Aplikovaná ekologie Udržitelnost •Sustainable development • (trvale) udržitelný rozvoj • dohledná budoucnost • •problém (ne)predikovatelnosti vývoje v budoucnosti: • –minus: nečekané komplikace, synergistické působení faktorů • –plus: možné řešení budoucích problémů za použití dnes neznámých technologií ALE: riziko technokratických přístupů Růst lidské populace •každý organismus ovlivňuje prostředí, v němž se nachází • •Klíčové druhy –jejich význam ve společenstvu je mnohem větší, než by odpovídalo jejich početnímu zastoupení. • •člověk jako klíčový druh –rušení stávajících omezení –exponenciální růst lidské populace • •růst populace - zvýšené nároky na: –výživu, území (bydlení, zemědělská produkce) –migrace, transport - změny biotopů –s růstem populace vyšší produkce odpadů • •přirozené regulační mechanismy překonávány technickými prostředky •řada malých utlumených krizí může vyústit v krizi velkého rozsahu • Globální nosná kapacita •meze růstu lidské populace - kolik lidí může být na Zemi? • •problémy při výpočtu – nastavení kriterií • (uvažovaná životní úroveň, limity zdrojů (ne)obnovitelných…) • podle tzv. ekologické stopy – je g. nosná kapacita již překročena • •limitace zdroji – zdola – hlavní •nelze podceňovat ani „přirozené nepřátele“ – limitace shora (infekční choroby – úspěšně se šíří při vysokých denzitách populace) • •zdroje (hlavně potravní) – přírodní, pěstované –přírodní – obtížná kontrola exploatace –pěstované – monokultury, degradace prostředí apod. – viz Zemědělství – –Pojem MUV (MSY) – maximální udržitelný výnos – takový podíl populace, který lze soustavně odebírat (lovit) – problematické (vztaženo jen k čistým přírůstkům, ne ke struktuře populací, změnám prostředí….) • • • Znečišťování prostředí I •polutant - znečišťující látka: distribuce, transport, transformace • •vliv polutantu na organismus: –mechanický (např. tuhé emise) –toxický (subletální, letální) –biotransformace, bioakumulace - potravní řetězec – •populace: ovlivnění reprodukce, migrace •společenstvo: hl. změny druhové diverzity - mizí citlivé druhy •ekosystém: obecně změny v tocích energie a látek Znečišťování prostředí II •znečištění souvisí s růstem populace a technickým rozvojem - většinou přímá úměra • •komunální – průmyslové - zemědělské • •komunální - od vzniku stálých sídel: závisící na počtu obyvatel a přítomnosti technických zařízení sloužících k eliminaci jeho vlivů, obvykle odbouratelné a netoxické • •průmyslové - již ve starověku (rudné doly) • –tepelné znečištění – –toxické a persistentní polutanty • •Obor ekotoxikologie a chemie životního prostředí Půda •závlahy - zasolování (od starověku), kontaminace toxickými nebo patogenními látkami z odpadních vod • •hnojení, pesticidy • •acidifikace vlivem imisí, úniky ropných látek, staré ekologické zátěže •odlesňování, zábory půd •degradace půd •větrná a vodní eroze •dezertifikace • •integrované zemědělské systémy • • Vzduch •emise - transmise – imise • •zdroje: hlavně průmysl - metalurgie, energetika, doprava, také obnažený rozrušený zemský povrch, sopky, lokální topeniště • •tuhé emise - prach, popílek, saze, pyly. Zdroj - průmysl, energetika, obsah různý - i toxické látky, např. těžké kovy. • •plynné a kapalné emise - oxidy síry, dusíku, uhlíku, aldehydy, ketony.... • •inverze • •acidifikace, radioaktivita Voda •stojaté, tekoucí, podzemní, moře a oceány, vody pitné • •lehce odbouratelné organické znečištění - samočištění, klasické ČOV, saprobita, eutrofizace • •specifické polutanty - perzistentní polutanty - nutné speciální čistírenské procesy, u perzistentních zákaz užívání (PCB, DDT) - kumulace v prostředí a organismech • •ropné látky • • Biodiverzita •hlavní faktory ohrožující biodiverzitu: • –exploatace prostředí a degradace habitatů •znečištění, narušení, zničení • –šíření nepůvodních druhů, zejména invazních – – – – Potamopyrgus_antipodarum Degradace habitatů •fyzická a chemická degradace životního prostředí •úbytek přirozených habitatů •snižování diverzity habitatů – různé úrovně •fragmentace prostředí – izolace populací – riziko jejich zániku • •ekosystémové služby –zásobovací –regulační –kulturní –podpůrné (primární produkce, cykly živin, půdotvorné procesy) – –oceňování: přímé (cena) – nepřímé – cestovní, podmíněné, náhradní • • • • • Ochrana •úrovně: –Individuální –institucionální - legislativa, státní správa, specializované organizace • •IUCN, MŽP, SFŽP, AOPK, ČIZP, správy CHKO a NP • •konflikty: –ekonomie a ekologie –technokracie a ochránci přírody –možné a nemožné –přijatelné a nepřijatelné • •princip předběžné opatrnosti • •princip udržitelného rozvoje Biodiagnostika •Změny v ukazatelech kvality životního prostředí je možno sledovat: •pomocí přímých fyzikálních měření či chemických analýz jednotlivých ukazatelů zprostředkovaně pomocí metod založených na principu biodiagnostiky. • •Biodiagnostika využívá znalostí o zákonitých vazbách mezi: •kolísáním výskytu •chováním •tělesnou kondicí •morfologickými znaky •fyziologickými pochody •populační dynamikou •organismů (bioindikátorů) a mezi: •velikostí a strukturou jejich společenstev a podmínkami prostředí, zejména podmínkami výjimečnými a kvalitativně změněnými k: • •hodnocení odchylek od normálu jako nepřímých ukazatelů stavu a vývoje prostředí (Nováková in Dykyjová, 1989). Fyz.-chem. analýzy x bioindikace •Fyzikálně-chemické analýzy • –konkrétní, exaktní informaci o např. koncentraci polutantu v prostředí, intenzitě záření, průběhu teplot a pod. –pouze okamžitý, bodový stav - nutné provádět celé série měření v čase nebo prostoru –není možno zjistit skutečný vliv změn jednotlivých faktorů, případně kumulovaný vliv více faktorů, na živé organismy. –vyšší finanční náročnost – •Bioindikační metody • –odraz dlouhodobějšího stavu prostředí na sledované lokalitě –reálné působení více faktorů (i v jejich interakci) na biotu –náklady bývají nižší –zjistíme do jaké míry je společenstvo nebo organismus ovlivněn –nemůžeme přesně stanovit příčinu a např. přímo kvantifikovat koncentraci polutantu. – Fyz.-chem. analýzy x bioindikace • •Optimální využití kombinovaného postupu. • •V biomonitorovacích programech: • –bioindikační metody k vyhledávání problematických lokalit, které jsou pak zkoumány i pomocí nákladných fyzikálně-chemických analýz. Bioindikátor •Organismus nebo společenstvo, jehož životní funkce jsou korelovány s faktory prostředí tak těsně, že mohou sloužit jako jejich ukazatele se nazývá bioindikátor. • •Biologická indikace vychází z principu ekologické valence (Hess, 1924), přičemž druhy stenovalentní jsou samozřejmě lepšími indikátory než euryvalentní - mají vyšší indikační váhu. Vlastnosti ideálního bioindikátoru jsou následující: • –Taxonomická spolehlivost a snadná determinace –Kosmopolitní rozšíření –Vysoká početnost –Nízká genetická a ekologická variabilita –Dostatečné velikost –Omezená pohyblivost, dlouhověkost –Dostatek autekologických informací –Vhodnost pro laboratorní studie Sentinelový organismus a biomarker •Sentinelový organismus - bioakumulativní indikátor, který kumuluje ve svém těle polutanty z prostředí. Analýza tkání sentinelových organismů umožní odhad koncentrace polutantu v prostředí. • •K vlastnostem ideálního sentinelového organismu patří, mimo výše uvedených 8 bodů, především další dva: • –musí existovat jednoduchá, vždy platná korelace mezi obsahem polutantu v těle organismu a prostředí –organismy musí snášet i maximální koncentrace polutantu v prostředí a rozmnožovat se za těchto podmínek (Helawell, 1986) – •Biomarker - xenobiotiky navozená změna v buněčných nebo biochemických složkách, procesech, strukturách nebo funkcích, která je měřitelná v biologickém systému či vzorku. (NRC, 1987). Bioindikace - úrovně •subbuněčné a buněčné - např. tkáňové kultury, indikace toxikologického rizika působení xenobiotik • •jedinec •biochemické změny •fyziologické změny •morfologické deformity •změny v chování •změny v životních cyklech •kumulace polutantů (viz sentinelové organismy, např. obsah těžkých kovů u chrostíků r. Hydropsyche) • •populace a společenstva druhů • •indexy diverzity •indexy srovnávací (např. Jaccardův index) obdobně jako předchozí •biotické indexy a skore - založeny na konceptu indikátorových druhů, hodnoceny vzhledem k určitému polutantu podle míry tolerance či citlivosti jednotlivých taxonů vůči tomuto polutantu. •univariační studie - saprobita, trofie, acidifikace •multivariační studie - cílem mutivariačních technik je vyhodnocení více současně působících faktorů. Biomonitoring I •Monitoring • •dlouhodobé standardizované měření, pozorování a hodnocení životního prostředí s cílem definovat současný stav a trendy •organizován na rutinní bázi s dobře definovaným souborem sledovaných proměnných a standardizovanou metodikou •kontrolní místa a frekvence odběrů je fixní •hodnocení výsledků je standardizováno a jejich prezentace musí být ve schválené podobě • •Survey • •časově limitovaný, intenzivní program měření a hodnocení kvality prostředí pro specifické účely (např. před stanovením designu monitoringu, účelové studie...) • •Surveillance • •průběžná, specifická měření, pozorování a hodnocení pro potřeby managementu životního prostředí a operativu (např. systémy rychlého varování - early warning systems) Biomonitoring II •biomonitoring – typy • •aktivní •- in situ (expoziční testy) •- in vitro (laboratorní testy) • •pasivní (odběr vzorků v ekosystému) •(saprobiologický monitoring toků) • •dlouhodobé (long-term) •(bentos v tocích, zooplankton nebo vodní květy v nádržích) • •systémy rychlého varování (early warning) •(kontrolní stanice na tocích, na výtocích odp. vod) • •compliance - dodržování emisních limitů •(pravidelné i namátkové kontroly na výtocích odpad. vod) Klasifikace - vizualizace •Klasifikace - stupně znečištění či jiného ovlivnění •obvykle se rozlišuje 5 stupňů, které mají barevné vyjádření: •modrý •zelený •žlutý •oranžový •červený Změna klimatu x kolísání klimatu •Změna klimatu – klimatické výkyvy se zřetelně vyjádřeným dlouhodobým trendem (ochlazování, oteplování), v řádu 103 a více let –Kolísání klimatu v kvartéru: 15 – 20 klimatických cyklů (glaciál/interglaciál), nyní holocén – cca na rozhraní 2. a 3. třetiny) –Milankovičova astronomická hypotéza • •Kolísání klimatu - klimatické výkyvy s nejasným dlouhodobým trendem, v řádu 100- 102 roků • •Kolísání klimatu na Zemi od 19. století: od r. 1856 existují měření, oteplování – 0,6 °C/100 let, lineární trend. Extrémně teplá 90. léta, hl. 1998, pak 2007, horká vlna: 2003 –Během posledního tisíciletí podle H.H.Lamba: •Středověké klimatické optimum •Období zhoršování klimatu •Malá doba ledová •Současné oteplování • – • • • • • • • • • • • •Dr. Prettel Globální změny I •předpokládané změny klimatu: –změny (nárůst?) teploty vzduchu –změny chodu teplot –změny srážkového režimu –různé scénáře vývoje klimatu podle různých modelů •důsledky pro ekosystémy –důsledky uvedených jevů či jejich kombinací jsou (ne)predikovatelné –občas nečekané až paradoxní i z hlediska pouze abiotických procesů. •Reakce akvatických organismů na důsledky glob. změn klimatu, jsou prozkoumány méně než reakce org. terestrických. Globální změny II •Předpokládané odezvy (empiricky ověřeno) –změny v druhovém složení - vymizení druhů z určité oblasti – vyhynutí, změny areálů – –změny ve funkčním složení – geologické a environmentální faktory včetně f. klimatických – působí hierarchicky na různých škálách – selekce druhů s vhodnými vlastnostmi – –podél environmentálních gradientů existují rozdíly v morfologických, behaviorálních, fyziologických vlastnostech druhů – –tedy: v regionech s různým klimatem je biota s různým taxonomickým i funkčním složením – •Změna klimatu – změna bioty též z hlediska funkční struktury. Globální změny III •dvě základní možnosti pro organismy: –přizpůsobit se - možné v rámci plasticity fenotypu) – lze očekávat (a děje se) např. změny v životních cyklech –nepřizpůsobit se – např. druhy vázané v určité fázi vývoje striktně na vodní prostředí (např. kladou vajíčka do vody) jsou limitované v období sucha •změna areálu •extince • •obecně jsou ohroženější –stenovalentní druhy – specialisté (např. oligostenotermní druhy, potravní specialisté etc.). –druhy s omezeným rozšířením (zejména endemické d.) úzká ekologická valence, limitovaná kapacita šíření - zranitelnější klimatickými změnami. –druhy vyšších, chladnějších poloh, v tocích druhy krenálu – nemají možnost úniku – zranitelnější klimatickými změnami. – •uvolnění některých nik – další šance pro invazní druhy – mívají vlastnosti vhodné pro nepříznivé podmínky