Ekologie II 8. Základy ekologie vodního prostředí

Transkript

1 Ekologie II 8. Základy ekologie vodního prostředí Voda Nezbytná podmínka života Tvoří největší podíl biomasy organismů Hydrosféra je nejrozšířenějším prostředím planety (tvoří více než 2/3 povrchu Země) o 98,4% - mořská voda o 1,5% - led o 0,1% - voda v kapalném skupenství o 0,001% - vodní pára Chemické vlastnosti vody Voda je vnitřním prostředím všech organismů, je médiem, ve kterém probíhají všechny biochemické děje, umožňuje látkovou a energetickou výměnu a sama také do reakcí vstupuje (např. fotolýza vody při fotosyntéze) Jedinečné fyzikálně chemické vlastnosti o Výborné rozpouštědlo o Vysoká specifická skupenská tepla (teplota varu a teplota tání) o Velká měrná tepelná kapacita velký klimatický vliv o Při své molekulové hmotnosti (18) by měla být při pokojové teplotě a tlaku 1 atm plynem o V pevném skupenství zvětšuje objem největší hustotu nemá led, ale tekutá voda při 3,95 C o Led se tvoří na povrchu vodních ploch a nezamrzlou vodu izoluje, na dně se hromadí voda o teplotě 4 C přežívání vodních živočichů o Mrazové zvětrávání o Kypření ornice mrazem Molekula vody vodíkové můstky o Zvýšení teploty varu (bez vodíkových můstků vy voda vřela při 75 C!) o klastry (shluky dynamicky se měnících molekul) o Led krystalová mřížka menší hustota o Vodíkové vazby jsou i v jiných molekulách, např. stabilizují obrovské organické molekuly (proteiny, nukleové kyseliny) Voda tvoří většinu těl organismů o Je nestlačitelná zachování tvaru těla organismů o Voda má nejnižší hustotu při 35 C tělesná teplota homoiotermních živočichů o Intracelulární voda v buňkách (40 25% tělesné hmotnosti) o Extracelulární tekutiny mimo buňky (15 25%) o Obsah vody v těle se mění s věkem (člověk embryo 95%, novorozenec 80%, dospělý jedinec70 60%)

2 Typy vodních ekosystémů Mořské ekosystémy o Biom volného oceánu o Biom šelfových moří Vnitrozemské vody o Podzemní Sladké Minerální o Povrchové Stojaté (lentické prostředí) Tekoucí (lotické prostředí) Oceány Průměrná hloubka cca m, největší hloubka více než m Mořské proudy důležitý faktor oceánského prostředí, pohyb obrovských objemů vod Antarktický cirkumpolární proud 240 mil. m 3 /sec. (X ústí Amazonky 200 tis. m 3 /sec.) (Raichholf, 1999)

3 Lentické prostředí Stojaté vody Zejména ty neprůtočné představují systémy s víceméně uzavřeným koloběhem látek Podle stability rozeznáváme prostředí o Eustatické jezera, včetně slaných o Astatické rybníky, tůně apod. o Údolní nádrže mohou být obojí o Platí i pro tekoucí vody Eustatické horské toky a veletoky Astatické střední a nížinné toky řek Patří sem i rašeliniště a periodické vody Prostorové podmínky života ve stojatých vodách o Pelagiál oblast volné vody o Bentál oblast dna o Eufotická zóna většina primární produkce o Litorál příbřežní pásmo dna Jezera hlubší litorál tam, kde je submerzní vegetace (obvykle cca 6 m) Rybníky mělké litorál tam, kde je vynořená pobřežní vegetace o Sublitorál navazuje na litorál do hloubky cca 12 m o Profundál neosvětlené pásmo bentálu Prostorové rozčlenění ekosystému a společenstva stojaté vody (Rajchard a Balounová, 1996)

4 Jezera Významným faktorem je případná průtočnost nebo naopak izolovanost Jezera ledovcového původu, horská jezera a jezera na substrátech chudých na biogenní prvky v rozpustné formě jsou obvykle oligotrofní Rašeliniště Vznik za specifických geologických a klimatických podmínek Rašeliníky Pomalý rozklad organické hmoty nedostatek kyslíku, nízké ph (3,5 5,5 huminové kyseliny) láky s bakteriostatickými účinky vylučované rašeliníkem Typy rašelinišť o Vrchoviště odkázaná na srážkovou vodu (pouze na ni rašeliniště ombotrofní) o Slatiny zásobená především spodní vodou o Přechodná rašeliniště Organismy osidlující rašeliniště o Tyrfofilní preferují rašeliniště o Tyrfobiontní osidlující pouze rašeliniště Okraje lagg Šlenky a bulty (Reichholf, 1999)

5 Podzemní vody Různě prostorné zatopené jeskyně, podzemní toky, stojatou či protékající vodou naplněné pukliny v horninách apod. Stygon biotop podzemních vod o Afotické podmínky a nízká konstantní teplota (časté glaciální relikty) o Zdroj potravy organické látky allochtonního původu splavené z povrchu země o Přizpůsobení ztráta pigmentu a světločivných orgánů o Bezobratlí, obojživelníci, ryby Rybníky Zcela umělé nádrže s plně regulovatelným stavem vody, úplně vypustitelné Mělké nádrže podléhající sukcesi zazemňování nutná údržba České rybníky o Jedinečný fenomén i ze světového hlediska o Vznik ve středověku prvotní účel chov ryb, dnes i retenční nádrže nebo rekreační účely o Složitý a důmyslný systém napájecích a vypouštěcích vodotečí o V současné době v ČR cca rybníků o celkové výměře cca ha velký význam pro vodní režim v krajině a centra biodiverzity jako nový prvek v krajině soustředí druhy jak jezerní, tak osidlující lesní mokřady, říční systémy apod. o V současné době silně eutrofizované Zatopené plochy po těžbě Pískovny, lomy, důlní propadliny (pinky) Různý charakter, hloubku atd. podle způsobu těžby, konfiguraci terénu, hladině spodní vody, propustnosti geologických vrstev aj. Někdy mají charakter nového typu vodního ekosystému v krajině (např. desítky metrů hluboká oligotrofní jezera v krajině s intenzivním zemědělstvím a vysoce eutrofními rybníky) Vznik mokřadních a vodních společenstev de novo studium primární sukcese Údolní nádrže Hluboké, vesměs oligotrofní, ale splachy z polí Významnou roli hraje časté kolísání vodní hladiny vlivem manipulace s vodou a specifické teplotní poměry (např. vypouštění chladné vody z hloubky nádrže ) Ale mohou existovat i nádrže mělké, eutrofní a zazemňující se (Novomlýnské nádrže na Dyji) X zatopené hluboké skalnaté kaňony řek Nádrže o malém objemu s rychlým průtokem celoročně teplotně vyrovnaná voda přitékající ode dna nádrže výše položené (Štěchovická údolní nádrž s přítokem z nejhlubších vrstev vody Slapské nádrže) Hluboká nádrž a dlouhé zdržení vody (měsíc a více) výrazná teplotní stratifikace (Slapy, Orlík)

6 Přehradní nádrže Po napuštění sukcese společenstev, ale nejsou izolované od jiných vodních biotopů výchozí společenstva původního říčního ekosystému, ale záhy převládnou druhy v řece neexistující Říční ramena oddělená od toku řeky Významné vodní a mokřadní ekosystémy v povodí velkých řek Spojené s tokem řeky nebo oddělené, ale většinou přeplavované pravidelnými povodněmi Regulace toků ničení těchto významných lokalit Periodické vody Zejména oblasti se sezónně podmíněným výrazným střídáním přísunu srážek nebo povodňový prostor říčních niv Specifické druhy organismů schopné přečkat období vyschnutí ve stadiích vajíček do dalšího zaplavení lokality Listonozi Anuální halančíci v podmínkách afrických a jihoamerických tropických oblastí s výrazným střídáním období sucha a dešťů Dendrotelmy Periodické vody v dutinách stromů Euphytotelmy Velmi drobné periodické vody v růžicích listů, např. tropických bromélií Vývoj larev hmyzu či vývojových stádií obojživelníků Lotické prostředí Ekosystém vodních toků, dělení na o Krenal = úsek prameniště o Eukrenal = horní o Hypokrenal = dolné o Rhithral = horní úsek řek o Epirhithral, metarhithral, hyporhithral o Potamal = dolní úsek řeky V praxi o Pstruhové pásmo = horské nebo vyšší podhorské úseky řek o Lipanové pásmo = podhorské úseky řek o Parmové pásmo = podhorské, popř. rychleji tekoucí nížinné úseky řek o Cejnové pásmo = pomalu tekoucí nížinné úseky ře o Brakická zóna = při ústí do řek

7 Vliv proudění na organismy Morfoplastický, fyziooplastický, etoplastický Prudší proud menší biodiverzita, přizpůsobení tvarem, orgány k přichycení k podkladu Ti stržení proudem organický drift Specifické teplotní poměry tekoucích vod o Roční kolísání různé v různých partiích řek Psamal o Specifické společenstvo písčitých náplav Hydrologický cyklus Výměna vody mezi zemským povrchem a atmosférou (odpařování a srážky) Velký (na úrovni celé biosféry) a malý (na úrovni ekosystémů) vodní cyklus

8 Abiotické faktory ve vodním prostředí Obsah rozpuštěného kyslíku Původ ze vzduchu (difúze) a z asimilační činnosti autotrofních organismů Rozpustnost plynů se ve vodě zvětšuje s klesající teplotou a se stoupajícím atmosférickým tlakem Obsah kyslíku v mořích kolísá podle lokality, ale v rámci každé lokality a hloubky je relativně stálý; nedochází k výraznému deficitu (nejvíc u hladiny, pak klesá a pak zase mírně roste, promíchávání mořskými proudy) X stojatých sladkých vod přizpůsobení organismů na rychlé a významné změny obsahu kyslíku organismy euryoxybiontní (ryby v rybníce změny i v rámci dne a noci) Tekoucí vody difúze organismy stenooxybiontní Absence kyslíku organismy anaerobní Kolísání obsahu rozpuštěného kyslíku během dne ve stojatých vodách o Minimum kyslíku před rozedněním (v noci dýchají i autotrofové) pak obsah stoupá, maximum odpoledne až navečer o Opačně je to s kolísáním acidity obsahu volné kyseliny uhličité, která je fotosyntézou spotřebovávána (jako CO2) korelují hodnoty ph Minimální kolísání ve vodách o Tekoucích (málo fytoplanktonu, difúze kyslíku z atmosféry) o Oligotrofních stojatých s málem autotrofních mikroorganismů o Dystrofních rašelinných (nízké ph dané vysokým obsahem huminových kyselin o Silně znečištěných se silně omezeným oživením

9 Salinita Mořská voda o 3,5% solí (3,3 3,7 podle lokality, některá moře i 2%) o Převážně chloridy (chlorid sodný) a sírany (síran hořečnatý) Sladká voda o Méně než 0,01% solí o Uhličitany a dusičnany Voda brakická Adaptace na salinitu o Schopnost organismu udržet stálé osmotické poměry vnitřního prostředí při osmoticky odlišném prostředí vnějším o Moře hypertonické prostředí zabránění ztrátám vody z organismů (dehydrataci) o Sladká voda prostředí hypotonické zabránění ztrátám solí a průniku příliš vody do organismu o Různá řešení u různých skupin organismů ph vody ph = záporný dekadický logaritmus koncentrace vodíkových iontů Závisí zejména na rovnováze mezi kyselinou uhličitou a jejími solemi Organismy o Euryiontní tolerují značné výkyvy ph o Stenoiobiontní vyhraněné požadavky na ph v úzkém rozmezí o Acidofilní o Neutrofilní o Alkalifilní Mořské prostředí poměrně stálé ph, většinou mírně alkalické (8,1 8,3) Dešťová voda 5,7 (obsahuje rozpuštěné plyny) Sladké vody široké rozmezí od ph 3 (rašeliniště) po ph (mnoho vegetace a vysokým obsahem vápníku, minerální vody) Teplota vody Ovlivňuje biologické děje a také změny hustoty, stratifikace a proudění vodních mas v nádržích Sezónní výkyvy teplot oceánů o Největší v povrchových vrstvách epipelagiálu (do 200m, až 15 C) o V nejspodnějších vrstvách (batypelagiálu a abysopelagiálu) desetiny stupně o V hadálu žádné

10 Teplotní stratifikace a cirkulace vody v nádržích o U hladiny ohřev v noci rychlé ochlazení pokles do hlubších vrstev, teplejší vody vytlačeny vzhůru konveční vertikální proudění, podporované horizontálním prouděním vyvolaným větrem o Konvekční proudění promíchává vodu do jisté hloubky, pak je skočná vrstva (termoklina) pokles teploty na 1m o několik C o Oddělení epilimnia a hypolimnia v hypolimniu málo kyslíku a chladno letní stagnace o Na podzim je skočná vrstva stlačena ke dnu totální podzimní cirkulace vdy o Zima inverzní stratifikace, povrchové vody studené, u dna 4 C o Jaro totální jarní cirkulace po roztání ledu, vytvoření skočné vstvy Teplotní stratifikace vodní nádrže (Reichholf 1999)

11 Světlo Vliv na prohřívání vody a na fotosyntézu Část se odráží od hladiny, část je rozptýlena ve vodě, část absorbována a přeměněna v teplo Fotická vrstva o její tloušťka závisí na množství rozpuštěných a rozptýlených látek ve vodě o Max. 200m (kompenzační bod intenzita fotosyntézy = intenzita dýchání) Afotické prostředí o Bioluminiscence V moři nejvyšší produkce kousek pod hladinou mořský fytoplankton je stínobytný Ve vodním prostředí odfiltrovávána červená a modrá složka světla, zbývající zelená je chlorofylem pohlcována slabě pomocné pigmenty ruduch (červený fykoerytrin a modrý fykocyanin) Průhlednost vody Dána zákalem vody o Anorganické znečištění o Biogenní zákal daný oživením vody planktonními organismy Ovlivňuje průnik světla Oligotrofní vody 15 20m, eutrofní desítky cm až metry Barva vody Dána fyzikálními jevy (odrazem oblohy), anorganickými látkami a mikroorganismy Podle průhlednosti a barvy vody lze orientačně posoudit intenzitu průběhu potravního řetězce ve vodním prostředí, popř. i momentálně dominující trofické úrovně. Zajímavou informaci může poskytnout i zápach vody. Hydrostatický tlak Hmotnost vodního sloupce působící na organismy Do hloubky vzrůstá o cca 1 atmosféru na 10 m hloubky Problémy činí náhlé změny (např. rychlé vynoření) Hustota vody Závisí na teplotě a množství a druhu ve vodě rozpuštěných látek ovlivňuje hlavně hustotu mořské vody Největší hustota při 4 C přezimování organismů Viskozita Vnitřní tření kapaliny ovlivňuje odpor vůči tělesu, které se v kapalině pohybuje Voda cca 100x vyšší viskozita než vzduch S rostoucí teplotou klesá cylomorfóza plantonních organismů jednotlivé generace během roku se tvarově mění v závislosti na měnící se teplotě a tím i viskozitě vody

12 Povrchové napětí Na rozhraní mezi kapalným a plynným prostředím Pevnost daná zvýšenou soudržností vody povrchová blanka Vlnění vody Význam hlavně v oceánech a mořích, ale i velkých vnitrozemských vodách Působí na ostatní faktory fyzikální a chemické (rozptyl a rozpouštění látek ve vodě, eroze břehů) i biologické (přesuny a soustředění planktonu a tím ovlivnění celé trofické sítě) Společenstva vodního prostředí Seston = veškerá odfiltrovatelná příměs ve vodě o Abioseston = látky neživé (např. detrit) o Bioseston = živé organismy Plankton o Drobné organismy vznášející se pasivně ve vodním sloupci o Zooplankton a fytoplankton Bentos o Organismy dna vodních nádrží Fytoplankton Mikroplankton ( mikrometrů) Nanoplankton (do 50 mikrometrů) Svým složením chrakterizuje různé typy vod Složení se mění podle ročního období )změny teplot, osvětlení, chemismu vody, stupně predačního tlaku) Sinice a řasy různé taxonomické příslušnosti o Vegetační zákal tvořen drobnými řasami, rovnoměrně rozptýlené ve vodním sloupci voda má všude stejnoměrné zbarvení o Vodní květ sinice (Anabaena, Aphanizomenon, Microcystis), tvoří shluky mnohobuněčné kolonie, často na hladině (plynné vakuoly) Podle obsahu dostupných živin a z toho vyplývajících produkčních vlastností nádrže a jejího oživení rozeznáváme o Nádrže oligotrofní chudé na živiny i na fytoplankton, malá produkce organické hmoty, to málo rychle mineralizováno, přírustek sedimentu pomalý, obvykle dostatek kyslíku. Př. horská jezera, údolní nádrže na horních tocích, vodárenské nádrže, některé pískovny o Nádrže eutrofní bohaté na živiny i na plankton (vodní květ vegetační zákal, kombinace obojího), velká produkce org. hmoty, odumíráním se hromadí rozkládající se bahno spotřeba kyslíku z profundáu, v bentálu výrazné kyslíkové deficity zejména v létě a v zimě (na jaře a na podzim cirkulace vody). Př. obhospodařované rybníky, údolní nádrže na středních a dolních tocích aj.)

13 o Nádrže saprotrofní nadbytek živin a organické hmoty pocházející z exogenního zdroje (znečištění, hnojení) většina organismů saprotrofní nebo mixotrofní. Hromadný výskyt bičíkovců bez asimilačních pigmetů. Př. návesní rybníky, rybníky k čištění odpadních vod, přehnojené rybníky extrém hypertrofní nádrže o Dystrofní nádrže kyselé podklady, rašeliniště, horské a podhorské oblasti. Obsah huminových kyselin voda hnědá a kyselá, malý obsah biogenních prvků, což omezuje primární produkci. Fytoplankton specifického složení, druhově bohatý, ale málopočetný Fytobentos Společenstva rostlin osidlující dna vod Perifyton Společenstva rostlin obrůstající předměty ponořené ve vodě a těla vodních makrofyt Zooplankton Společenstvo drobných vodních živočichů vznášejících se víceméně pasivně ve volné vodě Makroplankton větší než 500 mikronů Mikroplankton mikronů Nanoplankton 5 60 mikronů Ultraplankton menší než 5 mikronů Korýši o Perloočky (Cladocera) především filtrátoři, živící se drobným fytoplanktonem a detritem Větší druhy (rod Daphnia) průhlednost vody Drobné druhy (Bosmina) menší konzumace řas, větší zákal o Klanonožci (Copepoda) Vířníci (Rotatoria) Larvy hmyzu (Diptera Chaoborus) Nekton Větší vodní organismy schopné vlastního aktivního pohybu Bezobratlí včetně larválních stádií, ryby, obojživelníci Zoobentos Živočichové žijící na dně Funkce podobná funkci edafonu na souši (přemisťování hmoty, rozkladné procesy) Mikrobentos o Vířníci (Rotatoria), prvoci (Protozoa) Makrobentos o Nitěnky (Tubificidae), larvy hmyzu (pakomáři Chironomidae), měkkýši, korýši

14 Pleuston Živočichové na vodní hladině s pasivním pohybem Epineustické druhy horní plocha povrchové blanky Hyponeustické spodní plocha Neuston Živočichové na vodní hladině pohybující se aktivně Cenózy příbojové zóny břehů Extrémní podmínky specifická přizpůsobení, někdy podobná jako v případě tekoucích vod Zejména mořské pobřeží nebo velká jezera Vodní obratlovci Paryby, kruhoústí, ryby, vývojová stadia obojživelníků Obratlovci suchozemští, se specifickými přizpůsobeními k využívání vodního prostředí o Obojživelníci o Plazi (želvy, krokodýli, mořští leguáni) o Ptáci na vodu vázáno 10% druhů tučňáci, potáplice, potápky vrubozobí, krátkokřídlí, brodiví, bahňáci, srostloprstí (ledňáček říční), pěvci (skorec vodní), dravci (orlovec říční), sovy (ketupa) o Savci kytovci, sirény, ploutvonožci, ptakořitní Šelmy (vydra), hlodavci (kapybara), hmyzožravci (vydřík hbitý), lichkopytníci (tapír), sudokopytníci (hroch obojživelný) Adaptace na vodní prostředí o Zábrany nadechnutí pod vodou (útlumy dýchacích reflexů o Vytváření zásoby kyslíku v těle (hlavně kyslík v krvi a svalech větší objem krve) o Přizpůsobení oběhového systému (přednostní přísun kyslíku k životně důležitým orgánům, omezení průtoku krve orgány, které hypoxii tolerují hypotermie) o Bradykardie (pokles srdeční frekvence na 5 10% klidových hodnot vede k utonutí při skoku do studené vody) o Přizpůsobení vůči hdrostatickému tlaku nebezpečí embolie (kytovci smáčknutý hrudník vytlačení vzduchu z plic) o Potápění Výdech Vyšší měrná hmotnost těla Tvar a celková stavba těla