Ekologie sinic a řas 2. přednáška Barbora Chattová desmids2.jpg Antropogenní vlivy a bioindikace •Většina povrchových vod zatížena: •organickými látkami (saprobita) •živinami (eutrofizace) •toxiny •těžkými kovy • •= polutanty • • Narušení vodních ekosystémů •Saprobita (saprobní systém): systém třídění stavu znečištění vod podle zastoupení saprobních organismů •Saprobní organismy tříděny podle jejich odolnosti vůči znečištění • •Trofie (úživnost) je vlastnost vody, která označuje obsah chemických látek (živin) v ní •Škála oligotrofie - eutrofie • • Narušení vodních ekosystémů •Acidifikace • •proces okyselování vod vlivem kyselých dešťů (imisní zátěž, smrkové monokultury, sopečný prach) •výkyvy pH, úhyn ryb a pokles produkce, nedostupnost fosforu- klesá diverzita i produkce fytoplanktonu, rašeliník přeroste ostatní vegetaci • •Nejhůře postižené oblasti: Skandinávie, u nás Šumava, na Slovensku Tatry • • • Samočištění •Systémy v přírodě se umí do jisté míry se znečištěním vyrovnat •Mechanismy: •Fyzikální: ředění, míchání, vyluhování, sedimentace, fragmentace, odnos • •Chemické: oxidace, neutralizace, koagulace • •Biologické: aerobní/anaerobní rozklad bílkovin, tuků polysacharidů • • Samočištění •Sinice a řasy využijí živiny vzniklé biologickým rozkladem + umí akumulují toxiny a těžké kovy ve stélkách = využití v čištění odpadních vod (biofilmy, akumulační rybníky) • Biologické hodnocení kvality vody • •Použití bioindikátorů •Schopnost odrážet změny prostředí •Schopnost určit stupeň degradace vodního prostředí •Evropská rámcová směrnice o vodách (2000) – přesně definované požadavky na hodnocení vod v rámci EU: vyhodnocování na základě odchylek od referenčního stavu toku •Referenční tok – antropogenně nenarušený •Směrnice zahrnuje makrofyta, ryby, fytobentos, bezobratlé •Fytobentos: nárostové společenstvo řas • Biologické hodnocení kvality vody pomocí rozsivek • • Proč rozsivky: •citlivě reagují na změny jednotlivých faktorů •levné •ve vodním prostředí hojně zastoupené- dominantní složka fytobentosu •význam v potravním řetězci •jednoduché metody vzorkování •vyhodnocení přesné •uchování díky trvalým preparátům – archivace, případná kontrola Biologické hodnocení kvality vody pomocí rozsivek • velmi krátký generační čas- vysoká frekvence dělení • schopny indikovat změny prostředí v krátkém čase • •Rozsivky jsou schopné indikovat: •organické znečištění •acidifikaci •trofii toku •přítomnost těžkých kovů •případně radiaci •klimatické změny v paleoekologických studiích • Hodnotící metriky •2 druhy metrik: •Metriky založené na druhovém složení •indexy diverzity (Shanon-Wiener) a indexy druhové bohatosti (Evenness) •vychází z předpokladu: čím více druhů, tím lepší společenstvo •nejsou dobré v hodnocení narušení společenstva (např. při organickém znečištění může druhová bohatost vzrůst) • Hodnotící metriky •Metriky založené na autekologii druhů •přesně definované ekologické valence druhů •indexy •všech 17 se dá spočítat v programu OMNIDIA (Lecointe et al 1999) •11000 taxonů s přiřazenými indikačními hodnotami •většina indexů vychází z indexu dle Zelinky a Marvana (1961) • •Metriky se liší souborem indikačních druhů, indikačními hodnotami a vhodností použití pro různé toky • Nutnost testování vhodnosti metriky před samotným zavedením do praxe • Vybrané indexy •TDI Trophic diatom index (Kelly and Whitton 1995) •Interpretace struktury rozsivkových nárostů v závislosti na koncentraci živin v řekách •Součástí výpočtu je stanovení procenta tolerantních druhů k znečištění (suma valv taxonů se širokou ekologickou valencí) • •SLA (Sládeček 1986) Saprobní index podle Sládečka • Hodnotící metrika kvality vody v ČR. 323 taxonů s určitým saprobním indexem • • Vybrané indexy •GDI (Coste and Ayphassorho 1991) Generic index •Minimalizuje chyby způsobené chybnou determinací druhů •Determinace jen na rodovou úroveň •Překvapivě přesný • • • • Vybrané indikátory •Zvýšená trofie: Microcystis, Stephanodiscus •Organické znečištění: Euglena •Kyselé vody: Eunotia, Frustulia, Pinnularia • Micrasterias, Synura •Neutrální/zásadité vody: sinice •Železo: Trachelomonas •Sirovodík: bakterie Beggiatoa •Salinita: Nodularia , Dunaliella Výsledek obrázku pro microcystis Microcystis aeruginosa Výsledek obrázku pro eunotia Výsledek obrázku pro pinnularia Výsledek obrázku pro micrasterias Micrasterias sp. Trachelomonas sp. Výsledek obrázku pro trachelomonas Výsledek obrázku pro nodularia Nodularia sp. Základní algologické metody Metody studia fytoplanktonu •V terénu: •Měření: koncentrace kyslíku, pH, průhlednost, teplota, konduktivita (salinita, hustota) •Kyslík a pH se mění během dne v důsledku fotosyntézy •Průhlednost: Secciho deska •Odebrání vzorku pro laboratorní stanovení živin a chlorofylu a •Mayerovy lahve (hlubinný odběr) •Planktonní sítě (získání určité frakce fytoplanktonu) • • • [USEMAP] Metody studia fytoplanktonu •V laboratoři: •Sedimentace - Untermöhlova metoda v sedimentační komůrce o známém objemu a ploše dna •Filtrace, centrifugace •Kvantifikace (Cyrusova komůrka) •Zpracování vzorku do 48 hodin •Fixace Lugolovým roztokem • • • • [USEMAP] Metody studia fytobentosu •http://www.mzp.cz/cz/prehled_akceptovanych_metodik_tekoucich_vod •V souladu s WFD je termín fytobentos používán pro označení souboru fototrofních mikrofyt osidlujících dno. • •Výběr vhodného podkladu •Oškrab epilitonu •Transport v chladu a temnu •Mikroskopický rozbor •Zhotovení trvalých preparátů rozsivek •Fixace formaldehydem • Odběr fytobentosu •Terénní pomůcky: •rybářské holinky •nůž, zabroušená lžíce nebo skalpel, (zubní kartáček), pinzeta •plastová miska •plastová lahvička (optimálně 100 ml) se šroubovacím uzávěrem •nesmazatelný fix •chladicí box •fotoaparát •GPS přístroj •terénní přístroje pro analýzu vody (pH, obsah kyslíku, teplota, vodivost) •gumové rukavice Odběr fytobentosu •Vzorkování •Vzorkovací období: •Odběr vzorku je optimálně prováděn čtvrtletně, zimní odběr je možné vynechat. • •Odběry vzorku se provádějí: •v jarním období (březen – polovina května) •v letním období (konec června – polovina srpna) •v podzimním období (říjen – polovina listopadu) Odběr fytobentosu •Výběr reprezentativního- charakteristického úseku toku (s větším množstvím vyjmutelných kamenů) •Označení odběrového úseku (slovní, GPS souřadnice, fotografie) •Výběr podkladu- odebírá se přednostně epiliton (nárost na kamenech; vedle fototrofních organismů (sinic a řas) obsahuje i heterotrofní složku •Preferovány kameny o velikosti 10-20 cm (stabilní, umožňují rozvoj společenstva) •Odběr z cca 5 kamenů •Odběr z hlavního proudu řeky •+ Základní měření: (teplota vody, koncentrace rozpuštěného kyslíku, pH a elektrická vodivost) Metody studia fytobentosu •Vlastní odběr •Odstranění nečistot, detritu •Dále možné dva způsoby: přímý seškrab do vzorkovnice, či oškrábání nárostu do misky + v misce kamen opláchnout •K odběru lze použít: kartáček, skalpel, nůž, lžíci- nutno vždy opláchnout v říční vodě •Odběrová lahvička se neplní až po okraj (ideálně do ¾), aby se nevyčerpal kyslík •Popis •Transport •Zpracování do 48 hodin od odběru, jinak nutná konzervace formaldehydem Metody studia fytobentosu •Zpracování vzorku •Analýza v čerstvém stavu •Determinace •Kvantifikace •Registruje se stav organismů •Fotodokumentace Metody studia fytobentosu • •Kvantifikace: Kvantitativní zastoupení jednotlivých druhu se provádí při slabším zvětšení, pomocí odhadní stupnice, která druhy zařazuje do určitých intervalů na základe odhadu jejich abundance v mikroskopickém preparátu analyzovaného vzorku (Sládečková & Marvan 1978). •Nejčastěji je používána stupnice: •6 - druh masově zastoupený, s pokryvností 90 - 100% •5 - druh velmi hojný, s pokryvností 50 - 90% •4 - druh hojný, s pokryvností 20 - 50% •3 - druh dost hojný, s pokryvností 5 - 20% •2 - druh zřídkavý, s pokryvností 1 - 5% •1 - druh velmi zřídkavý, s pokryvností 0,1 - 1% •+ - druh ojediněle zastoupený, s pokryvností do 0,1% Metody studia fytobentosu •Zpracování vzorku rozsivek •Odstranění buněčného obsahu oxidačními činidly •Poté připravení preparátu pomocí uzavíratelných médií