Programy monitorowania biologicznego, które wykorzystują żywe organizmy do oceny zdrowia środowiskowego, są często używane do oceny jakości wody lub monitorowania powodzenia programów odbudowy ekosystemów. Protokoły szybkiej oceny biologicznej (RBP) wykorzystujące zbiorowiska makrobezkręgowców bentosowych są popularne wśród państwowych agencji ds. zasobów wodnych od 1989 r.1. Tradycyjne metody pobierania próbek makrobezkręgowców bentosowych pod kątem RBP, takie jak sieć zanurzeniowa, próbnik Surber i próbnik Hessa2, mogą być czasochłonne, kosztowne i mogą mierzyć tylko zbiorowiska z określonego mikrosiedliska3. Wydajnym, alternatywnym RBP do generowania informacji biologicznych o konkretnym zbiorniku wodnym jest zbieranie wysięków poczwarkowych Chironomidae pływających na powierzchni (SFPE)3.
Chironomidae (Insecta: Diptera), powszechnie znane jako niegryzące muszki, to holometaboliczne muchy, które zazwyczaj występują w środowisku wodnym, zanim pojawią się jako dorosłe osobniki na powierzchni wody. Rodzina chironomidów jest bogata gatunkowo, z około 5,000 gatunków opisanych na całym świecie; Szacuje się jednak, że istnieje aż 20 000 gatunków4. Chironomidy są przydatne w dokumentowaniu jakości wody i siedlisk w wielu ekosystemach wodnych ze względu na ich dużą różnorodność i zmienny poziom tolerancji na zanieczyszczenia5. Ponadto są one często najliczniejszymi i najbardziej rozpowszechnionymi makrobezkręgowcami bentosowymi w systemach wodnych, stanowiąc zazwyczaj 50% lub więcej gatunków w zbiorowisku5,6. Po pojawieniu się dorosłego osobnika lądowego, wysięk poczwarki (odlewana skóra poczwarki) unosi się na powierzchni wody (ryc. 1). Wysięki poczwarkowe gromadzą się wzdłuż brzegów lub za przeszkodami pod wpływem wiatru lub prądu wody i można je łatwo i szybko zebrać, aby uzyskać kompleksową próbkę gatunków chironomidae, które pojawiły się w ciągu ostatnich 24-48 godzin7.
Względna obfitość i skład taksonomiczny zebranych SFPE odzwierciedla jakość wody, biorąc pod uwagę, że niektóre gatunki są bardzo odporne na zanieczyszczenia, podczas gdy inne są dość wrażliwe5. Metoda SFPE ma wiele zalet w porównaniu z tradycyjnymi technikami pobierania próbek larw chironomidów, w tym: (1) minimalne, jeśli w ogóle, zakłócenia siedliska występują na obszarze pobierania próbek; (2) próbki nie koncentrują się na zbieraniu organizmów żywych, ale raczej na skórze nieożywionej, więc trajektoria dynamiki społeczności nie jest zakłócona; (3) identyfikacja do rodzaju, a często gatunku, jest stosunkowo łatwa pod warunkiem odpowiednich kluczy i opisów3; (4) pobieranie, przetwarzanie i identyfikowanie próbek jest wydajne i ekonomiczne w porównaniu z tradycyjnymi metodami pobierania próbek3,8,9; (5) nagromadzone wysięki reprezentują taksony pochodzące z szerokiego zakresu mikrosiedlisk10; (6) Metoda ma zastosowanie w prawie wszystkich środowiskach wodnych, w tym w strumieniach i rzekach, ujściach rzek, jeziorach, stawach, basenach skalnych i terenach podmokłych; oraz (7) SFPE może być bardziej czułym wskaźnikiem zdrowia ekosystemu, ponieważ reprezentują osobniki, które ukończyły wszystkie niedojrzałe etapy i pomyślnie wyłoniły się jako dorosłe11.
Metoda SFPE nie jest nowym podejściem do zbierania informacji o społecznościach chironomidów. Zastosowanie SFPE zostało po raz pierwszy zasugerowane przez Thienemanna12 na początku XX wieku. W różnych badaniach wykorzystano SFPE do badań taksonomicznych (np. 13-15), badań nad bioróżnorodnością i ekologią (np. 7,16-19) oraz ocen biologicznych (np. 20-22). Ponadto niektóre badania dotyczyły różnych aspektów projektowania próby, wielkości próby i liczby zdarzeń związanych z próbką wymaganych do osiągnięcia różnych poziomów wykrywalności gatunków lub rodzajów (np. 8,9,23). Badania te wskazują, że stosunkowo wysoki odsetek gatunków lub rodzajów można wykryć przy umiarkowanym wysiłku lub kosztach związanych z przetwarzaniem próbek. Na przykład Anderson i Ferrington8 ustalili, że na podstawie 100-krotnej podpróbki potrzeba było o 1/3 mniej czasu na pobranie próbek SFPE w porównaniu z próbkami zanurzanymi. Inne badanie wykazało, że 3-4 próbki SFPE można posortować i zidentyfikować dla każdej próbki z sieci zanurzeniowej oraz że próbki SFPE były bardziej skuteczne niż próbki z sieci zanurzeniowej w wykrywaniu gatunków wraz ze wzrostem bogactwa gatunków3. Na przykład na stanowiskach o wartości bogactwa gatunkowego 15-16 gatunków średnia skuteczność sieci zanurzeniowej wynosiła 45,7%, podczas gdy próbki SFPE były wydajne w 97,8%3.
Co ważne, metoda SFPE została ustandaryzowana w Unii Europejskiej24 (znana jako technika wysięku poczwarki chironomidu (CPET)) i Ameryce Północnej25 do oceny ekologicznej, ale metoda ta nie została szczegółowo opisana. Jedno z zastosowań metodologii SFPE zostało opisane przez Ferringtona i wsp.Rozdział 3; jednak głównym celem tego badania była ocena wydajności, skuteczności i ekonomii metody SFPE. Celem tej pracy jest szczegółowe opisanie wszystkich etapów metody SFPE, w tym pobierania próbek, przetwarzania laboratoryjnego, montażu szkiełek i identyfikacji rodzaju. Grupą docelową są absolwenci, badacze i profesjonaliści zainteresowani rozszerzeniem tradycyjnych działań związanych z monitorowaniem jakości wody na swoje studia.