Stresory v akvatických ekosystémech Hydromorfologická degradace: hydrologické ovlivnění degradace morfologie koryta fragmentace habitatů Nadužívaní vodních zdrojů Klimatické změny Obecná degradace Znečišťování vod eutrofizace organické znečištění toxické znečištění acidifikace tepelné znečištění Forma vstupního signálu Příklady stresorů v ekosystémech suchozemských jednorázový setrvalý stoupající pozar jednorázová aplikace pesticidů katastrofální povodeň v lese hofoseč větrný polom odvodnění zamokrených lokalit všechny typy extrémní degradace půd - intenzifikace pastevního hospodářství — zvyšování stavu býložravců cyklický I. Sezónní fcúHsšH setrvalé - kolísán: prům/šlových imisí (maxima SQ2 v chladném pololetí, 03 ve vegetační době) II. Sezónní kolísání se stoupavým trendem - stoupající dávky hnojiv - obsah C02 v zemské atmosféře vodních havarijní únik odpadních vod katastrofální povodeň jednorázová otrava hydrobiocenóz náhle zvýšená zátěž znečištěním z nového zdroje (odpadní vody nebo teplo) eutrofizace postupnou výstavbou odvodňovacích systémů a intenzifikací zemědělské výroby v povodí kampaňové znečištění vod. z cukrovarů stoupající vypouštění. odpadních vod v rámci sezónní cykličnosti a - intenzita působení t - čas Faktory ohrožující sladkovodní ekosystémy I. Hlavní příčiny a mechanismy způsobující ztrátu biodiverzity: • Nárůst lidské populace - intenzivnější využívání vodních zdrojů • Poškození či zničení habitatů - e.g., fragmentace ekosystémů, zanesení bahnem, úbytek litorální vegetace, - zánik, změna a fragmentace stanovišť - přehrady, kanalizování toků, těžba dřeva, nerostných surovin, využití pro zemědělství, dopravu či lidská sídla • Ničení/odvodňování mokřadů - v minulém století zničena polovina mokřadů na světě • Přílišné čerpání vody z toků - na závlahy v zemědělství, na spotřebu • Změny vodního režimu v tocích/nádržích - průtok, teplota, kyslíkový režim, změny výšky hladiny a přirozeného hydrologického režimu kvůli odběrům vody či výrobě energie • Znečišťování půdy, vody a ovzduší • Průmyslové výpusti, splachy ze zemědělských a městských oblastí • Průmyslové zemědělství a lesnictví - vstup materiálu, živin a polutantů Faktory ohrožující sladkovodní ekosystémy II. - snižování biodiverzity n Klimatické změny, atd. n Povodně a sucha (nedostatek vody, menší naředění = vyšší znečistení) n Zanášení bahnem n Introdukované invazivní druhy - kompetice s původními druhy - konzumují nebo vytlačují původní druhy - redukují zdroje potravy pro původní druhy - šíření nepůvodních patogenů - malá odolnost původních druhů n Nadměrná exploatace rostlinných a živočišných druhů -přehnaný rybolov n Hubení škůdců Nadužívaní vodních zdrojů • Odběry vody - snížení průtoků nebo objemu nádrží potřeba: ze zdroje plus recyklovaná spotřeba: odpar, voda použitá do výrobku, nebo vracená do vodního prostředí v jiném místě odpadní voda: vrací se v místě spotřeby nebo poblíž něho Vlivy odběrů - průmysl: znečišťování, havárie - závlahy: zasolování půd, zvyšování salinity v nádržích - odběry pitné vody z podzemí - pokles hladiny spodní vody • Snížené průtoky či objemy zesilují negativní působení dalších vlivů Distribuce vody TOTAL GLOBAL (Water) 2.5% OF TOTAL GLOBAL (Freshwater) n Cubic biome*fs VWile industrial and municipar demand for water 1500 1925 1950 Í975 2000 2026 Sladkovodní ekosystémy 2.5% světových zásob vody je sladkovodních, z toho 99% led či podzemní voda Velká část využívaná pro zavlažování Významné ztráty (odpařování) znečištění - živiny, polutanty Pacific I Ocean Percenttage _I 0 to 16 16 to 31 31 to 47 47 to 63 63 to 79 79 to 100 L"'^ Pacific ]gl Ocean Percentage _I Oto 16 J 16 to 32 32 to 48 48 to 64 64 to 80 80 to 100 Indian Ocean Industry Spotřeba vody Global Fresh Water Withdrawals Total global withdrawal approx 4,000 krrvVyr in 2010 Industrial Energy 600 km^yr 20% Mining 7-fl kuny 0.234 , 0, 0% Municipal & Domestic 400 klrftyr 10% Agriculture 2,800 km3/yr 70% W. HAT< Odběry vody □ Total Freshwater Withdrawal (km*3/yr) 2000 1ÍÚŮ ■ ::c r.cici n n N&C AMERICA ASIA AFRICA SOUTH AMERICA OCEANIA EUROPE Domestic Usb [%■) ■ Industrial Use (%] □ Agricultural Use 70 60 50 ■10 30 20 J0 0 tin L L ■ _ MIC AMERICA ASIA AFRICA SOUTH AMERICA OCEANIA EUROPE • Změny povrchových odtokových poměrů v krajině : zemědělství, odlesňovaní, vysoušení mokřadů (meliorace) a výstavba rybníků, scelování pozemků - eroze (voda ovlivňuje krajinu, splachy ovlivňují vodní prostředí) - změna vodní jímavosti půdy - změna objemu a distribuce průtoků • Změny přirozených průtokových režimů, změna zásob vod v krajině - komplexní důsledky pro abiotické podmínky ve vodním prostředí (teplota, chemismus, proudění, hloubka, ztráta habitatů etc), změny ve společenstvech Zadržování vody v nádržích typ a míra vlivu závisí na velikosti nádrže, manipulaci (odtok z epilimnia/ hypolimnia), umístění na toku - změna přirozeného průtokového režimu pod nádržemi (sezónní, denní-energetické špičkování) - změny teploty, chemismu, proudění - změna habitatů, potravní nabídky - změna režimu plavenin a splavenín • plaveniny: částice unášené ve vodním sloupci • splaveniny: částice posouvané či valené po dně ukládané na určitém místě koryta - migrační bariéra - zánik původních biotopů a biocenóz Morfologické ovlivňování toků Regulace toků: snížení diverzity habitatů, ztráta habitatů zejména v rámci protipovodňové ochrany - zvýšení kapacity koryta, ochrana zastavěných oblastí, zamezení eroze, změny trasy toku kvůli výstavbě - napřímení - zrychlení odtoku - bagrování - splavnost, kapacita koryta - zaklenutí (zatrubnění) - opevnění - nejhorší tvrdé opevnění dna - příčné stavby na tocích • narušení migračních koridorů - migrační bariéry (určité řešení: balvanité skluzy, rybí přechody) • fragmentace biotopů, populací, ekosystémů - likvidace břehových porostů (stromy působí problémy při povodních a komplikují údržbu toků) x jejich důležitost a příznivý vliv na zpevnění břehů a omezení eroze při narušování břehů Typy znečištění ve vodních ekosystémech Globální problémy znečištění vodních ekosystémů Problémy kvality povrchových vod významné v globálním měřítku 1. Živiny (zejména dusík a fosfor) SSS*» eutrofizace vodních nádrží i moří kyslíkový deficit, rozvoj škodlivých cyanobakterií, úbytek ryb 2. Mikrobiální patogeny a jiné přenašeče chorob bakterie, viry, prvoci živočišní přenašeči nemocí (e.g., hmyz) 3. Persistentní organické polutanty kontrolované chemikálie: PCBs, chlorované pesticidy a rozpouštědla vedlejší produkty desinfekce: halometany a halooctové kyseliny nově zjištěné polutanty: (většenou spojeny s použitím výrobků, které je obsahují), polybromované difenyletery (zpomalovače hoření), perfluorované látky (PFOS) Globálni problémy znečistení vodních ekosystému 4. Neregulované, ne- (nebo málo) persistentní bioaktivní spotřební látky: farmaceutika, kosmetické látky, detergenty, endokrinní disruptory, antibiotika 5. Tezke kovy a jejich sloučeniny: arsen, olovo, chrom, rtuť 5. Makro- a mikroplasty Znečistení z praktického hlediska - každá změna přirozených fyzikálních a chemických vlastností vody, která snižuje jejich kvalitu se zřetelem k použitelnosti > autochtonní - in situ produkcí autotrofních a heterotrofních organismů > alochtonní- přirozené, pocházející odjinud > antropogenní > bodové > rozptýlené (doprava) > plošné (splachy) hledisko vodohospodářské _^ > havarijní (akutní) > trvalé (chronické) > periodické (kampaňové) hledisko časové Rozdělení podle lokalizace Místní (bodové) úniky znečišťujících látek kontaminující látky, které do vody proniknou při jejich přepravě (potrubí nebo nádrž) vypouštění odpadních vod z čistíren, a továren, nebo z měst při prudkých deštích. Rozptýlené/plošné znečištění rozptýlená kontaminace nepochází z jednoho konkrétního zdroje často jde o souhrnný účinek malého množství kontaminujících látek na velké ploše (přívalové deště) Přirozené (alochtonní/autochtonní) zdroje znečistení • eroze břehu, sesuvy půdy • zakalení po silném dešti • sopečná činnost • vyplavování toxických látek vznikajících při geologické činnosti z podloží • životní pochody rostlin (opad listí) a živočichů (exkrementy) • větší množství současně uhynulých organismů - rozkladné procesy odumřelých těl • zvyšování teploty vody v důsledku vysychání v období snížených vodních srážek • okyselení výplachem z rašelinišť a tajícího sněhu Antropogenní znečištění - zdroje kontaminace Zdroje organických znečišťujících látek Čistící prostředky Dezinfekční přípravky jsou v chemicky dezinfikované vodě jako je pitná voda. Jde například o chloroform Odpady ze zpracování potravin, které mohou obsahovat organické zbytky, tuky a maziva Insekticidní a herbicidní přípravky Ropné deriváty a organické uhlovodíky, včetně paliv (benzin, nafta, letecké palivo, a topný olej) a maziv (motorové oleje) a vedlejší produkty hoření Odpady po přívalových deštích. Zbytky stromů a keřů z dřevozpracujícího průmyslu. Těkavé organické sloučeniny (např.aromatické uhlovodíky) jako jsou průmyslová rozpouštědla, v důsledku nevhodného skladování. Chlorovaná rozpouštědla, které jsou těžší než voda a mohou klesnout až na dno nádrže, nejsou schopny se smíchat s vodou a jsou hustší. Různé chemické sloučeniny užívané v osobní hygieně, kosmetice. Zdroje anorganických znečišťujících látek Zvýšení kyselosti způsobené emisemi (kyselý déšť) z průmyslových závodů (oxid siřičitý z elektráren) Amoniak z rozkládajícího se odpadu z potravin Chemické odpady jako průmyslové produkty Hnojiva s obsahem živin - dusičnany a fosforečnany které unikají se srážkami ze zemědělství Těžké kovy z motorových vozidel Nánosy po výstavbě, vypalování nebo čistění pozemků. Makrostrukturní znečištění Znečištění velkými viditelnými složkami znečišťujícími vodu (trosky, komunální odpad) Odpadky, jejich části (např. papír, plasty, nebo potravinářské odpady, mikroplasty) v odpadních vodách, smývané srážkami Vraky lodí Tepelné znečištění Mikrobiální znečištění (patogenní zárodky) Tepelné znečištění = nárůst nebo pokles teploty vody způsobené lidským vlivem vypouštění oteplených vod - využití vody jako chladící směsi v elektrárnách a průmyslových provozech i městské odpadní vody mohou zvýšit teplotu v povrchových vodách hlubinné důlní vody, výtoky z nádrží - např. vypouštění velmi studené vody na dně nádrží do teplejších řek vliv na obsah kyslíku ve vodách a další fyz.-chem. ukazatele - zvýšená teplota vody způsobuje pokles hladiny kyslíku a ovlivňuje ekosystém důležitá je distribuce vypouštění v čase (nepřirozené vyrovnání nebo nepřirozené kolísání teplot) Acidifikace = okyselování vod Problém především 2. poloviny 20. století - přetrvává dodnes Příčina: kyselé deště (oxid siřičitý a NOx ze spalování fosilních paliv do ovzduší - dešťová voda má pH 4-4,5 namísto 5-6). Nejdříve úbytek hydrouhličitanů, ztráta pufrační kapacity vody, pak nárůst koncentrace hliníku - toxický vliv na hydrobionty. Dojem čisté vody, nízká druhová bohatost. Problém se zesiluje v oblastech s kyselým podložím (např. žula) > ovlivnění teploty a pH vodních ekosystémů > kvalitativní i kvantitativní změny společenstev > vliv na rychlost vývoje, reprodukci > vymizení citlivějších druhů Zdroje znečištění vodních ekosystémů Splachy ze zemědělství Splachy ze znečištěných povrchů Dálkový transport, kyselé deště Odpadní vody 1. městské (splaškové) 2. průmyslové (+ odpadní vody ze zemědělských závodů) Odpadní vody > hnilobné > toxické > s anorganickými kaly > s tuky, oleji a ropnými látkami > oteplené > radioaktivní > s patogenními mikroby > kyselé důlní vody Rozdělení podle specifického zdroje zemědělství doprava těžba průmyslová výroba a skladování služby přirozené zdroje POLUTANTY Ďegradovatelné (nízká rezistence k rozkladu) • krátkodobý výskyt • různá toxicita • rychlá-střední degradabilita Samočistení vody x pseudo-persistence? Persistentní (vysoká rezistence k rozkladu • dlouhodobý výskyt • obvykle toxické • velmi nízká degradabilita • kumulace v sedimentech či tkáních Tendence k biomagnif ikaci !!! vr vr vr r ORGANICKÉ ZNEČISTENÍ lehce odbouratelné organické látky nejstarsi a dosud nej rozšírenejší typ znečistení Organické znečištění = velké množství organických látek, které slouží jako substrát pro mikroorganismy, vstupuje do vod přírodní antropogenní komunální splaškové vody, zemědělství, potravinářský (cukrovary, pivovary), papírenský a textilní průmysl Rozložitelné organické znečištění - velké množství suspendovaných látek, které tím, že sedimentují, mění charakter substrátu (říčního dna) - zvyšují turbiditu vody a redukují dostupnost světla pro f otosyntetizující organismy • rozklad organických látek - spotřeba kyslíku, až anaerobní stavy - ovlivňuje organismy snížením obsahu dostupného kyslíku Samočistení vod Organické znečistení je kontinuálně eliminováno aktivitou mikroorganismů - procesy, které napodobujeme v ČOV. Toto samočistení vyžaduje dostatečné koncentrace kyslíku a zahrnuje rozklad komplexních organických molekul na jednoduché anorganické sloučeniny. Nařeďování, sedimentace a sluneční záření.... Přisedlé mikroorganismy v toku (biof ilmy) hrají důležitější roli v samočistení než volně suspendované organismy ve vodním sloupci. Parametry kvality vody Teplota vody pH Obsah kyslíku Elektrická vodivost Obsah různých iontů Obsah minerálních látek Obsah anorganických i organických polutantů Obsah mikrobů BSK- biologická spotřeba kyslíku = množství kyslíku spotřebované mikroorganismy pro rozklad organických látek za aerobních podmínek udává obsah rozložitelných organických látek ve vodě (oleje, cukry, tuky, bílkoviny) BSK5 = vyjadřuje spotřebu kyslíku za 5 dní na biochemickou oxidaci biologicky rozložitelných látek mikroorganismy, které jsou přítomné v dané odpadní vodě BSK5 se používá jako míra koncentrace biologicky rozložitelných látek CHSK - chemická spotřeba kyslíku = obsah chemicky oxidovatelných látek ve vodě -spotřeba kyslíku potřebná k oxidaci všech látek - stanovení míry znečištění vody organickými a oxidovatelnými anorganickými látkami. Úplné oxidace se dosahuje roztokem dichromanu draselného, roztokem manganistanu draselného se stanovuje pouze obsah snadno oxidovatelných látek. hodnota CHSKCr zahrnuje tedy i látky biologicky nerozložitelné Biologická a chemická spotřeba kyslíku se udávají v mg na I vody. Měření BSK používáno pro srovnání „síly znečištění různých odtoků (odpadních vod)". Obvykle měříme znečišťující kapacitu vyjádřenou spotřebou kyslíku mikroorganismy degradujícími organické látky obsažené v odpadní vodě. Čím vyšší je BSK odpadní vody, tím vyšší je potenciál pro redukci kyslíku v recipientu. Typické hodnoty BSK pro splaškové odpadní vody jsou mezi 250-350 mg.I-1. BSK čisté, neznečištěné vody dosahuje < 3 mg.I-1, zatímco silně znečištěná voda může dosáhnout hodnot až 103 mg.I-1. CHSK " P'tr|é vocly ~ 6 mg.I1 - Splaškové vody ~ stovky mg.I1 - Odpadní vody z potravinářského průmyslu ~ tisíce mg.I1 Poměr BSK5: CHSK indikuje zastoupení biodegradabilních látek. poměr > OJ), odpadní voda obsahuje primárně biologicky odbouratelné látky Příklady: odpadní vody ze škrobáreň (poměr 0.57), pivovarů (0.64) a cukrovarů (0.70). Saprobita - soubor vlastností a biologický stav vody, vyvolaný přítomností biologicky rozložitelných organických látek (biochemický rozklad, činnost destruentů) Saprobní systém - systém třídění stavu znečištění vod podle zastoupení saprobních organismů - v rozdílně znečištěných vodách žijí různé organismy, které se podílejí na rozkladných procesech - založen na toleranci jednotlivých indikačních druhů ke stupni znečištění vody lehce odbouratelnými organickými látkami Saprobní index - vyjadřuje stupeň znečištění biochemicky odbouratelnými organickými látkami l e Limnosaprobita m povrchové i podzemní vody různě znečištěné Eusaprobita - odpadní vody se zvýšeným obsahem organických látek □ rozkladací konzumenti producenti Obr. 243. Struktura společenstev v různých saprobních hladinách. X — xeno-, O — oligo-, (5 — betamezo-, a — alfamezo-, p — poly-, i — i so-, m — meta-, h _ hyper-, u — ultrasaprobita. B — baktérie, F — bezbarví bičíkovci, C — ná-levníci, M — mixotrofní bičíkovci, Z — zooplankton a jiná zvířata, P — fytoplankton a jiní producenti, L — limnosaprobita, E — eusaprobita. (Sládeček, 1972.) nejčistší vody, slabé oživení podzemní vody, prameny Saprobní stupně Indikace: BSK5 - biologická spotřeba kyslíku Přirozená saprobita mnm. 10QQ- 800 600 400 200 mam. 1000 800 600' 400- 200 r*meso 50prot>pto nižmny tok 0 25 SO 100 200 iOO 400 ----ř* 1000 Km B ■ uj Z INTENZIVNÍ SEDIMENTACE ( * TRANSPORT) S 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,2 2,5 3,0 3,2 3,5 4,0 4.5 Saprobita xenosaprobi lepši' oligosoprobita horší oligosaprobitc lepši beta-mezo-saprobita horši---- beta-mezo saprobita lepši alfa-mezo-saprobita horši alfa- mezo-saprobita lepši polysaprobita horší polysaprobita Rybí pásma a bez ryb pstruh ipan parma y q_d á re n ské_ toky ostatní' toky cejn cejn 0, 9 - 8 PÍ ÍS usil4 _2P £Píl *J O f nepřípustné kaprovite' znečištění 2 "přežívá kopr karas I ín i i * * preziva kapr kpras .lín mikroaerobie_ 0,1 anaerobie odp. vody 0,0 BSK, 1,7 2,5 -3,7-— 5 — - 7,5 - 4aôT— - 10 — -30 50 Zoobentos Ameletus Rhithrogena Ecdyonurus Ekologická pásma eukrenon hypokrenon epirhiihron metarhithron Oligoneuriella Palingenia _ lEphemera)" (Ephoron) epipotamon r----iSi metapotamon Herpobdella Herpobdella Tubifex Limnodrilus Tubifex Limnodrilus hyporhithron 3^ Biologická rozložitelnost organických látek Biologicky dobře rozložitelné Biologicky obtížně rozložitelné Nízkomolekulární látky Vysokomolekulárni látky Nízké koncentrace Vysoké koncentrace Alifatické sloučeniny Aromatické sloučeniny Nenasycené sloučeniny Nasycené sloučeniny Sloučeniny bez terciárního uhlíku Sloučeniny s terciárním uhlíkem Méně substituované látky Více substituované látky Kategorie polutantů vyskytujících se ve vodách Kyseliny a zásady Anionty (např. sulfidy, sulfáty, kyanidy) Detergenty Splašky a zemědělská hnojiva Polycyklické aromatické uhlovodíky a jejich deriváty Plyny (např. chlor, amoniak) Organochlorované látky Kovy (např. Cd, Zn, Pb, Hg) Živiny (zejména fosfáty a dusičnany) Oleje a olejové disperzanty Organické toxické odpady (např. formaldehyd, fenoly) Pesticidy Farmaka, nové typy polutantů - nanočástice, mikroplasty Radionuklidy Patogeny