Mapování makrofyt ve vodním toku či vodní nádrži RNDr. Zdeňka Chocholoušková, Ph.D. Katedra biologie, Fakulta pedagogická, Západočeská univerzita v Plzni, Univerzitní 8, 306 14 Plzeň, GSM: +420724745117; chochol@kbi.zcu.cz Klíčová slova: makrofyta, PDA, ArcPad,Quantum Gis 1. Úvod Mapování makrofyt ve vodních tocích či vodních nádrží nemá u nás dlouholetou tradici. Snad jen vyjma Botanického ústavu AV v Třeboni pod gescí RNDr. Štěpána Husáka, CSc., kde dlouhodobě funguje Sbírka vodních makrofyt včetně záchranných kultivací ohrožených druhů. Další výzkumy nejsou systematické, ale spíše náhodné a lokální. Ideální pro mapování makrofyt je vrchol vegetační sezóny, tj. červen až září, kdy je většina druhů optimálně vyvinuta. Makrofyta jsou důležitou součástí vodních ekosystémů a do značné míry se podílí na zlepšení kvality vody v nich (zvýšení průhlednosti, odčerpávání živin, apod.). Problematika interdisciplinárně spojuje učivo probírané v rámci biologie a přírodovědy (Rozmanitost přírody), konkrétněji znalost rostlinných druhů, ochrana životního prostředí, ekologie s geografií (poloha studovaného území, orientace v mapě, zakreslování do mapy) a matematikou (počet jedinců, apod.). Vede žáka k tvůrčímu myšlení, utváření hypotéz, jejich analýzy v terénu a syntézy poznatků. Vede ho k samostatné práci. V našem projektu se zaměříme na mapování makrofyt ve vybraných lokalitách v místě vašeho bydliště, či školy. Tuto práci bravurně zvládnou i studenti středních škol, popř. talentovaní žáci vyšších ročníků 2. stupně základních škol. Pro studenty doporučuji z důvodu zjednodušení mapovat jeden nebo několik málo druhů v závislosti na velikosti studovaného území. Hlavně proto, aby se s druhem detailně seznámili, naučili se ho bez problémů determinovat, aby nedocházelo k záměně s jinými druhy, a aby byli schopni popsat, na jakých stanovištích se druh v jejich studovaném území nachází, s jakými druhy obvykle roste, jaké má základní auekologické charakteristiky (nároky na čistotu vody, teplotu, apod.). 2. Teoretický základ 2.1 Co jsou makrofyta Hydrofyty jsou rostliny schopné růst ve vodě nebo vlhkém prostředí. Můžeme je rozdělit na mikrofyty, ty nejsou viditelné pouhým okem (např. některé řasy a sinice) a makrofyty, které rozlišíme pouhým okem. Dále je pak můžeme rozlišit podle způsobu života, na: a) natantní asimilační orgány plavou na hladině (př. okřehek menší Lemna minor) b) emerzní (helofyty) kořenují ve vodě a zbytek těla je nad hladinou (př. stulík žlutý Nuphar lutea) c) submerzní celé ponořené (př. rdest kadeřavý Potamogeton natans).
Jedním ze zásadních parametrů pro růst makrofyt je průhlednost vody (transparence). Závisí na zbarvení a zákalu (turbiditě) vody. Měří se Secchiho deskou (viz Obr. 1). Spouštím černobílou desku rozděleno na výseče na provázku a koukám, kdy přestanou výseče být rozlišitelné, pak desku vytáhnu a změřím provázek. Secchi disk Obr. 1: Měření vody Secchiho deskou V České republice jsou většinou dimiktické nádrže, tzn. voda se zde promíchává dvakrát za rok (na jaře a na podzim viz Obr. 2). Obr. 2: Dimiktická nádrž (V létě je nejteplejší voda na hladině, v zimě naopak nejchladnější, až při větších mrazech se v horní vrstvě tvoří led. Spodní vrstvy vody
mají teplotu cca 4 C. Na jaře a na podzim má voda téměř v celé nádrži přibližně stejnou teplotu.) 3. Cíle mapování Cílem mapování makrofyt v rámci tohoto projektu je nastínit možnost využití nových metod sběru botanických dat v terénu s využitím dostupných geografických metod v kombinaci se standardními geobotanickými metodami a způsob vyhodnocení a interpretace těchto dat. Výhodou propojení těchto metod je přesná lokalizace botanického výzkumu, a tím možnost zopakovat výzkum po určité době. To usnadňuje porovnání získaných dat v čase, což bývá dosud problém. Zvláště starší data (např. lokalizace vzácných druhů, nálezy invazních druhů, apod.) bývají často nepřesná a jejich použitelnost s větším časovým odstupem je omezená. Hlavním cílem tohoto projektu je zmapovat makrofyta ve vybraném území a seznámit se s touto problematikou. Dalším neméně významným cílem je pak implementovat tuto problematiku do výuky co nejširšího okruhu předmětů (biologie, přírodopis, přírodověda, geografie, zeměpis, matematika, český jazyk, tělesná výchova apod.). 4. Metodika 4.1 Přístroje PDA (Personal Digital Assistant) s dotykovým displejem a rozlišením displeje 640 x 480 bodů (viz Obr. 1). Doporučuji displej přístroje před použitím opatřit ochrannou fólií, aby nedocházelo k jeho poškrábání. Vyrábí se již částečně voděodolné, prachuvzdorné a nárazuvdorné robustnější přístroje, které jsou pro použití v terénu vhodnější (viz Trimble Nomad 900G) s integrovanou GPS (cena těchto přístrojů se pohybuje cca kolem 15-20 tis. Kč/ks, ale pro školy obvykle dodavatelé poskytují značné slevy) nebo lze přístroje opatřit voděodolným obalem (cena cca 400 Kč) (viz Obr. 2). Obr. 1: a) PDA (Personal Digital Assistant), b) ochranná přilnavá fólie
Obr. 2: Ochranný obal, do něhož se přístroj jednoduše vloží a používá se přes tento obal. Přístroje obvykle mají omezenou paměť, proto je lépe data ukládat na paměťové karty. Většina přístrojů pracuje s SD kartami (POZOR! PDA obvykle není kompatibilní s Mikro SD paměťovými kartami) viz Obr. 3. Obr. 3: Paměťové karty Mikro SD a SD Tablet PC je dražší, lepší alternativou PDA pro použití v terénu (cena 90 tis. Kč, pro školy možnost až 45% slevy). Nespornou výhodou je větší displej, nevýhodou větší hmotnost, která je při celodenní práci v terénu nezanedbatelná. Opět se vyrábí robustnější přístroje, které jsou vodě, prachu a nárazu odolné. Multimetr schopný měřit základní parametry vody (ph, teplotu, konduktivitu). Malý terénní přístroj s odpovídající přesností měření je možno pořídit cca kolem 5 tis. Kč). Podvodní fotoaparát (Olympus mju:, Canon, aj.). Použitelný do 10m hloubky na pořízení fotodokumentace. 4.2 Programové vybavení a) vytváření digitální mapy v terénu:
ArcPad (ARCDATA Praha, s.r.o., Hybernská 24, 110 00 Praha 1, tel. 224 190 511, http://www.arcdata.cz, cena: cca 2.500,-Kč/jedna licence). Umožňuje zaznamenávání bodových, liniových nebo plošných (polygonových) zákresů v terénu a přiřazení charakteristik pro každý zákres (atributová tabulka). b) vyhodnocení mapy v laboratoři: Quantum Gis nebo jiný software, v němž lze vytvářet mapy (přiřadíme jednotlivým mapovaným druhům barevné symboly, vytvoříme legendu, přidáme měřítko a vyexportujeme mapu ve vhodném formátu). 4.3 Materiál a) Ortofoto georeferencovaný podklad (raději menší části map, aby nedošlo ke ztrátě dat při zákresech). Mapy obvykle poskytne příslušný úřad (pro školy zdarma). Ortofotomapy musí být transformovány do souřadnicového systému S-JTSK. b) Škrtací seznam nebo druhový soupis rostlin ve formátu MS Word nebo MS Excel, který se načte do PDA a přímo v terénu je možno zaznamenávat druhy. c) Noviny (pro zakládání herbářových položek v terénu), lupa 20x zvětšující (na determinaci rostlin), botanický klíč (k determinaci rostlin), broďáky (vysoké gumačky), šnorchl a brýle, igelitové sáčky pro odběr rostlinného materiálu. 5. Terénní mapování makrofyt pomocí přístroje PDA na podkladě ortofotomap a) výběr lokality b) rozdělení základních biotopů rostliny ve vodě, litorál a pobřežní vegetace c) pořízení druhových soupisů rostlin pro každý biotop s ohodnocením kvantity výskytu druhu pomocí odhadové kvantitativní stupnice (viz Tab. 1). Pro ponořené rostliny je velmi obtížné rozlišit více stupňů, proto byla stupnice modifikována pro tyto účely (připraveno pro metodiku mapování makrofyt pro jednotlivá Povodí). Tab. 1: Kvantita výskytu druhu Stupnice hodnocení pokryvnosti makrofyt Stupeň běžně botaniky používaná Braun-Blanquetova stupnice (Moravec 1994), Modifikovaná stupnice využívá pouze formát čísel z důvodu snažší práce v prostředí GIS. Stupeň (Braun- Blanquet) r 1 + 2 1 3 Modifikovaná stupnice Stupnice pro ponořené porosty Pokryvnost 11 ojedinělý výskyt ne zcela vitálních nebo mladých jedinců méně než 1/100 analyzované plochy (<1%) menší než 1/20 analyzované plochy (1 5%)
2 4 3 5 12 4 6 13 5 7 14 1/20 až 1/4 analyzované plochy (5 25%) druh pokrývá 1/4 až 1/2 analyzované plochy (25 50%) druh pokrývá 1/2 až 3/4 analyzované plochy (50 75%) druh pokrývá více než 3/4 analyzované plochy (75 100%) d) vymapování vzácnějších druhů makrofyt jako bodové zákresy do ortofotomapy se zaměřením přesné lokalizace pomocí integrované GPS e) tvorba vegetační mapy mapovaných porostů f) sledování parametrů vody (ph, vodivost, teplota vody) V našem projektu se zaměříme na mapování vybraných lokalit s výskytem makrofyt v místě vašeho bydliště, či školy. Tuto práci s menší pomocí zvládnou i studenti středních škol, popř. talentovaní žáci vyšších ročníků 2. stupně základních škol. Pro studenty doporučuji z důvodu zjednodušení mapovat jeden nebo několik málo druhů v závislosti na velikosti studovaného území. Hlavně proto, aby se s druhem detailně seznámili, naučili se ho bez problémů determinovat, aby nedocházelo k záměně s jinými druhy, a aby byli schopni popsat, na jakých stanovištích se druh v jejich studovaném území nachází, s jakými druhy obvykle roste, jakých dosahuje rozměrů, apod. 6. Studijní a citovaná literatura HEJNÝ, S. et al. (2000): Rostliny vod a pobřeží. Střed. rybářská škola, Vodňany. CASPER, S. J. et KRAUSCH, W. D. (1980, 1981): Süsswasserflora von Mitteleuropa. Band 23. Teil 1. Lycopodiaceae bis Orchidaceae. Teil 2. Saururaceae bis Asteraceae. G. Fischer, Jena. CHYTRÝ, M., KUČERA, T. et KOČÍ, M. (2001): Katalog biotopů České republiky. AOPK, Praha. PODUBSKÝ, V. et ŠTĚDROŇSKÝ, E. (1954): Vodní, bažinné a pobřežní rostliny. SZN, Praha. KUBÁT, K, HROUDA, L., CHRTEK, J. JUN., KAPLAN, Z., KIRSCHNER, J., ŠTĚPÁNEK, J. et ZÁZVORKA, J. (eds.). 2002: Klíč ke Květeně České republiky. Praha: Academia, 928 s. ČSN EN 15460 Jakost vod Návod pro sledování vodních makrofyt v jezerech. Český normalizační institut, 2008. HEJNÝ, S. (1957): Ein Beitrag zur ökologischen Gliederung der Makrophyten der tschechoslowakischen Niederungsgewässer. Preslia 29: 349 368. HOHAUSOVÁ, E., KUBEČKA, J., FROUZOVÁ, J. HUSÁK, Š. et BALK, H. (2008): Experimental biomass assessment of three species of freshwater aquatic plants by horizontal acoustics. J. Aquat. Plant Manage. 46:82-88.
JEPPESEN, E., SONDERGAARD, M., SONDERGAARD, M. et CHRISTOFFERSEN, K. [eds.] (1998): Structuring role of submerged macrophytes in lakes. Ecological studies 131. Springer, 423 pp. MORAVEC, J. et al. (1994): Fytocenologie. Academia, Praha. PROCHÁZKA, F. [ed.] (2001): Černý a Červený seznam cévnatých rostlin České republiky (stav v roce 2000). Příroda, Praha, 18: 1 166. ŘEPKA, R., KAILER, P. et al.(1994): Metodika mapování fytocenóz. Český ústav ochrany přírody, Praha. VIS, C., HUDON, C. et CARIGNAN, R. (2003): An evaluation of approaches used to determine the distribution and biomass of emergent and submerged aquatic macrophytes over large spatial scales. Aquatic Botany 77: 187-201. WETZEL, R. G., 1983: Limnology, second edition. Saunders College Publishing. Forth Worth, 767 pp.