Základy hydrobiologie II. Ekosystémy – části ekosystémů Jan Helešic (Eko) Systémový přístup § Podzemní vody – Prameny – Hyporheal § Tekoucí vody § Stojaté vody – Jezera – Poříční tůně – Umělé nádrže § Mokřady Podzemní vody – stygon (al), phreaton (al) – phreatic system Podzemní vody – základní charakteristiky § Zvodeň – aquifer § Zóna saturace Průlinové a puklinové prostředí Kvartérní sedimenty – aluvia řek Krasové systémy Porosita, permeabilita, dispersivita, koeficient infiltrace Časo-prostorová škála a rychlost procesů Základní vlastnosti § Podmínky – relativně stalá teplota vody (kopíruje průměrnou teplotu na povrchu) – omezený prostor (výjimka krasy) – relativně stalé chemické složení vody a vyšší mineralizace – nízký obsah kyslíku (max. jednotky mg/l), relativně vyšší obsah oxidu uhličitého § Zdroje – chybí světlo – omezený vstup organických látek jen FPOM, UFPOM a hlavně POM (výjimka kras) Podmínky - prostor Zdroje – organická hmota Adaptace organismů § Chybí světločivné orgány – zakrnělé nebo chybějící oči § Není nutný pigmentovaný tělní pokryv – organismy jsou bezbarvé nebo bílé § Prodloužené tělo, často bičíky § Nízká pohyblivost, adaptace na nízký obsah kyslíku § Chemotaktilní orgány – brvy, štětiny atd. § Feromonová komunikace § V rozmnožovacím cyklu není zpravidla sezónnost § Všežravci (sběrači a seškrabávači) a predátoři Organismy podzemních vod Stygo-phreatobionti Komunikace s okolními systémy – biotopy (habitaty) Prameny – krenon (al) Historická klasifikace Současná klasifikace Oprávněnost klasifikací Základní charakteristiky § Přechodová zóna, ale není typický ekoton § Primárně nízké koncentrace rozp. O[2] – dle typu různě rychlé dosycování § Vždy vyšší koncentrace rozp. CO[2] § Vyšší mineralizace vody – zdroj podzemní voda § První primární producenti – dle typu a mineralizace různá specifická společenstva [§ ]Občasný a pravidelný výskyt stygobiontů a stygofilů[] Habitaty pramenišť Organismy pramenišť Hyporheal – podříční vody Kde, proč a jak vznikají Historie výzkumu § předpoklad, že část říční fauny obývá sedimenty pod říčním dnem a vykazuje vertikální distribuci - Kühtreiber (1934) § kopání jam ve freatické zóně (Chappuis 1942) § termín „hyporheic“ použil poprvé Orghidan (1959) § hyporeál (intersticiál) jako součást podzemních vod, rozvinut ve štěrkovitých sedimentech, pro říční faunu plní funkci refugia a líhně (Schwoerbel 1961) § u nás se výzkumu ve freatické zóně věnoval O. Štěrba (60.-70. léta) § „ekotonální“ přístup: hyporeál jako ekoton mezi systémem povrchových a podzemních vod; diverzita zde ale dosahuje jen středních hodnot! (Gibert et al. 1990) § různé přístupy ovlivněny použitou vzorkovací metodou: freatobiologové vs. limnologové Ekotonální a hyporeický přístup Složení vody jako důkaz existence hyporealu Komunikace s podzemní a povrchovou vodou Hyporheal v podélném profilu toku (Bio)chemické procesy Koncepce cyklů dusíků v hyporhealu Organismy hyporealu (hyporheos) – distribuce v podélním a příčném profilu Funkce hyporheosu aneb co dělají a jak žijí § hrabání – bioturbance, rozrušování sedimentu, změna velikosti pórů a rychlosti vody v nich, oxydace a transport org. látek, disperze bakterií a spor § vyměšování – tvorba „bobků“ („pellets“), zdroj DOC a NH^4^+ § spásání biofilmů - zvyšování mikrobiální aktivity § rozmělnění potravy – rozklad a mineralizace „pohřbené“ POM, zpřístupnění OM dalším detritovorům a baktériím § biologické interakce – predace a kompetice, „top down“ kontrola meiofauny většími bezobratlými § pohyb mezi HZ a povrchovým tokem – migrace temporární i permanentní fauny, vyplavení během povodní poskytuje potravu povrchovým predátorům § emergence hmyzu – přenos energie do terestrického systému Funkce hyporhealu v ekosytému § Kumulace, destrukce a utilizace organické hmoty § Nitrifikační a denitrifikační cyklus § Hospodaření s fosforem § Refugium pro epibentické organismy při disturbancích § Biotop pro pravý hyporheos (hyporheobionti) - permanetně v hyporhealu § Biotop pro temporální organismy (larvy vodního hmyzu, …) – hyporheofiolové Hypotéza - refugium Testování na základě vzorkování v terénu a experimentů na korytě § hypotéza 1: úbytek fauny z říčního dna během povodně by měl být minimální, pokud je HZ hlubší, než vrstva dna zasažená výplachem - nepotvrzeno: ztráty 50-90 % § hypotéza 2: fauna by se měla pohybovat při zvýšených průtocích do větších hloubek - potvrzeno částečně, experimentálně pro Copepoda a pakomáry zjištěna rychlost 5-23 cm/s § hypotéza 3: je HZ nejdůležitější zdroj pro rekolonizaci po povodni? - potvrzeno částečně - vodní sloupec a povrchový sediment stejně důležitý Hyporheofilní organismy – zóna pro vývoj larválních statdií Tekoucí vody – lotický ekosystém Pramenná stružka, potok, říčka, řeka a veletok Prostor a čas – čtyřrozměrný prostor Časoprostorová škála Řeka a její záplavové území (aluvium) Řeka a její záplavové území (aluvium) § Eupotamon – průtočná část říční sítě po celý hydrologický rok § Parapotamon – slepé rameno, průtočný úsek za vyšších vodních stavů, trvale však napojen na tok § Plesiopotamon – mrtvé rameno, průtočné jen za vyšších vodních stavů, zbytek roku oddělen od toku, komunikace jen hyporhealem § Paleopotamon – poříční tůň nebo jezero, průtočné jen za extremních průtoků (50 letá voda a více), často až na říčních terasách v historickém záplavovém území Příklady – řeka Lužnice Geomorfologická klasifikace Klasifikace dle proudění Geomorfologie - hydraulika Spád, proudění a substrát dna § Rychlost proudu Spád, proudění a substrát dna Proudění a koryto toku Substrát – drsnost dna Proudění a organismy Rheobionti, rheophilové, rheoxenové Vstupy energie – koloběh látek § Světlo a teplo § Allochtonní organická hmota – CPOM, FPOM, DOM § Autochtonní organická hmota – Primární producenti § Nárosty řas, makrofyta – Konzumenti § Bentos § Potamoplankton § Nekton – Destruenti – biologicky aktivní povrch, biofilm Spirální koloběh Spirální koloběh – podélný profil Spirální koloběh – v prostoru Spirální koloběh - biofilm Spirální koloběh - aluvium Spirální koloběh – tvary spirál Spirála, organismy a toky energie Zdroje organické hmoty Rozklad organické hmoty Koloběh a transformace N Tok dusíku systémem – mgN/m^2/d Tok energie systémem (rok) Kolonizace a sukcese Drift – sukcesní a udržovaní mechanismus § Český termín – snos – pasivní pohyb ve vodním sloupci § Několik typů – Emergentní drift – Terestrický drift – Katastrofický drift – Organický drift (živé nebo topící se organismy) § Poproudový a protiproudový drift (aktivní) Drift – sukcesní a udržovaní mechanismus Drift - příčiny § Změny průtoku – minima a maxima § Ledové dřenice § Emergence – líhnutí vč. kuklení, vylézání na souš § Rozmnožování – vlastní aktivní hledaní sex. partnera a kopulace § Ovipozice – kladení vajíček § Vnitro a mezidruhové vztahy (kompetice, predace, …) Drift – změny průtoku Obecná sukcesní křivka Strategie přežití organismů tekoucích vod Životní strategie Hlavní produkční složka - bentos § Fytobentos – nárosty, perifyton – primární producenti § Zoobentos – konzumeti § Bakteriobentos – destruenti, biologicky aktivní povrchy, biofilmy – jednoduché houby a plísně, bakterie § Mikro (pod 50 µm, meio (50µm až 1mm)a makrobentos (více jak 1mm) Pozice meiobentosu v systému Podmínky pro meiobentos Makrozoobentos – potravní specializace Kouskovači - drtiči Seškrabávači (spásači) Sběrači (aktivní – filtrující - sítě stavějící) Potravní síť tekoucích vod Reálný příklad – pstruhový potok Potravní síť – Duffin Creek Podélný profil Podélný profil – vývoj druhové bohatosti, diverzity Koncepce říční návaznosti RCC – vstupy org. hmoty RCC – distribuce organismů Rybí pásma a Illiesova klasifikace Rybí pásma a Illiesova klasifikace Habitat - klasifikace § Pelal – kal, bahno, jíl, částice menší než 0,063mm § Argilal – jemnozrnné sedimenty (písek, detrit), částice menší než 0,063mm § Psammal – Písčité sedimenty, částice 0,063 – 2mm) § Akal – Jemný štěrk a detrit, 2 – 20mm § Lithal – Kameny a balvany, větší 20 mm § Phytal – Řasy a vyšší rostliny Biodiverzita tekoucích vod Biodiversita Ekosystém stojatých vod Lenitický ekosystém Fyziogeografické dělení § Vodní tělesa – recipienty – přirozená § Jezera – Ledovcová, tektonická, pobřežní, poříční, vulkanická a krasová § Tůně – Poříční, nebeské, permanentní a temporální – umělá § Rybníky § Přehradní nádrže § Umělé tůně – lomy, pískovny § Nádrže Základní členění habitatů Základní členění habitatů Podrobné členění litorálu Typy litorálu Vertikální proudění, míchání (mikce) nádrže, stratifikace Mikce – stratifikace a míchání § Holomiktická nádrž – promíchává se celá – Malé nádrže – rybníky, tůně, jezera § Meromiktická nádrž – promíchává se jen svrchní vrstva – profundal je stabilní – Hluboká tektonická jezera – Slaná jezera § Monomiktická jezera – 1x za rok – arktická j. § Dimiktická jezera – 2x za rok – mírné pásmo § Polymyktická jezera – více x za rok, tropické j., mělká j. atd. Fyzikálně-chemické a biochemické procesy Zjednodušený koloběh uhlíku Koloběh živin Produkce, konzumace a destrukce Bakteriální smyčka Potravní síť (řetězce) Potravní sítě Společenstvo, potravní specializace, velikostní kategorie Společenstva – pelagial/litoral Top - down, down - up Fytoplankton – hlavní produkční složka společenstva Sezónní cyklus biomasy planktonu Konzumenti - zooplankton Sezónní cyklus zooplanktonu Top – down řízení společenstva Denní migrace Cyklomorfóza, kairomony, exoenzymy – výstražné substance Tůně - klasifikace § Telmy – Fytotelmy – úžlabí listů (bromeliovité aj.) – Dendrotelmy – dutiny ve dřevě – Litotelmy – dutiny ve skalách – Pluviotelmy – kaluže, umělé nádrže, § Většinou temporální (dočasné) jen ty větší jsou permanentní § Specifická flora a fauna Mokřady - wetlands Typy mokřadů Vodní režim mokřadů Rozklad org. Hmoty a koloběh uhlíku Koloběh dusíku a síry Koloběh fosforu Biotické procesy - mikroorganismy Ekologické skupiny Potravní síť