River Basins and Ecosystem Management: Dominant ...

4 downloads 0 Views 494KB Size Report
The EU Water Framework Directive: an approach to Integrated River Basin ...... St Lucie. Press, Delray, Florida, 1993. 13. Busch DE, Trexler JC. Monitoring ...
Science advances on Environment, Toxicology & Ecotoxicology issues www.chem-tox-ecotox.org

  River Basins and Ecosystem Management: Dominant Themes and Goals   The EU Water Framework Directive: an approach to Integrated River Basin Management   

Athanasios Valavanidis, Thomais Vlachogianni    Department of Chemistry, University of Athens,  University Campus Zografou, 15784 Athens, Greece  E‐mail : [email protected][email protected]      Abstract  Triggered  by  the  requirements  of  new  environmental  laws,  ecosystem  management,  protection  of  ecosystem services and risk‐based management are approaches appropriate for environmental protection  and conservation  of natural  resources.  Water management strategies  and  river  basins  are  considered by  scientists to be very important for the future of freshwater, the ecological balance in our planet and the  well‐being of civilization. The European Union established in 2000 a framework for the Community actions  in  the  field  of  water  policy  (Water  Framework  Directive,  WFD,  2000/60/EC).  Risk‐based  management  initially focuses on distinct hazardous chemical substances in surface waters (based primarily on 33 priority  substances  and  8  priority  hazardous  pollutants).  Also,  WFD  recommends  investment  in  best  available  technologies  for  treatment  of  industrial,  domestic  and  agricultural  effluents  that  pollute  rivers  and  can  effectively  reduce  excessive  pollution  of  several  European  river  basins.  Environmental  risk  assessment  contains by its nature different types of uncertainty due to different perceptions of the risks and limited  knowledge  about  physical,  chemical  and  biological  processes  underlying  the  risk  in  river  ecosystems.  Scientists  studying  risk‐based  management  of  ecosystems  know  well  the  necessary  steps  that  must  be  undertaken  to  identify  dominant  pollutants,  predict  multi‐stressor  effects,  develop  stressor  and  type  specific metrics in order to achieve their goals. Integrated risk‐based management must formulate a better  understanding  of  the  ecosystem  responses  to  pollution  changes  as  well  as  early  warning  systems  and  concepts.  European  river  basins  and  their  freshwater  resources  management  related  issues  are  briefly  reviewed. The Balkan Peninsula and Greek rivers and their environmental problems are presented as well  as selected scientific studies on their water quality, ecological status and pollution stressors. 

INTRODUCTION  Ecosystem  management  has  been  proposed  as  a  modern  and  preferred  system  for  managing  and  protecting  natural  resources  and  the  great  variety  of  ecosystems.  It  embraces  both  ecological  and  social  dynamics  in  a  flexible and adaptive process.  The  implementation of  ecosystem management is hoped to  protect the  environment from anthropogenic pollution,  maintain  healthy ecosystems, permit  sustainable  development and preserve biodiversity of sensitive species.1,2  Visionary  ecologists  from  the  1930s  and  1940s  had  the  foresight  to  develop  the  concept  of  ecosystem  management  in  response  to  the  biodiversity  crisis  and  the  loss  of  many  plant  and  animal  species.  From  1932  the  Ecological  Society  of  America’s  Committee  for  the  Study  of  Plant  and  Animal  Communities  recognized that a comprehensive United States nature sanctuary system must protect ecosystems as well  as  certain  species  of  concern  representing  a  wide  range  of  ecosystem  types.  Also,  the  Committee  recognized that interagency cooperation would be required as well as education of the public on the value  of nature sanctuaries for successful management of ecosystems.3  Very  soon  American  ecologists  recognized  that  national  parks  in  the  USA  were  not  fully  functional  ecosystems  because  of  size  limitations  and  boundaries,  and  lobbied  for  the  increase  of  their  size  by  redrawing  their  boundaries  to  reflect  biotic  requirements.  A  typical  example  was  the  study  for  grizzly  bears’ needs in the famous Yellowstone National Park in the USA. After 12 years of study it was recognized  that the size of the park must increase substantially to protect effectively the habitat necessary to sustain  the  largest  carnivore  in  the  region.  This  pioneering  work  led  to  the  redraw  of  the  biotic  boundaries  of  various parks and reserves as whole ecosystems.5  The  first  book  on  ecosystem  management  appeared  in  1988  in  the  USA.  It  represented  a  theoretical  framework  that  included  both  general  goals  and  processes  for  achieving  goals.  The  authors  suggested  ecologically  defined  boundaries,  interagency  cooperation,  monitoring  of  management  results  and  leadership at the national policy.6   Forests and river basins are the most important ecosystems in Europe and were the first to be managed  scientifically as protected areas and/or national parks with special protection status and conservation laws  after  the  1940s.7,8  The  European  Union  in  the  past  decades  adopted  many  environmental  directives,  strategies  and  agreements  for  the  protection  of  sensitive  ecosystems  and  landscapes.  These  directives  required a movement from sectoral‐based to more ecosystem‐based holistic environmental management.  Environmental  management  in  the  future  will  focus  more  on  ecological  and  biological  conditions,  rather  than  physical  and  chemical  conditions  (chemical  pollutants),  with  ecosystem  health  as  a  criterion  of  regulation and management decision making.9‐11    DOMINANT THEMES OF ECOSYSTEM MANAGEMENT  The  dominant  themes  of  ecosystem  management  are  not  uniformly  defined  or  consistently  applied  in  different  countries.  They  are  defined  by  consensus  and  can  be  found  in  detail  in  papers  of  the  scientific  literature. These themes are:5  

Ecological boundaries, management must define for the system concerned, such as national forests or  national  parks,  the  appropriate  ecological  boundaries  for  the  proper  conservation  of  plants  and  animals  of  the  ecosystem  Historically  this  was  accomplished  by  focusing  on  one  or  more  species  of  concern aver a defined geographical area. 



Hierarchical  context.  Managers  must  seek  to  resolve  problems  by  making  the  connections  between  levels  of  biological  systems,  focusing  on  the  biodiversity  hierarchy  (genes,  species,  populations,  ecosystems,  landscapes).  This  is  often  described  as  a  “systems”  perspective.  System  analysis  always  begins by considering spatial and temporal scale and hierarchy. 



Ecological  integrity.  Ecological  integrity  refers  to  our  sense  of  the  wholeness  and  well  being  of  an  ecological  system  and  is  defined  as  protecting  total  native  diversity  (species,  populations  and  ecosystems)  as  well  as  the  ecological  patterns  and  processes  that  maintain  the  diversity  of  the  ecosystem.12 



Data collection. Management of ecosystems requires inevitably collection of data and research for the  variety  of  species  and  their  connections.  Data  can  be  habitat  inventory  and  classification  of  species,  disturbance regime and dynamics, baseline species and population assessment. 



Environmental and ecological monitoring. It is an important aspect of good management practice to  keep a record of actions, successes and failures. Monitoring provides a collection of useful information  and data for quantitative and qualitative evaluation.13,14 



Adaptive  management.  Is  a  process  where  ecosystem  managers  learn  through  continues  experimentation, incorporate results, remain flexible and adapt to uncertainty.15 



Cooperation  between  different  agencies.  Most  national  parks  and  forests  have  boundaries  close  to  private,  state,  local  or  federal  properties  and  inevitably  have  to  cooperate  with  these  agencies.  Managers  have  to  learn  how  to  work  together  and  integrate  conflicting  legal  requirements  and  activities inside their conservation areas. 



Human  activities  in  natural  protected  areas.    There  is  a  need  for  accommodating  people  and  their  activities  in  protected  areas  than  separating  people  from  nature.  Managing  ecosystems  means  that  some involvement of people of local people or visitors through educational actions are needed without  jeopardizing ecological values. 



Changes  in  the  structure  of  land  management.  Ecosystem  management  needs  changes  in  the  structure of land management agencies and the way they operate. These changes can be for example  forming an interagency committee or changing power relationships.14  



Human  values  for  ecosystem  management.  Human  values  play  a  dominant  role  in  ecosystem  management goals, besides the role of scientific knowledge on ecosystem functioning.  

Ecosystem management in order to be successful in protecting the environment of protected areas must  integrate  scientific  knowledge  of  ecological  relationships  within  a  complex  socio‐political  and  values  (human, ecological) framework. Ecosystem management must work towards the general goal of protecting  native ecosystem integrity over a long period of time.5    ECOSYSTEM MANAGEMENT GOALS AND PRIORITIES  There  are  different  worldviews  of  what  society  wants  from  ecosystems  and  the  goals  and  priorities  of  ecosystem  management.  The  first world view  is  biocentric  focusing  of the  maintenance  of  the  ecological  health  and  integrity  of  an  ecosystem  and  viable  populations  of  all  species  inside  the  boundaries.  The  anthropocentric  view  wants  to  maintain  the  integrity  of  the  ecosystem  but  with  benefits,  short  or  long‐ term, for the human society 16  The basic idea behind ecosystem management paradigm is anthropocentric. It aims to maximize benefits  for humans by applying a mix of decisions with defined constrains and achieve at the same time desired  ecological  conditions  for  the  conservation  of  protected  areas.  Potential  benefits  from  ecosystem  management  may  be  commodity  yields  (timber  products,  fish,  wildlife  for  regulated  hunting),  ecological  services  (abatement  of  pollution,  increased  biodiversity),  preserving  wilderness,  endangered  species  and   enchanting  landscapes  for  tourism,17,18    Ecosystem  management  reflects  a  stage  in  the  continuing  evolution of social values and priorities.16  Another priority of ecosystem management is to maintain viable populations of all native species inside the  boundaries  of  the  protected  area  and  represent  all  native  ecosystem  types  across  their  natural  range  of  variations.  In  this  respect  the  term  ecological  health  and  ecological  integrity  are  widely  used  in  the  scientific language. In this respect there is a debate over the definition of the “desired” state of health of  an  ecosystem  and  how  to  achieve  it.  The  concept  of  “health”  has  a  compelling  appeal,  but  it  has  no  operational meaning unless it is defined in terms of the desired state of the ecosystem.19,20  An integrated  assessment  of  ecosystem  health  has  been  developed  in  order  to  evaluate  the  particular  problems  of  various types of ecosystems.21 

There is no ‘natural’ state of nature. It is a relative concept. The only thing natural is change, sometimes  predictable,  most  of  the  times  random,  or  unpredictable.  Ecosystems  are  governed  by  dynamic  equilibrium.22  The  stability,  resilience,  fragility  and  adaptability  are  challenging  concepts  in  ecology.  For  ecosystems  these  characteristics  put  limits  to  the  options  for  society  and  the  ecosystem  manager.  Disturbances, such as fires, floods, droughts and pests, can affect the stability of an ecosystem.23   Ecosystem management has a duty to maintain evolutionary and ecological processes, such as hydrological  processes  (water  cycle),  nutrient  cycles,  energy  flow  (basic  for  growth,  reproduction  and  survival)  and  community  dynamics.  Ecosystem  management  must  understand  that  ecosystems  have  the  ability  to  respond to a variety of stressors, natural or man‐made, but there are limits.24  Ecosystem management must have as a priority the maintenance of the level of biological diversity in the  ecosystem  under  its  protection.  Biological  diversity  is  considered  very  important  for  ecosystem  stability.25,26  Also, another priority or goal must be the sustainability of their developmental plans in the protected area.  Sustainable development means …”to meet the needs of the present without compromising the ability of  the future generations to meet their own needs”. This is a very difficult goal for ecosystem managers and  the term sustainability must be clearly defined, especially for the benefits and costs, the time frame and  relative priorities.27 The United National Environmental Programme in Nairobi Kenya has a very active site  for ecosystems and sustainability.28      BENEFITS OF NATURAL ECOSYSTEMS and ECOSYSTEM SERVICES  Ecosystems  provide  humans  with  a  great  variety  of  beneficial  natural  services  and  functions  in  the  local  and the global environment. These benefits are collectively called ecosystem services.  The ecosystem services have been recognized by scientific societies and have been categorized into various  sections. The UNEP’s Millennium Ecosystem Assessment Programme put them in a priority list 27:  1.

climate regulation 

7. water purification 

2.

water regulation 

8. waste treatment 

3.

natural hazard regulation 

9. disease regulation 

4.

energy 

10. fisheries 

5.

freshwater 

11. primary production (organic substances by plants) 

6.

nutrient cycling 

12. recreation and ecotourism 

  The environmental awareness of the 1970s focused on urban air pollution, noise, solid waste deterioration  of  the  quality  of  life  in  cities.  From  the  1990s  the  attention  shifted  to  ecological  problems,  biodiversity,  greenhouse  effect,  forests,  freshwater  and  ecosystem  degradation.  Societies  are  increasingly  becoming  aware that ecosystem services are not only limited, but also that they are threatened by human activities.29  The  Ecological  Society  of  America  defines  ecosystem  services  the  processes  by  which  the  environment  produces resources that we often take for granted such as clean water, timber, and habitat for fisheries,  Whether we find ourselves in the city or a rural area, the ecosystems in which humans live provide goods  and services that are very familiar to us:   a)  moderate  weather  extremes  and  their  impacts,  b)  mitigate  drought  and  floods,  c)  cycle  and  move  nutrients,  d)  protect  stream  and  river  channels  and  coastal  shores  from  erosion,  e)  detoxify  and  decompose  wastes  and control agricultural pests, f) maintain biodiversity, g) generate and preserve soils  and renew their fertility, h) regulate disease carrying organisms, i) pollinate crops and natural vegetation 30 

A  more  scientific  approach  divides  the  ecosystem  services  in  four  categories:  provisioning,  regulating,  supporting and cultural services.   Provisioning services: green food products (crops, wild food, spices, vegetables, fruits), seafood, game,  

Freshwater (rivers, lakes, springs in ecosystems provide clean water),  



Pharmaceuticals (from native plant extracts), biochemicals (plant extracts), industrial    products, (  timber, latex, glues, chemicals) 



Energy in the form of hydropower and biomass fuels 

 Regulating services : carbon sequestration and climate regulation at local and global scale  

Waste decomposition and detoxification (by absorbing and decomposing toxic chemicals) 



Purification of water and air (plants and soil can absorb toxic gases, suspended particulates) 



Crop pollination (by bees, insects, birds) 



Pest and disease control (by plants) 



Soil improvement (microorganisms, organic detritus) 

 Supporting services : nutrient dispersal and cycling  

Seed dispersal 



Primary production  

 Cultural  services  :  cultural,  intellectual  and  spiritual  inspiration  (from  the  beauty  of  nature  ,  the  working life of animals and the beauty of plants and flowers)  

Recreational experiences, including ecotourism 



Scientific discoveries (discovery of drugs, biochemicals, new species) 

The ecosystem services provided by the major national parks, tropical and mountain forests, river basins,  wetlands,  coral  reefs,  and  other  important  ecosystems  on  Earth,  have  been  evaluated  qualitatively  and  quantitatively  as  to  their  relative  importance,  efficiency  and  economic  significance.31,32  Modern  societies  facing  the  economic  crisis  and  the  multiple  environmental  problems  are  turning  their  attention  to  the  ecosystems in their region.33‐35   Many authors have recently argued that there are strong links between ecosystem services and sustainable  development, particularly development efforts that aim to reduce rural poverty. This is not always obvious  and some conservation projects did not reduce poverty. There is sharp debate about the social impacts of  conservation programs and the success of community‐based approaches to conservation. Some scientists  suggest that the science of ecosystem services can contribute to both nature conservation and sustainable  development.  But  there  is  a  need  for  a  scientific  accounting  of  ecosystem  services  and  a  better  understanding of how and at what rates ecosystems produce these services.36,37  By focusing on the conservation of ecosystem services could improve the success of projects that attempt  to both conserve nature and improve the welfare of the rural poor by fostering markets for the goods and  services  that  local  people  produce  or  extract  from  ecosystems.  These  projects  could  be  characterized  as  more  “community‐based”  because  the  goal  is  to  foster  the  more  organic  development  of  cottage  industries,  such  as  ecotourism,  or  the  production  of  forest  products,  that  are  enhanced  by  better  protection of local ecosystems.38, 39    AN ECOSYSTEM APPROACH FOR THE EUROPEAN ENVIRONMENTAL DIRECTIVES  The  European Union (EU)  implemented  various environmental  legislations  (directives, recommendations,  agreements) over the past forty years but with the 5th Environmental Action Programme (1993) shifted the  whole emphasis towards sustainable development. At the same time its environmental regulations shifted 

from  local‐  and  regional‐based  legislation  to  more  ecosystem  based,  holistic  environmental  management.9,40, 41  The main EU tools for applying the ecosystem approach to water bodies are:  Habitats Directive (1992, 92/43/EEC)  This directive was promulgated in order to implement the Global Biodiversity Convention and compliments  the 1979 EC Wild Birds Directive (79/409/EEC). The Directive focuses on the conservation of habitats and  wild fauna and flora. The ecosystem management approach is the fundamental aim of this directive.   The directive led to the setting up of a network of Special Areas of Conservation, which together with the  existing  Special  Protection  Areas  form  a  network  of  protected  sites  across  the  European  Union  called  Natura 2000. The directive requires EU Member States to report on the state of their protected areas every  six years. The first complete set of country data was reported in 2007.42  Water Framework Directive (WFD, 2000/60/EC)  This  Directive  was  the  result  of  increasing  demand  for  cleaner  rivers,  lakes,  groundwater  and  coastal  beaches. The WFD approach places emphasis on ecological status (defined as quality of the structure and  functioning of the aquatic ecosystems associated with surface waters). The Directive will take into account  the physico‐chemical nature of the water and sediment, the flow characteristics and the physical structure  of the water body, but at the same time concentrates on the biological elements of the ecosystem. The EU  aims to achieve in the near future good ecological status for its waters.43   The  early  European  legislation  started  with  standards  for  rivers  and  lakes  used  for  drinking  water  abstraction  (1975)  and  quality  targets  for  drinking  water  (1980).  Also,  legislation  for  fish  and  shellfish  waters, bathing and groundwater. The second phase was the water waste treatment Directive, the nitrate  Directive, the new improved Drinking Water Directive (1998) and the Directive for Integrated Pollution and  prevention Control (pollution from large industrial installations, 1996).   

Figure 1. Rivers and lakes are important ecosystems     

Marine Strategy Framework Directive (MSFD, 2008/56/EC)  The  Directive  aims  at  protecting  more  effectively  the  marine  environment  across  Europe.  The  MSFD  constitutes the vital environmental component of the Union’s future maritime policy, designed to achieve  the full environmental potential of oceans and seas in harmony with the marine environment.   The  adoption  of  the  MSFD,  and  the  accompanying  Marine  Framework  Directive,  will  be  based  on  integrated  ecosystem  management  ideas  and  will  cover  terrestrial  and  freshwater  areas  through  the  estuarine and coasts to the open seas.44     Integrated Coastal Zone Management Recommendation (ICZM, 2002)  Since 1996 the European Commission has been working to promote measures for coastal zones. The basic  aim  was  to  remedy  the  deterioration  and  to  improve  the  overall  situation  of  Europe’s  coastal  zones.  In  2000 The Commission published a Communication “Integrated Coastal Zone Management: A Strategy for  Europe” (COM/00/547, Sept. 2000). This recommendation was adopted by the Council and Parliament on  30/5/2002.45   This recommendation (ICZM) is a dynamic, multidisciplinary and interactive process to promote sustainable  management  of  coastal  zones  through  ecosystem  management  approach.  It  covers  the  full  cycle  of  information  collection,  planning,  decision  making,  management  and  monitoring  of  implementation.  The  plan is to use the informed participation and cooperation of all stakeholders to assess the societal goals in  a  given  coastal  area,  and  to  take  actions  towards  meeting  these  objectives.  In  the  long‐term,  it  aims  to  balance  environmental,  economic,  social,  cultural  and  recreational  objectives,  all  within  the  limits  set  by  natural dynamics.  It means integration of all relevant policy areas, sectors, and levels of administration.  The European Commission has now launched a review of the EU ICZM Recommendation, with a view to a  follow‐up proposal by the end of 2011.     EUROPEAN RIVER BASINS: RISK‐BASED MANAGEMENT AND ECOLOGICAL STATUS  Global annual usage of water is expected to increase from 4.9 trillion cubic meters (m3) now to 6.9 trillion  m3  by  2030.  This  amount  of  water  is  approximately,  40%  more  than  what  can  be  provided  by  available  water  supplies.  Agriculture  is  the  biggest  user  of  fresh  water,  making  up  70‐90%  of  the  annual  water  demand for many countries. This demand is worrying because food production is going to have to double  over the next 40 years to meet the needs of growing population.46    Studies  found  that  80%  of  the  world’s  population  (4.8  billion  in  2000)  live  in  regions  experiencing  high  levels  of  threats  to  human  water  security  and  threats  to  biodiversity  (increasing  needs  for  human  development  affect  needs  of  water  for  other  ecosystem  services).  Scientists  from  the  City  University  of  New  York  carried  out  a  computer‐based  assessment  to  quantify  threats  to  human  water  security  and  freshwater biodiversity in global river systems. Regions of the world with intensive agriculture and dense  human settlements (such as in the in USA and in Europe) experience some of the highest levels of threats  to both human water security and biodiversity.47,48  The ecological status of European river systems is a cause of concern due to increasing pollution stressors  and  threats  to  human  water  security  in  recent  decades.  Scientists  in  Europe  think  that  risk‐based  management of river basins and their ecosystems is the appropriate approach to achieve the river basins  and their ecosystems is the appropriate approach to achieve the goals of the Water Framework Directive.  They recommend to focus on distinct hazardous substances in surface waters and investment in the best  available  technologies  for  treatment  of  industrial  and  domestic  effluents.  The  proper  implementation  of  these  measures  is  expected  to  reduce  excessive  chemical  pollution  in  great  number  of  European  river  basins.49      

Table 1. First list of 33 priority substances under the Water Framework Directive 

The following 33 (20 + 13) substances and chemical compounds are included in the list of priority  substances established by the European Union. Some of these priority substances are also priority  hazardous substances.50  Alachlor;  Atrazine;  Benzene;  Chlorfenvinphos;  Chlorpyrifos;  1,2‐Dichloroethane;  Dichloromethane; Di(2‐ethylhexyl)phthalate (DEHP); Diuron; Fluoranthene; Isoproturon; Lead and  its  compound;  Naphthalene;    Nickel  and  its  compounds;  Octylphenols;  Pentachlorophenol;  Simazine; Trichlorobenzenes; Trichloromethane; Trifluralin.  B. The following 13 substances are priority substances and priority hazardous substances:  Anthracene;  Pentabromodiphenylether;  Cadmium  and  its  compounds;  C10‐13‐chloroalkanes;  Endosulphan;  Hexachlorobenzene;  Hexachlorobutadiene;  Hexachlorocyclohexane;  Mercury  and  its  compounds;  Nonylphenols;  Pentachlorobenzene;  Polyaromatic  hydrocarbons;  Tributyltin  compounds.  C.  Substances  subject  to  review  for  possible  identification  as  priority  substances  or  priority  hazardous substances  AMPA  (α‐amino‐3‐hydroxyl‐5‐methyl‐4‐isoxazole‐propionate),  Bentazon  ,  Bisphenol‐A  ,  Dicofol  ,  EDTA , free cyanide , Glyphosate Mecoprop , Musk xylene , Perfluorooctane sulphonic acid (PFOS)  Quinoxyfen, Dioxins, PCB (polychlorinated biphenyls)   (http://ec.europa.eu/environment/water/water‐dangersub/pri_substances.htm#list)     The  demand  for  a  good  chemical  and  ecological  status  of  the  European  surface  waters  by  2015,  exerts  pressure  on  scientists  to  develop  the  appropriate  risk‐based  management  of  river  basins  and  a  better  understanding  of  ecosystem  responses  to  changes.    Ecosystems  are  highly  dynamic  and  require  early  warning  systems  and  discrimination  of  the  various  effects  of  pollutants  from  disturbances  from  natural  variation. Because ecosystems are closely interconnected, they need integrated monitoring and stressor‐ based management of the whole water, sediment, groundwater, soil and air system,50  European scientists developed in 2005 an integrated project with 26 partners from 14 European countries  to formulate models for forecasting and assessing the impact of key pollutants on freshwater and marine  ecosystems  and  biodiversity.  This  multidisciplinary  approach  is  called  MODELKEY,  (http://www.modelkey.org)  and  is  aiming  to  develop  interlinked  tools  for  an  enhanced  understanding  of  cause‐effect‐relationships between insufficient ecological status and environmental pollution as causative  factor  and  for  the  assessment  and  forecasting  of  the  risks  of  key  pollutants  on  fresh  water  and  marine  ecosystems  at  a  river  basin  and  adjacent  marine  environment  scale.51  The  MODELKEY  project  database  used  three  case  studies  of  river  basins  in  Europe,  that  of  :  Elbe,  Schldt  and  Llobregat.  The  data  analysis  within  and  across  river  basins  revealed  major  obstacles,  including  scarcity  of  ,matching  ecological  and  chemical monitoring sites for cause‐effect relationships.52    EUROPEAN RIVER BASINS‐PROBLEMS and PERSPECTIVES  Like all  other  aquatic  ecosystems  in  Europe river  systems  have been changed by a multitude  of impacts.  Small streams in mountain areas remained nevertheless relatively undisturbed; many small streams have  never been severely polluted as almost all large rivers. Physical alterations in their catchments affect most  European  rivers,  disrupt  their  continuum  and  the  interactions  between  the  stream  and  its  terrestrial  surroundings.   Obviously,  Climate  Change  will  worsen  this  situation  by  increasing  water  temperatures  and  associated  parameters. It will contribute to a general upstream movement of river zones, particularly affecting species 

bound  to  small  streams  and  springs,  which  can  not  move  further  upstream.  Most  fish  of  small  rivers,  especially the salmonids, are cold‐adapted and will be particularly affected by rising temperatures.53‐55   Rivers do not recognize political boundaries and in particular in Europe over 150 transboundary rivers flow  through  various  counties.  Danube  for  example  drains  parts  of  19  countries,  Europe  has  long  history  of  fragmented,  channelized  and  polluted  rivers.  The  EU  Water  Framework  Directive  is  very  ambitious  and  requires management plans for all major European rivers for achieving good ecological status by 2015.56  Europe has many long rivers The most important rivers and their basins in Europe are:57  Danube  (2850  km).  The  most  significant  commercial  waterway  in  Europe  Danube  flows  across  central  Europe and the countries of Austria, Hungary, Croatia and Yugoslavia. It then  forms the border between  Romania and Bulgaria, turning north across Romania to eventually end in the Black Sea.  Dnieper (1420 km). Starting from Russia and flows through Belarus ending in the Black Sea;  Don (1950 km). Starting from Russia ends up in the sea of Azov;  Rhine  (1319  km).  Starts  in  Switzerland,  flows  through  Germany,  France,  Netherlands  and  ends  in  North  Sea;  Elbe (1165 km). Starts at Czech Republic, flows through Germany, ends in North Sea;  Loire (1020 km). Longest river in France, flows through the heartland of France;  Tagus (1007 km). Portugal;  Oder (912 km). Flows through Poland in the Baltic Sea;  Po (652 km). Longest river in Italy;  Rhone (485 km). Swiss Alps, flows through France, lake Geneva, emptying in The Mediterranean Sea;  Shannon (370 km). Northwest Ireland.    Extensive monitoring programmes of hazardous chemicals in freshwater have been established in the last  decades  in  many  European  countries.  These  programmes  are  increasingly  accompanied  by  ecological  status monitoring of the river basins. The focus of the present European environmental research is on the  pollutants identification in river basins and the reduction of toxic pressure on aquatic ecosystems.58  Studies  on  key  pollutants  and  their  adverse  effects  focused  on  mutagenicity,  aryl  hydrocarbon  receptor‐ mediated  effect  (dioxins),  endocrine  disruption,  green  algae  and  invertebrates.  Environmental  pollutants  are  polycyclic  aromatic  hydrocarbons  (PAHs),  polychlorinated  dibenzo‐p‐dioxins  furans,  biphenyls  (polychlorinated biphenyls, PCBs), nonyphenol, some pesticides and tributyltin. Also, they concentrate on  substituted phenols, natural or synthetic estrogens, dinaphthofurans, N‐phenyl‐2‐naphthylamine. Because  these  studies  are  labor  intensive  and  very  expensive  for  monitoring,  they  concentrate  in  hot  spots  and  especially  in  downstream  areas  (with  heavy  industries)  which  may  pose  risks  and  accumulation  in  lower  zones.59‐62   

  Figure 2. Map of Europe with the most important rivers.    The rivers in the 27 member states of the EU have been under investigation for environmental pollutants  for many years. In 2009 a EU‐wide survey in 100 European river waters for 35 selected chemical pollutants  (polar organics) was published. Samples were analyzed by 40 laboratories. The most frequently and at the  highest  concentration  levels  detected  compounds  were  benzotriazole  (complexing  agent,  corrosion  inhibitor), caffeine, carbamazepine  (pharmaceutical), tolytriazole (corrosion  inhibitor of  copper, added  in  water), and nonylphenoxy acetic acid (surfactant, detergents). Only about 10% of the river water samples  analyzed could be classified as “very clean” in terms of chemical pollution.63  The  Water  Framework  Directive  for  river  basins  is  hoped  to  provide  an  incentive  to  reduce  pollutants  in  surface  water  and  thus  achieve  the  targets  of  various  international  conventions,  such  as  the  Stockholm  Convention to reduce POPs.64  The cooperation among countries for shared rivers and seas, and integrated water management by state  agencies  have  been  applied  with  success  (e.g.  Rhine,  Meuse,  North  Sea,  etc).  The  cooperation  reduced  pollution and improved ecosystems. 65,66    ENVIRONMENTAL STATE OF RIVER BASINS IN THE BALKANS  Environmental  conditions  in  rivers  of  the  Balkan  peninsula  have  been  summarized  in  a  very  interesting  review  paper.  Fifteen  major  Balkan  rivers  were  examined  for  their  physico‐geographic  and  hydrological  conditions as well as their environmental state. The framework under which the rivers were studied was  the  DPSIR  (Drivers‐Pressures‐State‐Impacts‐Response),  a  framework  linking  drivers  (socio‐  and  economic 

conditions)  and  pressures  by  anthropogenic  activities,  with  the  state  of  the  rivers  in  terms  of  environmental  pollutants  and  their  consequences  (eutrophication,  fish  deaths,  etc)  and  the  measures  taken by responsible authorities to improve their environmental conditions. 67  The  most  important  rivers  were:  Neretva,  Aoos,  Arachthos,  Acheloos,  Alfeios,  Evrotas,  Drin,  Aliakmon,  Pinios,  Sperchios,  Axios,  Kamchia,  Evros,  Nestos  and  Strymon.  Hydrological  data  and  water  quality  were  drawn  from  various  scientific  publications  and  technical  reports.  The  database  of  the  European  Environment Information and Observation Network (EIONET) and other technical reports were used .Greek  rivers  were  covered  by  various  publications  but  other  Balkan  rivers  lacked  available  data  or  these  were  inaccessible.  Environmental pressures on Balkan river basins were restricted up to the 19th century because the region  was scarcely populated. But in the 20th century the population increased substantially, extensive wetland  areas  were  drained  to  produce  agricultural  land  and  reduce  malaria.  Huge  drainage  networks  and  inter‐ basin  water  transfer  projects  were  constructed  (e.g.  from  Trebisnjica  and  Neretva  rives  in  Bulgaria  to  Strymon and Nestos headwaters to the Iskar and Evros basins).68  After  the  1950s  many  of  the  longer  rivers  in  the  Balkan  countries  were  fragmented  by  large  dams.  In  Greece Evros, Axios, Pinios, Alfeios and Aoos are moderately fragmented while Sperchios and Evrotas are  free flowing.67 Also, in many rivers large reservoirs have been constructed for the production of electricity  by hydropower. Mining and industrial activities are very extensive in the Balkan countries. Half of the water  resources  in  Croatia  and  Bulgaria  are  used  by  industry.  The  intensification  of  agriculture  affected  substantially  the  use  of  freshwater  resources.  In  Greece  it  is  estimated  that  agriculture  uses  85‐87%  of  surface freshwater (10% industry and 3% domestic).69    RIVER BASINS IN GREECE  Water  bodies  in  Greece  were  classified  into  various  categories  according  to  the  Water  Framework  Directive. A total of 674 bodies have been divided into 379 rivers, 88 lakes, 121 transitional water bodies  (river estuaries,  deltas  and  lagoons)  and  105  artificial  (mostly) reservoirs. Over the  last  years  there were  various data summarizing the physico‐chemical parameters, geo‐morphological characteristics, species of  fauna  and  flora  and  environmental  pressures  and  their  ecological  status.  The  ecological  conditions  were  found high to good at 80% of the rivers (with very good ecological status of mountain streams), 60% for  lakes, 66% of transitional water bodies and 80% of water reservoir.70,71 Another very detailed report on the  qualitative characteristics and environmental pressures of water bodies in Greece was published in 2006 by  the researchers of the Ministry of Environment, Physical Planning and Public Works.72  It is well known that some of the most important rivers in the North of Greece are interregional flowing  through  Albania,  FYROM  (Macedonia),  Serbia,  Bulgaria  and  Turkey  These  rivers  (belong  only  by  14%  to  Greece)  contribute  to  the  country’s  freshwater  runoff  by  40%.  These  rivers  are  influenced  by  industrial  discharges  in  the  northern  countries,  especially  in  Bulgaria  (e.g.  Strymon  with  relative  intense  industrial  activity). Axios river is heavily affected by untreated municipal and metal effluents of chemical industry in  FYROM. Their typological and qualitative characteristics have been described in a paper in 2002.73   Some  rivers  in  Greece  are  in  very  good  ecological  condition.  Aoos,  Arachthos  and  Acheloos  catchments  remain  in  a  semi‐natural  state  and  only  their  downstream  portions  are  affected  by  partly  treated  urban  effluents  and  small‐scale  industries.  Aliakmon  banks  are  densely  populated  and  receives  wastewater  of  small  agro‐industrial  factories  and  agricultural  effluents  of  irrigation  canals.  Aliakmon  also  receives  the  combustion  effluents  of  the  Ptolemais  electricity  producing  facilities  (burning  mainly  lignite).  Pinios  in  Thessaly  is  affected  by  untreated  municipal  and  agro‐industrial  wastes  (sugar  factories,  etc).  Sperchios  (near  Lamia)  is  influenced  by  urban  sewage,  olive  oil  refineries’  untreated  sewage  and  light  industries  effluents.  Alfeios  river  in  Peloponnese  is  affected  by  the  sulfur  dioxide  emitted  by  the  lignite  burning  facility of Megalopolis (electricity power plant). Evrotas in Peloponnese is affected by a large number (more  than 100) of wastewater olive oil presses.67    A list of the most important rivers in Greece is presented below  

Acheron (near Parga), Aliacmon (in Methoni, 297 km), Arachthos (in Kommeno, 110 km) , Acheloos (near  Astakos,  220  km),  Axios/Vardar  (near  Thessaloniki,  76  km)  ,    Megdovas  (near  Fragkista),  Evinos  (near  Messolonghi), Mornos (near Nafpaktos), Pineios (near Gastouni, Thessalia, 205 km) , Alfeios (near Pyrgos,  110 km) , Erymanthos (near Kallithea) , Ladon (near Kallithea), Lousios (near Gortyna), ,Eurotas (in Elos) ,  Aoos (NW, Ipiros, 76 km). Spercheios (near Lamia, 80 km) , Assopos (80 km),  Gorgopotamos (near Lamia),  Enipefs (in Farkadona, 84 km), Gallikos (near Thessaloniki, 70 km), Strymonas/Struma (in Amphipolis, 118  km)  ,  Nestos/Mesta  (near  Keramoti,  130  km),  Evros/Maritsa  (near  Alexandroupoli,  204  km)  ,  Erythropotamos/Luda reka (near Didymoteicho), Lourios (80 km), Ardas/Arda (near Edirne, Turkey),  Pinios  (Peloponnisos, 70 km).  The  World  Wide  Fund  has  produced  a  report  “Water  and  Wetland  Index‐Critical  Issues  in  Water  Policy  Across  Europe”  (2003).  A  typical  river  basin  management  in  Greece  is  presented  for  Pinios  river  basin  in  Thessaly. The report emphasizes the fact that agriculture uses 96% of the water supply in the area causing  significant water environmental problems. The WFD requires active involvement of all stakeholders in the  river basin level. Regional authorities must be given more jurisdictions and the appropriate capacity to deal  with the river. 74‐77  The environmental problems of Greek rivers, their ecological status, water quality and management have  been studied in the last decades and some selected reports are listed below:         

Pollution control of Evrotas.78  Water quality of river in Northwestern Greece.79  Surface water quality of Aliakmon, Gallikos, Axios, Strymon  and Loudias in the North of Greece.79  Quality characteristics of Pinios.80   Transboundary river basin management of Nestos‐Mesta (Greece‐Bulgaria) catchment area 81  Integrated approach for management of Axios catchment area.82  Impact and pressure analysis of the Pinios river basin.83  Alfeios  (Peloponnisos)  river  basin  and  integrated  management  framework  based  on  sustainability.84 

REFERENCES  1.

Boyce MS, Haney A (Eds). Ecosystem Management: Applications for Sustainable Forest and Wildlife  Resources. Yale University Press, New Haven, CT, 1999. 

2.

Millennium  Ecosystem  Assessment.  Ecosystem  and  Human  Well‐Being.  Synthesis  Report.  Island  Press, Washington DC, 2005. 

3.

Shelford  VE.  Ecological  Society  of  America:  A  nature  sanctuary  plan  unanimously  adopted  by  the  Society. Ecology 1932, 14:240‐245.. 

4.

Caldwell L. The ecosystem as a criterion for public land policy. Natur Res J 1970, 10:203‐221. 

5.

Grumbine RE. What is ecosystem management? Conserv Biol 1993, 8:27‐38. 

6.

Agee  JK,  Johnson  DR.  Ecosystem  Management  for  Parks  and  Wilderness.  University  of  Washington  Press, Seattle, 1988. 

7.

Bengtsson  J,  Nilsson  SG,  Franc  A,  Menozzi  P.  Biodiversity,  disturbances,  ecosystem  function  and  management of European forests. Forest Ecol Manag 2000, 132:39‐50. 

8.

Tenhunen JD, Lenz R, Hantschel R (Eds). Ecosystem Approaches to Landscape Management in Central  Europe. Ecological Studies No. 147, Springer‐Verlag, Berling, 2001. 

9.

Apitz  SE,  Elliott  M,  Fountain  M,  Galloway  TS.  European  environmental  management:  Moving  to  an  ecosystem approach. Integr Environ Assess Manage 2006, 2:80‐85. 

10.

Farrell EP, Fuhrer E, Ryan D, Andersson F, Hutti R, Piussi P. European forest ecosystem: building the  future on the legacy of the past. Forest Ecol Manage 2000, 132:5‐20. 

11.

Puettmann KJ, Ammer C, Trends in North American and European regeneration research under the  ecosystem management paradigm. Eur J Forest Res 2007, 126:1‐9.  

12.

Woodley S, Kay J, Francis G (Eds). Ecological Integrity and the Management of Ecosystems. St Lucie  Press, Delray, Florida, 1993. 

13.

Busch DE, Trexler JC. Monitoring Ecosystems. Interdisciplinary Approaches for Evaluating Ecoregional  Initiatives. Island Press, Washington DC, 2003. 

14.

Lindenmayer DB, Likens GE. Effective Ecological Monitoring. Earthscan, London, 2010. 

15.

Walters CJ. Adaptive Management of Renewable Resources. McGraw‐Hill, New York, 1986. 

16.

Lackey RT. Seven pillars of ecosystem management. Landscape Urban Plan 1998, 40:21‐30. 

17.

Kessler WB, Salwasser H, Cartwright C, Caplan J. New perspective for sustainable natural resources  management. Ecolog Applic 1992, 2:221‐225. 

18.

Bengston DN. Changing forest values and ecosystem management. Soc Nat Res 1994, 7:515‐533. 

19.

Norton  BG,  Constanza  R,  Haskell  B  (Eds).  Ecosystem  Health:  New  Goals  for  Environmental  Management. Island Press, Washington DC, 1992. 

20.

Rapport  DJ,  Gaudet  CL,  Constanza  R,    Epstein  PR,  Levins  R  (Eds).  Ecosystem  Health:  Principles  and  Practice. Wiley‐Blackwell, Chichste, 1998. 

21.

Fogg GF, Hinton  DE, Johnson  ML,  Scow KM  (Eds).  Integrated  Assessment  of  Ecosystem  Health. CRC  Press, Boca Raton, FL, 1999. 

22.

Kaufman W. How nature really works. Am For, 1993, 17‐19:59‐61  

23.

Mitchell RJ, Auld MHD, Le Duc MG, Robert MH. Ecosystem stability and resilience: a review of their  relevance  for  the  conservation  management  of  lowland  heaths.  Perspect  Plant  Ecol  Evol  System  2000, 3:142‐160. 

24.

Stone L, Gabric A, Berman T. Ecosystem resilience, stability, and productivity: seeking a relationship.  Am Natuiralist 1996, 148:892‐903. 

25.

Naeem S, Bunker A, Lorean M, Perrings C (Eds). Biodiversity, Ecosystem Functioning, anf Human  Erllbeing. An Ecological and Economic Perspective. Oxford Scholarship Online, Oxford, Sept 2009.   (www.oxfordscholarship.com/oso/public/content/biology/9780199547951/toc.html) 

26.

Slootweg  R,  Raivanshi  A,  Mathur  VB,  Kolhoff  A  (Eds).  Biodiversity  in  Environmental  Assessment.  Enhancing Ecosystem Services for Human Well‐Being. Cambridge University Press, Cambridge, 2010. 

27.

UNEP. Ecosystem Management Programme. A New Approach to Sustainability. UNEP , Nairobi,  Kenya , 2009 (www.unep.org/ecosytemmanagement/LinkClic?....) 

28.

United Nations Environmental Programme , Nairobi , Kenya (www.unep.org/edpi )  

29.

Vitousek PM, Lubchenco J, Mooney HA, Mehillo J. Human domination of Earth’s ecosystems. Science  1997, 227: 494‐499. 

30.

The  Ecological  Society  of  America.  Issues  in  Ecology,  "Ecosystem  Services:  Benefits  Supplied  to  Human  Societies  by  Natural  Ecosystems,  No.  2,  Spring,  1997.  Available  on  ESA's  website  at  http://www.esa.org/science/Issues/.  

31.

Chichilnisky G, Heal G. Economic returns from the biosphere. Nature 1998, 391:629‐630. 

32.

Kreme n C. Managing ecosystem services: what do we need to know about their ecology? Ecol Lett  2005, 8: 468‐479. 

33.

National  Research  Council  (USA).  Valuing  Ecosystem  Services:  Toward  a  Better  Environmental  Decision‐Making. National Academies Press, Washington DC, 2004. 

34.

Ruhl JB, Kraft SE,  Lant CL. The Law and Policy of Ecosystem Services. Island Press, Washington DC,  2007. 

35.

Kumar P, Muradran R. Payment for Ecosystem Services. Oxford University Press, Oxford, 2009. 

36.

Adam  WM,  Aveling  R,  Brockington  D,  Dickson  B,  Elliott  J,  Hutton  J,  Roe  D,  Vira  B,  Wolmer  W.  Biodiversity conservation and the eradication of poverty. Science 2004, 306: 1145‐1149. 

37.

Tallis H, Kareiva P, Marvier M, Chang A. An ecosystem services framework to support both practical  conservation and economic development. Review. Proc Natl Acad Sci USA 2008, 105: 9457‐9464. 

38.

Dally  GC,  Matson  PA.  Ecosystem  services:  from  theory  to  implementation.  Proc  Natl  Acad  Sci  USA  2009, 105: 9455‐9456. 

39.

Jordan  SJ,  Hayes  SE,  Yoskowitz  D,  Smith  LM,  Summers  JK,  Russell  M,  Benson  WH.  Accounting  for  natural resources and environmental sustainability: linking ecosystem services to human well‐being.  Environ Sci Technol 2010, 44:1530‐1536, 

40.

Elliott M, Lawrence AJ. The protection of species versus habitats‐Dilemmas for marine scientists. Mar  Pollut Bull 1998, 36: 174‐176,  

41.

Elliott M, Fernades T, de Jonge V. The impact of recent European directives on estuarine an coastal  science and management. Aquat Ecol 1999, 33:311‐321. 

42.

European Commission. The Habitats Directive  (http://ec.europa.eu/environment/nature/legislation/habitatsdirective/index_en.htm) 

43.

European  Commission.  Introduction  to  the  new  Water  Framework  (http://ec.europa.eu/environment/water/water‐framework/info/intro_en.htm) 

44.

European Commission. A Marine Strategy Directive to save Europe’s seas and oceans.  (http://ec.europa.eu/environment/water/marine/index_en.htm). 

45.

European  Commission.  Integrated  Coastal  (http://ec.europa.eu/environment/iczm/home.htm) 

Zone 

Management 

Directive 

(ICZM) 

46.

Gilbert  N.  How  to  avert  a  global  water  crisis.  Nature  4/10/2010  (on  line  :  doi:10.1038/news.2010.490) 

47.

Gilbert N. Balancing water supply and supply and wildlife. Study warns of threats to water security  and biodiversity in the world’s rivers. Nature 29/9/2010 (on line doi:10.1038.2010.505) 

48.

Vörösmarty  CJ