Vodní organismy, ekosystémy, potravní sítě Úvod do hydrobiologie Limnologie…. Co to je? •Limnologie (slovo pochází z řeckého Λίμνη [limne]) je věda o kontinentálních vodních útvarech s pomalou výměnou vody. •Učí o vztazích ve vodních ekosystémech •Popisuje hydrobiologické, hydrochemické a hydrologické souvislosti ve vodních nádržích a tocích • Limnologie= hydrobiologie, hydrochemie, hydrologie: •Povrchových vod –Stojaté (lenitické) •Přírodní jezera, přírodní a nově tvořené tůně •Přehrady (vodárenské, rekreační, technologické) •Rybníky, MVN, mokřady –Tekoucí (lotické) •Prameniště, potoky, řeky •Podpovrchové a podzemní vody • Rozloha některých velkých kontinentálních vodních nádrží (vše ve stejném měřítku): 1 jezero , 2 Velké Medvědí. 3 Ladoga, 4 Aralské. S Balkaš, 6 Oněga, 7 Winnipeg, 8 Neusiedlerské, 9 Bajkal, 10 Velké Solné. 11 Velké Otročí, 12 Černé moře, 13 Kaspické moře, 14 jezero Čad, 15 Viktoriino, I6 Njasa, 17 Innaren. 18 Tanganjika, 19 Ženevské, 20 Vättern, 21 Titicaca, 22 Nicaragua, 23 Hořejší. 24 Michigan, 25 Huron. 26 Erie. 27 Ontario, 28 Tana, 29 Rudolfovo. 30 Mrtvé moře, 31 Balaton Lentické ekosystémy •Jezera •- ledovcová (šumavská jezera) •- krasová (Macocha, Hranická propast) •- sesuvová (Mladotické jezero) •- rašelinná (Jizerské hory, Šumava) •Říční (Květné , Křivé – Dyje) •Rekultivační Milada, Medard… •Lomová – Kamencové, Bílina •Rybníky a přehradní nádrže - rozmach 16., 17. stol. 52. tis. ha •funkce: regulace průtoku, zavlažování, odběr pitné vody •výroba elektřiny, rybolov, rekreace •vltavská kaskáda, Vranov, Třeboňská a Českobudějovická pánev •Tůně a mokřady • Krasové systémy podzvody050 Nádrže-tůně-mokřady •Podpora obnovy přirozených funkcí krajiny (POPFK) je národní dotační program MŽP Malá vodní nádrž (MVN) – souhrnný pojem ve smyslu ČSN malé vodní nádrže. Existují MVN různých určení – k chovu ryb, ekologické a krajinotvorné, retenční, akumulační, závlahové, rekreační, dočišťovací. •Mokřad – obvykle členitější kompozice vodních ploch, zamokřených a suchých, umožňující rozvoj mokřadních společenstev •Tůň – vodní plocha, vytvořená hloubením, obvykle bez hráze, bezpečnostního přelivu a spodní výpusti. http://strednicechy.ochranaprirody.cz/pece-o-vodni-rezim-krajiny/male-vodni-nadrze/ V volná voda, B bentál, H hyporheál (Kubíček, orig.) Schéma říčního profilu horního a dolního úseku toku se základními biotopy: fldplnm Klíčové procesy v hyporeálu podzvody071 Potravní sítě hyporeálu •Autochtonní org. materiál – fotická vrstva, zelené řasy, rozsivky, sinice •Allochtonní org. materiál (POM, CPOM, FPOM, DOM) •listový opad - sezónní závislost •eroze břehových partií •biofilm - bakterie, houby, prvoci a jejich extracelulární produkty, na povrchu POM i anorg. zrn (jemnozrné sedimenty mají velkou plochu!), zvyšuje kvalitu potravy (C:N) • MICRO, MEIOFAUNA Ekosystémové funkce hyporeálu •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 Hyporeál jako líhniště larev a dějiště přeměn dusíku ve VE podzvody076 podzvody072 Drift - sukcesní a stabilizační mechanismus toků •Český termín – snos – pasivní pohyb částic a organismů ve vodním sloupci •Několik typů –Emergentní drift –Terestrický drift –Katastrofický drift –Organický drift (živé nebo topící se organismy) •Protiproudový drift (aktivní!!) Mechanismy driftových dějů •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, …) Hlavní produkční složka toků je 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) • Zoobentos má různé potravní specializace lotic192 Kouskovači - drtiči lotic193 Deškrabávači - spásači lotic194 Filtrující sběrači lotic195 Potravní sítě tekoucích vod lotic196 Koncepce říčního kontinua lotic201 lotic202 Schéma horizontálního a vertikálního členění vodní nádrže stratifikované teplotně a světelným klimatem. Diagram ilustruje členění mělké nádrže mírného klimatického pásma v době letní stagnace (podle Goldmann et Horneho, 1983) lentic211 Typy litorálů Stratifikace nádrží na epilimnion, metalimnion a hypolimnion Mikce – míchání a stratifikace •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. • Schéma sezónního cyklu termiky jezera mírného pásma V létě Je vodní sloupec teplotně stratifikován, přičemž termoklima (T) odděluje teplejší vrstvu epilimnionu (E) od studenější a hustší vody hypolimnionu (H). Působení větru na hladinu vyvolává horizontální cirkulaci vody epilimnionu a výměnu živin a potravy mezí pelegiálními (P) a litorálními (S) cenózami. Sedimentujícími částicemi detritu s organismy jsou do hlubších vrstev vody a na dno přiváděny živiny, které mohou cirkulovat mezi vodou s sedimenty (b). Na podzim dochází k vyrovnání teploty a k úplnému promíchání vodního sloupce činností větru. V zimě nastává opět stagnace s teplotou vody blízko +4°C a poklesem teploty u hladiny. Na jaře, po opětném promíchání vodního sloupce, se hladinové vrstvy vody opět otepluj( a stabilizuje se vertikální stratifikace (podle různých autorů, upraveno) Vztah teplotní a světelné stratifikace vodní nádrže v době letní stagnace Skupiny organismů vodních ekosystémů •Plankton (virio, bakteri, fyto, zooplankton) •Bentos (mikrobiální biofilmy, fytobentos, zoobentos) •Vodní makrofyta •Ryby •Moluskofauna, •vodní ptáci (cerkárie, trofie, enterokoky…) •vodní savci (vydra, ondatra, bobr….) Ekologické potravní sítě Základní biochemické děje lentic214 Bakteriální smyčka lent222 Fytoplankton je hlavní produkční složka stojatých vod lent228 lent229 Potravní sítě ve VE lent225 Sezonní distribuce fytoplanktonu a zooplanktonu lent232 lent231 Vertikální distribuce (počet jedinců v 1 ml vody) některých příslušníků fytoplanktonu jezera Konojner ilustruje rozdílné světelné nároky různých skupin autotrofních organismů. Rozsivky (přerušovaná čára), Oscilatoria (plná čára), Microcystis (čerchovaná čára) (podle Gorlenka a Kuznněcova.1972) Zooplankton lent233 lent234 lent239 Tůně a mokřady Světové typy mokřadů a trofie lent241 Biochemické procesy v mokřadech lent244 Další typy vodních útvarů •Technologické nádrže (zavlažovací, požární..) •Vodní prvky zahradního umění (vodotrysky, vodopády, jezírka okrasná, rybochovná, vodní prvky indoor-outdoor • okrasné a koupací biotopy a biokoupaliště •Rozlišovat dle izolace okolí (folie/přírodní dno), dle účelu a způsobu užívání!!!! Shrnutí •Vodní typy a útvary •Základní limnologické pojmy •Ekologické skupiny vodních organismů •Hydrochemické a hydrobiologické souvislosti důležité pro pochopení procesů a řízení kvality vody • Ekologické skupiny tůní lent245 Schematické znázornění vertikální distribuce rozpuštěného kyslíku, dusičnanů a amoniaku v teplotně stratifikovaných jezerech s velmi nízkou a vysokou produktivitou (podle Wetzela, 1983) Typický průběh vertikální stratifikace, rozpuštěného kyslíku, oxidu uhličitého a teploty v době letní stagnace ve vodní nádrži s vysokou produktivitou. V hypolimnionu převládá. respirace s následným deficitem rozpuštěného O2 a přírůstkem volného CO2 (podle Goldmana et Horneho, 1983) Změny v relativním zastoupení oxidu uhličitého, hydrogenuhličitanů a uhličitanů ve vodních nádržích v závislosti na změnách pH vody: při středních hodnotách pH převládají hydrouhličitany (HCO3-), při nízkém pH oxid uhličitý a kyselina uhličitá (CO2 + H2CO3), za podmínek vysokého pH dominují uhličitany (CO32-) (podle Goltermana, 1975) Typická zimní stratifikace redox potenciálu (ve voltech) v povrchové vrstvě hlubinných sedimentů různých jezer. E Ennerdele Water (40 m), C CYummock Water (40,8 m). WJ Windermere, jižní část (31 m), WS Windermere, severní část (65 m), Ea Esthwaite Water (14 m) (podle Mortimera, 1942). Hodnoty odpovídající křlvce C naměřil Dr. J. Fott na mezotrofním blatenském rybníku Velký Pálenec (In Fott a kol., 1981) Znázornění rozdílné rychlosti toku vody v příčném profilu řeky pomocí koeficientu Teplotní změny říční vody v průběhu roku na příkladu řeky Moravy ne profilu Záhorské Ves (nahoře) a Starohorského krasového potoka na profilu Motyčky (dole) Velikost obsádky je vyjádřena biomasou, množství ostatních skupin abundancí: B - bakterie, P - prvoci, P - fytoplankton, R - vířníci, C - perloočky a buchanky, CH - pakomáři, D - obsádka ryb Sukcese v rybníku s mírně přesazenou obsádkou ryb po jarním napuštění. Koloběh toxických látek a živin v oligotrofním jezeře (vysvětlivky u druhého obrázku) Koloběh toxických látek a živin v rybníku s intenzivním chovem ryb Intenzita pohybu je úměrná tloušťce čar: PP - primární produkce, SP - sekundární produkce, D - destrukce, Ž - rozpuštěné a suspendované živiny, P - přítok, PA - přísun z atmosféry, H - hnojiva, K - krmivo, ZŽ -ztráta živin do atmosféry, VI - výlet imag vodního hmyzu, VR - výlov ryb, O - odtok, V - vypouštěni, SF - sedimentace fytoplanktonu, UŽ - živiny uvolněné ze dna, SŽ - sedimentace živin, SD - sedimentace detritu (orig. Přikryl) Mikrobiální přeměna sloučenin síry ve velmi produktivním jezeře prezentace bila bez textu prouzek tmave zeleny svisly Light penetration Průnik světla do vody - základní princip •Čistá voda absorbuje nejlépe červenou a oranžovou část spektra, a proto tyto části spektra nepronikají hluboko (5m). Nejhlouběji pronikají fialové a zelenomodré paprsky (30m). •rozptyl v čisté vodě je v negativní korelaci se čtvrtou mocninou vlnové délky (1/λ)4, takže nejvíce náchylné na rozptyl je krátkovlnné modré a UV záření. lightvsdepth prezentace bila bez textu prouzek tmave zeleny svisly Světlo •Světlo = viditelná část elektromagnetického záření (elektromagnetické vlnění o vlnových délkách ≈ 390 – 790 nm) •Elektromagnetické záření = je příčné postupné vlnění magnetického a elkektrického pole (elektromagnetického pole) 005802o10 par_electromagnetic-spectrum prezentace bila bez textu prouzek tmave zeleny svisly Ø Ø Ø Ø UV záření zareni Název Zkratka Vlnová délka v nanometrech Blízké NUV 400 nm - 200 nm UVA, dlouhovlnné, „černé světlo“ UVA 400 nm - 320 nm UVB, středněvlnné UVB 320 nm - 280 nm UVC, krátkovlnné, „dezinfekční“ UVC pod 280 nm DUV, hluboké ultrafialové DUV pod 300 nm Daleké, řídčeji „vzduchoprázdné“ (vacuum) FUV, VUV 200 nm - 10 nm Extrémní nebo „hluboké“ EUV, XUV 31 nm - 1 nm Výsledek obrázku pro uv záření Průnik světla a barva vody •Čistá voda absorbuje nejlépe červenou a oranžovou část spektra, a proto tyto části spektra nepronikají hluboko. Nejhlouběji pronikají fialové a zelenomodré paprsky. •rozptyl v čisté vodě je v negativní korelaci se čtvrtou mocninou vlnové délky (1/λ)4, takže nejvíce náchylné na rozptyl je krátkovlnné modré a UV záření. •Molekuly vody rozptylují světlo ve všech směrech, a to, která se vrací zpět nahoru směrem k pozorovateli, je důvodem modré barvy vody těchto čistých jezer. • I velmi malé množství zabarvujících DOM a organických částic velmi rychle absorbuje fotony modré části spektra a způsobuje, že vodou nejlépe prochází světlo zelené. To je pak následně rozptylováno a je důvodem pro zelenou barvu takovéto vody. •Se zvyšujícím se obsahem rozpuštěných organických látek roste absorpce světla v modré až fialové části spektra, voda je zabarvena do žluta až hněda. Malé vodní nádrže v krajině •Malé vodní nádrže (nádrže o objemu při normální hladině do 2 mil. m³ a největší hloubkou do 9 m) •jsou budovány k různým účelům: ochranné (retenční) nádrže (k ochraně před povodněmi nebo • vodní erozí), rybochovné nádrže čili rybníky, • nádrže na ochranu flory a fauny, rekreační nádrže, hospodářské (př. protipožární) a další. • • Výstavbou nebo obnovou nádrže lze, krom stanoveného účelu, • docílit řady dalších příznivých efektů. •Především vždy dojde ke zvětšení zásoby vody v krajině • s pozitivním dopadem též na lokální zásoby podzemních vod. •Nádrž také příznivě ovlivňuje průběh velkých vod • („zploštění“ povodňové vlny). • •Rybníky do dvou hektarů s výškou hráze do 1,5 metru je možné • postavit tzv. na ohlášení. • Jde o další z mnoha opatření pro zadržení vody v krajině.