Sucho jako klíčový fenomén proměňujícíbiotunašich toků

Transkript

1 Sucho jako klíčový fenomén proměňujícíbiotunašich toků (projekt Vysychání toků v období klimatické změny - TA ČR TA ) Petr Pařil,Marek Polášek, Michal straka, Světlana Zahrádková, Vít Syrovátka, Lenka Šikulová, Pavla Řezníčková, Pavel Treml& Denisa Němejcová Výzkumný ústav vodohospodářský TGM, v.v.i., pobočka Brno Ústav botaniky a zoologie, Přírodovědecká fakulta Masarykovy univerzity, Brno Oddělení rybá řství a hydrobi ologie, Agronomi cká f., Mendelova uni verzita v Brně WELL Consul ting, s.r.o, Brno

2 SPATŘÍŠ-LI MNE ZAPLAČ!

3 Pročse zabývat vysychavými toky? celosvětověpřevažují, na jih od 60 rovnoběžky tvoří vysychavé toky dominantní část říční sítě v říčnísítičr tvoří1. až4. řádu 92 % celkové délkyříčnísítě= potenciálněvysychajícítoky! se změnou klimatu se zvyšuje téměřu všech riziko vyschnutí dlouhodoběignoroványhydrobiology i hydrology (když souvisle neteče nestuduje se) inspirace pro výzkum biologických dopadů vysychání velké sucho 2003 (doktorská práce ) -na modelovélokalitě v NP Podyjí bezobratlí vysychavých toků napříč Evropou všude podobnéspolečenstvo nápad využitík bioindikaci Velička - Strážnice 2012 povodí 100 km 2

4 Typy sucha meteorologické - dle časových a prostorových srážkových poměrů (V ČR Q BRÁZDIL 1995) množství srážek a počet srážkových dní výška a trvání sněhové pokrývky + srážková pravděpodobnost hydrologické pro povrchové toky počet za sebou jdoucích dní s výskytem nízkých průtoků vzhledem k dlouhodobým normálům Q 355 retardačních účinek = výskyt i v době, kdy meteorol. sucho odeznělo agronomické vztah k pěstování plodin socioekonomické vztah k lidské populaci Frekvence výskytu sucha: ČVTVHS - Novotného lávka stálé - spojené s aridním podnebím sezónní - zřetelné každoroční období suché počasí nepravidelné - způsobené proměnlivostí srážek

5 Hydrologickésucho v ČR-přírodní příčiny sníženíretence vodyv půdě rychlé odtání sněhu, rychlý přechod do jara razantní oteplení (do zamrzlépůdy nenízásak, rychlý odtok) výrazný trend k suchosti jara indexy hydrologického sucha SPEI a PDSI, Z index hydrologickéindexy vykazujívýraznéanomálie i během celého roku a léta, v ziměnaopak zvýšená vlhkost díky růstu teploty : roste evapotranspirace = riziko sucha klesáviskozita vody tendence vsaku do podloží

6 Změny chodu teplot a srážek ve vztahu k suchu Morava - oteplení zejména letě + nárůst kontinentality Čechy- otepleníjaro + zima tropickédny nad 35 ºC - sněhové dny a výška pokrývky ročníúhrn srážek víceméněstejný ( + 5%) červenec -říjen listopad ažduben vysoká rozkolísanost spojená s extrémy předpovědi do budoucna srážky? modely se liší, velká změna se nepředpokládá ale nevýhodnádistribuce během roku (přívaly+ v zimě) teplota. spotřeba vody v krajině?

7 Teplot vody? Prognóza do r. 2050? model Prudence vzduch nárůst 1,7 3,6 C voda nárůst: optimistický odhad + 1,4-1,5 C pesimistický odhad + 2,5-2,9 C (Novicky a kol. 2009) větší růst T vody v nížinách obecně dopady v horách menší = obtížnější bioindikace sucha v horách zimní ohřev vody spodními výpusťmi přehrad letní ohřev vody vrchními přepady rybníků a jezů

8 Sucho měnícíekosystémy tekoucích vod projekt BIOSUCHO přerušení povrchové kontinuity toku (izolované tůně, voda může být v hyporeální zóně dna) SUCHO ještě kontinuální tok izolované tůně

9 Délka sucha Reakce bioty průtok průtok srážky intenzita zimy bez sněhu intenzita čas roky

10 Typologie vysychavých toků temporární toky (dočasné toky) efemerní (neprediktabilní krátkodobý průtok) epizodické (velmi nepravidelný průtok) sezónní (pravidelný krátkodobý průtok) intermitentní (pravidelné vysychání) téměř permanentní = pereniální (nepravidelné vysychání) časté nejasnosti při použití v literatuře permanentní toky (stálé) nikdy nevysychají délka suchého období se ale meziročně liší = obtížná klasifikace přechodných typů rozlišení jednotlivých typů pouze na základě dlouhodobých dat (Boulton a Brock 1999)

11 Hydrologické změny ve vysychajícím dně změny během poklesu průtoku : 1. koncentrace toku do proudnice 2. akcelerace infiltrace 3. rozpad kontinuálního toku ČVTVHS - Novotného lávka podélný profil vyschnutí spodního úseku vyschnutí pramenných úseků vyschnutí středních úseků (Lake 2011) (Lake 2003)

12 Mechanizmy přežití vodní fauny Refugia pro přežití sucha mimo vysychající úsek Rezistence adaptace pro přežití Resilience (pružnost) rychlá rekolonizace po disturbanci ve vysychajícím úseku (Lake 2011)

13 Rozdílné vlastnosti společenstev v regionech s pravidelně vysychavými toky proměnná Mediterán Temperát proměnlivost průtoku regionální druhová bohatost lokální druhová bohatost = = bohatost "species traits" schopnost šíření + kolonizce resistence/resilince vůči suchu úroveň taxonomické determinace čeleď / rod rod / druh Mediterán Temperát počet rodů nárůst vysychavosti (Bonada 2007)

14 Obměna druhů (species turnover) ČVTVHS - Novotného lávka Východiska bioindikacevysychání Hnízdovitost (nestedness) druhy perman. toků druhy vysych. toků hnízdovitost nárůst vysychavosti růst vysychavosti (Williams 2006)) (Schneider at al. 2013) výměna druhů

15 Budoucí rizika vysychání toků a jejich indikace? změna klimatu větší rozkolísanost srážek (+ zima, léto) Tvody+3 C do r (Prudence), růst evapotranspirace = růst frekvence úplného vysychání toků 1-4. řádu změna podmínek v toku kyslík, proudění, teplota, chemizmus, samočištění = výrazná změna bioty sucho odfiltruje z toku část bezobratlých zpětně ze vzorku bentosu poznáme minulé vyschnutí složení druhů indikátorové druhy (sucha/permanence) zastoupení vlastnosti druhů species traits hydrobiologických indexů (multimetrik) oblasti vysychavých toků do r nezmapovány mapy sucha dosud pro zemědělské účely, zásoby podzemní vody, riziko požáru atd.

16 Lokality a vzorkování projektu BIOSUCHO vysychavé toky v ČR ČVTVHS - Novotného lávka kritéria výběru lokalit: 2-4. řád Strahlera opakovaně vysychá minimální ovlivnění: hydrologie hydromorfologie kvalita vody (saprobita, acidita) nadm. výška < 500 m vybrané páry lokalit permanentní x vysychavé vzorkovací schéma: v oblasti pár permanentní / vysychavá 2 vzorky ročně (jaro, podzim po suchu) záznam hladina + průtok + teplota doba vyschnutí a délka suchého úseku sledování potenciálních refugií (tůně, hyporheál, přítoky)

17 Měřenívyschnutílokality proměnné prostředí registrační teploměry v proudnici výrazné zvýšení amplitudy teplot hladinoměry měřitelný průtok fotopasti timelapse online přenos dat aktuální přehled stavu

18 Časoprostorovávariabilita vysychání Proměnlivá doba a rozsah vyschnutí výška hladiny(m) 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 výška hladiny teplota sucho teplota ( ºC) 0,1 0,0 23.VII 6.VI II 20.VI II 3.I X datum 17.I X 1.X 15.X 6

19 :30 34 ºC

20 :30 26 ºC

21 :30 14 ºC

22 Použitá typologie vysychavých toků (pro přesná data z projektu BIOSUCHO) permanentnítoky kontinuální průtok zranitelné (vůči suchu) jen krátképřerušeníkontinuity -méněnež1 týden na stovkách metrů izolované tůně přítomny vysychajícítoky delšípřerušeníkontinuity -déle > týden, > 1 km zbytkové tůně chybí, každoročně

23 Změny společenstev po vyschnutí Počet taxonů Počet jedinců počet druhů podzim jaro počet jedinců (log) jaro podzim Odlišnost společenstva perm. vysych. perm. vysych. (rutinní monitoring SALAMANDER)

24 Které skupiny jsou na vysychání nejcitlivější? taxonů EPT taxonů Ephemeroptera % Ephemeroptera perm. zran. vysych. perm. zran. vysych. perm. zran. vysych. nárůst vysychavosti (podzimní vzorky BIOSUCHO z let )

25 Indikátory vysychánía permanence vybráno 350 taxonů (z dat BIOSUCHO + rešerše) kategorie: 2 (silná) a 1 (slabá) vazba k permanentním / vysychavým tokům rozdílná síla indikace na podzim (těsně po vyschnutí) a na jaře (delší rekolonizace) Baetis muticus jepice Baetis muticus Eiseniella tetraedra žížala Eiseniella tetredra vuln perm int jaro podzim gradient vysychavosti (NMDS lokalit BIOSUCHO) permanentnost vysychavost

26 Potenciální indikátory otázka sezóny? (NMDS, log abundances; Bray-Curtis dissimilarity) vys ychavost permanentnost hltanovka beruška blešivec jaro podzim jepice indikační potenciál druhů se liší v různých částech sezóny!

27 Vlastnosti druhů a vysychavost taxonů, 36 traits cca 200 kategorií vysoká variabilita dopadů sucha Dýchání organizmů povrchem těla žábrami zran. vysych. perm. perm. zran. vysych. perm. zran. vysych. gradient vysychavosti (PCA 14 traits rotovaná na max. gradient vysychavosti)

28 Odlišení typůtokůdle vysychavosti? indikátory perm. /všechny ind. % rheofilů % Oligochaeta LD 2 perm. zran. vys ych. perm. zran. vys ych. perm. zran. vys ych. current.rhp vuln perm int Oligochaeta.prop %Oligochaeta LD 1 % reofilů indsratio ind.perm/celk. indikátorů Správnosti klasifikace toků dle bentosu cross validace sp rávnost zařazení(%) skutečný typ per manen tní z ran itelný vysychavý permanentní zr anitelné v ysychav é Heuréka! (Lineární diskriminační analýza - BIOSUCHO podzim )

29 Zhodnocenípředchozího vyschnutítoku pomocíanalýzy makrozoobentosu- výpočet multimetriky vzorek se zařadí do jedné ze 3 kategorií zasažení vysycháním pravděpodobnost kam vzorek spadá se vypočte pro každou kategorii: permanentní zranitelné vysychavé Pravděpodobn ost % 34% 64% Permanentní Zranitelné Vysychající nízká střední vysoká PŘÍKLAD VÝSLEDEKU: vysychavý tok střední spolehlivostí zařazení (64%) dis vypočtená pravděpodobnost zařazení do skupiny ohro ženosti pravděpodobnost zařazení do skupiny vzorek 1 vzorek 2 vzorek 3 P perm 0,96 0,41 0,02 P zranit 0,04 0,49 0,34 P vysych 0,00 0,10 0,64 výsledné hodno cení toku permanentní zranitelný vysychavý spolehlivost zařazení do skupiny vysoká nízká střední

30 Podmínky pro využitícertifikovanémetodiky BIOSUCHO faktor ČVTVHS - Novotného lávka zkratka snížená spolehlivost hodnocení nespolehlivé hodnocení řád toku (dle Strahlera) nadm ořská výška nadm. v. > 500, < 200 > 800 vodní útvar VÚ umělý, silně ovlivněný ekologický stav (vodního útvaru) ES poškozený zničený saprobní index (hodnoceného vzorku) Si 2,3 2,7 biologická spotřeba kyslíku 1),2) BSK 5 - > 3,8 dusičnanový dusík 1),2) N-NO > 5,4 třída acidity (Braukmann a Biss 2004) acidity class acidita (> 1 měření za rok) 3) ph 6,5 5,5 sum a indikačních vah indikátorových taxonů Ɖ Wall - < 12 (10) počet jedinců ve vzorku indall < 300 < 100 doba odběru jarního vzorku - - mimo období doba odběru podzimního vzorku - - mimo období metoda odběru vzorku PERLA - j iná než dle ČSN Splehlivostklasifikace: 90% - vysychavý a permanentní tok (zbylé v sousední kategorii zranitelný) 70% - zranitelný tok (přechodná kategorie) NIKDY nebyl zařazen vysychavý mezi permanentní a naopak (100%)

31 Podzim stále 50% sled. toků stále suchých

32 Sucho 2016? pozdější nástup ale podobná intenzita jako 2015! Průměrná délka vyschnutí na 7 sledovaných potocích byla 3 měsíce! (rozmezí 1-4 měsíce)

33 Mapa rizika vysychání drobných vodních toků kategorizace celé ČR podle míry rizika vysychání základní územní jednotka: povodí IV. řádu kategorizace lokalit na základě: výsledků hodnocení makrozoobentosu na vysychavé zranitelné permanentní abiotickýchcharakteristik povodí, zpracovatelných do vrstev GIS vyhodnocenípovodídle rizika vysychánív mapě: velké převažují vysychavé střední převažují zranmitelné malé převažují permanentní

34 Mapa rizika vysychání drobných vodních toků riziko: dle převažujícího typu lokalit v povodí nízké střední vysoké od r pro povodí 4. řádu a vodní útvary dle Vodní směrnice

35 Využitívýstupův praxi výběr povodí ohrožených vysycháním dle Map zranitelnosti vyschnutím ověření reálnosti výskytu vysychání Metodika retrospektivní bioindikace při potvrzení vysychání Návrh opatření proti vysychání ověření úspěšnosti opatření - Metodika retrospektivní bioindikace Podklad pro: Plány povodí(plnění požadavků Rámcové směrnice o vodách) Hodnocení rizik v územně-plánovací praxi Hodnocenízáměrů v lokálním kontextu povodí(eia) Implementace do hodnotících systémů ekologického stavu toků

36 Pokračování výzkumu sucha? Science and Management of Intermittent Rivers and Ephemeral Streams (SMIRES): EU COST 150 odborníků na vysychavé toky 28 zemí, ČR lídr střední Evropy oblasti: bioindikace, hydrologie, vodní hospodářství Masarykova univerzita VÚV T.G.M., v.v.i. Povodí Moravy s.p.

37 DOKUMENT O VÝZKUMU ODVISÍLÁ Česká televize ( )

38 Za pozornost děkuje tým