BIOMONITORING a BIOINDIKACE Biologická indikace: • Železa a manganu • Sirovodíku • Vápníku • Salinity • Acidifikace • Organických látek Společenstva reagují na: • Trofii (s projevy na strukturu populací a společenstev fyto i zoobentosu/planktonu, ryb a makrofyt) • Toxicitu (akutní, chronickou, reprodukční) • Saprobitu (org. Netox.znečištění, kyslíkové poměry) • Spec. Znečištění (specific. Typy látek – farmaka, endokrinní disruptory, patogenní organismy, • Acidifikaci a změny pH • Hydrologické poměry 2 Základní typy indexů: Indexy diverzity – druhová rozmanitost, biodiverzita Biotické indexy – na rozdíl od indexů diverzity vycházení z představy rozdílných vztahů organismů k podmínkám prostředí – volba reprezentanta – indikační druhy Benthic organisms have differing tolerances to pollution; their relative populations help indicate sediment quality ColeopteraEphemeroptera Plecoptera Příklad xenosaprobních a oligosaprobních organismů a - perloočka Holopedium gibberum, b - vodní mech Fontinalis, c dvojčatkovitá řasa Micrasterias truncata, d - ploštěnka Dugesia gonocephala, e - jepice Epeorus asimilis, f - rozsivka Tabellaria flocculosa, g - ploštěnka Crenobia alpina, h - obrněnka Ceratium hirundinella, i - rozsivka Meridion circulare Příklad betamezosaprobních organismů a - rozsivka Asterionella formosa, b - zelená řasa Pediastrum boryanum, c - měňavka Amoeba proteus, d - zelená řasa Scenedesmus quadricauda, e - jepice Cloeon dipterum, f - vířník Brachionus urceolaris, g - ploštěnka Dendrocoelum lacteum, h - kamenomil říční, i vírník obecný, j - pošvatka rodu Perla Příklad alfamezosaprobních organismů a - nálevník Stentor coeruleus, b - okružanka Sphaerium corneum, c bičíkovec Anthophysa vegetans, d - pijavka Erpobdella octoculata, e rozsivka Navicula viridula, f - larva bráněnky Stratiomys sp., g - bičíkovec Bodo saltans, h - bičíkovec Cryptomonas erosa Příklad polysaprobních organismů a - bakterie Sphaerotilus natans, b - pakomár Chironomus thummi, c - nitěnky Tubifex tubifex, d - pestřenka r. Eristalis, e - vířník Rotaria neptunia, f - bičíkovec Hexamitus inflatus, g - bičíkovec Bodo putrinum, h - bakterie Beggiatoa alba Zoobentos (odběry vzorků) Malformace obojživelníků – ekotoxikologie vodních ekosystémů – BIOINDIKACE in situ Bioindikace TROFIE • Možnosti detekce trofie: • Koncentrace a formy živin (N, P, Mg, Fe .. Dle limitace) • Chlorofyl a další pigmenty • Biomasa makrofyt • Biomasa fytoplanktonu a fytobentosu • Počty buněk • Objemová biomasa • Primární produkce • Struktura populací a společenstev Metody 2 • Přirozené substráty • Umělé substráty • Sklo čisté a broušené • Kulaté – 1.5 cm • Obdélníky - podložní sklo a 5x40 cm • Kameny dle geologického podloží • Kompozitní materiály • Stativy plovákové a bentické Je bioindikace fytobentosu dominantně indikace trofie? • Společenstva řas, sinic, rozsivek, bakterií, plísní atd. reagují na komplexní podněty: • Světelných podmínek lokality • Mikrohabitat (např. proudění vody) • Organické látky ….saprobitu….. • Salinitu a pH • Atd…toxicita, zoobentos, ryby,….. • A samozřejmě také živiny (koncentrace, poměry, limitace prvky, formy živin atd.) Způsoby hodnocení trofie dle: • 1. Zvýšené nabídky živin, (koncentrace N,P ve vodě) • 2. Hodnocení podle růstové odezvy in vitro, (trofický potenciál- laboratorní biotesty • 3.Hodnocení podle in situ zvýšené koncentrace biomasy fototrofů, (reálná koncentrace v přírodě) • 4. Hodnocení podle změn v druhovém složení (bioindikace) Klíčové otázky výběru indikátorů: • Bohaté seznamy indikátorů vs. 100-200 vybraných druhů • Jen rozsivky vs. Všechny řasy fytobentosu • Realita praxe: (použitelnost pro rutinní aplikaci) • Rychlost – čas, který lze věnovat odběru, zpracování a vyhodnocení 1 vzorku – vliv na preciznost , citlivost a validitu analýz Výhody a nevýhody rozsivek • Výhody: • Dobře poznatelné • Při výběru limitovaných počtů lze zaučit i více nových pracovníků • Vzorky lze skladovat a znovu určit – kontrola QA/QC, GLP.. • Nevýhody • Těžko poznatelné, zda před vypálením byly schránky živé, či mrtvé • Nejistota, zda společenstvo reagovalo na trofii, org. znečištění, salinitu, aciditu, toxicitu atd. • Široké ekologické valence – málo striktních indikátorů (38 TP BIOINDIKACE TROFIE POMOCÍ ŘAS Hodnocení trofického stavu lokality • Saprobita vs. Trofie • WFD a Hodnocení stavu lokality • Indexy a vyhodnocení pomocí OMNIDIA • Kombinace bioindikací s kvantifikací realizované biomasy fytobentosu • BenthoFluor sonda • Variabilita • Reprodukovatelnost Další otázky: • Expoziční substráty vs. klasické podklady • Výhody: • přesně známá expozice, • využitelné i pro další analýzy, • možnost výběru optimálního místa- referenční lokality! • Nevýhody – • možná selektivita, • nutnost jet 2x na lokalitu… Závěr Bioindikace pomocí fytobentosu jsou užitečné, ale je nutné znát limitace metod odběru, analýzy a vyhodnocení !!! Společenstvo nereaguje pouze na trofii! Pro interpretaci je vhodné se opírat o další informace (chemické analýzy, hydrologie, realizovaná trofie in situ…) Je čas srovnávat výsledky různých systémů a propojit interpretace na mezinárodní úrovni! Water Framework Directive Směrnice 2000/60 ES, kterou se stanoví rámec Společenství pro oblast vodní politiky ….a ekotoxikologie na úrovni ekosystému Co je WFD? WFD poskytuje rámcové požadavky na ochranu vnitrozemských povrchových vod, brakických vod, pobřežních vod . Cílem je dosažení dobrého ekologického stavu vod se zřetelem na množství a kvalitu. Podzemní vody řeší Groundwater Directive (2006/118/EC) Zásadní změna ve způsobu myšlení • Dříve chránila strukturu např. rybích a zooplankton společenstev jednotlivé směrnice • směrnice o sladkovodních rybách (78/659/EHS) • směrnice o korýších (79/923/EHS) • WDF neposkytuje žádnou náhradní legislativu, ale přednostně se zaměřuje na ochranu všech povrchových vod, a to až na úroveň, o která se pokládá za přijatelnou pro všechny druhy organismů (tj. „dobrý stav povrchových vod“ v článku 4 WFD), včetně ekonomicky významných druhů. Které směrnice EU jsou provázané s WFD? • Směrnice o vodách pro koupání (76/160/EHS)- každá voda pro koupání označená ve smyslu Směrnice o vodách pro koupání tvoří chráněné území. • Směrnice o čištění komunálních odpadních vod (91/271/EHS), která vyžaduje zřízení citlivých oblastí. • Směrnice o divoce žijících ptácích (79/409/EHS) a Směrnice o stanovištích (92/43/EHS). Lokality stanovené na základě těchto směrnic tvoří síť chráněných území Natura 2000. • Směrnici o nitrátech (91/676/EHS), která vyžaduje zřízení zón zranitelných nitráty • The Groundwater Directive 2006/118/EC Další direktivy https://ec.europa.e u/environment/wat er/index_en.htm · Směrnice o pitné vodě 80/778/EHS doplněná Směrnicí 98/83/ES · Směrnice o velkých haváriích (Seveso) 96/82/ES · Směrnice o hodnocení vlivů na životní prostředí 85/337/EHS · Směrnice čistírenských kalech 86/278/EHS · Směrnice o prostředcích pro ochranu rostlin 91/414/EHS · · Směrnice o stanovištích rostlin a živočichů 92/43/EHS Směrnice o integrované kontrole prevence znečištění 96/61/ES Směrnice o vypouštění nebezpečných látek 86/280 EHS Směrnice Sucho, povodně, pitné vody, koupací vody, správa povodí, adaptace na klimatickou změnu….. Vše na linku v záhlaví!!!! Monitoring povrchových vod • Příloha V. WFD ustanovuje, že monitorovací síť má být navržena tak, aby poskytla souvislý a srozumitelný přehled o hydrologickém ekologickém a chemickém stavu a umožnila klasifikaci vodních útvarů do pěti tříd • Velmi dobrý (modrá) • Dobrý (zelená) • Střední (žlutá) • POŠKOZENÝ (ORANŽOVÁ) • ZNIČENÝ (ČERVENÁ) WFD definuje tři typy monitorovacích programů: Situační, provozní a průzkumný • · situační monitoring, který má poskytnout informace • – pro účelné a efektivní navrhování budoucích monitorovacích programů • – pro vyhodnocení dlouhodobých změn přírodních podmínek - pro vyhodnocení dlouhodobých změn vyplývajících ze všudypřítomných lidských činností. Provozní monitoring • pro stanovení stavu těch útvarů, které byly identifikovány jako rizikové co do možnosti dosažení jejich environmentálních cílů • vyhodnocení jakýchkoli změn těchto útvarů vyplývajících z programů opatření • odpoví, zda byla opatření účinná – schopnost porovnat stav v čase Průzkumný monitoring • kde nejsou známy příčiny některých extrémních hodnot • kde situační monitoring naznačuje, že cíle stanovené pro vodní útvar pravděpodobně nebudou dosaženy a provozní monitoring dosud nebyl zřízen, a to s cílem zjistit příčiny, proč vodní útvar nebo vodní útvary nemohou dosáhnout stanovených environmentálních cílů nebo • kde jde o zjištění velikost a dopadů havarijního znečištění. Volba lokalit monitoringu • monitorovací úsilí by mělo být co možno nejvíce zaměřeno na oblasti s identifikovaným možným nebezpečím, např. tam, kde bylo zjištěno velké množství znečištění vodního útvaru • zvolená místa by měla být reprezentativní pro všechny vodní útvary • uzávěry povodí - útvary které vtékají na území jiného Členského státu, nebo vyúsťují do dalšího povodí musí být monitorovány, aby se získal přesný obraz o dosaženém stavu vod • Hot-spots – typicky ČOV, města (PPCP), drenáže z polí (agrochemie – pesticidy, hnojiva)…. Sledované parametry a četnost sledování parametrů ekologického stavu Prvky kvality Řeky Jezera Biologické Fytoplankton 6 měsíců 6 měsíců Fytobentos a vodní flóra 3 roky 3 roky Makročlenovci 3 roky 3 roky Ryby 3 roky 3 roky Hydromorfologické Spojitost 6 let Hydrologie continuous 1 month Morfologie 6 let 6 let Fyzikálně-chemické Tepelné podmínky 3 měsíce 3 měsíce Okysličování 3 měsíce 3 měsíce Zasolení 3 měsíce 3 měsíce Stav živin 3 měsíce 3 měsíce Stav okyselování 3 měsíce 3 měsíce Ostatní polutanty 3 měsíce 3 měsíce Prioritní látky 1 měsíc 1 měsíc Referenční seznam hlavních znečišťujících látek 1. část • 1. Halogenované organické sloučeniny a látky, které mohou ve vodném prostředí tuto sloučeniny vytvářet • 2. Organické sloučeniny fosforu • 3. Organické sloučeniny cínu • 4. Látky a přípravky pro které bylo prokázáno, že vykazují karcinogenní či mutagenní vlastnosti nebo vlastnosti, které mohou ovlivnit reprodukci ve vodním prostředí nebo cestou vodního prostředí • 5. Persistentní uhlovodíky a persistentní a bioakumulovatelné organické toxické látky Referenční seznam hlavních znečišťujících látek 2. část • 6 Kyanidy • 7 Kovy a jejich sloučeniny • 8 Arsen a jeho sloučeniny • 9 Biocidy a výrobky na ochranu rostlin • 10 Materiály v suspenzi • 11 Látky, které přispívají k eutrofizaci (zejména dusičnany a fosforečnany) • 12 Látky, které mají nepříznivý vliv na kyslíkovou bilanci, (a mohou být měřeny prostřednictvím parametrů, jako je BSK, CHSK ap). • Aktuální Seznam sledovaných látek ze srpna 2020 https://eur-lex.europa.eu/legal- content/CS/TXT/PDF/?uri=CELEX:32020D1161&from=EN Další aktivity spojené s implementací WFD • Directive 2013/39/EU – systém monitoringu a schvalování nových prioritních polutantů, revize 2015, 2018, 2020… • Nejnovější seznamy prioritních polutantů https://eur- lex.europa.eu/legal- content/EN/TXT/?uri=uriserv:OJ.L_.2020.257.01.0032.01.ENG&toc=O J:L:2020:257:TOC • Antibiotika, antidepresiva, herbicidy, fungicidy …další podrobnosti viz WFD • Definice ekologického stavu … co znamená dobrý, střední …. Str. 56 • Postup pro stanovení standardů chemické kvality str. 72 • Plné znění WFD https://eur-lex.europa.eu/legal- content/EN/TXT/?uri=CELEX:32000L0060 • Info zdroje, metody, implementace, aktualizace https://ec.europa.eu/environment/water/water- framework/info/timetable_en.htm • Odborné podklady : EurEau is the European Federation of National Associations of Water Services www.eureau.org Year Issue Reference 2000 Directive entered into force Art. 25 2003 Transposition in national legislation Identification of River Basin Districts and Authorities Art. 23 Art. 3 2004 Characterisation of river basin: pressures, impacts and economic analysis Art. 5 2006 Establishment of monitoring network Start public consultation (at the latest) Art. 8 Art. 14 2008 Present draft river basin management plan Art. 13 2009 Finalise river basin management plan including programme of measures Art. 13 & 11 2010 Introduce pricing policies Art. 9 2012 Make operational programmes of measures Art. 11 2015 Meet environmental objectives First management cycle ends Second river basin management plan Art. 4 2021 Second management cycle ends Art. 4 & 13 2027 Third management cycle ends Art. 4 & 13 2033(and every 6 years thereafter) Revision of river basin management plan Experimentální micro/mezokosmy pro ekotoxikologii vodních ekosystémů Mikrokosmy Mikrokosmy Mikrokosmy Mikrokosmy - igelitové pytle (cca 50 L) • médium – přírodní voda + fosfor • sedimenty • přirozená společenstva organismů (inokulum sinic, dafnie, makrofyta) - slabý či žádný růst - náročné hodnocení Microcosm experiments - 250 l Tested substances: Natutal compounds Floculants Fe-chelators Enzymatic ROS producers Mezokosmy • - kovové konstrukce potažené inertním matriálem (oddělení od okolní vody) - komunikace s prostředím – skrze sediment - přírodní srážky, přírodní sedimenty - přirozená společenstva organismů (inokulum sinic, dafnie, makrofyta, ryby) - růst, reprodukovatelnost , přírodně identické Umístění mezokosmů (klecí ☺) Aquatické mezokosmy Žádost o povolení aplikace přípravku - Povolení výjimky z ustanovení § 39 odst. 1 Zákona č. 254/2001 Sb. o vodách • Odst. (1) Závadné látky jsou látky, které nejsou odpadními ani důlními vodami a které mohou ohrozit jakost povrchových nebo podzemních vod (dále jen "závadné látky"). Každý, kdo zachází se závadnými látkami, je povinen učinit přiměřená opatření, aby nevnikly do povrchových nebo podzemních vod a neohrozily jejich prostředí. • Odst. (7) Vodoprávní úřad může při použití závadných látek povolit z ustanovení odstavce 1 výjimku, nejde-li o ropné látky, a to v nezbytně nutné míře, na omezenou dobu a za předpokladu, že jich bude použito: • a) k úpravě a udržování vodního toku, • b) ke krmení ryb, • c) z důvodů zdravotních, • d) k úpravě povrchových nebo podzemních vod pro určité způsoby užívání, například srážení anorganických živin přímo ve vodním toku, • e) k odstranění nežádoucí flóry nebo fauny ve vodním toku, • f) jako indikátorových látek pro účely měření, nebo • g) v rámci schválených sanačních technologií. Žádost o povolení aplikace přípravku • Kdo žádá? (místní správa/správce, uživatel, např . Rekreace, rybochovná..) • Koho žádá? Vodoprávní orgán • Účastníci vodoprávního řízení • Orgán veřejného zdraví • Veterinární správa • Orgán ochrany přírody • Zástupce místní správy/samosprávy • Rybářský svaz • Správce/majitel toku či nádrže… a další Co je potřeba připravit: • Je nutno soustředit potřebné informace o nádrži, • struktuře fytoplanktonu za posledních cca 5-8 let, • historii kvality vody v nádrži, rozložení, mocnost a kvalitu sedimentů v nádrži, včetně rozložení a kvantifikace infekceschopného inokula v sedimentech nádrže. • Podrobné informace je nutné mít o povodí nad nádrží • (zdroje znečištění (ekotoxikologické, i zdroje živin), jejich pulsace a dynamika. • podrobnou hydrologii nádrže - aplikuji-li do vody jakoukoliv látku, měl bych vědět jak dochází k jejímu rozředění • Přesný způsob aplikace a exaktní dávkování přípravků. • Kdy, kam, kolik, s jakým efektem na sinice a na necílové organismy a stabilitu ekosystému nádrže, ekotoxicita, biodegradabilita a biokumulace, či osud látky v ekosystému Co dále je potřeba připravit: • Podrobný plán akce, bezpečnost a profesionální provedení • Systém monitoringu před a po aplikace • Prokázat vliv na vodní ekosystém • Chronická a reprodukční toxicita, • biokumulovatelnost, biodegradabilita • Vliv na necílové organismy (zooplankton, ryby, moluskofauna, obojživelníci, makrofyta) Ekosystémové studie pro nové přípravky a prioritní polutanty • Přírodě blízký systém, který umožní ekotoxikologicky hodnotit na úrovni společestev • Odborně a finančně velmi náročné • Platba od firem??? … nezávislost studií!!! • Realita je, že jsou na odtoku ČOV kombinace látek s neznámými efekty… proto je nutno realizovat nejen laboratorní, ale také in situ experimenty prokazující vliv na vodní ekosystémy!!!!!!!