Limnologie = studium sladkovodních ekosystémů

Transkript

1 Limnobiologie

2 Limnologie = studium sladkovodních ekosystémů ekologický přístup = integrace oborů při studiu procesů probíhajících ve sladkých vodách hydrobiologie hydrochemie hydrogeologie

3 Rozložení vody v biosféře (%): 2,8 sladká 2,2 v ledovcích 0,5 podzemní 0,009 jezera 0,0001 řeky + potoky

4 Stojaté vody (lenitické biotopy): jezera, tůně, přehrady,rybníky, slepá ramena důležité faktory: hloubka, tvar, umístění v krajině, přísun živin z povodí Tekoucí vody (lotické biotopy): řeky, potoky, prameny důležité faktory: průtok, geomorfologie koryta, spád, chemické složení podloží, proudění torrentilní fluviatilní

5 Přehrady: obdoba jezer liší se : 1. odlišným uspořádáním odtoku 2. větší průtočností

6 Tekoucí vody říční síť model řádu toku (Strahler 1957) pramenný úsek (úsek 1.řádu) zvýšení řádu po soutoku toků stejného řádu

7 Pohyb vody: Turbulentní míchání Proudění spád, vítr Laminární přímočaré proudění: pohyb částic se děje po přímočarých nebo mírně zakřivených drahách Periodické pohyby vodních mas = vychýlení hladiny působením vnějších sil

8 Světlo (sluneční záření) Absorpce slunečního záření hlavní zdroj tepla pro recipient Část spektra slunečního záření (PhAR) určuje klima, ve kterém probíhá fotosyntéza vodních rostlin Některé reakce vodních organismů podmíněny světlem (např. diurnální změny v aktivitě ryb)

9 Světlo (sluneční záření) Celkové záření (globální): přímé sluneční záření+difusní záření oblohy Sluneční záření složky Ultrafialové (1-5%) nm Viditelné (47%) nm = PhAR Infračervené (48%) nm (hlavní přirozený zdroj tepla pro vodní nádrže a toky) Podpovrchová intenzita zmenšená o ztráty při průchodu hladinou Eufotická vrstva: dolní hranice 1%

10 Průhlednost vody: 1. ovlivňuje množství světla pronikajícího vodním sloupcem (měření - Secchi deska) 2. závisí na turbiditě Barva vody: ovlivněna vegetací, zbarvením dna, přítomností sestonu, antropogenním faktorem = odpadní vody průmyslového charakteru

11 Teplo Zdroje tepelné energie: sluneční záření, geotermální, antropogenní Tekoucí vody : horní úseky bez rozdílu teplot dolní úseky ± rozdíl Stojaté vody vytváří se teplotní stratifikace = jarní a podzimní cirkulace letní a zimní stagnace

12 Teplotní stratifikace (jezera a nádrže mírného pásu) Jarní cirkulace: ohřev vody,vznik teplé horní a chladnější spodní vrstvy vody Letní stagnace: míchá se pouze horní vrstva vody Podzimní cirkulace: ochlazování horní vrstvy, zmenšuje se teplotní rozdíl, promíchá se celá nádrž Zimní stagnace: hladina led, u dna nejteplejší vrstva vody

13 Teplotní stratifikace Podle počtu cirkulací za rok nádrže: dimiktické 2 cirkulace / rok monomiktické 1 cirkulace / rok (jezera polární a tropická) Podle úplnosti míchání v období cirkulace nádrže: holomiktické úplné míchání meromiktické vrstva u dna se nemíchá Rybníky a ploché nádrže denní promíchávání

14 Koloběh látek ve vodě neustálá výměna mezi organismy a prostředím = biogeochemický cyklus Makronutrienty: C,O,H,N,P,S,K,Mg,Ca,Na,Cl Mikronutrienty: Fe,Mn,Cu,Zn,B,Si,Mo,V,Co

15 Režim O 2 Aktuální obsah O 2 ve vodě: atmosférický + fotosyntetická činnost Diurnální cyklus O 2 : ve dne nárůst koncentrace fotosyntetickou činností, v noci úbytek dýcháním Spotřeba O 2 : dýchání + rozklad organické hmoty

16 Koloběh uhlíku uhličitanový systém 1.rozpuštěný CO 2 CO 2 +H 2 O H 2 CO 3 2. H 2 CO 3 H+ a HCO 3-3. HCO 3- H + a CO 3 2- při nízkém ph převládá 1. při středním ph převládá HCO 3 - při vysokém ph převládá CO 3 2-

17 Koloběh N Ve vodě v různých formách: rozpuštěný N 2 vázaný v organických sloučeninách různého původu (aminokyseliny, močovina, produkty rozkladu bílkovin amoniak (amonný ion) dusitany dusičnany Ve vnitrozemských vodách přebytek (srážky, sedimenty, přísun ze zemědělství) Moře, oceány - limitace

18 Koloběh N Ve vodě v různých formách: TN = TDN + PON TDN = DON + DIN TN = celkový N TDN = celkový rozpuštěný N PON = partikulovaný organický N DON = rozpuštěný organický N DIN = rozpuštěný anorganický N (amoniakální, dusitanový, dusičnanový N)

19 Koloběh N Autotrofní organismy přijímají N z rozpuštěných anorganických sloučenin (přednostně amoniakální N) Vazači N: sinice a některé bakterie N - vázaný v rostlinných buňkách potrava pro konzumenty nebo uvolňován rozkladnými procesy z tkání uhynulých rostlin a živočichů Do přirozeného koloběhu N zasahují antropogenní faktory (např. hnojiva, emise oxidů N do ovzduší a zpět do vody srážkami)

20 Koloběh P Podíl P v biomase živých organismů je vyšší a stálý, ve vodním prostředí je nižší a proměnlivý, může být limitující živinou Hlavní zdroj sedimenty a horniny (apatit), antropogenní zdroje Koloběh P v nádrži: 1. Velký: přísun přítokem do recipientu, sedimentace částic do hypolimnia a dále do bahna, uvolňování zpět při jarní cirkulaci 2. Krátkodobý: využití P řasami filtrující zooplankton exkrece

21 Koloběh P Ve vodě v různých formách: TP = TDP + POP + PIP TDP = DOP + DIP TP = celkový P TDP = celkový rozpuštěný P POP = partikulovaný organický P PIP = partikulovaný anorganický P DOP = rozpuštěný organický P DIP = rozpuštěný anorganický P (orthofosfátový P)

22 Koloběh P Nejdůležitější pro primární producenty je SRP = rozpuštěný reaktivní P (orthofosfátový P) jeho podíl na celkovém P je relativně malý (do 10%), intenzivní fotosyntetickou činností může dojít k jeho vyčerpání na mizivé hodnoty. Značná část celkového P je ve formě organického fosforu vázán v protoplazmě organismů a jejich zbytků ve volné vodě i v sedimentech

23 Si: rozsivky, chrysomonády, jehlice hub (Porifera) výskyt: v koloidním nebo partikulovaném stavu, příp. rozpuštěné křemičitany zdroj: zvětrávání hornin chlorofyl-a µg/l Si rozp. mg/l 4,0 3,0 2,0 1,0 0 0, km 400 Mg: vazba v molekule chlorofylu-a podíl na přenosu ATP ADP Mg 2+

24 Koloběh živin ve vodním prostředí uptake rozpuštěných anorganických živin a přeměna na nerozpuštěné organické látky (řasy + bakterie) přenos přes jednotlivé úrovně potravního řetězce uvolňování zpět do prostředí v rozpuštěné organické nebo anorganické formě

25 Produkce tvorba organické hmoty a její transformace v potravním řetězci = výsledek interakce mezi organismy a faktory prostředí Produkce primární - závisí na fotosyntéze autotrofních organismů sekundární - množství organické hmoty a energie fixované v tělech heterotrofních organismů (konzumentů) Primární produkce: biomasa za jednotku času pod plochou nebo v objemu hrubá čistá = hrubá zmenšená o metabolickou potřebu producentů

26 Výměna látek a pohyb energií trofické úrovně 1. Producenti: fotoautotrofní organismy syntéza organických látek z anorganických látek rozpuštěných ve vodě s využitím radiační energie slunce (PhAR) chemoautotrofní organismy syntéza organických látek s využitím chemické energie z anorganických látek (amoniak, sirovodík, methan) 2. Konzumenti: heterotrofní organismy (živočichové + saprofytické a parazitické rostliny) získávají látky a energii přestavbou organické hmoty živých i mrtvých těl organismů 3. Destruenti: (bakterie, houby, detritofágní a saprofágní živočichové) získávají energii rozkladem mrtvé organické hmoty až na anorganické sloučeniny

27 Ekologická pyramida Ekologická (trofická) pyramida počet jedinců na litr 10-3 terminální karnivora velké ryby, ptáci vodní savci vyjádření kvantitativních vztahů ve vodním ekosystému základ = primární produkce vrchol = terminální produkce středně velké ryby malé ryby karnivorní zooplankt. herbivorní zooplankt. primární producenti fytoplankton nárostové řasy

28 Vodní ekosystémy a společenstva organismů Stojaté vody: jezera, nádrže, rybníky, tůně Tekoucí vody: potoky, řeky, prameny Organismy volné vody Organismy dna

29 Stojaté vody Litorál - prosvětlená příbřežní vrstva Pelagiál - volná voda (hluboká část pelagiálu = profundál) Bentál - oblast dna

30 Stojaté vody Litorál příbřežní zóna, převažuje makrovegetace Emergentní (tvrdá) makrovegetace zakořeněná ve dně, listy a květy nad hladinou (orobinec, zblochan) Submersní (měkká) makrovegetace plovoucí a ponořená (lekníny, rdesno, stulíky) Oligotrofní jezera - ponořené louky (stolístek, vodní mor, parožnatky) Perifyton + zoocenóza bezobratlých = významná složka litorálu

31 Stojaté vody Pelagiál plankton, nekton, neuston plankton: organismy vznášející se ve vodě, adaptovány na život v suspensi, nezávislé na břehu a dně nekton: aktivní pohyb (ryby) neuston: organismy plovoucí na hladině Seston = všechny částice, které se pohybují ve vodě (bioseston+abioseston)

32 Stojaté vody Plankton podle biotopu: limnoplankton - jezera heleoplankton - rybníky + tůně potamoplankton - řeky podle rozměrů: makroplankton > 500 µm mikroplankton µm nannoplankton µm ultraplankton 2-10 µm pikoplankton 2 µm

33 Tekoucí vody Reopelagiál - volná tekoucí voda Bentál - povrchová vrstva dna koryta toků Hyporeál (potamofreatal) - podříční dno, tj. hlubší vrstva dna s infiltrovanou říční vodou Potamoplankton Drift Reobentos Hyporeos (potamofreaton)

34 Tekoucí vody Potamoplankton: fytoplankton + zooplankton Drift: bentické organismy unášené proudící vodou (larvy fauny vrací se jako imaga zpět proti proudu) Reobentos: mikrobiální (bakterie - Sphaerotilus, houby - Leptomitus) fytobentos (řasy + sinice, mechy, játrovky) zoobentos - podle podkladu dna: kameny litoreofilní, vegetace fytoreofilní, psamoreofilní písek Hyporeos (potamofreaton) organismy ve dně do hloubky několika m pod aktivním tokem

35 Tekoucí vody Reobentos: Zoobentos - dělení podle potravních skupin: drtiči (shredders) kouskují větší části fytomasy sběrači (collectors) filtrují potravní částice z vody škrabači (scrapers) a spásači (grazers) sbírají potravu z povrchu podkladu Trofická posloupnost: bakterio- a fytomasaříčního dna potrava zoobentontů kořist dravých bezobratlých, obojživelníků, ryb, příp. ptáků

36 Trofie vody Vody: oligotrofní - chudé na živiny s malou produkcí organické hmoty eutrofní - velký obsah minerálních látek a vysoká produkce organické hmoty hypertrofní - nadprodukce Stupnice trofie podle charakteristik: P, N, chlorofyl-a, průhlednost Eutrofizace přirozená - stárnutí vlivem okolního prostředí indukovaná (antropogenní) - přísun odpadních vod (komunální, zemědělské, průmyslové) s vysokým obsahem biogenních prvků

37 Doporučená literatura Lellák, J., Kubíček, F. (1992): Hydrobiologie. - Karolinum, Praha, 257p. Hartmann, P., Přikryl, S., Štědronský, E. (2005): Hydrobiologie. - Informatorium, Praha, 364 p. Odum, E.P. (1977): Základy Ekologie. - Academia, Praha, 733 p. Kalff, J. (2002): Limnology: inland water ecosystems. - Prentice Hall, New Jersey, 592p. Sigee D.C. (2005): Freshwater microbiology. J.Wiley&Sons,LTD, England, 524p.