche et lors de la deuxième transition, les biomasses ont été nettement plus faibles. Les taxons les plus abondants appartiennent aux algues vertes, Chlorophyta et Charophyta. Présentes toute l’année, les diatomées ont été moins abondantes que les algues vertes. Le groupe des cyanobactéries a été peu abondant malgré une richesse élevée. Il s’agissait surtout de taxons coloniaux de petites tailles. Ce suivi sur deux ans et demi a permis de montrer que la communauté phytoplanctonique a été plus abondante et diversifiée en saison des pluies qu’en saison sèche. Cela a conduit à préconiser la réalisation des campagnes de prélèvements durant la période d’avril à novembre, soit durant la première transition et la saison des pluies, pour les analyses du phytoplancton et le calcul de l’indice IPLAC. Les mesures de chlorophylle-a indispensables à la mise en œuvre d’une métrique de l’indice phytoplancton – la Métrique de Biomasse Algale (MBA), ont été peu représentatives des communautés présentes en 2017 et 2018 et décorrélées des mesures de biomasses issues des comptages au microscope. Les données de 2019 ont été par contre plus en adéquation avec les valeurs de biomasses. Des essais de filtration de l’échantillon d’eau directement sur le terrain ont été réalisés pour comparer les résultats avec ceux obtenus avec filtrations au laboratoire d’analyse. Il en résulte une influence de la phase d’acheminement de l’échantillon au laboratoire sur les teneurs mesurées. A l’avenir une filtration de l’échantillon directement sur le terrain doit être mise en œuvre pour limiter ce biais. L’IPLAC a pu être calculé sur la retenue après une légère modification de la période prise en compte dans le calcul pour l’année 2019 et de manière partielle sur 2018. Une première évaluation de son état écologique basée sur la communauté phytoplanctonique la classe alors en état « moyen » ce qui est corroboré par le statut mésotrophe à tendance eutrophe calculé selon les critères de l’OCDE. Les analyses cumulées des données des trois années de suivis de cette étude permettent de conclure que l’IPLAC peut être appliqué sur la retenue de Gaschet moyennant de prendre comme période de suivi la première transition et la saison des pluies. Toutefois les résultats ne pourront être pertinents qu’avec des données de chlorophylle-a robustes et représentatives du plan d’eau. Ainsi, l’IPLAC devrait pouvoir être mis en œuvre sur la retenue de Gaschet les années à venir pour évaluer son état écologique et sur d’autres plans d’eau similaires de Guadeloupe ou de Martinique

Suivi de la communauté phytoplanctonique du plan d'eau de Gaschet : Année 2017

La retenue de Gaschet, localisée en Guadeloupe, a fait l'objet d'une première année de surveillance de son état écologique en 2017. Cette surveillance, prévue sur une durée de trois ans, vise à tester la mise en place d'un protocole de surveillance de la communauté phytoplanctonique sur la retenue de Gaschet et à tester la mise en oeuvre de l'Indice Phytoplanctonique Lacustre - IPLAC dans un contexte tropical. En 2017, la surveillance a comporté un suivi de la qualité physico-chimique de ses eaux et sédiments décrit dans le rapport SCE (2018) ainsi qu'un suivi de l'élément phytoplancton. Les campagnes de terrain ont démarré au mois de septembre 2017 et ne couvrent donc qu'une petite partie de l'année. Néanmoins il en ressort que la communauté algale est bien développée et diversifiée avec des richesses de plus de 50 taxons représentés majoritairement par les algues vertes puis les cyanobactéries et les diatomées. Les biomasses algales totales sont plutôt élevées car supérieures à 10 mg/l, indiquant un plan d'eau productif. Les taxons les plus abondants sont des diatomées centriques et certaines algues vertes notamment Dictyosphaerium pulchellum et Pediastrum simplex. Seul Staurastrum volans (embranchement des Charophyta) très fréquent bien qu'assez peu abondant est un taxon non connu du territoire métropolitain mais fréquent en Amérique du Nord. Les cyanobactéries, bien qu'assez diversifiées, sont très peu abondantes sur la retenue de Gaschet. Les moyennes des teneurs en chlorophylle-a et phéopigments sur cette période de 2017 sont respectivement de 11,7 et de 18,5 µg/l, mais ces résultats sont discordants avec les biomasses totales issues des comptages phytoplanctoniques. Cela est d'autant plus gênant que les mesures de chlorophylle-a sont nécessaires à la métrique MBA de l'indice IPLAC. Les résultats de l'IPLAC ne peuvent être qu'indicatifs dans la mesure où les campagnes et les échantillons ne couvrent qu'une petite partie de l'année. Ceci étant la métrique MBA est calculable mais la présence de teneurs en chlorophylle-a couvrant la gamme d'état « mauvais » à mieux que la référence interrogent. La MCS donne un état « bon » et l'IPLAC est alors supérieur à 0,6 classant cette masse d'eau en état « bon ». A des fins de comparaison, la trophie a été évaluée selon le système de l'OCDE. Cependant avec la limite de quantification du phosphore beaucoup trop élevée et la répartition des campagnes, cette évaluation n'est qu'une indication. Elle place la retenue de Gaschet entre un état mésotrophe et eutrophe. Les suivis des années ultérieures devraient contribuer à une meilleure appréciation de la possibilité de mise en en oeuvre de l'IPLAC sur cette retenue et à son évaluation d'état écologique

Appel à projets "Transfert" 2013. Projet : CYANALERT

National audiencePrésentation des objectifs, moyens humains et financiers, déroulement et impact socio-économique qui ont été mis en oeuvre dans le projet Transfert CYANALERT. Système de surveillance et d'Alerte des cyanobactéries des zones de baignades des étangs des pays du Born par sonde fluorimétriqu

Suivi de la communauté phytoplanctonique du plan d'eau de Gaschet : Année 2018

La retenue de Gaschet, localisée en Guadeloupe, a fait l'objet d'une deuxième année de surveillance de son état écologique en 2018. Cette surveillance, prévue sur une durée de trois ans, vise à tester la mise en place d'un protocole de surveillance de la communauté phytoplanctonique sur la retenue de Gaschet et à tester la mise en oeuvre de l'Indice Phytoplanctonique Lacustre - IPLAC dans un contexte tropical. En 2018, la surveillance a comporté un suivi de la qualité physico-chimique de ses eaux ainsi qu'un suivi de l'élément phytoplancton. Cinq campagnes de terrain ont été réalisées entre février et décembre 2018 à raison d'une campagne tous les deux mois. La campagne de septembre-octobre n'a pas pu être réalisée du fait du développement de la jacinthe d'eau sur la retenue limitant les accès au plan d'eau. Néanmoins il en ressort que la communauté algale est bien développée et diversifiée avec des richesses de plus de 40 taxons représentés majoritairement par les algues vertes puis les cyanobactéries et les diatomées. Les biomasses algales totales au cours de l'année sont assez élevées, indiquant un plan d'eau productif notamment sur la période de 1ère transition et de saison des pluies. En saison sèche et lors de la 2ème transition, les biomasses sont nettement plus faibles. Les taxons les plus abondants appartiennent au groupe des algues vertes notamment Pediastrum simplex et Dictyosphaerium pulchellum. L'espèce Staurastrum volans a été retrouvée cette année de février à juillet dans des quantités assez faibles. Les diatomées sont moins abondantes que les algues vertes mais sont néanmoins présentes toute l'année. Cyclotella comensis est la plus abondante et Staurosira venter est la plus fréquente avec le genre Nitzschia. Les cyanobactéries présentent une richesse assez élevée mais sont très peu abondantes sur la retenue de Gaschet. Ce sont surtout des taxons, coloniaux de petites tailles, des genres Cyanogranis, Aphanothece ou Aphanocapsa qui sont les plus fréquents. Les résultats de chlorophylle-a et de phéopigments sont discordants avec les résultats de biomasses totales issues des comptages phytoplanctoniques comme c'était déjà le cas avec les données de 2017. Cela est toujours problématique d'autant que les mesures de chlorophylle-a sont nécessaires à la métrique MBA. Des modifications dans le protocole de préparation de l'échantillon pour le dosage de chlorophylle ont été testées en fin d'année et semblent réduire ce biais. Les données de 2019, avec filtration systématique sur le terrain permettront peut-être d'améliorer les résultats d'analyse et leur comparabilité. La mise en oeuvre de l'IPLAC et ses résultats ne peuvent être qu'indicatifs du fait de la faible représentativité des données de chlorophylle-a. La métrique MCS donne un état « bon » à la retenue de Gaschet et la métrique MBA, néanmoins calculable classe la retenue en état « très bon » mais la présence de teneurs en chlorophylle-a très proches de zéro pose question. Le calcul de l'IPLAC sur l'année 2018 donne alors un résultat supérieur à 0,6 classant cette masse d'eau en état « bon ». La trophie évaluée selon le système de l'OCDE place la retenue de Gaschet entre un état mésotrophe et eutrophe. Cependant avec la limite de quantification du phosphore beaucoup trop élevée et la représentativité des teneurs en chlorophylle, cette évaluation n'est qu'une indication. L'analyses cumulées des données des trois années de suivis de cette étude devraient contribuer à une meilleure appréciation de la possibilité de mise en oeuvre de l'IPLAC sur cette retenue et à son évaluation d'état écologique