Vodní ekosystémy II Tekoucí vody

Transkript

1 Rozvoj a inovace výuky ekologických oborů formou komplementárního propojení studijních programů Univerzity Palackého a Ostravské univerzity CZ.1.07/2.2.00/ Vodní ekosystémy II Tekoucí vody

2 Srovnání vybraných vlastností řek a jezer severní temperátní oblasti Vlastnost Řeky Jezera Převládající pohyb vody Horizontální, jednosměrný Vertikální, cirkulační Síla způsobující pohyb Gravitační spád Indukce větrem Distribuce substrátu Určena rychlostí proudu a gravitací Určena prouděním vyvolaným větrem Kolísání vodní hladiny Velké, povodně Malé (větší v tropech) Vliv povodně na biotu Traumatický Malý (větší v tropech) Doba zdržení vody Krátká (dny-týdny) Dlouhá (měsíce-roky) Tvar Protáhlý, lineární Oválný Povodí : plocha Vysoký Nízký Průměrná hloubka Mělké Hluboké Termální stratifikace Vzácná Běžná Koncentrace živin Vysoká, poproudový nárůst Nízká, temporálně kolísá Turbidita Vysoká Nízká, (vysoká v tropech) DOC Vysoká, alochtonní Kolísavá, autochtonní Zadržení živin Nízké Vysoké

3 Do oceánu odtéká řekami x 10 3 km -3 rok největších řek odvádí ~ 40 % celkového množství, Amazonka přispívá více než 15 % Globálně se největší odtoky vyskytují v tropických a subtropických oblastech, protože v těchto zeměpisných šířkách jsou také největší srážky. Rozdělení odtoku podle zeměpisné šířky

4 Světové veletoky (10 3 m 3 s -1 ) (10 3 km 2 ) (10 6 t rok -1 ) (km) 1. Amazonka 212, Kongo/Zaire 39, Jang-c 21, Brahmaputra 19, Ganga 18, Jenisej 17, Mississippi 17, Orinoko 17, Lena 15, Paraná 14, Sv. Vavřince 14, Iravadí 13, Ob 12, Mekong 11, Amur 11, Tocantins 10, Mackenzie 7, Magdalena 7, Columbia 7, Zambezi 7, Dunaj 6, Niger 6, Indus 5, Yukon 5, Pečora 4, Nil 2, Rýn 2, Eufrat/Tigris 1, (2 760)

5

6 1) Rychlost proudu vody řek je závislá především na spádu koryta a hloubce vody 2) V příčném profilu teče voda v každém místě jinou rychlostí vlivem tření vody o dno a překážky Pohyb po spirále

7

8 Průtok (m 3 /s) Sezónní průběh průtoků řek Colorado river, USA Přítok do Aralského jezera

9 Průtočná množství během roku v různých geografických regionech

10 Efemérní (dočasné toky) Mají vodu pouze během krátkého období po silných deštích, které spadnou v jejich povodí Po zbytek roku mají koryto vyschlé

11 Příkladová studie efemérní toky západní Namibie (Afrika)

12

13

14

15 River Kuiseb (Namibia) Pramen Ústí

16 Řád toku 2 malé toky (1. řádu) dávají vznik toku 2. řádu. Obecně: dva toky stejného řádu dávají vznik toku vyššího řádu Řád toku (Horton-Strahler)

17 Malé toky hor a podhůří Střední úseky toků Dolní úseky velkých toků

18 Charakteristické parametry jednotlivých řádů toku Velikost toku Průměrný průtok (m 3 /s) Plocha povodí (km 2 ) Šířka toku (m) Řád toku Veletoky > > 10 6 > >10 Velké řeky až 11 Řeky až 9 Malé řeky až 7 Potoky až 6 Malé potoky až 5 Potůčky < 0.1 < 10 < 10 1 až 3

19

20

21 Vznik říčních teras Nejstarší terasy jsou položeny nejvýše

22 Laterální migrace řeky Po, Itálie, mezi 16. a 20. stoletím

23 Vývoj říční nivy Vznik odstaveného meandru

24 Niva záplavová oblast (alluvial floodplain) Příklady velkých nivních řek Evropa Dunaj Asie Severní Amerika Jižní Amerika Afrika Amur, Eufrat-Tigris, Indus, Ganga, Brahmaputra Mississippi Magdalena, Atrato, Catatumbo, Orinoco, Amazonka, Paraquay a Paraná Senegal, Niger, Zambezi, Nil

25 Eroze jesep PROUD VODY výsep Eroze Eroze Ukládání sedimentu

26

27 Mikrohabitaty tekoucích vod

28

29 PROPOJENÍ VODY V TOKU S OKOLÍM

30 Velikostní klasifikace částic substrátu a rychlost proudu nutná k jejich pohybu Velikostní kategorie Průměr částice (rozpětí v mm) Balvany > 256 Přibližná rychlost proudu nutná k pohybu částice (ms -1 ) Valouny Oblázky Štěrk Písek Prach Jíl < 0.004

31 Tab. Původ a velikostní kategorie neživých částic organické hmoty Kategorie detritu Přibližné rozpětí velikosti Hrubá partikulovaná hmota (CPOM) Jemná partikulovaná hmota (FPOM) Ultrajemná partikulovaná hmota (včetně mikrobů) Rozpuštěná organická hmota (DOM) > 1 mm < 1 mm > 0.45 < 75 µm < 0.45

32 Změny v koncentraci rozpuštěného kyslíku během dne v toku Respirace vyšší než fotosyntéza Fotosyntéza převyšuje respiraci

33 Přírodní biofilmy voda. Hot spot říčního metabolismu Podíl na samočištění vody Potrava pro živoč. Konzumenty

34 Vývoj epilitického biofilmu Ve tmě Na světle

35 Typy periphytonu

36 Plovoucí mats bentických řas a sinic

37 Distribuce Cladophora vůči proudu

38 Změny v propustnosti světla průhlednosti vody podél gradientu zvušjícího se řádu toku Neovlivněný tok Ovlivněný tok

39 Změny v autotrofní produkci organického uhlíku se zvyšujícím se řádem toku Neovlivněný tok DOC fytoplankton DOC z nivy Ovlivněný tok DOC perifyton

40 Podélný profil Labe a distribuce biomasy fytoplanktonu (chlorofyl a ) Celkem zjištěno ~ 150 druhů řas a sinic Největší druhovou diverzitu vykazují rozsivky Postupný nárůst koncentrace chlorofylu-a od horního úseku toku směrem ke státní hranici Pokles koncentrace chlorofylu-a ve spodní části toku je způsoben mísením vody Labe s mořskou vodou Vliv přílivu

41 Vodní mechy Preference větších kamenů lépe odolávají zvýšenému proudu Zřetelná longitudinální distribuce

42 Třením proudící vody o substrát vzniká oblast mezní vrstvy ( boundary layer ), tenkého filmu velmi pomalu tekoucí vody, kde jsou organismy chráněny před proudem

43 EKOLOGICKÉ VLIVY PROUDU Rozptyl Uchycení Poproudový transport Přisednutí Interakce predátor-kořist Pravděpodobnost střetu Únikové taktiky Využití habitatu Struktura habitatu Režim disturbance Bentický organismus Kompetice Exploatace Interference Spacing?? Získání zdrojů Rozdělení zdrojů Účinnost úlovku Drag costs??

44 Procento jedinců larev dvou chrostíků tvořících sítě při dané rychlosti proudění vody Rychlost proudění (cm s -1 ) Hydropsyche instabilis 20 % 48 % 73 % Plectrocnemia conspersa 72 % 50 % 4 %

45 ZOOBENTOS Abundance a druhová diverzita; vodního hmyzu v 5 habitatech (Quebec, Mackay & Kalff 1969) Habitat Abundance (No.m -2 ) Počet druhů Diverzita Písek Štěrk Valouny a oblázky Listí Detritus Procentuální frekvence čeledí makrobentosu na 25 lokalitách Walesu v povodí zalesněném a v povodí s mokřady Zalesněná povodí zachytávají více kyselých srážek a acidifikace vodních systémů zde je mnohem intenzivnější

46 Rozdělení mikrohabitatů mezi larvami 3 druhů čeledi Hydropsychidae (Edington et al. 1984)

47 Výskyt larev chrostíků rodu Hydropsyche v přítocích a dolních částech toku River Usk ve Walesu Podélná distribuce teplota

48 Distribuce vážek (Odonata) v příčném profilu nížinného toku Horizontální distribuce

49 Distribuce bentosu v hyporheické zóně Vertikální distribuce

50 Funkční trofické skupiny (Cummins 1983) - mechanismus příjmu potravy jednotlivými skupinami, nikoliv složení potravy Kouskovači, drtiči (shredders) Spásači (grazers) Škrábači (scrapers) Filtrátoři (filtrators) Sběrači (collectors) Dravci (predators) Napichovači (piercers)

51 Funkční trofické skupiny (Cummins 1983) SHREDDERS (kouskovači)

52 SCRAPERS, GRAZERS

53 FILTRATORS (FILTERING COLLECTORS) GATHERING COLLECTORS

54 Hydropsyche

55 Chironomidae tribu Tanytarsini

56 Simuliidae (muchničky)

57 PREDATORS

58 Rozdělení druhů ryb podle migračního chování při tření Anadromní V dospělosti se zdržují v moři a v pobřežních vodách; proti proudu řek migrují v době tření, plůdek roste v tocích Katadromní Po dosažení pohlavní zralosti migrují za účelem rozmnožování ze sladké vody do slané Migrace potamodromních druhů POTAMODROMNÍ DRUHY RYB Migrují pouze v rozsahu jedné řeky a jejich přítoků za účelem vyhledání trdliště, zdroje potravy, místa k přezimování apod.

59 Rozdělení ryb podle potravního spektra Zooplanktonofágní síh, peleď, ouklej Fytoplanktonofágní - tolstolobik Fytobentofágní kapr, lín, cejn, parma, jeseter Detritofágní okounovec nilský Moluskofágní amurovec černý Piscifágní štika, sumec, candát Základní potrava tvoří hlavní obsah žaludku Vedlejší potrava vyskytuje se v žaludku stále, ale v menším množství Příležitostná potrava s oblibou přijímána příležitostně (imaga hmyzu) Nouzová potrava náhradní potrava

60 Jak najdou mihule říční cestu zpět na místa rozmnožování? Petromyzonol sulfát Feromon larev mihulí

61 Cinclus cinclus Celosvětová distribuce skorců rodu Cinclus

62 DRIFT Poproudový transport allochtonního materiálu a vylétávajících dospělců (= Surface d.) Poproudový transport bentických organismů (= True d.) Constant drift kontinuální, náhodné přemísťování, nízká denzita organismů Catastrophic drift pulzní, pohyby o vysokých denzitách způsobené fyzikálněchemickými distrurbancemi (vysoké průtoky, znečištění) Behavioral drift periodické, výsledkem denní aktivity nebo vyhýbání se predátorům, konkurenci či jiným stresorům

63 Drift obsahuje většinu bentických bezobratlých, plůdek ryb a řasy Některé taxony mají mnohem větší sklon ke driftování než taxony jiné Složení driftu se liší od složení bentosu V driftu je relativně málo dominantních taxonů Austrálie ze 194 taxonů 11 zahrnovalo polovinu abundance Francie ze 138 taxonů 25 tvořilo 98 % celkového driftu (Baetidae, Leptophlebiidae, Gammarus, Simuliidae, Chironomidae, Hydropsychidae, Polycentropidae) Procento aktuálně driftujících organismů je nízké ( %). x Daily drift rate např. až jedinců (ř. Volha), (horní Rhona), (Dunaj),

64 chrostík Rhyacophila nubila Noční drift Snížení rizika predace Maximální drift v temperátním pásmu během léta Větší instary driftují častěji v noci Riziko predace???

65 Pohyby chrostíka Potamophylax cingulatus (jižní Švédsko) Drift 1. součástí kolonizačního cyklu ( colonization cycle Müller 1954) Poproudový úbytek larev (depopulace) je kompenzována protiproudovými lety adultních jedinců (samic) 2. production-compensation model (Waters 1961) Poproudový drift představuje produkci v přebytku kapacity prostředí drift je nízký, pokud je populace pod meznou kapacitou prostředí a zvyšuje se s jejím dosažením

66 Charakteristické zóny toku (a) (b) (c) (d) Proudění torrentilní vs fluviatliní Řád toku Materiálu (zdrojová, transportní, usazovací) Oživení (rybí pásma, jepice )

67 Příčný profil Podélný profil Tvar povodí

68 Konkávní podélný profil typické řeky

69 Biologické členění toku a změny fyz.-chemických parametrů v podélném profilu

70 Ryby v Labi

71 Distribuce hlavních druhů ryb v podélném profilu toku

72 River continuum concept (RCC) (Vannote et al. 1980) Struktura a fungování říčních společenstev v úseku pramenoceán se mění a tuto změnu lze predikovat 1) Poměr FPOM/CPOM 2) Biologická diverzita 3) Proporcionalita funkčních trofických skupin 4) Teplotní amplituda 5) P/R

73

74 Složení společenstva zoobentosu v podélném profilu řeky (Krno 19..) SHREDERS COLLECTORS SCRAPERS

75 Charakteristická seskupení fauny se budou měnit v místech hydraulického stresu Podélná zonace fauny bentických bezobratlých podél hypotetického nenarušeného toku

76 Další teorie ekosystému tekoucích vod koncept spirálního toku živin (Nutrient Spiralling Concept) Serial Discontinuity Concept přehrady, soutěsky Flood Pulse Concept velké (tropické) řeky Riverine Productivity Concept

77

78 Spirální koloběh látek a živin Dekompozice Dekompozice Uvolnění živin pro primární produkci Produkce živiny Produkce

79

80 Leaf litter

81 1. krok kolonizace mikroskopickými houbami (Hyphomycetes)

82 2. krok kolonizace bezobralými (shredders)

83 Debris dams

84 Xylofágové

85 Potravní řetězec v tocích Potravní síť v tocích

86 Zjednodušené schema potravní sítě v toku

87 Sialis fuliginosa 4. trofická hladina!!! Potravní śíť druhově chudého potoka v jižní Anglii

88 Isocenózy mají shodné funkční prvky

89 Zjednodušený model ekosystému lesního potoka

90 Příbřežní vegetace příbřežní vegetace zadržení živin a zástin nižší biomasa perifytonu odstranění příbřežní vegetace (wetlands) eutrofizace a zhoršení stanovišť úbytek ryb, bentosu lužní lesy = vysoká produkce biomasy, protipovodňová ochrana

91 Koncepční model 9 typů toků podle jejich režimu průtoku (Poff & Ward 1989) Společenstva toku se budou lišit v závislosti na jejich průtokovém režimu