Environmentální rizika biodiverzity Z5151 Mgr. Karel Brabec, Ph.D. brabec@sci.muni.cz Ekosystémové služby SYLABUS 1) Úvod (struktura ekosystémů, biologická diverzita, ekologické procesy) 2) Biodiverzita – teorie, charakteristiky, řídící faktory 3) Biodiverzita – časo-prostorové aspekty 4) Environmentální rizika (typologie); schéma DPSIR (Řídící faktory, Tlaky, Stavy, Dopady, Odezvy) 5) Ekologie působení stresoru 6) Biodiverzita a ekosystémové procesy 7) Vztahy biodiverzity ke klimatu 8) Scénáře změn využití krajiny 9) Změny biotopů (Natura 2000, Ochrana stanovišť) 10) Vliv chemického znečištění na biodiverzitu 11) Biologické invaze 12) Ekosystémové služby 13) Analýza rizik pro biodiverzitu BIODIVERZITA – PROCESY - FUNKCE ECOLOGY Biodiversity and Ecosystem Function Guy F. Midgley • vliv poklesu biodiverzity na ekosystémové funkce • dopady na zboží a služby, které ekosystémy poskytují • narušení biodiverzity na lokální a regionální škále může také snížit rezilienci v rámci vetších prostorových škál jako výsledek degradace ekosystémových funkcí EKOSYSTÉMOVÉ PROCESY Definice vnitřní vlastnosti ekosystému, kterými ekosystém udržuje jeho integritu. Na ekosystémové procesy bývá také nahlíženo jako na „funkce ekosystému“ Millennium Ecosystem Assessment (2005) Ekosystémové procesy fyzikální, chemické a biologické aktivity a projevy, které spojují organismy s prostředím Ekosystémové procesy: • produkce (rostlinná hmota) • dekompozice • koloběh živin (nutrient cycling) • toky živin a energie EKOLOGICKÉ PROCESY Základní ekologické procesy v ekosystémech • koloběh vody • biogeochemické cykly (koloběh živin) • toky energie • dynamika společenstev (např. jak reaguje složení a struktura ekosystémů na disturbanci (sukcese) EKOSYSTÉMOVÉ SLUŽBY • ekosystémové služby bývají odvozovány od ekosystémových procesů a funkcí (všechny přínosy čili užitky, které lidé získávají z ekosystémů) • ekosystémové procesy - přenos energie (např. chemické), hmoty (živiny, voda) a informace (geny, kulturní informace) mezi oddělenými funkčními složkami ekosystému - základní děj podporující život, probíhající s různou intenzitou v přirozeném i pozměněném prostředí • ekosystémové funkce – vnitřní charakteristika ekosystému související s podmínkami a ekosystémovými procesy – ekosystém jejich prostřednictvím udržuje svůj „chod“ (např. rozklad organické hmoty, produkce ekosystému) • the contributions that ecosystems (whether natural or semi-natural) make to human well-being EKOSYSTÉMOVÉ SLUŽBY Zásobovací služby • potrava • sladká voda • dřevo a vláknina • palivo • suroviny (štěrk) Regulační služby • regulace podnebí • regulace záplav • čištění vody • opylování • regulace nemocí Podpůrné služby • zachování biodiverzity • oběh živin • tvorba půdy • primární produkce Kulturní služby • estetické • duchovní • vzdělávácí • rekreační EKOSYSTÉMOVÉ SLUŽBY EKOSYSTÉMOVÉ SLUŽBY Zásobovací služby • potrava • sladká voda • dřevo a vláknina • palivo • food (including seafood and game), crops, wild foods, and spices • raw materials (including lumber, skins, fuel wood, organic matter, fodder, and fertilizer) • genetic resources (including crop improvement genes, and health care) • water • biogenic minerals • medicinal resources (including pharmaceuticals, chemical models, and test and assay organisms) • energy (hydropower, biomass fuels) • ornamental resources (including fashion, handicraft, jewelry, pets, worship, decoration and souvenirs like furs, feathers, ivory, orchids, butterflies, aquarium fish, shells, etc.) EKOSYSTÉMOVÉ SLUŽBY Regulační služby • regulace podnebí • regulace záplav • regulace nemocí • čištění vody REGULAČNÍ SLUŽBY rezistence vůči invazím • některé přirozené druhy mohou kompetičními vztahy regulovat uchycování a zdomácnění invazních druhů • uspořádání krajinných prvků má druhově specifický vliv na invaze • druhově bohaté společenstvo pravděpodobně obsahuje množství vysoce kompetitivních druhů a méně volných ekologických nik REGULAČNÍ SLUŽBY opylování • význam funkční struktury společenstev opylovačů – ztráta specializovaných druhů (i celkový pokles počtu druhů opylovačů) vede k poklesu počtu a kvality plodů, případně ztrátám genetické diverzity rostlin • větší krajinné celky a jejich konektivita podporují genetickou variabilitu (genetic pool) a kvalitu plodů OPYLOVÁNÍ • ovoce (jabloně, citrusy, brokvoň, melouny, jahody, švestky, třešně) • zelenina (mrkev, brambory, cibule, rajčata, okurky) • slunečnice, ořechy, koření • průmyslové plodiny (bavlna, řepka, pohanka) • vojtěška, jetel • heřmánek, levandule • včely, čmeláci, další blanokřídlí, motýli, pestřenky (hmyzosprašné rostliny) • asi 150 kulturních rostlin (84%) v Evropě je závislých na opylení hmyzem (Williams, 1994) OPYLOVÁNÍ - VOLNĚ ŽIJÍCÍ OPYLOVAČI • volně žijící opylovači se ve významné míře podílejí na opylování užitkových i volně rostoucích rostlin • ohroženi změnami biotopů (vhodných pro rozmnožování), pěstováním monokultur větrosprašných plodin, používání pesticidů) • pesticidy mají přímý vliv (mortalita) a nepřímo ovlivňují chování ve smyslu letové aktivity a vyhledávání potravy (menší účinnost získávání potravy) • hnojiva způsobují větší úživnost půdy – pokles diverzity volně rostoucích společenstev v agro-ekosystémech • degradace lučních biotopů (intenzifikace zemědělství, opouštění tradičních způsobů využívání krajiny – pastva ovcí, koz) – ztráta stanovišť poskytujících zásoby opylovačů v zemědělské krajině REGULAČNÍ SLUŽBY regulace klimatu • velikost a prostorové uspořádání krajinných prvků ovlivňuje lokální i regionální klima (laterální pohyb vzdušných mas lišících se teplotou a vlhkostí); výrazným prahem je ploška o průměru 10 km) • výška, strukturální rozmanitost, skladba a sezónní průběh olistění ovlivňují albedo, absorpci tepla a charakter proudění vzduchu (vliv na teplotu vzduchu a jeho proudění) REGULAČNÍ SLUŽBY sekvestrace uhlíku (ukládání, propad) • ukládání uhlíku je nejvyšší na okraji lesa (čím větší fragmentace lesa, tím více uhlíku krajina ukládá) • více ukládají pomalu rostoucí, pomalu se rozkládající, dlouhověké a robustní rostliny • vysoká druhová rozmanitost může zpomalit šíření škůdců a potogenů (faktory ovlivňující disturbance a ukládání uhlíku v ekosystémech) SEKVESTRACE UHLÍKU SEKVESTRACE UHLÍKU SEKVESTRACE UHLÍKU REGULAČNÍ SLUŽBY ochrana před škůdci a nemocemi (v agro-ekosystémech) • genetická diverzita plodiny snižuje hustotu hostitelů pro specializované škůdce a tím i jejich možnosti šíření • vysoká druhová bohatost plodin, plevelů a bezobratlých živočichů má podobné účinky jako genetická diverzita a navíc rozšiřuje spektrum habitatů pro přirozené nepřátele škůdců • prostorová distribuce krajinných prvků ovlivňuje promísení obdělávané půdy s přirozenou vegetací, která poskytuje biotopy pro nepřátele škůdců PODPŮRNÉ SLUŽBY Podpůrné služby • oběh živin • tvorba půdy • primární produkce PODPŮRNÉ SLUŽBY Velikost primární produkce • rychle rostoucí, většího vzrůstu, lépe přizpůsobené k místním podmínkám produkují více biomasy • v systémech s nízkou diverzitou budou koexistující druhy rostlin s rozdílnými (doplňkovými) strategiemi využívání zdrojů využívat větší množství těchto zdrojů • rozmanitá společenstva rostlin mají větší pravděpodobnost zahrnovat skupiny vzájemně komplementárních druhů a jednotlivé druhy s vysokou produktivitou = vysoká produktivita společenstva PODPŮRNÉ SLUŽBY Stabilita primární produkce • velká genetická diverzita plodin tlumí výkyvy produkce způsobené nemocemi nebo změnami prostředí • polykultury (více než jedna plodina) si uchovávají produktivitu v rámci širšího rozsahu parametrů prostředí (ve srovnání s monokulturami) • životní strategie, způsoby využívání zdrojů a schopnosti regenerace dominantních rostlinných druhů určují rezistenci a odolnost (resilience) ekosystému vůči narušení PODPŮRNÉ SLUŽBY Poskytnutí habitatů • konektivita, heterogenita krajiny a velké krajinné prvky jsou nezbytné pro migrující druhy a pro druhy vyžadující velká loviště • někteří obratlovci vyžadují složitou strukturu vegetace pro rozmnožování a odchov mláďat • čím více druhů na jednotlivých trofických úrovních, tím více druhů herbivorů, predátorů nebo patogenů přispívá do základny dostupných zdrojů EKOSYSTÉMOVÉ SLUŽBY Kulturní služby • estetické • duchovní • vzdělávácí • rekreační • cultural (including use of nature as motif in books, film, painting, folklore, national symbols, architect, advertising, etc.) • spiritual and historical (including use of nature for religious or heritage value) • recreational experiences (including ecotourism, outdoor sports, and recreation) • science and education (including use of natural systems for school excursions, and scientific discovery) EKOSYSTÉMOVÉ SLUŽBY EKOSYSTÉMOVÉ SLUŽBY A BIODIVERZITA úloha organismů z hlediska ekosystémových služeb (Mace et al. 2012): 1. organismy jsou regulátorem ekosystémových procesů: koloběh půdních živin je určován složením společenstev (edafonu) v půdě a řada organismů se podílí na rozkladu organické hmoty 2. organismy přímo přispívají k některým statkům (zboží), které se s různým úspěchem pokoušíme ohodnotit. Druhy bezprostředně ovlivňují poskytování služeb přírodou lidské civilizaci (např. organismy obsahující látky využitelné v potravinářském, farmaceutickém či kosmetickém průmyslu). Odhaduje se, že 40% světového hospodářství je přímo či nepřímo založeno na využívání biologických zdrojů (CBD 2012) 3. organismy samotné jsou statky – i/ druhy, které jsou předmětem obchodu (ryby, mořští živočichové, stromy, okrasné rostliny, živočichové chovaní, jako jsou mazlíčci); ii/ druhy vlajkové nebo deštníkové, druhy mající pro člověka kulturní, náboženskou či estetickou hodnotu EKOSYSTÉMOVÉ SLUŽBY Gildy • skupina druhů se společným výskytem vymezeným podmínkami prostředí, jako jsou teplota nebo vlhkost nebo skupinu druhů, které shodně využívají určité zdroje, např. potravní (např. semenožraví ptáci listnatého lesa) • označujeme tak skupinu organismů, které shodně ovlivňují vlastnosti a procesy v ekosystému nebo které shodně reagují na změny v prostředí (Wilson 1999) HORSKÉ EKOSYSTÉMY Ekosystémové služby • Provisioning services: extractive resources that primarily benefit lowland populations (water for drinking and irrigation, timber, and so on) and ecosystem production (agricultural production for local subsistence and for export; pharmaceuticals and medicinal plants; and non-timber forest products); • Regulating and supporting services: biodiversity, watershed and hazard prevention, climate modulation, migration (transport barriers/routes), soil fertility, soil as storage reservoir for water and carbon • Cultural services: spiritual role of mountains, biodiversity, recreation, and cultural and ethnological diversity LESNÍ EKOSYSTÉMY OBHOSPODAŘOVANÉ EKOSYSTÉMY OBHOSPODAŘOVANÉ EKOSYSTÉMY URBÁNNÍ EKOSYSTÉMY SLADKOVODNÍ EKOSYSTÉMY SLADKOVODNÍ EKOSYSTÉMY EKOSYSTÉMOVÉ SLUŽBY ŘÍČNÍ KRAJINY • úpravy řek a transformace říční krajiny → ztráta mnoha funkcí: • transformace povodňové vlny, přirozené samočistící procesy, biotopy, estetická hodnota, rekreační potenciál • tyto funkce začínají chybět - zajišťovány uměle – stavba přehrad, akvaparků, revitalizace www.koaliceproreky.cz/temata/ekosystemov e-sluzby-ricni-krajiny/ EKOSYSTÉMOVÉ SLUŽBY ŘÍČNÍ NIVY • rostlinná (přírůstek polních plodin, píce, dřeva) a živočišná produkce (včetně ryb a lovné zvěře) • protipovodňová ochrana (transformace povodňové vlny a retence sedimentů) • ochrana proti suchu (dotace průtoků a zásob podzemních vod) • samočištění vody (retence živin) • rekreace • útočiště biodiversity • stabilizace klimatu (stabilizace uhlíkového cyklu a disipace sluneční energie) www.koaliceproreky.cz/temata/ekosystemov e-sluzby-ricni-krajiny/ EKOSYSTÉMOVÉ SLUŽBY ŘÍČNÍ KRAJINY • komplexní přírodní systémy jsou dynamické a těžko predikovatelné • k jedné ekosystémové službě přispívá většinou několik jednotlivých, ale navzájem spřažených procesů (například bilanci uhlíku určuje primární produkce a dekompozice, závisející na koloběhu živin a dostupnosti vody) • služby, které mají dopad na subjekty, hospodařící na území daného ekosystému, lze vyčíslit nejlépe (sklizeň dřeva, lovná zvěř, ryby) • obtížněji lze vyčíslit služby s dopadem na širší okolí (protipovodňová ochrana, čištění vody, rekreace) • nejobtížnější je situace u služeb s dopadem na globální ekosystém Země (stabilizace klimatu sekvestrací uhlíku a retencí vody, ochrana biodiversity) www.koaliceproreky.cz/temata/ekosystemov e-sluzby-ricni-krajiny/ INTERAKCE MEZI EKOSYSTÉMOVÝMI SLUŽBAMI přehrada Tři soutěsky • ochrana před povodněmi + hydroenergetické využití (priorita) • díky zpomalení proudění rozvoj bilharziózy • redukce odstraňování odpadních vod (průmyslových i splaškových) • přestěhování 2 mil. obyvatel, zatopení mnoha sídel a historických památek • sesuvy půdy, eroze půdy (vyžaduje další přesidlování) • nejprve lidé podněcováni k hospodaření v říční nivě a návazně vznikla potřeba ochrany před povodněmi • důsledky stavby: nevratné, prostorově rozsáhlé, dlouhodobé https://cs.wikipedia.org/wiki/T%C5%99i_sout%C 4%9Bsky_(hr%C3%A1z)#/media/File:ThreeGorge sDam-China2009.jpg https://www.youtube.com/watch?time_continue=15&v=S4CLy4767M8&feature=emb_logo Ekosystémové služby: k čemu nám jsou? přednášel David Pithart http://www.forumochranyprirody.cz