Základy hydrobiologie (limnologie, limnoekologie, limnobiologie) Jan Helešic (helesic@sci.muni.cz) Uvod Základní učebnice sramek lellak Základní učebnice schwoerbel wetzel Základní učebnice lampert Kalff Základní učebnice Boulton sterba Voda na Zemi voda Rozložení pevninské vody v biomu Země hydr306 Zásoby vody v jezerech hydr305 penize 111208302 Zásoby vody - jezera jezera Vývoj jezerních systémů jezeravyv hydr303 Voda v ČR a SR srazky Podzemní vody podzv Vodohospodářsky významné oblasti ČR vodoblasti Voda na Zemi a v ČR a SR voda1 hydr307 Koloběh vody v biómu Země kolobeh1 Koloběh vody v biómu Země hydr308 voda rencin Voda základ života na Zemi voda2 Voda základ života na Zemi voda3 Molekula vody Voda základ života na Zemi cluster Formy vody v biomu Země Hustota vody hust1 hust2 hust3 • Termická stratifikace • Vysoká hustota (775x) – • Stavba těl a velikost vodních •organismů Viskozita (dynamická) vody •Vnitřní tření – odpor prostřední (vody) proti vlastnímu pohybu nebo jiné částici. •100x vyšší než viskozita vzduchu •Jednotka Pa.s. •Závislost na teplotě visk Adhezivní a kohezivní vlastnosti •Koheze (soudržnost) - adheze (přilnavost) •Vzájemný poměr určuje smočitelnost (hydrofilii) nebo nesmočitelnost (hydrofobii) •Důsledky: –organismy dýchající vzdušný kyslík –organismy dýchající rozpuštěný kyslík Povrchové napětí vody • závislost na teplotě a množství rozpuštěných látek • vytvoření stabilizační plochy – specifického mikroprostředí • neuston – epi, hypo, pleuston neuston Tepelné vlastnosti vody •Velká měrná tepelná kapacita (3. nejvyšší po H, He) •Vysoké hodnoty skupenského tepla tuhnutí a varu •Velmi malá schopnost molekulárního přenosu tepla •Důsledky pro ekosystém a organismy: –akumulátor tepla v biómu – pomalu se zahřívá a pomalu ochlazuje –vysoká tepelná kapacita a stabilita, účinné tlumení cirkadiálních a cirkanuláních výkyvů –veškerý přenos pohybem vody a předáváním –teplotní stratifikace – – Tepelný režim vod •Zdroje tepla –Sluneční radiace –Geotermální zdroj –Antropický faktor •Ztráty tepla –Vyzařování –Výparné (skupenské) teplo –Odvod tepla do terestických systémů –Odtok oteplené vody ze systému Tepelný režim vod strat1 strat2 Záření a voda zar1 Záření a voda zar2 zar3 Záření a voda zar4 Záření a voda •Průhlednost vody –Zákal vody •Anorganický •Vegetační •Barva vody –Skutečná (primární) barva vody –Druhotná (sekundární) barva vody Pohyby vody •Stojaté vody – lenitické systémy –vertikální pohyby –seiche –proudění vyvolané větrem – vlnění –proudění vyvolané přítokem nebo odtokem •Tekoucí vody – lotické systémy – jednosměrné proudění po spádnici – laminární nebo turbulentní –u velkých toků kombinace s vlněním a přítoky Pohyby vody seiche1 seiche2 Pohyby vody vlny1 vlny2 Proudění v říčním korytě •Rychlost proudu lotic124 Proudění - charakteristiky lotic125 Proudění a organismy lotic128 Další fyzikální vlastnosti vody •Hydrostatický tlak •Vodivost vody •Redox potenciál •pH Vodivost vody •Míra minaeralizace vody nebo koncentrace iontově rozpuštěných látek •Jednotky mS.m-1 (mS.cm-1) •Přírodní sladké vody od 15 - 1500 (3000) mS.cm-1 • pH a rH •pH –Ústojný systém –Přírodní vody – 6,4 až 10,25 –Závislost na rozpuštěných látkách •Acidifikace – dystrofní vody – humínové kyseliny •rH – redox potenciál (mV, V) –Míra množství reaktivního kyslíku a oxidačních procesů (rozsah -1000 do +1000 mV) –Záporné hodnoty redukční (anaerobní) prostředí –Kladné hodnoty oxidační (aerobní) prostředí rh Kyslíkový režim vodního prostředí kyslik Koloběh kyslíku •Rozpustnost ve vodě – teplota, tlak, plocha aj. kysl1 •Relativní podíl kyslíku a dusíku – 1:5 (vzduch) vers. 1:2 (voda) •Distribuce O2 ve vodním sloupci – stratifikace (trofogenní versus •trofolytická zóna •Koloběh v biomu Země kysl2 kysl3 kysl4 Kyslíkový režim •Rozpuštěný (mg/l) •Relativní sycení (%) •Procesy s kyslíkem –Biochemická spotřeba kyslíku – BSK (BOD) –Chemická spotřeba kyslíku – ChSK (COD) •Anoxie – anaerobie: amoniak, sulfan Koloběh uhlíku • - Hlavní zdroj C – CO2, • - 200x rozpustnější než O2, závislost na teplotě, až 5 mg/l • - stanovení jako alkalita - KNK uhlik uhlik1 Hydrogen – uhličitanový systém uhlik2 Živinový režim •Hlavní živiny – N, P, K –Poměr 600C : 20N : 1P –Biodostupné formy •Esenciální živiny –Ca, Mg, Fe, Mn, Si •Síra a sulfan • Koloběh dusíku dusik1 dusik2 Koloběh fosforu fosfor fosfor1 Koloběh síry sira sira1 Koloběh vápníku a hořčíku •Ca –Součást koster – zdroj vápenec –Důležitá část ústojného systému •Může být potlačen fotosyntetickou aktivitou org, •Mg –Společně s Ca, zdroj dolomity –Nezbytná součást přenosu energie (ADP – ATP) –Součást chlorofylu – Koloběh železa •Rozpustná forma Fe2+; nerozputná forma Fe3+ •Organické a anorganické formy •Partikulovaná forma 50 - 200µg/l •Limitující pro rozvoj fytoplanktonu (stimulace – inhibice) •Vazby s fosforem, sinice a kompetiční snižování množství železa Organické látky (organic matter) •Základní formy –Rozpuštěné – DOM –Koloidní – COM –Partikulované – POM •POM – velikostní kategorie –Hrubé – CPOM větší 1mm –Jemné – FPOM do 500 μm –Ultra jemné UFPOM Koloběh živin ziviny Koloběh živin ziviny1 Koloběh živin ziviny2 ziviny3 Koloběh živin a org. hmoty ziviny4 Organismy dle zdroje energie •Autotrofní org. - producenti •Heterotrofní org.- konzumenti –Kouskovači (drtiči) – shredders –Sběrači – collectors –Seškrbávači (spásači) – scrapers (grazers) –Dravci (predators) •Heterotrofní org. - destruenti (dekompozitoři) Organismy dle zdroje energie organismy Energie v ekosystému Energyb Celková trofie systému trofie Celková trofie systému trofie1 Ekologická nika nika Organizmy - adaptace •Hydrobionti, hydrofilové, hydroxenové –rheobiont, rheofil, rheoxen •Adaptační mechanismy –Organizmus • morfologie těla, fyziologie, imunologické reakce atd, –Populace •rozmnožování (načasovaní, mechanismy), vývojové cykly (délka, počet), behaviorální mechanismy, dormance atd. –Společenstva •mezidruhové vztahy - …………………………….