E2240 Účinky stresorů v ekosystémech
05 Bioindikace v suchozemských
ekosystémech
Jakub Hofman
1
Úvod - připomenutí
2
Bioindikace
metoda, kdy se na základě vlastností biologických systémů
odhadují vlastnosti prostředí
v širším slova smyslu tím označujeme všechny postupy, kde
sledujeme reakce organismů (od jedinců po společenstva)
přítomných v prostředí na stres
3
faktory prostředí živé systémy
prostředí formuje živé systémy
živé systémy poskytují informace o prostředí
faktory prostředí
teplota
elektromagnetické záření
voda
chemismus
radioaktivita
hluk
Bioindikace versus biomonitoring
 bio + monitoring
 bioindikace je postup
 biomonitoring je jeho použití v terénních studiích zejména na
více lokalitách nebo opakovaně v čase
4
Bioindikace
5
Bioindikace
 sledování chemických látek v odebraných vzorcích bioty
o v čemkoliv, preferenčně tzv. bioakumulátory či bioindikační druhy/vzorky (jehličí)
 sledování bioty a její odezvy na faktory prostředí
o biochemické markery
- účinku (stresové proteiny – HSP – heat shock proteiny, chromozomové aberace ...)
- expozice (methalothioneiny, EROD - ethoxyresorufin-O-deethylase ...)
o indikátorové druhy - přítomnost/nepřítomnost indikuje určitou vlastnost ekosystému
- citlivé druhy (např. pošvatky, horské ploštěnky, lišejníky)
- oportunní druhy (např. pakomáři, pijavky ...)
o stav a funkce organismů
o populace - počty organismů, distribuce, věkové složení ...
o společenstvo – druhové složení a zastoupení, biodiverzita
o stav ekosystému, krajiny – struktura, dynamika, funkce
6
různéúrovněbiologickéorganizace
Akumulační bioindikátory
 mechorosty – bryomonitoring
 lišejníky – kumulace těžkých kovů a radionuklidy
 jehličí – smrk, borovice - kumulace těžkých kovů a POPs
 vajíčka ptáků
 žížaly, šneci
7
Akumulační bioindikátory - příklad
8
Akumulační bioindikátory - příklad
9
Monitoring depozice Cd
na základě analýz mechů
(1990)
10
Akumulační bioindikátory - příklad
Bioindikace
 na začátku je nutno si dobře definovat, jaké
organismy/parametry budeme sledovat pro posouzení
působení stresu:
o vztah k působení stresu
o hodnocené skupiny:
- producenti – rostlinná společenstva
- konzumenti – bezobratlí, plazi, ptáci, savci ...
- destruenti – půdní mikroorganismy
o klíčové druhy, bioindikátory, nebo více druhů, společenstvo
o parametry hodnocení
- strukturní (taxonomické parametry, biomasa, abundance ...)
- funkční (produkce/respirace, potravní řetězce ...)
11
Bioindikace
 vlastní provedení odběrů a analýz bioty:
o návrh a rozložení vzorkovacích míst
o vzorkování – podle typů organismů ....
o charakterizace a stanovení definovaných biotických parametrů
- techniky botanických, zoologických, mikrobiologických a ekologických disciplin
o charakterizace a stanovení kontaminace bioty
- techniky analytické chemie a chemie životního prostředí
12
Půdní kvalita a její bioindikace
13
Půdní kvalita – definice
současná a do budoucna
udržitelná schopnost půdy
fungovat jako živý systém
uvnitř ekosystému
zabezpečující jeho důležité
funkce a služby, podporující
biologickou produktivitu,
odolávající erozi, nesnižující či
zlepšující kvalitu ovzduší,
podzemní a povrchové vody a
podporující zdraví rostlin,
zvířat i lidí
Indikátory půdní kvality
Musí vyhovovat těmto kritériím:
 korelace s procesy v ekosystémech (modelování)
 musí zahrnovat všechny (většinu) vlastnosti půd a tak být
použitelné pro odhad vlastností, které se nedají snadno měřit
 musí být snadno měřitelné v terénu
 musí být citlivé na změny technologií a přírodních poměrů
(klima), avšak necitlivé na krátkodobé změny
 soubor indikátorů musí zahrnovat již sledované charakteristiky
Indikátory půdní kvality
 kvalitativní (např. půda je dobře oživená)
 kvantitativní (např. biomasa mikroorganismů je 1450 µg Cbio/g půdy)
 v terénu / v laboratoři
 složité analýzy pro vědce vs karty pro farmáře
Indikátory půdní kvality
 Příklad souboru vlastností půd využitelných jako indikátory
kvality a zdraví půdy a vztah indikátorů k funkcím půdy
skupina
indikátorů
indikátor
funkce půdy
komentář vztahu k funkci a stavu půdy
kvalita ŽP
podpora produkce a
kvality lidské
zdraví
odolnost
proti erozikvalita
vody
kvalita
ovzduší
rostliny živočichové
fyzikální
textura X X X X transport a zadržení vody a chemikálií
hloubka půdy,
organominerálního
horizontu a prokořenění
X X X odhad produktivity a eroze
infiltrace a objemová
hmotnost
X X X potenciál pro vyluhování, produktivitu a erozi
retenční vodní kapacita X X X X X transport a održitelnost vody
chemické
organická hmota (C a N) X X X definuje půdní úrodnost, stabilitu a rozsah eroze
pH X X X X definuje hranice biologické a chemické aktivity
elektrická vodivost X X X X X definuje hranice rostlinné a mikrobiální aktivity
extrahovatelný N, P, K X X dostupnost živin pro rostliny, možnost ztráty N
biologické
mikrobiální biomasa (C a N) X X
mikrobiální katalytický potenciál a časné varování při
změnách v OM
mineralizovatelný dusík X X odhad půdní produktivity a potenciální zásobárna N
respirace půdy X X X odhad mikrobiální aktivity
Indikátory půdní kvality
 snaha kombinovat více parametrů dohromady
 Index kvality půdy (SQ, soil quality) jako funkci šesti specifických
prvků:
 SQ = f(SQE1, SQE2, SQE3, SQE4, SQE5, SQE6)
- SQE1 = produkční funkce (produkce potravin, krmiv a vlákniny)
- SQE2 = erodovatelnost
- SQE3 = kvalita podzemních vod
- SQE4 = kvalita povrchových vod
- SQE5 = kvalita ovzduší
- SQE6 = kvalita potravin a krmiv (nutriční hodnota, zdravotní nezávadnost)
Doran (1994); Doran and Parkin (1996)
Indikátory půdní kvality
 snaha propojit s ekosystémovými službami půdy
19
Jensen & Mesman (2006)
Půdní mikroorganismy
20
Proč mikroorganismy ?
 Mikroorganismy jsou velmi významnou složkou půdy
 Zastávají klíčové role ve fungování půdního ekosystému
 Narušením těchto dějů se narušuje stabilita celého tohoto
ekosystému
 Mikroorganismy jsou také schopny některé typy
kontaminace snižovat, čehož lze využít při remediacích
Proč mikroorganismy ?
 sledováním stavu půdních mikroorganismů můžeme nepřímo posuzovat stav
celého terestrického ekosystému
 na stresové faktory můžeme upozornit velmi brzy
 vynikající indikátor biologického potenciálu půd i v přítomnosti stresových
faktorů v půdním prostředí
 dávají odpověď na přítomnost stresujících faktorů v jejich životním prostředí zejména
změnou velikosti společenstva nebo aktivity
 změny v parametrech mohou časně varovat před hrozícím snížením produktivity
systému vlivem jakýchkoli stresujících faktorů
 možnost hodnotit: efektivitu zemědělské, lesní rekultivace, zemědělského
obhospodařování, hnojení, dále vlivů geneticky upravených organismů vpravených do
půdy, vlivů eroze, odlesňování, zasolování apod.
 půdní mikrobiální ekotoxikologie může přispět k objektivnímu hodnocení rizik
spojených s různými antropogenními zásahy
Význam mikroorganismů v půdě
 stěžejní v cyklech živin a energií
 stojí na počátku potravních řetězců
 rozklad organické hmoty (mineralizace)
 syntéza nových sloučenin (immobilizace)
 tvorba humusu
 udržování půdní struktury, stabilita
agregátů
 prospěšný vliv na půdní úrodnost a pro
růst rostlin
 vliv na vodní a vzdušný režim půdy
 degradace celé řady polutantů
Kolik je v půdě mikroorganismů ?
 0,05 - 0,5% hmoty půdy jsou mikroorganismy
 105 až 109 jedinců v 1 g suché půdy
 toto množství stačí na zabezpečení veškerých procesů mineralizace a
imobilizace a dalších procesů
http://www-crcslm.waite.adelaide.edu.au
Celkový půdní
organický uhlík
"živý uhlík" (1-5%)
= Mikrobiální biomasa
(CBIO)
(TOC, CORG)
"Neživý uhlík"
(95 - 99%)
Kolik je v půdě mikroorganismů?
 Biodiverzita mikroorganismů je mnohem větší než jsme se
původně domnívali
 METAGENOMICS: měří kód pro celé společenstvo určitého
prostředí
(např. u půdy se v 1 g odhaduje 1012 bp!!)
http://www.terragenome.org
Kde se v půdě MO vyskytují?
 největší biomasa mikroorganismů je v humusovém horizontu, v
rizosféře a s hloubkou dochází k poklesu
 fotolitotrofní mikroorganismy jsou samozřejmě vázané pouze na
nejvrchnější vrstvičku půdy
 obligátně anaerobní mikroorganismy
se nachází spíše ve spodní části
horizontů (bez přístupu kyslíku)
 mikroorganismy uzavřené v mikroagregátech
jsou dobře chráněné
před predací protozoí, ale naopak
mohou strádat nedostatkem
substrátu
Kde se v půdě MO vyskytují?
 Rhizosféra
 Ekologická vazba mikroorganismů na kořeny rostlin
 V okolí kořenů je jiné prostředí než jinde v půdě
Vodní režim
Uvolňuje kořenové
exudáty
Rostlina
Mikroorganismus
Produkují např.
růstové faktory
Uvolňují živiny
Energy H2O + CO2
O2
Nutrients
from
roots
NH4
+
H2PO4
-
RCOO-
RNH2
CH2O
O2
H2O + CO2
CO2
Metabolism
Kde se v půdě MO vyskytují?
 Niky pro půdní mikroorganismy (dle K.T.Semple)
Minerální zrno
Jíl
Vodou vyplněné póry
Organický materiál
Mikrokolonie
Vzduchem
vyplněné
póry
Mikroorganismy
 MO se v půdě vyskytují volně, či ve složité a
dynamické vazbě na površích a uvnitř agregátů a
částic organominerálního komplexu
Půdní MO jsou ve velmi silné interakci s vlastnostmi půdy
 nutriční vlastnosti půdy (zdroj živin pro mikroorganismy)
 fyzikálně-chemické vlastnosti: teplota, pH, vlhkost, redoxní potenciál, obsah jílu,
složení půdního vzduchu, půdního roztoku, kontaminanty atd.
 struktura půdy, sorpční komplex, půdní typ, půdní druh, využití půdy atd.
 půdní roztok
 půdní vzduch (N: 78-80%; O2: 0,1-20%; CO2: 0,1-15%)
 sorpce/desorpce; půdní komplex; biodostupnost substrátů a kontaminantů
 mikroorganismy samy sorbují (G+ více než G-); jíl zvyšuje sorpci
 na površích částic se sorbují substráty i extracelulární enzymy (urychlení reakcí a
zvýšení stability extracelulárních enzymů)
 vlastnosti působí buď přímo, či nepřímo
 sezonalita
Mikrobiální společenstvo půdy
Mikrobiální společenstvo půdy =
 bakterie (řetízky či kolonie)
 aktinomycéty (pseudomycelia)
 houby (hyfy)
 řasy
 prvoci
 kvasinky
 viry
Role půdních mikroorganismů
 cykly prvků a látek
 aerobní i anaerobní
 fixace dusíku
 Dekompozice
 Symbiózy
 patogenní
Význam hub
Význam prvoků
Význam bakterií
 aerobní
 dekompozice (nabourání komplexů ligninu
a humusových látek
 Symbiotické
 Patogenní
 vyšší tolerance k pH než bakterie (v
nižších pH dominují houby)
 bílá hniloba dřeva (white-rot-fungi)
 hnědá hniloba dřeva (brown-rot-fungi)
 významné při biodegradacích (biopulping)
 fungují i díky extracelulárním enzymům
 potravní řetězce (predátoři + konzumenti + destruenti + producenti)
 konzumují bakterie – podporují jejich růst
 dekompozice OM
 fagotrofie a heterotrofie – cykly látek, uvolnění látek z bakteriální biomasy
 autotrofie – řasy - producenti
Mykorhiza
 ectomykorhiza nebo arbuskulární mykorhiza
 houba (AM) roste intra- a intercelulárně na kořenech
rostliny - několik typů, různé morfologie i fungování
 houba získává z rostliny veškerý organický uhlík (až 10-
20% CO2 asimilovaného rostlinou); oproti tomu rostlina
získává minerální živiny (P, N, K, Ca, Mg, Zn a Cu) z houby
Kořen
stromu
Mykorhizní
struktura
Vlákno
houby
Bioindikace pomocí mikroorganismů
 zachycují skutečnou reakci organismů v přírodních podmínkách
 kontaminaci půd nelze plánovat a tedy spočívají v popisu dané konkrétní
situace, která je obtížně srovnatelná s jinými případy z důvodu rozdílných
koncentrací a typů polutantů, doby kontaminace nebo i půdního typu
 měly by být spíše dlouhodobými výzkumy (minimálně jeden rok) vzhledem k
výraznému sezónnímu charakteru aktivity půdních mikroorganismů
 kontaminace z reálného zdroje zahrnuje zpravidla více druhů polutantů environmentální
směsi
 biologická data doplnit chemickým rozborem a rozborem půdních vlastností
 problém s nalezením odpovídající kontrolní lokality, se kterou by bylo možné
srovnávat zjištěné změny v parametrech mikrobiálního společenstva
 je nutno očekávat značné ovlivnění výsledků parametry prostředí a dále i
sezónním chováním mikrobiologických parametrů (velká časová i prostorová
variabilita)
Metodická východiska ekotoxikologie půdních MO
Výzkumy vedoucí k odhadu druhů, množství a metabolických
aktivit biomasy, biodiverzity, stability, funkceschopnosti atd.
v půdě zahrnují:
 metody determinace uspořádání a výskytu mikroorganismů v půdě
 isolace a charakterizace podskupin a druhů
 odhadu množství a typů organismů v půdě
 měření biomasy (kvantita a stabilita)
 detekce a měření metabolických procesů (obecných i specifických)
 měření aktivity mikroorganismů (růst, ATP apod.)
 měření diverzity mikrobiálních společenstev
 sledování interakcí (mykorhiza, rhizosféra)
Množství i standardizovaný metod
ISO 10381-6:2009 Soil quality -- Sampling -- Part 6: Guidance on the collection, handling and storage of soil under aerobic
conditions for the assessment of microbiological processes, biomass and diversity in the laboratory
ISO 14240-1:1997 Soil quality -- Determination of soil microbial biomass -- Part 1: Substrate-induced respiration method
ISO 14240-2:1997 Soil quality -- Determination of soil microbial biomass -- Part 2: Fumigation-extraction method
ISO 16072:2002 Soil quality -- Laboratory methods for determination of microbial soil respiration
ISO 17155:2002 Soil quality -- Determination of abundance and activity of soil microflora using respiration curves
ISO 15685:2004 Soil quality -- Determination of potential nitrification and inhibition of nitrification -- Rapid test by ammonium
oxidation
ISO 14238:1997 Soil quality -- Biological methods -- Determination of nitrogen mineralization and nitrification in soils and the
influence of chemicals on these processes
ISO 23753-1:2005 Soil quality -- Determination of dehydrogenase activity in soils -- Part 1: Method using triphenyltetrazolium
chloride (TTC)
ISO 23753-2:2005 Soil quality -- Determination of dehydrogenase activity in soils -- Part 2: Method using iodotetrazolium
chloride (INT)
ISO/DIS 11063 Soil quality -- Method to directly extract DNA from soil samples
ISO/TS 29843-1:2010 Soil quality -- Determination of soil microbial diversity -- Part 1: Method by phospholipid fatty acid analysis
(PLFA) and phospholipid ether lipids (PLEL) analysis
ISO/PRF TS 29843-2 Soil quality -- Determination of soil microbial diversity -- Part 2: Method by phospholipid fatty acid analysis
(PLFA) using the simple PLFA extraction method
ISO/TS 10832:2009 Soil quality -- Effects of pollutants on mycorrhizal fungi -- Spore germination test
ISO/TS 22939:2010 Soil quality -- Measurement of enzyme activity patterns in soil samples using fluorogenic substrates in microwell
plates
ISO 14239:1997 Soil quality -- Laboratory incubation systems for measuring the mineralization of organic chemicals in soil
under aerobic conditions
Standardy půdních mikrobiálních metod - ISO
Odběry půdních mikroorganismů
Odběry jako první krok ekotoxikologie MO
 díky vlastnostem mikroorganismů je téměř nemožné je
sledovat přímo v terénu (in situ) - jen vyjímky (složitá
interpretace)
 je tedy potřeba reprezentativní vzorek, se kterým je
nakládáno jako se živým systémem, aby se biologické
společenstvo příliš neovlivnilo (např. vysušení vzorků,
zmrazení, v ledničce ...)
 i tak je vždy laboratorní vzorek něco jiného než „reálný
svět“
 je tedy nutná určitá standardizace hlavních podmínek
Techniky odběrů
• zejména kvantifikace může být odběrem a nakládáním se vzorky silně
zkreslena
• také kvalitativní parametry (aktivita, diverzita) jsou ovlivnitelné
odběrem, zpracováním a manipulací se vzorky
 Hlavním cílem je:
 1) získat reprezentativní vzorek
 2) minimálně či standardně (víme jak, o kolik) odběrem a manipulací změnit kvantitu
 Existuje mnoho metod a teorie kolem vzorkování pro půdu:
ISO 10381-6:1993 Soil quality - Sampling - Part 6: Guidance on the collection, handling and storage
of soil for the assessment of aerobic microbial processes in the laboratory
Techniky odběrů
 většinou vysoké obsahy mikroorganismů => stačí aseptické techniky
(rýče, vzorkovací tyče - odeberou směsný vzorek, či celé jádro)
 další techniky: zakopaná sklíčka, pedoskop apod.
Kvantifikace půdních mikroorganismů
Přímé mikroskopické počítání bakterií (direct bacterial counts)
 jde vlastně o první ze dvou "počítacích"
technik (druhá je tzv. viable / indirect
counts, neboli počítání po předchozí
izolaci a kultivaci)
 většinou vyšší počty než při viable counts
(pouze 10% je kultivovatelných); rozdíl
lze zjistit tzv. direct viability counts (DVC)
- inkubace s nalidixovou kyselinou Krogurovou
metodou (viz. dále)
 u půdy je potřeba nejdříve dispergace a
separace od půdních částic (ty jsou při
těchto technikách vážný problém)
 pro zlepšení pozorování se užívá řada
barviv (FDA, AO, DAPI, FITC atd.)
 z přímých počtů lze i odvodit biomasu
(musíme ale znát např. průměrnou
velikost buněk bakterií či délku hyf hub)
Izolace a kultivace MO z půdy
 potřeba pro různé účely, např. identifikace specifických
mikroorganismů, měření diverzity atd.
 počítání mikroorganismů - tzv. viable / indirect counts použití
metod MPN (most probable number) a počítání
CFU (colony forming units)
 u půdy vhodná extrakce (např. použití surfaktantu Tween
80 s disperzním činidlem pyrofosfát sodný) následuje
násobné ředění (vodou, fyziologickým roztokem či
pufrem ...)
 následují obecné kultivačni techniky - metoda agarových
ploten: poured a spread plate counts; Výstupem jsou
CFU / hmotnost či objem vzorku
Schéma spread plate
counts
From: Maier et al. (2000):
Environmental Microbiology,
Academic Press
Izolace a kultivace MO z půdy
Izolace jednotlivých druhů půdních MO
- využití při potřebě izolovat jednotlivé mikroorganismy, například při analýze biodiverzity či
při identifikacích např. systémem BIOLOG apod.
From: Maier et al.
(2000):
Environmental
Microbiology,
Academic Press
Izolace a kultivace MO z půdy
Izolace a kultivace MO z půdy
Dominantní kultivovatelné půdní bakterie
organismus charakteristika funkce
Arthrobacter
heterotrofní, aerobní, gramvariabilní.
Až 40% kultivovatelných půdních
bakterií.
Cykly živin a biodegradace.
Streptomyces
Grampozitivní, heterotrofní, aerobní
aktinomyceta. 5-20%
kultivovatelných bakterií.
Cykly živin a biodegradace.
Produkce antibiotik, např.
Streptomyces scabies.
Pseudomonas
Gramnegativní heterotrof. Aerobní
nebo fakultativně anaerobní.
Vlastní velké množství
enzymatických systémů. 10-
20% kultivovatelných bakterií.
Cykly živin a biodegradace,
včetně těžko
rozložitelných
organických látek.
Bacillus
Grampozitivní aerobní heterotrof.
Vytváří endospory. 2-10%
kultivovatelných půdních bakterií.
Cykly živin a biodegradace.
Měření biomasy
 BIOMASA = definována (zejména pro půdu) jako žijící část organické hmoty,
jako organismy menší než 10 µm3
 nejčastěji se vyjadřuje v jednotkách hmotnosti např. µg Cbio/gsuš.
 tyto parametry mají zastřešující povahu - "overall / general parameters" tzn.
stanovujeme mikrobiální biomasu a nevíme co se děje uvnitř ("black box
of microbial biomass")
 nevychází ze separace či izolace mikroorganismů, stanovují se přímo ve
vzorcích půdy
 u půdy je Cbio cca 1 - 5% Corg
Dva hlavní typy využití parametrů:
1) stanovení in situ mikrobiální biomasy - posouzení biologické kvality půd bioindikace
půdní kvality
2) stanovení v kontrolovaném laboratorním pokuse - změny pod vlivem
kontrolovaného faktoru (testy toxicity)
Mikrobiální biomasa v půdě
 Chloroform-fumigační extrakční metoda (FE metoda, CFEM)
 ISO 14240-2 (1997): Soil quality - Determination of soil microbial
biomass - Part 2: Fumigation-extraction method
 opět probíhá fumigace, ale vzniká extrakt z obou variant (F a NF),
který je analyzován na obsah uhlíku; výhodou je, že extrakt může být
analyzován prakticky na cokoliv
 pokud je analyzován uhlík, lze to provést:
 dichromanovou oxidací a následnou titrací či spektrofotometricky
 oxidací působení K2S2O8 (persulfátu) a UV - vznikne CO2 a ten je
měřen IRGA
 výsledek je udáván v µg.gsuš.
-1
Mikrobiální biomasa v půdě
 Metoda substrátem indukované respirace (SIR)
 ISO 14240-1 (1997): Soil quality - Determination of soil microbial
biomass - Part 1: Substrate-induced respiration method.
 založena na empirickém vztahu mezi mikrobiální biomasou a
potenciální respirací (respirační rychlost během prvních hodin po
přidání maximálně využitelného substrátu - glukózy - v saturující
koncentraci)
 někdy využívána jako údaj o aktivní složce mikrobiální biomasy
 rozsah empirického koeficientu ve validačních studiích: 15 - 54!!
 => lépe používat pouze pro měření potenciální respirace – PR (značí
se nejčastěji jako SIR)
Mikrobiální biomasa v půdě
Mikrobiální biomasa v půdě
 Effects of Zn, Cu, and Ni in sewage sludge on microbial biomass in a
sandy loam soil.
 Zejména Cbio/Corg v půdě je citlivý indikátor dlouhodobých degradací
půdní organické hmoty, neboť Cbio se snižuje daleko rychleji než
celkový organický uhlík
 Toxicita pro Cbio v pořadí Cu > Zn >> Ni > Cd
Aktivity půdních mikroorganismů
Aktivity mikroorganismů
Mají velmi úzký vztah k jejich funkcím v ekosystému
 jsou smysluplným a zcela nezbytným doplněním údajů o kvantitě mikroorganismů =
nestačí jen vysoké množství mikroorganismů, ale hlavně aby byly funkční, tedy aktivní
 co se týká aktivity, je důležitá nejen její úroveň, ale i mnohostranost, diverzita
metabolických funkcí
 bohužel, téměř vždy (s výjimkou in situ technik) dochází ke zkreslení při přenosu z
reálného ekosystému
Příklady často využívaných / měřených mikrobiálních aktivit:
 měření respirace; měření mineralizace dusíku; měření fixace dusíku; měření ATP;
produkce tepla; měření nitrifikace, sulfurikace, oxidace železa apod.; měření
denitrifikace, desulfurikace; měření enzymových aktivit; atd. atd.
Bazální respirace
 jako bazální mineralizace (= bez přídavku substrátu) koreluje s obsahem
organické hmoty (Corg)
 ISO 16072 (2002): Soil quality - Laboratory methods for determination of
microbial soil respiration
 Důležitý parametr pro biologickou kvalitu půdy – BR (basal respiration)
Limity a nevýhody:
 aktuální přídavek substrátu ovlivňuje podíl aktivních mikroorganismů
 relativní necitlivost k malým dávkám kontaminantů
 nutno kombinovat s jinými parametry (např. mikrobiální biomasa) či
potenciální respirace (po přídavku substrátu)
 nutno interpretovat s ohledem na obsah a dostupných organických látek v
půdě
 u terénních měření nutno stanovovat opakovaně v čase – silná sezónní
závislost
Potenciální respirace
 po přídavku lehce využitelného substrátu není již respirace limitována
substrátem a dostáváme obraz potenciální respirace - PR - která
odráží skutečné energetické potřeby a mineralizační aktivitu
mikrobiálního společenstva
 měření např. jako produkce
CO2 v metodě SIR
Potenciální vs. bazální respirace
80%
]]
Mineralizace / respirace / využití C substrátů
 Respirometrie - systémy kontinuálně měřící respiraci, přesněji spotřebu
kyslíku či produkci oxidu uhličitého
 Různé metody detekce, různý design přístrojů
 Využití pro aerobní i anaerobní aplikace, pro studium biodegradací, kinetiku
růstu sledovanou pomocí produkce produktu atd.
OxiTOP – měření respirace pomocí
změny tlaku
Růstové křivky měřené pomocí produkce CO2
 ISO 17155 (2002): Soil quality - Determination of abundance and activity of
soil microflora using respiration curves
 metoda stanovení "kontaminace" půdy (tzv. ecotoxic potential) a efektu
kontaminace v laboratorních studiích
Důležité parametry:
 lag time - čas od přídavku substrátu
do počátku exponenciálního růstu –
reflektuje vitalitu "growers„
 růstová rychlost µ
 aktivační koeficient respirace:
QR = RB/RS
 čas k dosažení píku
Znečištěná půda:
 QR >0,3
 lag > 20h
 tpeakmax > 50h
Aktivity spojené s přeměnami dusíku
Mikroorganismy jsou naprosto stěžejní:
1) kromě sinic a symbiotických bakterií nedovedou organismy poutat N2
2) zpětné uvolňování dusíku do atmosféry
3) transformace forem dusíkatých sloučenin
Fixace dusíku
• N2 je fixován do NH3 : N2 + 6e-  2NH3 (+630 kJ/mol)
• sinice (hlavně ve vodách - Aphanizomenon, Nostoc,
Anabaena); symbiotické bakterie (Rhizobacteriacae luštěniny);
kolem 100 druhů volně žijících bakterií aerobních i
anaerobních (Azotobacter, Azospirileum, Beijernickia,
Clostridium)
• systémy se liší v množství poutaného dusíku; nejvíce fixují
symbiotické asociace, neboť v okolí kořenů je přísun živin
• jde o proces spotřebovávající
energii; probíhá jen v dobrých
podmínkách; je tedy citlivý
endpoint ke stresu
• inhibující vliv má obecně
amoniak a pro volně žijící
fixátory vysoké koncentrace
kyslíku; některé ale mají
systém chránící nitrogenázu
před působením kyslíku Pozn.: organismy kterým stačí N2 jako jediný zdroj dusíku se
nazývají diazotrofní
Fixace dusíku
Měření: Acetylene reduction assay (ARA)
- využívá větší afinity nitrogenázy pro acetylen
- systém s půdou, případně i s rostlinami, je vzduchotěsný
- prostor nad půdou se z 10% nasytí acetylénem či směsí acetylen-kyslík a po několika
hodinách se měří ethylen
- redukovaný ethylen se stanovuje GC s FID detektorem
- užívá se faktor 3 molů ethylenu na 1 mol fixovaného N2
 je velmi citlivou, levnou a jednoduchou metodou
 alternativou je měření fixace 15N - nutná drahá instrumentace (IRMS)
 může se také sledovat rychlost růstu organismů na médiu bez dusíku
 často se sleduje také přítomnost hlízek u cílových rostlin
Amonifikace
• proces kdy se NH3 uvolňuje z glutamátu (uvnitř buněk)
• či proces kdy enzymem ureázou se štěpí močovina
• nebo extracelulární degradace proteázami, lysozymy, nukleázami
 Závislost na množství N v prostředí:
• při poměru C:N < 20 převládá amonifikace
• při C:N > 20 asimilace
 Metodicky lze rozlišit amonifikaci jako bazální úroveň mineralizace N obdoba
bazální respirace v cyklu C; a potenciální amonifikaci po
přídavku substrátu (argininu) - obdoba potenciální respirace
Mineralizace dusíku
 AMONIFIKACE JE SOUČÁSTÍ ŠIRŠÍHO POJMU: MINERALIZACE DUSÍKU
 NEBOŤ ČÁST NH3 SE DÁLE OXIDUJE PŘI NITRIFIKACI
 metodicky nelze obě fáze příliš dobře oddělit!!!
 pokud chceme znát skutečnou (ne potenciální) amonifikaci je jedinou
možností měření se značeným dusíkem 15NH4
+ či vytvořit anaerobní prostředí
zatopením vzorků
Amonifikace
Měření: Amonifikace - AMO (postup UKZUZ)
- vzorek zatopený vodou je inkubován týden při 40°C
- stanovení amonných iontů se provádí po extrakci 1M KCl (1:5) spektrofotometricky
(ISO 14256): při 630 nm se sleduje zabarvení vzniklé reakcí s NaOCl a phenolátem
sodným (salicylanem sodným), katalýza nitroprusidem sodným (Berthelotova reakce)
 jinou možností je stanovení iontově selektivní plynovou elektrodou (ISE): amonné
ionty se převedou na amoniak při pH 11-13 přídavkem 10M NaOH; potenciál se měří
elektrodou, přičemž ke kalibraci se užije roztoků síranu amonného
 vyjadřuje se jako µg NH4
+-N . gsuš.
-1 . d-1
 Alternativou je měření se značeným dusíkem 15NH4
+
Amonifikace - potenciální
Měření: Potenciální amonifikace (PAMO) - test s argininem
- přídavek substrátu (argininu) a stanovení amonných kationtů po 3h inkubace půdy při 30°C
- stanovení amonných iontů se provádí po extrakci 2M KCl (1:4) spektrofotometricky (ISO 14256):
při 630 nm se sleduje zabarvení vzniklé reakcí s NaOCl a phenolátem sodným (salicylanem
sodným), katalýza nitroprusidem sodným (Berthelotova reakce)
- jinou možností je stanovení iontově selektivní plynovou elektrodou (ISE): amonné ionty se
převedou na amoniak při pH 11-13 přídavkem 10M NaOH; potenciál se měří elektrodou, přičemž
ke kalibraci se užije roztoků síranu amonného
 Metoda dává falešné výsledky
v kyselých půdách a v půdách
po aktuálním přídavku organické hmoty
 PAMO není selektivně inhibována
cycloheximidem či streptomycinem
a proto nelze odděleně měřit
amonifikaci bakterií a hub
Nitrifikace
 významný proces, umožňuje mobilitu dusíku v půdě
Dva kroky:
I. HN4
+ + O2 + 2H+  NH2OH + H2O  NO2
- + 5H+
∆G = -66 kcal
II. NO2
- + 0,5O2  NO3∆G
= -18 kcal
 oba kroky jsou striktně aerobní
 zastává jej jen několik rodů, v půdě první krok
např rod Nitrosomonas, Nitrococcus
a druhý krok např. rod Nitrobacter
 zdrojem uhlíku je pak CO2
 enzym pro první krok je amoniak monooxygenáza (AMO),
která má širokou substrátovou specifitu a může
kometabolicky oxidovat i některé polutanty
např. TCE či alkany až do C8
– využití při bioremediacích !!!
Nitrifikace
Velmi dobrý indikátor stresu, je silně inhibována polutanty - důvody:
1) celý systém zisku energie je velmi náročný: 1. krok potřebuje oxidaci
34 molů amoniaku k fixaci jednoho molu CO2, druhý krok dokonce
oxidaci 100 molů NO2
- !!
2) dva kroky s přičiněním různých populací, druhý krok je méně
energeticky výtěžný (jen 70 kJ/mol!) - pokud kroky navazují,
nedochází k negativní kumulaci dusitanů (snižuje pH prostředí,
toxický ..) dusitany inhibují první krok !!!
3) obecně už tak dost citlivý proces k environmentálním podmínkám:
pH optimum je 6,6 - 8,0; při pH < 4,5 se zastaví
Pozn: existují i mikroorganismy heterotrofní, které provádí nitrifikaci a
není známo proč; představují minoritní význam ve srovnání s
autotrofní nitrifikací
Nitrifikace
Potenciální nitrifikace (SNA) (NEA - nitrifier enzyme activity)
(potential amonium oxidation - PAO)
 ISO 15685 (2004): Soil quality - Determination of potential nitrification - Rapid
test by ammonium oxidation
• půda je inkubována v pufrované suspenzi s roztokem chlorečnanu sodného (inhibuje
oxidaci dusitanů na dusičnany) s přídavkem saturujícího množství síranu amonného
(substrát pro oxidaci amoniaku na dusitany)
• po 6 hod či déle, eventuálně každé 2 hodiny se měří koncentrace NO2•
koncentrace dusitanů se měří po extrakci KCl spektrofotometricky reakcí s sulfanilamid a
Griess-Ilosvay činidlem = N-(1–naftyl)ethylen-diamin dihydrochlorid
• jako referenční látku lze užít nitrapyrin
Nitrifikace
Měření: Nitrifikace (LNA)
 Delší inkubace se příliš nedoporučují, neboť mohou probíhat změny společenstva.
 ISO 14238 - Determination of nitrogen mineralization and nitrification in
soils and the influence of chemicals on these processes
 půda inkubována po přídavku 1% síranu amonného; po 1-3 týdnech stanovení
zbylého NH4
+ či vzniklého NO3

jak pro stanovení jako parametru kvality půdy
 tak pro testování toxicity látek na N mineralizaci
Test toxicity:
• půda pro test toxicity musí být s Corg 0,5 - 1,5% a nízkým obsahem jílu
• přidává se organický zdroj dusíku - vojtěška (C:N = 16)
• testovaná látka se přidá v cca 5 koncentracích a po 28 denní inkubaci se měří NO3•
výsledkem je procentuální inhibice
N mineralizační potenciál
 Při stanovení mineralizace dusíku se často spojují oba procesy (amonifikace
a nitrifikace) v tzv. N mineralization potential
 je to vyprodukovaná suma NH4
+ + (NO2
-)+ NO3
- v půdě na konci inkubace
(extrakce roztokem KCl)
 pokud testujeme vliv chemické látky, dostáváme klasický vztah dávka
odpověď s IDs
 Stanovení koncentrace dusičnanových a dusitanových aniontů v půdách:
Dusitany
 dle ISO 14256 spektrofotometricky - reakcí s Griess-Ilosvayovým činidlem (sulfanilamid a N-1naftyl
etylendiamin chlorid) tvoří azobarvivo (543 nm)
Dusičnany
 nejprve nutno redukovat na dusitany (reduktor z kadmia – Devardova slitina) a pak stejné
stanovení
 nebo UV spektrofotometrií při 210 nm
 nebo iontově selektivní elektrodou ISE
 v dnešní době existují automatické analyzátory: FIA - flow injection analyzator
N mineralizační potenciál
 ISO 14238 (1997): Determination of nitrogen mineralization and nitrification in
soils and the influence of chemicals on these processes
Denitrifikace
 v anaerobních podmínkách
 dusitany a dusičnany slouží jako TEA
 N2O – skleníkový plyn !!!
 Měření: kolorimetrickými technikami,
iontově selektivními elektrodami,
metodou "acetylene block"
(zablokuje N2O reduktázu a N2O je měřen GC)
Respirace - typy
Typ respirace
Redukční reakce
Akceptor elektronů ⇒ produkt
Oxidační reakce
Donor elektronů ⇒
produkt
Aerobic O2 ⇒ H2O CH2O ⇒ CO2
Denitrifikace NO3
- ⇒ N2 CH2O ⇒ CO2
Redukce Mn Mn4+ ⇒ Mn2+ CH2O ⇒ CO2
Redukce dusičnanů NO3
- ⇒ NH4
+ CH2O ⇒ CO2
Redukce síranů SO4
2- ⇒ HS-, H2S CH2O ⇒ CO2
Methanogeneze CO2 ⇒ CH4 CH2O ⇒ CO2
„Anaerobnírespirace“
Enzymatické aktivity
Sledování enzymatických aktivit - enzymy v půdě
- obecný princip spočívá v přídavku nadbytku substrátu a sledování jeho
úbytku či produkce produktu za současné inhibice růstu mikroorganismů
- měří se enzymatický potenciál či kinetické parametry Vmax
Nejčastěji sledovány:
 dehydrogenázy
 proteázy - inkubace s kaseinátem sodným
 ureázy - inkubace s močovinou
 amidázy
 fosfatázy
 celulázy
 β - galaktozidázy
Dehydrogenázová aktivita
 enzym, který z ekotoxikologického hlediska vysoce převažuje všechny
ostatní
 dehydrogenázová aktivita je tedy mírou celkové mikrobiální aktivity
Diverzita půdních mikroorganismů
Biodiverzita půdních mikroorganismů
Biodiverzita
taxonomická
strukturální
funkční
genetická
?? interpretace ??
?? kvantitativní míry ??
?? vzájemné vztahy markerů ??
Analýza lipidů
 PLFA jako biomarkery
 informují o složení mikrobiálního společenstva:
 poskytují ale i další informace:
větvené PLFA typicky bakteriálního původu
PUFA, zejména 18:2 charakteristické pro Eukaryota
suma relativní abundance iso a anteiso
izomerů 15:0 větvených PLFA
reprezentují bakterie
poměr mezi iso(anteiso) 15:0 větvenými
PLFA a 16:0 větvenými PLFA
= relativní zastoupení bakterií
18:2 ω FA = houby
poměr cis a trans izomerů MUFA
pokud vyšší než 1 může značit
strádání či env. stres
poměr nasycených / nenasycených
poměr cykropropyl FA / jejich monoenoic
prekursory
poměr iso 15:0 / anteiso 15:0 a iso 17:0 /
anteiso 17:0
indikace stresu
Funkční diverzita – systém Biolog
Genetická diverzita MO
Nejčastější metody pro zisk „genetického fingerprintu společenstva“
 ARDRA - amplifikovaná ribosomální DNA restrikční analýza
 RFLP - restrikční analýza mnohotvárnosti délky fragmentů
 T-RFLP - koncová restrikční analýza mnohotvárnosti délky fragmentů
 DGGE - denaturující gradientová gelová elektroforéza
 TGGE - teplotní gradientová gelová elektroforéza
 ARISA - automated ribosomal intergenic spacer analysis různorodost
délek mezi geny malé a velké ribozomální podjednotky
 Microarrays - mikročipy
 SIP (stable isotope probing) – značení stabilními izotopy
Snímek 79
Kombinace přístupů
Kombinace přístupů
Kombinace přístupů
Doelman & Eijsackers (2004)
Kombinace přístupů
Kombinace přístupů
Půdní bezobratlí
85
Bioidikace pomocí
půdních bezobratlých -
příklady
Doelman & Eijsackers (2004)
Bioidikace pomocí
půdních bezobratlých -
příklady
Doelman & Eijsackers (2004)
Bioindikace
Doelman & Eijsackers (2004)
Bioidikace pomocí
půdních bezobratlých -
příklady
 různé dle typů a zejména velikosti organismů
 ruční třídění, vybírání
 zemní pasti
 vypuzovací metody
 extrakční metody: Tulgrenova extrakce, O’connorova extrace ...
Techniky vzorkování
89
Techniky vzorkování
 Kvantitativní metody absolutní
o odběr vzorků, extrakce a separace
o extrakce – Tullgren, Baerman, O’Connor, Berlese, chemická extrakce,
elektřina
o separace – ruční vybírání, wet sieving, flotace
 Kvalitativní relativní počty
o různé metody nejčastěji zemní pasti padací - formalín, detergent – velikost,
počet, rozmístění, hloubka
o závislost na chování zvířat – selektivní – větší se chytají lépe než menší –
mají větší akční rádius
o individuální sběr + různé pomůcky – prosévání, návnady
90
Techniky vzorkování - kvantitativní
 Sondy – odběry – vyndáme jádro – vzorek
o jak velký vzorek? kolik vzorků na jakou plochu?, jak mají být vzorky rozmístěny?
o lze udělat optimalizační studii: například sledovat jak s počtem vzorků klesá množství
zachycených druhů; nebo odhadnout jak jsou zastoupeny podtypy na dané lokalitě – z více
abundantních vzít více vzorků a z méně abun. ploch méně; nebo udělat směsné vzorky
o hloubka: většina fauny žije v horních 10 cm, ale nemusí to být vždy – stratifikace
 Extrakce
o extrakční – vypudit z půdy, nelze klidový stádia
o elektrika apod, WORM EXPEL – tyče – proud
o nejčastější princip světla a tepla
o mechanická separace – poškození materiálu
o nejpoužívanější flotace – suspense ρ 1,12 – půda klesá, organismy plavou
o vaří ve vákuu – vysaje se vzduch z detritu
o flotace – voda/glycerin, voda/glukóza, voda/soli – odvodní organismy a ty pak taky padají
91https://www.youtube.com/watch?v=5XRoAZBdKaU
Jsou na to ISO normy
92
ISO 23611-1:2006 Soil quality -- Sampling of soil invertebrates –
Part 1: Hand-sorting and formalin extraction of earthworms
ISO 23611-2:2006 Soil quality -- Sampling of soil invertebrates –
Part 2: Sampling and extraction of micro-arthropods (Collembola and Acarina)
ISO 23611-3:2007 Soil quality -- Sampling of soil invertebrates –
Part 3: Sampling and soil extraction of enchytraeids
ISO 23611-4:2007 Soil quality -- Sampling of soil invertebrates –
Part 4: Sampling, extraction and identification of soil-inhabiting nematodes
ISO/DIS 23611-5 Soil quality -- Sampling of soil invertebrates –
Part 5: Sampling and extraction of soil macro-invertebrates
ISO/DIS 23611-6 Soil quality -- Sampling of soil invertebrates –
Part 6: Guidance for the design of sampling programmes with soil invertebrates
Žížaly
Proč žížaly jako ekotoxikologický endpoint ?
 celý jejich vývojový cyklus probíhá v půdě (typický geobiont)
 konzumují velká množství půdy (vysoká expozice potravou a akumulace kontaminantů)
 mají velmi úzký fyzikální kontakt s půdou (expozice pokožkou)
 mají výrazné bioakumulační a biokoncentrační charaktery (jejich analýzou posuzujeme vliv
delšího časového období) = patří mezi tzv. makrokoncentrátory
 vysoký a významný podíl na tvorbě půdy, dekompozičních procesech, půdní úrodnosti
 klíčové postavení v přenosu polutantů v potravních řetězcích
 výskyt téměř ve všech půdách ve vysokých počtech i váhách
 osvědčené, zavedené v laboratorních testech (nenáročný chov)
 snadno se identifikují v reálných vzorcích (díky velikosti)
 vysoce a dlouho standardizované postupy
 propracované začlenění do systému hodnocení ekologických rizik
Proč žížaly jako ekotoxikologický endpoint ?
 vysoce a dlouho standardizované postupy
 propracované začlenění do systému hodnocení ekologických rizik
 řada terénních studií a pokusy vytvoření standardního polního testu (Dánsko) - byl vytvořen
ekotoxikologický systém pro predikci nechtěných účinků (side-effects) pesticidů a chemikálií v
reálném ekosystému
 predikce na základě standardních laboratorních testů se validuje polním testováním, tzv. tiered
approach
Žížaly – biologie, ekologie
Kmen: kroužkovci (Annelida)
Podkmen: opaskovci (Clitellata)
Třída: máloštětinatci (Oligochaeta)
Řád: Haplotaxida / Opisthopora
Podřád: žížaly (Lumbricina)
 zkoumány již od 1881
 pigmentované tělo cca 3 - 30 cm dlouhé, povrch pokryt hlenem
 pohlavní rozmnožování, hermafrodité, spermie dozrávají dříve než vajíčka
 opasek (clitellum) – sekret + výměna pohlavních buněk, tvorba kokonu
 dýchají celým povrchem těla, uzavřená oběhová soustava, žebříčková nervová soustava, vylučování -
metanefridia
Žížaly – biologie, ekologie
http://www.sas.upenn.edu/~rlenet/Earthworms.html
Žížaly – biologie, ekologie
 v půdách jsou desítky (lesy) až stovky (travní porosty) žížal (10-200g) a až kilogramy žížalinců na 1 m2
 za rok přemístí až 80 tun na ha materiálu
 celosvětově kolem 500 druhů, v ČR kolem 30 druhů
 prokousávají se půdou, takže stravují kromě zeminy, organických reziduí rostlin i přítomný mikroedafon,
houby, plísně, hlístice a mikroorganismy
 většina žížal dobře stravují listnatý opad, ale hůře jehličí a bukové a dubové listí, pokud nebylo předtím
mikrobiálně změkčeno
 součást potravního řetězce: ptáci, krtci, ježci apod.
 většina preferuje pH kolem 7, ale jsou i v pH 5,2-5,4 (L. terrestris), E. fetida i pH 8, dokáží neutralizovat
potravu v trávícím traktu
 optimální teploty 10 °C, kolem 30-40 °C letalita
 citlivé na vlhkost, 12-30 % vlhkost půdy je optimum
Žížaly – biologie, ekologie
počty druhů kroužkovců v půdách Evropy (Annelida)
Žížaly – biologie, ekologie
 druhy v ČR: Allolobophora caliginosa, A. rosea, Lumbricus terrestris, A.
longa, Aporrectodea caliginosa, Lumbricus rubellus, Octolasion
cyaneum, Dendrobaena octaedra
Žížaly – biologie, ekologie
epigeické - žijí na povrchu půdy, v opadu, na rozhraní půdy a humusu či v humusu, živí se opadem – rychlý
průchod střevem, sytě zbarvené, menší, 10 – 50 mm, krátký cyklus, rychlý vývoj, vysoká reprodukce,
nepříznivé období v kokonech, Dendrobaena octoedra, Dendrobilus rubelus
Eisenia foetida a E.andrei jsou původem hnojní a kompostní druhy
endogeické - žijí v půdě, bez pigmentu, cca 15 cm, hlouběji v minerální půdě, nepříznivé období přečkají
quiescencí = hybernace, ale ne v snížené teplotě ale za sucha = letní diapauza, Octolasium lacteum,
Aporrectodea caliginosa
aneické - vytváří a žijí ve vertikálních chodbičkách; v celém profilu až 6 metrů hluboko, zatahují residua dolů,
10 – 100 cm, pomalý vývoj, v minerální půdě, v černozemích – přísun letních přísušků, diapauza nebo v
klidu, Lumbricus terestris, L. rubellus, Allobophora longa
Žížaly – biologie, ekologie
Žížaly – biologie, ekologie
Žížaly – biologie, ekologie
Žížaly – biologie, ekologie
Žížaly – význam
 pro půdu mají velmi velký význam
 chodbičky, kterými proniká voda i vzduch, rostou kořeny
 spoluvytváří stálý humus, enzymatický rozklad půdní organické hmoty
 zdrobňují rostlinná rezidua, zatahují je do hlubších vrstev půdy,
promíchávání organických residuí s minerální složkou půdy
 přes trávící trakt mísí organickou hmotu s minerální,
mění organickou hmotu i chemicky  výměty žížal
(žížalince) - důležitá složka půdní struktury,
koncentrují dusík, vápník, draslík, fosfor,
zakoncentrování mikroorganismů
 obohacení půdy dusíkem výměšky a těly
žížal až 100 kg/ha/rok,
snižují poměr C:N v půdě
Žížaly – význam
Žížaly – význam
Drilosféra
Metody vzorkování žížal v terénu
Metody vzorkování žížal
1. fyzikální (žížaly jsou mechanicky vyndány z půdy)
2. behaviorální (stimulace k pohybu z půdy a pak sesbírání)
3. nepřímé (abundance jsou určeny na základě odchytů do pastí, či evidencí
přítomnosti žížal)
Nejčastěji jde o:
 ruční třídění
 promývání a přesávání
 chemické a elektrické podněty
 pasti
 ve všech případech je nutný PROMYŠLENÝ DESIGN VZORKOVÁNÍ v
terénu počty vzorků (např. 30×30×30cm) jdou do desítek až stovek v
závislosti na velikosti lokality (cca 2-12 na 10×10m)
Metody vzorkování žížal v terénu
ISO 23611-1:2006 : Soil quality -- Sampling of soil invertebrates -- Part 1: Handsorting
and formalin extraction of earthworms
Ruční vzorkování
 vzorkovačem či rýčem se odebere půda cca 0,05 - 0,25m2, hloubka 0,1-0,3m
 většinou se rozdělí na vrstvy cca po 10cm
 na bílém podkladu se vybírají červi
 pokud je žížala přetržená, většinou se jen hlavová část počítá jako jedinec
Promývání a prosévání
 může navazovat na ruční třídění
 předošetření vzorku 2% hexametafosfátem sodným a 4% formaldehydem
 dojde k usmrcení a k fixaci žížal
 existují mechanické bubny se síty vyvinuté v 70. letech
 přesátý materiál obsahuje kromě jiného žížaly a kokony
Metody vzorkování žížal v terénu
Chemické repelanty (doporučuje je ISO)
 aplikace látek, které nutí žížaly unikat z půdy, na půdu in situ či na odebraný vzorek
 používají se chlorid rtuťnatý, permanganistan draselný a formaldehyd, extrakt z hořčice
 0,22% formaldehyd (= 0,55% formalin)
 na dané plošce 0,25m2 se udělají hranice z plechu výšky cca 10cm, ostříhá se vegetace,
aplikuje se roztok z konve postřikem cca 13-18L/m2 a cca po 10-25min se sbírají žížaly
(rukavice!)
 metoda dobrá zejména pro druhy aneické, které mají chodbičky ústící na povrch (Lumbricidae)
 horizontálně norující (Aporrectodea) jsou zasaženy ale nedostanou se na povrch - může však
být použita pro jejich migraci blíže k povrchu, kdy pak mohou být aplikovány předchozí metody
 účinnost extrakce se liší v závislosti na půdním typu, teplotě, vlhkosti
Elektrická extrakce (doporučuje ISO)
 do půdy se zastrčí elektrody s napětím cca 30-60V
 po cca 30min se sbírají červi
 mnoho faktorů ovlivňuje: vlhkost, elektrolytické vlastnosti půdního roztoku, teplota
Metody vzorkování žížal v terénu
Metody vzorkování žížal v
terénu
Metody vzorkování žížal v terénu
Metody vzorkování žížal v terénu
Pasti
 pasti s návnadou (hnůj) či bez
 nádoba skleněná či plast se stříškou, s malými otvůrky ve dně pro únik vody
 rozmístí se a denně či týdně se kontrolují a vybírají
Skladování vzorků
 ve 4% formaldehydu či v 70-80% ethanolu
Identifikace žížal
 externí charakteristiky pomocí lupy či binokuláru
 identifikace juvenilů je mnohem problematičtější než dospělců
 často je identifikačním znakem oblast kolem
clitellum, setae, seminální váčky spermatotéky apod.
 dnes i na CD-ROM či na webu
Metody vzorkování žížal v terénu
Metody vzorkování žížal v terénu
 ilustrativní videa vzorkování žížal:
https://worms.educ.ualberta.ca/fieldguide-sampling.html
 další skvělá videa o vzorkování a hodnocení žížal:
 https://www.youtube.com/watch?v=kyCLLYlhMys
 https://www.youtube.com/watch?v=aquWu08wbo4
 atd
Žížaly jako indikátor půdní biologické kvality
 ekotoxikologie v širším slova
smyslu (stresem není jen
kontaminace)
 přirozené rozdíly v abundancích a
biomase žížal
 rozdíly v druhovém složení jsou
méně patrné
Žížaly jako indikátor půdní biologické kvality
Roupice
Proč roupice v ekotoxikologii ?
RELEVANCE
 modelový organismus půdních destruentů
 NAVÍC roupice zastávají podobné funkce jako žížaly a v některých systémech je nahrazují
 DŮLEŽITÁ je také expozice roupic polutantům (horní vrstvička půdy)
PRAKTICKÉ VÝHODY TESTŮ
 laboratorní testy mají svůj význam při srovnání s prostorovými, časovými a finančními náklady testů na žížalách:
 mají asi poloviční generační dobu - 4-6 týdnů oproti 8 týdnům u žížal
 v testu je potřeba jen asi 20g půdy oproti 1/2 kg u žížal
INDIKÁTOROVÝ ORGANISMUS
 v terénu představují velmi dobrý indikátor, i když žížaly jsou asi ekologicky důležitější
 Enchytraeidae umožňují lepší srovnání výsledků z polních a laboratorních studií, neboť jsou na obou úrovních použity
více stejné druhy  u žížal jsou jiné rody použity pro laboratorní testy a jiné pro bioindikaci a v polních studiích
Roupice – biologie, ekologie
Kmen: kroužkovci (Annelida)
Podkmen: opaskovci (Clitellata)
Třída: máloštětinatci (Oligochaeta)
Řád: nítěnkovci (Plesiopiora )
Čeleď: roupicovití (Enchytraeidae)
 malí (10 – 20 mm), nevýrazně zbarvení červi, od bledé a šedé přes žlutou až po hnědou barvu
 „potworms“, „microdrile“
 kratší životní cyklus než žížaly - doba dospění – 65 – 120 dní
 podobné ekologické funkce v jiných ekosystémech
Roupice – biologie, ekologie
 anatomicky podobné žížalám
 tělo se skládá ze segmentů, jejichž počet se od vylíhnutí
(15-20 segmentů) rovnoměrně zvyšuje s věkem
 u všech roupic kromě rodu Achaeta se v hlavové části
vyskytují štětiny – důležité pro identifikaci
 významnými orgány jsou chemoreceptory a hmatové
receptory na hlavě (konec prostomia)
 opasek zakrývá většinou segmenty XII-XIII obsahující
vývody samčích a samičích pohlavních žláz
 rozmnožování jako žížaly + fragmentace
 trávicí soustava sestává z ústní dutiny, hltanu, jícnu a
střeva, mohou se vyskytnout slinné žlázy
 vylučovacími orgány jsou nefridia v každém segmentu
Roupice – biologie, ekologie
Roupice – biologie, ekologie
Roupice – biologie, ekologie
 využívají různé zdroje potravy, požírají rozložené rostlinné zbytky
(saprofágové) a také velké množství houbového mycelia, mohou se
živit řasami a bakteriemi (mikrobivorní)
 hrají významnou roli při rozkladu organického materiálu a účastní
se tvorby půdy
 stejně jako u žížal je důležitou součástí procesu průchod
organických residuí trávícími systémy, neboť vyloučené zbytky
jsou pak lépe přístupné dalším dekompozitorům
Roupice – biologie, ekologie
 roupic je známo asi 28 rodů s 600 druhy
 19 rodů žije v půdě: Achaeta, Bryodrilus, Buchholzia, Cognettia,
Enchytraeus, Fridericia, Henlea, Lumbricillus, Mesenchytraeus atd.
 většinou je v přirozených populacích dominantní druh Cognettia
sphagnetorum, který může být, na rozdíl od ostatní půdní mikrofauny,
ve své funkci nenahraditelný jinými druhy
 na laboratorní testy se užívá jen několik druhů (Enchytraeus albidus,
Cognettia sphagnetorum, E. crypticus, E. buchholzi, E. minutus)
Roupice – biologie, ekologie
Roupice versus žížaly
 Roupice jsou rozšířené zejména na
stanovištích nevhodných pro žížaly
(lesní morovité půdy, které jsou kyselé a
s velmi vysokým obsahem organické
hmoty), kde zastávají podobnou úlohu
 Na rozdíl od žížal se nachází ve svrchní
několikacentimetrové vrstvičce půdy a
jsou exponovány jiným životním
podmínkám a tím i jiné kontaminaci než
žížaly
 I když v reálném ekosystému jsou žížaly
pravděpodobně důležitější, roupice
představují také velmi dobrý bioindikátor
 Navíc jsou ideálními modelovými
(laboratorními) organismy pro testování
účinků chemických látek, neboť jsou malé
a lehce kultivovatelné
Terénní studie společenstev roupic
Vzorkování probíhá vzorkovacím jádrem (5 - 7,5cm průměr)
Ruční třídění je téměř nemožné, roupice jsou polepené půdními částicemi a nejsou vidět.
Používá se tzv. O'connorova extrakční technika "wet funnels":
 půda (3cm vrstva) na síto v nálevce naplněné vodou, svrchu se postupně přidává světlo a teplo po 3 hodinách, až
povrch vzorků dosáhne teploty 45°C a roupice se přemístily dolů
 červi jsou pak na petriho miskách
ponecháni k defekaci
 pod zvětšením 100 - 400× lze pak
identifikovat klíčové morfologické struktury
Terénní studie společenstev roupic
 do hry se zapojuje variabilita prostředí v kombinaci s behaviorálními odpověďmi (například bylo dokázáno, že C.
sphagnetorum se vyhýbaly místům silně kontaminovaným PCPs)
 vesměs převládají studie, kdy se kvantifikuje jeden druh v polních, či polopolních (mikrokosmových podmínkách)
 identifikace druhů lze
na základě klíčů
Nielsen and Christensen
či Dash v knize
Dindal: Soil biology guide
Terénní studie společenstev roupic
Terénní studie společenstev roupic
KYSELÁ DEPOZICE JAKO STRES NA SPOLEČENSTVO ROUPIC V REÁLNÉM LESNÍM
EKOSYSTÉMU??
- byly studovány struktury společenstva roupic, abundance, populační dynamika a
vertikální distribuce na lokalitách zatížených kyselou depozicí (pH CaCl2 3,01 - 3,36)
- bylo nalezeno 7 druhů
- z ekotoxikologického hlediska by se studii dalo vytknout, že není kontrolní lokalita
Terénní studie společenstev roupic
DESIGN MONITORINGU REÁLNÉHO PROSTŘEDÍ??
- ve většině studií vlivu kontaminace na reálná společenstva půdní fauny se srovnávají
vzorky z různých vzdáleností od zdroje a předpokládá se, že např. kovy jsou víceméně
pravidelně distribuovány v rámci každé lokality
- bohužel to tak většinou NENÍ a jak kovy, tak půdní organismy jsou rozptýlené spíše
nehomogenně; navíc je pravděpodobná migrace červů do nekontaminovaných míst
- PROTO PŘI STUDIÍCH TOHOTO TYPU JE VHODNÉ BRÁT V ÚVAHU TUTO
HETEROGENITU
- tato studie kolem hutě Cu-Zn ve Finsku
- užito tzv. hierarchický design vzorkování:
- předpoklad: pokud jsou parametry
heterogenně distribuovány,
tak větší vzdálenost mezi podvzorky
 větší variabilita
Terénní studie společenstev roupic
NEPŘÍMÝ EFEKT Zn NA MIKROORGANISMY PŘES ROUPICE??
- je známo, že roupice zlepšují dekompoziční procesy působením na půdní
mikroorganismy různými způsoby
1. spásání mikroorganismů zmlazuje mikr. populace a vede k vyšším
metabolickým aktivitám
2. uvolňují látky v dostupnější formě a inhibují růst hyf hub
3. zlepšují možnosti inokulace nových mikrohabitatů změnami půdní
struktury
4. rozšiřují v půdě spory a propagule mikroorganismů (přes trávicí trakt)
- v této studii byl použit mikrokosmos (13 cm × 4cm) kontaminovaný
zinkem; 20 g půdy + 0 - 125 roupic a 25 mikrokosmů bylo bez roupic
jako kontrola
- použitá půda byla zahřáta na 60°C - zabije faunu, ale nechá
mikroorganismy
- vliv kontaminace na C.s. se projevil změnami mikrobiálních parametrů
Terénní studie společenstev roupic
Mikročlenovci
Co jsou mikročlenovci ?
 mikročlenovci = zejména chvostoskoci a roztoči (mikroedafon)
Chvostoskoci – biologie, ekologie
Kmen: členovci (Arthropoda)
Podkmen: vzdušnicovci (Tracheata)
Nadtřída: Hexapoda
Třída: skrytočelistní (Entognatha )
Řád: chvostoskoci (Collembola)
 malí bezkřídlí členovci se žvýkacím
nebo bodavě-sacím ústrojím úst
 velikost cca 0,5 až několik mm
 Tělo: hlava, tříčlánková hruď s 3 páry
končetin, zadeček s 6 články,
4-6 článků tykadla
 slepí, většinou bez pigmentu
 mají tzv. furku, vymršťovací vidlici,
která je součástí skákacího aparátu
Chvostoskoci – biologie, ekologie
 atmobionti – žijí na rostlinách a dřevě, v zemědělské půdě jen
náhodně
 edafobionti – žijí v půdě a na jejím povrchu
 epigeonti – porch, opad, kameny a dřevo na půdě
 hemiedafobionti – vrchní horizonty a povrch
 euedafobionti – výlučně v půdě
velmi důležití jako půdotvorný činitel:
 pomáhají zpracovat půdní organickou hmotu
 převážně rostlinná strava (opad polorozložený, řasy, houby, pyl, amorfní
organické zbytky)
 obývají i lesní půdy se silným rozvojem hub
 spolupodílí se svými aktivitami na tvorbě půdní struktury
Chvostoskoci – biologie, ekologie
 desítky tisíc jedinců na 1 m2 půdy, jen v ČR asi 400 druhů
 typičtí zástupci: Mesaphorura, Isotoma, Pseudosinella
 lesní půdy: Onychiurus, Hypogastrula, Tetradontophora, Entomobrya
Proč chvostoskoci v ekotoxikologii ?
 ekotoxikologicky dlouho využívané organismy testy od 70' let, i
když první test na filtračním papíře byl již v roce 1956 s DDT
 jsou dobře prostudovanou skupinou půdních bezobratlých;
důvody:
1. ekologická relevance
2. široce rozšířené, abundantní v půdách
3. lehce vzorkovatelní
4. lze je chovat v laboratoři
5. relativně rychlý životní cyklus s vysokou reprodukcí
 jejich ekotoxikologie zejména stojí oddělena od ostatních půdních
členovců (skupiny Isopoda+Diplopoda a skupiny prospěšných
členovců), i když zejména v terénních studiích jsou hodnoceni
spolu tzv. mikročlenovci, což vyplývá z extrakčních technik
Roztoči
Kmen: členovci (Arthropoda)
Podkmen: klepítkatci (Chelicerata)
Třída: pavoukovci (Arachnida)
Řád: roztoči (Acarina)
 v půdě 3 podřády:
 Parasitiformes – tlející listí, mech, traviny, parazité – Ixodus, Eugamasus,
Zercon, draví – Gamasida (čmelíkovci)
 Trombidiformes – mech, opad, humus, saprofágní, Trombidium - sametka
 Sarcoptiformes :
 nadčeleď Acaridia – měkké, bělavé tělo, opadanka – Rhizoglyphus echinopus
 nadčeleď Oribatei – pancířníci, chitinový pancíř, povrchové vrstvy půdy,
Carabodes, Belba, Liacarus, Pelops
Roztoči
Trombidium Rhizoglyphus Carabodes,
Belba Liacarus
Roztoči
 drobní pavoukovci, kde všechny části těla splývají v jeden celek
 velikost cca 0,1 - 2 mm
 volně žijící druhy jsou buď dravé, nebo se podílí na dekompozici OM,
konzumují rostlinný materiál, organický detrit (zejména Oribatida -
pancířníci)
 průchodem přes střevo roztočů velice pokročí rozklad reziduí
 v půdě velmi početní a rozmanití, až stovky tisíc na 1 m2 půdy
Proč roztoči v ekotoxikologii ?
 vhodné testovací organismy, zastávají řadu potravních typů – herbivoři,
fungivoři, detrivoři a carnivoři
 donedávna byli roztoči používáni jen v několika laboratorních studiích, kdy
byly užity různé druhy, látky byly aplikovány topicky či v potravě (zelené
řasy), nyní 2 testy SECOFASE a 1 test OECD
 ekotoxikologicky nejvíce využívané druhy jsou: Platynothrus peltifer a
Hypoaspis aculeifer
Terénní studie
 jejich studie jsou často spojeny do studií půdních mikročlenovců (zejména pohromadě s roztoči
+ protura, diplura, pauropoda, symphyla) - velikosti max 2×10mm
 existuje i ISO pro vzorkování:
ISO 23611-2 Soil quality – Sampling of soil invertebrates Part 2: Sampling and extraction of mesofauna
(Collembola and Acarida)
 i vzorkování by mělo být specifické  užití vzorkovače, aby se nepoškodili členovci
 válečky se zabalí a skladují v chladu (5-10°C)
 extrakční techniky jsou založeny buď na chování zvířat (aktivní),
či na jejich velikosti, hmotnosti, hydrofobicitě, hustotě apod. (=pasivní)
 https://www.youtube.com/watch?v=ccOALkRwtHQ
Terénní studie
 vysokogradientová dynamická extrakce, vychází z Tullgrenova extraktoru - teplotní, světelný a vlhkostní gradient chvostoskoci
se přemístí do kontrolovaného média - výhodou je zisk živých organismů
 pro fixaci se nádobka dole naplní 70% ethanolem a 5% glycerinem, či polyethylenglykolem pro pozorování živých jen vodou
 doba extrakce 12-48 hod.
 https://www.youtube.com/watch?v=yWFyA2H9jos
Terénní studie
pasivní metody: zejména flotační
 vzorky nejprve v 80% ethanolu, pak vlastní extrakce
 extrakční medium (heptan-voda ... směs olej-voda,
tetrachlormethan, roztoky solí NaCl, CaCl2, K2CO3 ..., )
Terénní studie
Identifikace:
 bylo by možno zaměnit s roztoči (ale zpravidla neemají tykadla),
diplopoda v prvním instaru (na hlavě mají viditelná kusadla),
pauropoda v prvním instaru (mají větvená tykadla)
 rozlišují se výrazné ekologické skupiny či taxonomické skupiny:
 ONLINE KLÍČE:
 http://webhost.ua.ac.be/collembola/doc/fsetgen.htm
Terénní studie
• populace se mění po zásahu
pesticidů
• poté po vymizení chemikálií se
obnovuje celková abundance
• ale jednotlivé druhy, tj. struktura
společenstva se stále odlišuje od
kontroly
•  nutnost sledovat celé
společenstvo
Terénní studie
- polní pokus s herbicidy v dávce 2× a 6×
doporučené dávky
- dávka 2× neměla výrazný efekt na abundance,
ale dávka 6× redukovala abundance
mikročlenovců
- zejména v horní vrstvičce půdy 0-7,5 cm
Terénní studie
- chvostoskoci byli identifikováni do druhů
- efekty se lišily u různých druhů
Terénní studie
Using Collembola to assess the risks of applying metal-rich sewage sludge to
agricultural land in western Scotland
 The environmental impact of applying metal-rich sewage sludge to agricultural land was
assessed using Collembola.
 A combination of pitfall trapping and suction sampling was used to monitor
epigeal/hemiedaphic Collembola on a small plot field trial in the west of Scotland.
 Four sludge treatments were investigated: cadmium-rich sludge, zinc-rich sludge,
uncontaminated sludge and a no-sludge control.
 It was found that the abundance of Lepidocyrtus cyaneus and Isotoma viridis was
significantly lower in plots receiving cadmium-rich sludge than those receiving
uncontaminated sludge.
 Isotoma anglicana was not influenced by the presence of metals in sludge and
Isotomurus palustris was actually favoured by the application of metal-rich sludge.
Hlístice
Hlístice – biologie, ekologie, význam
Kmen: hlísti (Nemathelminthes)
Třída: hlístice (Nematoda)
 válcovití červi bez článkovitého těla, neobrvení
0,5 - 2 mm délky
 v půdách nejpočetnější zastoupení z mnohobuněčných
(1g lesního humusu - až 2000 jedinců); 107 na 1 m2
 biomasa až 0,2 t / ha
 řád háďátka (Tylenchida) - háďátko řepné
(Heterodera schachtii), r. Plectus, Bunodema, Tylenchus
 řád háďata (Rhabditida) – Panagrellus redivivus, r. Rhabditis
Hlístice
4 svaly = esovitý pohyb
Hlístice
Hlístice
 jsou velmi významné při rozkladu organických látek v půdách, tím, že
konzumují primární dekompozitory; stimulují mineralizaci organických látek,
zejména dusíku; částečně i mechanicky kypří půdu
 většinou saprofágové, poloparazité, méně parazité: živí se bakteriemi,
rostlinami, houbami, i predátoři
 rozdělení na fytofágy (endoparazitní a ektoparazitní), mikrobivory, fungivory,
omnivory a predátory - toto rozdělení je důležité a identifikačním znakem
bývá podoba ústního ústrojí
 suché období dovedou přečkat v podobě cyst
Společenstva nematod reálných půd

ISO 23611-4 (2007): Soil quality -- Sampling of soil invertebrates --
Part 4: Sampling, extraction and identification of soil-inhabiting
nematodes
Společenstva nematod reálných půd - 2
Příklad
- 1-2 týdny působení těžkých kovů
 byly prováděny studie sledující celkové abundance nematod pod
vlivem stresových faktorů
 parametry složení společenstva se ukázaly více citlivé
Společenstva nematod reálných půd - 3
 kromě analýz druhové diverzity se rozlišují skupiny
 hlavní skupiny, které se rozlišují jsou:
1. bakterivoři, mikrobivoři - konzumují půdní bakterie
2. fungivoři - konzumují hyfy a mycelia hub
3. herbivoři, fytofágové - jsou parazité rostlin
4. omnivoři - různé zdroje potravy, houby řasy, bakterie, malí bezobratlí
5. carnivoři, pradátoři - loví nematody a malé brzobratlé
Pozn.: skupina Tylenchidae se někdy nazývá "plant associated nematoda"
Společenstva nematod reálných půd - 4
Hlístice
(Nematoda)
ústní ústrojí
Společenstva nematod reálných půd - 5
Společenstva nematod reálných půd - 6
 odběry půd pro identifikaci nematod jsou buď jako půdní jádra (výhoda, že známe objem, povrch a lze
přepočítat na m2), či vrchních 15 - 30cm půdy
Metody extrakce:
 aktivní - založené na mobilitě nematod
Baermannova metoda a její modifikace: půda zabalená
v látce či papíru; ponoření do vody, nematoda vyplavou
do vody během cca 14 dnů vysoká výtěžnost
 pasivní - nezávisí na pohybu nematod
centrifugační, cedící a floatační metody; půda se zředí vodou; použijí se různá síta
 extrakce cyst
cysty obsahují vzduch a plavou na povrchu suspenze; opět se užijí různá síta - výtěžnost až 70% cyst
Vyhodnocení
 nematody se počítají a identifikují (např. dle Bongerse, 1988) fixovány ve 4% formalinu při zvětšení 400 -
1000× (nejméně 150 nematod)
https://www.youtube.com/watch?v=MWvCB9JIC88
https://www.youtube.com/watch?v=pXq_9L2EzqU
https://www.youtube.com/watch?v=x_X08MdV5qk
Společenstva nematod reálných půd - 7
Vyhodnocení jako diverzita půdních nematod
 někdy se vyhodnocují indexy (Shannon) a specifické parametry např.
procento omnivorů, procento tzv. "Dauer larvae" u rhabditid ...
kde N je množství individuí identifikovaných, S je množství taxonů, p je proporce
jedinců určitého taxonu
 diverzita taxonomická je silně ovlivňována texturou, sezóními fluktuacemi,
vegetačním typem, zemědělským managementem, predátory ....
Společenstva nematod reálných půd - 8
Maturity index (MI):
kde v(i) je c-p (coloniser-persister hodnota) hodnota taxonu i a f(i) je
frekvence se kterou se taxon vyskytuje; nezahrnují se rostinně-parazitické
rody; v půdách pod stresem těžkých kovů se nezahrnují c-p=1
(enrichment opportunists), neboť se silně liší mikrobiální aktivita půd
 je ekologickou mírou stavu sukcese
 jak je vidět ze vzorečku je váženým průměrem c-p hodnot
 c-p hodnoty reflektují pozici taxonu na škále r-K strategie
Společenstva nematod reálných
půd - 9
Společenstva nematod reálných půd - 10
Plant parasitic index (PPI)
 počítá se stejně jako MI, ale jen pro rody krmící se (parazitující) rostlinami
(zejména rody Tylenchus, Cephalenchus, Meloidogyne, Heterodera,
Helicotylenchus, Pratylenchus a Paratylenchus)
 dříve se tyto rody počítaly do MI a tím se snižovala jeho citlivost, neboť
byly prokázány inverzní vztahy mezi MI a PPI
 existuje poměr MI/PPI, který se tím pádem stává ještě citlivější na
hodnocení vlivů na společenstva nematod
Společenstva nematod reálných půd - 11
Příklad
- 10 let působení mědi na lokalitách s různým pH půdy
- u obou přístupů jednoznačná souvislost mezi ekotoxickým účinkem mědi a pH: ve variantách s
nižším pH byla vyšší extrahovatelnost Cu chloridem vápenatým, tudíž i očekávaná vyšší
koncentrace v půdním roztoku  vyšší biodostupnost
Společenstva nematod reálných půd - 12
Příklad
- prokázána vyšší citlivost parametrů složení společenstva než celkové abundance
- Na kombinace pH a kontaminace mědí různě reagovaly bakterivorní a fungivorní nematody
- jako citlivé se ukázaly predátoři a omnivorní (díky tomu, že jsou to většinou K stratégové
Společenstva nematod reálných půd - 13
Příklad
- sledován efekt depozice amoniaku unikajícího z farmy drůbeže na společenstvo nematod v půdě
borovicového lesa
- correlation between NH3 deposition and plant-feeding nematods and insect associated Dauer
larvae
- decreasing proportions of bacterial-feeding nematodes and fungal-feeding and omnivorous
nematodes
- increase in PPI and decrease in MI
Společenstva nematod reálných půd - 14
Příklad
- Popovici (1994) studied the effect of exhaust fumes and fine powder discharged from a
metallurgical plant on the soil nematode communities in forest agroecosystems
- As lead and copper pollution increased, nematode abundance decreased; diversity (H') and
maturity index (MI) also decreased.
- The percentage of r-strategists (bacterivores) increased from 50 to 72%, while plant-feeding
nematodes were reduced and both omnivores and predators disappeared.
- Similarly, in the vicinity of a zinc smelter in The Netherlands, Popovici and Korthals (1995) found
pollution-associated decreases in total nematodes, plant-feeding nematodes and the maturity
index; bacterial-feeders again increased.
Společenstva nematod reálných půd - 15
Příklad
- In general terms the rate of decomposition of organic matter increases following effluent
(sewage sludge  high contamination but also high organic matter content) application and can
be related to an increase in the abundance of bacterial-feeding nematodes and a decrease in
fungal-feeding nematodes.
Společenstva nematod reálných půd - 16
Příklad
- In a German cropping soil, addition of slightly contaminated sludge led to a decrease in the
proportion of plant-feeding nematodes . When additional heavy metals were added the principal
change was a five-fold increase in the proportion of what Weiss and Larink (1991) termed
predacious nematodes (we would regard the Diplogasteridae identified to be bacterial-feeding);
the omnivores (mainly Dorylaimida) became undetectable. A New Zealand pasture showed
broadly similar trends, with increases in bacterial-feeders and predators and a decrease in
omnivores
Ostatní bezobratlí v půdě a na půdě
Další členovci
 kromě chvostoskoků, roztočů a stejnonožců, kteří jsou nejvíce využívaní v
ekotoxikologii, se používají i další skupiny členovců
 v půdě jsou významní zástupci všech tří podkmenů Arthropoda:
 klepítkaci (Chelicerata) – zejména roztoči, pavouci, štírci, sekáči
 korýši (Crustacea) – jen stejnonožci (Isopoda)
 vzdušnicovci (Tracheata)
 velice zásadní skupina veliká pestrost
 dnes dva podkmeny:
 šestinozí (Hexapoda) a stonožkovci (Myriapoda)
Typy členovců
 Shredders (okusovači)
 Predators (dravci)
 Herbivores (hebivoři)
 Fungal-feeders (fungivoři)
Pavouci, sekáči
Kmen: členovci (Arthropoda)
Podkmen: klepítkatci (Chelicerata)
Třída: pavoukovci (Arachnida)
Řády: sekáči (Opilionida), pavouci (Aranae), štírci (Pseudoscorpiones)
Pavouci
 draví – hmyz, drobní živočichové
 až 100 ks / m2
 sklípkánci (Atypidae) hloubí svislé nory v půdě až 15 cm, nory také rod
 slíďáci (čeleď Lycosidae) – doupata v půdě – r. Lycosa, Trochosa, nebo žijí v
opadance r. Pardosa
 plachetkovití, r. Linyphiidae
Sekáči
 většinou také predátoři, často ale i rostlinná strava
 hlavně rody Opilio, Oligolophus, Phalangium, Platybunus, Trogulus
Stonožkovci - Myriapoda
Kmen: členovci (Arthropoda)
Podkmen: Vzdušnicovci (Tracheata)
Nadtřída: stonožkovci (Myriapoda)
 je známo, že extrémně akumulují těžké kovy, a letální účinky se projevují
až při plném nasycení akumulační kapacity – makrokoncentrátoři –
vhodné pro indikaci znečištěného prostředí
Stonožky
Kmen: členovci (Arthropoda)
Podkmen: Vzdušnicovci (Tracheata)
Nadtřída: stonožkovci (Myriapoda)
Třída: stonožky (Chilopoda)
 jsou dravé, loví žížaly, isopoda, larvy hmyzu
 na každém článku pár nohou, první pár nohou uchopovací s jedovými žlázami
 Lithobius, Geophilus, Scolopendra
Mnohonožky
Kmen: členovci (Arthropoda)
Podkmen: Vzdušnicovci (Tracheata)
Nadtřída: stonožkovci (Myriapoda)
Třída: mnohonožky (Diplopoda)
 saprofágní, konzumují rostlinné zbytky a drobí je tím na menší kousky, tím jsou velmi
významní
 obývají horní vrstvy půdy - výrazná expozice látkám
 Julidae, Glomeridae, Polydesmidae, Polyzonidae
Mnohonožky
The 70 kD heat shock protein (hsp 70) in soil invertebrates: a possible
tool for monitoring environmental toxicants
 The expression of hsp 70 after heat shock or exposure to heavy
metals/molluscicides was investigated by fluorography or immunoblot in three
diplopods (Glomeris marginata, Cylindroiulus punctatus, Tachypodoiulus
niger), two slugs (Deroceras reticulatum, Arion ater), and one isopod (Oniscus
asellus).
 In O. asellus, hsp 70 expression occurred after heat shock and also after lead
treatment, whereby a solution of 100 mg/kg Pb2+ was sufficient.
 Animals of the same species taken from a heavy metal polluted site in the vicinity
of a lead/zinc smelter also showed the presence of hsp 70.
 The comparison of laboratory and field experiments demonstrated the suitability of
O. asellus for monitoring tests.
 In contrast, the blot pattern after contamination with 1,000 mg/kg Pb2+ (in the
mentioned diplopods) or different concentrations of the molluscicide Cloethocarb
(BASF, FRG) (slugs) showed no differences compared to the respective control
group.
Kmen: členovci (Arthropoda)
Podkmen: šestinozí (Hexapoda)
 Hexapoda mají zřejmě největší význam z celé půdní fauny – konzumují OM,
drobí rezidua, kypří půdu, trusem přispívá k tvorbě kvalitní půdní OM a půdní
struktuře
 Hexapoda zahrnují také třídu entognatha (skrytočelistní): řády
vidličnatky a hmyzenky, které mají pro půdu malý význam, a řád
chvostoskoci (Collembola), kteří mají pro půdu veliký význam
 Třída: jevnočelistní, hmyz (Ectognatha, Insecta )
 pro půdu zásadní zejména jejich larvy
 zejména podtřída: křídlatí (Pterygota) a její řády
Hexapoda - šestinozí
Insecta – hmyz významný v půdě
řád dvoukřídlí (Diptera)
 jejich larvy významná saprofágní funkce, dekompozice
OM, zejména
 čeleď tiplicovití (Tipulidae) – larvy se živí rostlinným
materiálem, r.Tipulida, Pales
 čeleď muchnicovití (Bibionidae) - kladou vajíčka do půd,
živí se tlejícím listím a kořínky rostlin, r. Bibio
řád blanokřídlí (Hymenoptera )
 čeleď mravenci (Formicoidea) – ovlivňují fyzikální i
chemické vlastnosti půd, budován í chodeb,
provzdušnění půdy, u mravenišť a v okolí
zakoncentrované mikroorganismy a kationty, r. Formica,
Tetramorium, Lasius, Campognotus
Insecta – hmyz významný v půdě
řád brouci (Coleoptera)
 draví i saprofágní + larvy žijící v půdě; asi 400 tis
druhů, 6000 v ČR
masožraví:
 čeleď Carabidae (střevlíci) – v noci chytají hmyz a larvy, r.
Carabus, Calosoma, Pterostichus
 čeleď Cicindilidae (svižníci) – larvy mají pod zemí chodby,
kam tahají polapenou kořist, r. Cicindela
všežraví:
 čeleď Silphidae (mrchožroutovití) – rozkládají a požírají
mršiny, larvy hrobaříků, r. Necrophorus
 čeleď Staphylinidae (drabčíci) – horní vrstvy půdy,
hrabanka – většinou masožraví, r. Oxyporus, Paederus,
Staphylinus
 čeleď Elateridae (kovaříkovití) – tenké larvy – drátovci,
ožírají kořínky, masožravé, či trouchnivějící dřevo, r.
Adelocera, Corymbites
 čeleď Scarabaeidae (vrubounovití) – do půdy vtahuje trus,
r. Geotrupes
Polní studie
 jsou dostatečně velcí, na rozdíl od mikročlenovců (roztoči, chvostoskoci), aby šli extrahovat jako jednotlivci
 i rozdíl mezi těmito skupinami je spíše v tom, co získáme extrakcí, než nějaké taxonomické hranice
 zisk síty či manuálním vybíráním, Tullgrenova extrakce či zemní pasti
https://www.youtube.com/watch?v=4k7I4cdKnMI
https://www.youtube.com/watch?v=GGgdlMMK1_4
https://www.youtube.com/watch?v=UVXtPQf9Za0
Polní studie
Vliv pesticidu Delthamethrin na pavouky
z čeledi Linyphiidae (plachetnatkovití z
nadčeledi křižáků)
 odchyt pomocí zemních pastí
 zabývali se zejména vlivem pohybové aktivity
pavouků na jejich expozici
 bylo totiž zjištěno, že ihned po expozici se
aktivita zvýší jako tendence úniku - snižuje
expozici
Polní studie
 Non-specfic carboxylesterase and glutathione S-transferase activity was measured in
the ground beetle, Pterosthicus oblongopunctatus (Coleoptera: Carabidae), from five
sites along a gradient of heavy metal pollution.
Polní studie
Commercial farms were
examined in western
Canada to assess the
impact of two cropping
systems (annual-grain
and diversified grainforage)
and two input
systems (high level and
organic) on carabid
beetles. Pitfall traps were
used to sample beetles
over 3 years (1994–
1996).
Polní studie
Field trials were
simultaneously conducted
in Algeria, Nigeria,
Tanzania, Uganda and
Zambia between 1992 and
1995 in order to
determine the effects of
organochlorine pesticides
lindane (all countries) and
endosulfan (two countries)
on non-target arthropods
in African maize
agroecosystems.
Plži
Kmen: měkkýši (Molusca)
Třída: plži (Gastropoda)
Podtřída: plicnatí (Pulmonata)
Řád: Stylommatophora (stopkoocí)
 Žijí ve svrchní vrstvě půdy a rosltinném opadu
 Daří se jim na vápnitých půdách než kyselých
(stavba ulity), preferují teplejší a vlhčí klima
 Živí se tlejícími rostlinami, lišejníky, řasami,
někteří karnivorové – čeleď Zonitidae,
Vitrinidae
 čeledi Helicidae (hlemýžďovití), Arionidae
(plzákovití), Limacidae (slimákovití)
 významné rody Cepaea, Pomatia
 Lesy: rody Discus, Ena, Faustina
 TTP: Helicella, Pupilla, Cepea
 Kyselé mokřiny: Succinea, Vertigo
Měkkýši v půdní ekotoxikologii - 2
PROČ?
 hlemýždi integrují v reálných terestrických ekosystémech vliv
kontaminantů:
1. kontaktem - půda, výluhy, opadanka
2. příjmem potravy (půda, rostliny)
3. dýcháním
Měkkýši v půdní ekotoxikologii - 4
PROČ?
 hlemýždi - ekologický indikátor určující míru půdní kvality
 saprofágové a fytofágové
 velká část životního cyklu je v zemi: kladení vajíček, líhnutí, počáteční
stádia, hibernace ...), ale i během ostatní části života jsou v kontaktu s
půdou
 vyhovují po všech stránkách kritériím pro dobré biologické indikátory:
1. jednoduše se vzorkují a identifikují
2. jsou široce rozšířeni
3. akumulují polutanty
4. jejich ekologie je dobře známá
5. dobře se chovají v kontrolovaných podmínkách
6. jsou citliví na kontaminaci
Bioakumulace v měkkýších - 1
 mnoho studií, protože je známo, že přežívají i na lokalitách
kontaminovaných těžkými kovy
 pravděpodobně dokážou uchovávat inaktivní kovy různými mechanismy:
1. uvnitř buněk v kompartmentech (granule, váčky ...) + exkrece
2. vazba na proteiny, methanothioneiny
 mohou sloužit jako model přenosu polutantů do vyšších stupňů potravních
řetězců, protože jsou potravou mnoha savců
 organismy dle bioakumulačních schopností rozdělujeme na
mikrokoncentrátory, dekoncentrátory a makrokoncentrátory;
makrokoncentrátoři jsou nejlepším indikátorem environmentální
kontaminace
 hlemýždi jsou makrokoncentrátory spoly s isopodami, žížalami
 jsou proto významným indikátorem bioakumulace
Bioakumulace v měkkýších - 2
 studie mají většinou design chovu (18°C; v plastových krabicích; potrava
salát), kdy je podáván např. agar s kontaminanty
 po cca 30dnech se provede pitva a jenotlivé části - noha, hepatopankreas
(kde je známá vysoká akumulace látek). trávící trakt - se měří
 tkáň se homogenizuje, centrifuguje; pak se užívají gelové chromatografie,
iontově výmenná chromatografie pro analýzy proteinů (methalothioneinu)
a AAS pro analýzy kovů
Bioakumulace v měkkýších - 3
Terénní testy s hlemýždi - 1
 terénní studie s expozicí hlemýžďů na
lokalitách pro posouzení úspěšnosti
remediací
Příklad
Terénní testy s hlemýždi - 2
Příklad
Terénní testy s hlemýždi - 3
Příklad - pokr.
Terénní testy s hlemýždi - 3
Příklad - pokr.
Terestrická biota – hmyz
201
Prospěšní členovci
 tzv. beneficial arthropods
 všichni členovci, kteří nejsou škůdci
o dravci (dravý hmyz a pavoukovci) – „natural enemies“
o opylovači
 je tedy cílem, aby byly v ekosystémech zachováni
 žel insekticidy často negativně postihnou i tyto organismy
202
Opylovači
 u žádné skupiny hmyzu není tak úzká vazba ke kvetoucím rostlinám
 vztah se vyvíjel po dlouhou dobu
evoluce – příklad koevoluce
 ztráta včel jako opylovačů
= nedozírné následky v ekosystému
203
Opylovači
204
Opylovači
 včely jsou velmi citlivé na insekticidy
 látky, které jsou pro včely zvláště nebezpečné, musí být označeny
 toxicita pro včely je povinným údajem při klasifikaci chemikálií
 ALE - veškeré testy a znalosti se ale vztahují pouze k včele
medonosné
 jaká je toxicita pro ostatní tisíce druhů včel a další opylovače?
 akutní toxicita – hromadný úhyn včel, zvláště ve vazbě na chemické
postřiky v zemědělství
 chronická toxicita – základní faktor = snížení imunity (varoáza atd.)
205
Opylovači
 čmeláci = velice významní opylovači
 specifická biologie oproti včelám = kolonie s velmi malým
počtem jedinců
 současné aplikace různých
pesticidů na sousedních polích
 v praxi není koordinace mezi
farmáři: koexpozice
206
Příklad – čmeláci a pesticidy
 polní studie: aplikovány povolené dávky
o 2 individuální látky „I“ a „LC“
o současná expozice „M“ (mixed)
207
Gill et al (2012)
Terestrická biota – obratlovci - wildlife
208
Metody
 metody přímé
o pozorování (zejména optické) – zejména u velkých obratlovců
o vzorkování – odchyt reprezentativní části populace
- pasti
mrtvochytné (živočicha usmrtí) - sklapovací, oka, s vodou a jiné pasti; kladou se určitým
systémem
kvadrátová metoda – síť tvořící čtverec/čtverce (maximální velikost, ale aby podával reprezentativní
vzorek)
liniová metoda
metoda Y – pasti v linii tvořící tvar Y, plůtky směřují živočichy
živolovné – chodbičky, zapadávací dvířka ... značkování, pustění a opětovný odchyt (CMR
– catch, mark, release)
- odstřel
209
Metody
 příklad z reálu – kvadrátová metoda pro malé savce
210
Metody
 metody nepřímé
o dle stop organismů
o výkaly
o hlasové projevy – zpěv ptáků
o okus stromů
211
Metody
 příklad – studium netopýrů
212
Různé typy indikátorových druhů
213
Dale & Beyeler (2001)
Příklad - sýček
příklad současného působení více ekologických faktorů
 trávení hlodavců antikoagulačními rodenticidy
- hlodavci přežívají několik dní se sníženou vitalitou
- jsou snadnou kořistí – přenos jedu na predátora
- oslabení nebo hynutí sýčků
 nárůst početnosti kuny skalní
 mizení nízkostébelných trávníků z krajiny
Důsledek:
 snížení celkové vitality a početnosti populace
 vymizení z ekologicky méně příznivých oblastí
(horské oblasti – sníh –nedostatek potravy)
214
Příklad - sýček
215
Šťastný, Bejček a kol.: Atlas hnízdního rozšíření
ptáků v České republice 2001 – 2003.
Aventinum 2006
2001 - 2003
Počet osídlených čtverců (%):
1973 – 77 72
1985 – 89 68
2001 – 03 23
Příklad - diclofenac
 zástupce ze skupiny NSAD (nonsteroidal
antiinflammatory drugs)
 podobné účinky (tlumí projevy zánětu) jako
ibuprofen, paralen
 používání ve veterinární medicíně
 neočekávané akumulace v domácích zvířatech
 velká toxicita pro dravce (mrchožrouty)
 neočekávaná NEFROTOXICITA - akutní
mortalita
 velký problém v Indii a Pakistánu,
ale i v Evropě (Řecko, Španělsko, Itálie, Kypr)
216
Příklad – Potápka obrovská
 několik faktorů: nekontrolovaná těžba rákosu, lov, zastavění pobřeží,
eutrofizace
 umělé vysazení velkých okounů (r. Micropterus), dorůstají až 12 kg =
vyhubení 13 z 19 původních druhů ryb, vyhubení většiny krabů, okouni lovili
i mláďata potápek
 prudký pokles stavu:
1929 400 ks
1960 100 ks
1965 80 ks
1986 poslední pozorování
 poučení = vysoká citlivost stenoekních druhů ke změně prostředí
217
Příklad – Husa velká
 Skotsko, centrální a východní část, zima 1971 - 72
 přezimování cca 60 000 jedinců husy divoké, tj. cca 2/3 britské
populace
 vysoká úmrtnost ve stovkách jedinců
 hledání příčiny:
218
Příklad – Husa velká
 Berneška velká – neovlivněna
 nižší citlivost vůči carbophenothionu než husa velká
Závěry
 mezidruhové rozdíly v citlivosti
berneška velká - méně citlivá než husa velká
nutno respektovat při testech chemikálií
 velká místní koncentrace populace je rizikem
prostorová distribuce – faktor při hodnocení

219
Terestrická flora
220
Terestrická flora
 = PRODUCENTI = zásadní význam pro ekosystém
 hlavní zdroj energie a organické hmoty v ekosystémech
 zdroj kyslíku pro ostatní organismy
 ekonomicky významné organismy
 potraviny, zdroje surovin (dřevo) ....
 esteticky významné organismy
 ekotoxicita pro producenty má zásadní význam
pro celý ekosystém
221
Bioindikace pomocí rostlin
 složení rostlinných společenstev – fytocenologie
 funkce a stav rostlin
o měření fotosyntézy (produkce kyslíku, fluorescence fotosyntetických pigmentů)
o biochemické markery
o genotoxicita (mikrojádra, chromozomové aberace)
o fungování fixace dusíku, mykorhizy
 listová pokryvnost
 sledování výskytu indikátorových organismů
o mykorhitické houby
o lišejníky
o nemoci (svraštělka javorová)
 polutanty v rostlinách
222
Sledování fotosyntézy
 gazometrie (IR) - měření spotřeby CO2, produkce O2
223
Sledování fotosyntézy
 Sledování fluorescence
 impuls světla  absorbce chlorofylem  emise světla (červené)
 u poškozených rostlin změny v intenzitě a kinetice fluorescence
224
Fytocenologický snímek
 studium rostlin na úrovni rostlinných společenstev
 slouží k dosažení jednoho ze základních cílů fytocenologie = klasifikace vegetace:
o určité skupiny rostlin - rostlinná společenstva mají typickou kombinaci druhů, fyziognomii (např. les nebo
trávník) a ekologii
o skupina má vlastní latinský název, jehož základ tvoří většinou dominantní nebo charakteristický druh a
latinská koncovka podle toho, na jaké hierarchické úrovni skupina v systému stojí (třída, řád, svaz, asociace)
o https://www.sci.muni.cz/botany/vegsci/vegetace.php?lang=cz
 pomocí fytocenologických snímků lze ale odpovědět i na řadu ekologických otázek: vliv
podmínek, chování a šíření invazních druhů atd.
225
Fytocenologické snímky v různých
územích České republiky podle České
národní fytocenologické databáze.
Velikost symbolů je proporcionální
k počtu snímků.
Fytocenologický snímek
 vymezení plochy, čtverec nebo obdélník, jednotky - stovky m2
 rostliny se rozdělí dle výšky do několika vegetačních pater:
o mechorosty a lišejníky
o byliny, semenáčky dřevin
o keře a stromy s případnými liánami a epifyty
 odhadne se pokryvnost jednotlivých pater
 v každém patře se zaznamenají všechny druhy včetně odhadu plochy, kterou pokrývají (v
procentech nebo speciální stupnice – sedmičlenná Braun-Blanquetova nebo
jedenáctičlenná Dominova)
 zaznamenávají se i jiné informace, samozřejmě přesná poloha a datum, ale i sklon svahu a
jeho orientace ke světovým stranám
 mohou se také odebrat vzorky půdy na pozdější analýzy (např. pH a další chemické
analýzy)
226
LAI – index listové pokryvnosti
 množství listoví - základní ekologický indikátor
 defoliace jako bioindikátor stresu
 porosty kulturních rostlin 4-8
 středně husté smrkové porosty 3-5
 borovice lesní 20 let – bez přihnojování 2,8 - 4,4
 borovice lesní 20 let – s přihnojováním 5,5 - 9,4
227
LA – celková listová plocha [m2]
LAI – index listové plochy = LA : P
LAD – hustota listoví = LA : V
V
P [m2]
LAI – index listové pokryvnosti
 hustota vegetace ovlivňuje depozici povrchu např. při
atmosférické depozici nebo při aplikaci pesticidů
 samozřejmě, že se toto mění i během roku
228
insekticidy
(dimethoate, cypermethrin)
X půdní brouci
na ječmenném poli
Ps = Pa exp (k . LAI)
kde je:
Ps množství pesticidu, které dosáhne povrch půdy (g/ha)
Pa množství pesticidu aplikované na pozemek (g/ha)
k koeficient záchytu pesticidu
(v dané případě k = - 0,479)
LAI listový plošný index (m2. m-2)
Lišejníky - příklad
Stav lišejníků reaguje citlivě na kvalitu ovzduší
Proč lišejníky?
 Zvýšený přístup imisí
 Anatomická stavba stélky
 Vodní režim
 Intenzita metabolismu
 Symbiotická podstata lišejníků
 Integrace imisní zátěže (látková, koncentrační a časová)
229
Lišejníky - příklad
Hlavní metodické přístupy
 metody fyziologické (pokles intenzity fotosyntézy, dýchání a čisté produkce,
snížení obsahu chlorofylu a přítomnost feofytinu, stanovení pH a vodivosti
lišejníkové stélky, redukce fosfatázové aktivity, metabolismus aminokyselin)
 metody morfologicko – anatomické (stupnice 1 až 0: stélky normálně
vyvinuté, stélky zakrnělé, případně mírně poškozené, stélky s výraznými
stopami poškození, stélky z velké části odumřelé, stélky zcela odumřelé ...)
230
Lišejníky - příklad
Hlavní metodické přístupy
 metody floristické – chorologické (mapování
rozšíření indikačních druhů, stupnice citlivosti
indikačních druhů)
231
Lišejníky - příklad
Hlavní metodické přístupy
 metody fytocenologické
o index IAP (Index of Atmospheric Purity)
- n - celkový počet nalezených druhů lišejníků na daném stromě
- Q - ekologický index každého druhu lišejníku, udávající průměrný počet
doprovodných druhů na všech stanovištích, kde se nacházel
- f - hodnota abundance nebo frekvence podle odhadové stupnice
o index L
- m - počet indikačních druhů nalezených na daném stromě
- q - ekologický index citlivosti druhu k imisím (vyšší q = vyšší citlivost)
- f - kvantitativní zastoupení druhu podle odhadové stupnice
- v - vitalita druhu podle odhadové stupnice
232
Σ1
n (Q . f)
IAP = --------------
10
Σ1
m q . f .v
Lišejníky - příklad
Hlavní metodické přístupy
 metody fytocenologické
o index L
o Rozsah indexu L v horských
smrčinách v našich pohraničních
pohořích v 80. letech 20. století
233
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Jizerské hory
Krkonoše
Orlické hory
Kralický Sněžník
Novohradské hory
Lišejníky - příklad
Hlavní metodické přístupy
 metody fytocenologické
o indikační kapacity - ústup lišejníků - etapy ústupu:
- snižování vitality (= v z L indexu)
- snižování abundance (= f z L indexu)
- snižování počtu druhů (= q z L indexu)
234
abundance vitalita
(f) (v)
„původní stav bez imisí“,
stav bez dlouhodobých vlivů
CJ reálné modelové modelové stav bez krátko- a
střednědobých vlivů
CK reálné reálné modelové stav bez krátkodobých vlivů
současný stav,
CL je totožná s indexem L
CL reálné reálné reálné
zastoupení
druhů (m,q)
charakteristika
CI modelové modelové modelové
Indikační
kapacita
Lišejníky - příklad
Hlavní metodické přístupy
 metody fytocenologické
o indikační kapacity - ústup lišejníků - etapy ústupu
o modelové příklady dynamiky ústupu lišejníků
235
0
20
40
60
80
100
CI CJ CK CL
rovnoměrný ústup
*současný ústup na úrovni druhů,
abundance i vitality
0
20
40
60
80
100
CI CJ CK CL
dlouhodobý ústup
*převažuje ústup na úrovni druhů
*předpoklad dlouhodobého
působení imisí
0
20
40
60
80
100
CI CJ CK CL
střednědobý ústup
*převažuje ústup na úrovni
abundance
0
20
40
60
80
100
CI CJ CK CL
krátkodobý ústup
*převažuje ústup na úrovni vitality
*předpoklad náhlého zvýšení
imisní zátěže v nedávné době
Lišejníky - příklad
Hlavní metodické přístupy
 metody fytocenologické
o indikační kapacity - ústup lišejníků - etapy ústupu
o KRNAP
Lišejníky - příklad
Hlavní metodické přístupy
 metody chemicko-analytické - lišejníky jako materiál pro chemickou analýzu
237
Koncentrace Pb (mg/kg suš.) v
lišejníku Hypogymnia physodes
Příklad - rozpad smrkových porostů v ČR
 příklad komplexního působení několika faktorů
 horské oblasti ČR, 2. polovina 20. století
 první příčina – smrkové monokultury v nevhodných oblastech (mělký
kořenový systém – malá odolnost vůči větru, šíření škůdců)
 druhá příčina – kyselé deště v důsledku spalování hnědého uhlí s vysokým
obsahem síry
o okyselování půdy (poškození kořenových systémů, vliv na příjem živin, uvolnění
toxického Al ...)
o přímý vliv na nadzemní části rostlin (květy a mladé výhonky – nejzranitelnější,
poškození epikutilárního vosku)
o přímý úhyn stromů či oslabení – podlehnutí dalším stresorům (sníh, škůdci – kůrovcové
kalamity)
238
Příklad - rozpad smrkových porostů v ČR
239SO2 v ovzduší v 90. letech
Příklad - rozpad smrkových porostů v ČR
240
Příklad - rozpad smrkových porostů v ČR
241
Příklad - rozpad smrkových porostů v ČR
komplexního působení faktorů
 vymývání živin
 toxické působení hliníkových iontů
 nedostatek Mg – pokles fotosyntézy
 vynakládání energie na obnovu kořenů
 únik kořenů k povrchu – vývraty, mráz
 akutní působení imisí na jehličí
 přebytek dusíku
 celkové snížení vitality stromu
 nedostatečná odolnost k: abiotickým faktorům (sucho, mráz, vítr)
biotickým faktorům (houby, hmyz)
 výsledek – úhyn stromu
242
Příklad - rozpad smrkových porostů v ČR
komplexního působení faktorů
243
Příklad - rozpad smrkových porostů v ČR
 škůdci – kůrovec, bekyně, korovnice
244
Příklad - rozpad smrkových porostů v ČR
 škůdci – kovaříci, kozlíček, lýkohub
245
Příklad - rozpad smrkových porostů v ČR
 škůdci – obaleč modřínový, pilatka, pilořitka
246
Příklad - rozpad smrkových porostů v ČR
 nepřátelé škůdců – lumci, střevlíci, slunéčka, mravenci atd.
247
další stresor: aplikace insekticidů
 velkoplošná aplikace insekticidů: 1978 – 1983
 použité přípravky: Actellic 50 EC (pirimiphosmethyl
– organofosfát, krátké přetrvávání v přírodě) a
Ambush 25 EC (permetrin - pyrethroid,
nebezpečný i pro studenokrevné živočichy)
 účinnost zásahu: housenky opadávaly ze stromů
hodinu po zásahu, průměrná účinnost 81%,
celkově zásah zachránil asi 50% jehlic
248
Příklad - rozpad smrkových porostů v ČR
Příklad - rozpad smrkových porostů v ČR
další stresor: aplikace insekticidů - vedlejší vlivy:
 výsledky sledování - na 1 m2 pod korunami
- 230 – 250 housenek obaleče
- 70 – 230 jedinců dalšího hmyzu
 u hmyzu létajícího nad povrchem půdy – klesl počet jedinců na 40%, později na 20-30%
proti kontrole – zvyšování stavů po 14 dnech
 velmi negativní, až drastický vliv na faunu potoků – larvy vodního hmyzu zasaženy a
unášeny proudem: 10 – 30 x více proti normálu – nejcitlivější pošvatky
 dlouhodobý vliv na populace hmyzožravých ptáků
249
Králíček obecný (Regulus regulus) Drozd zpěvný (Turdus philomelos)
Literatura
Pankhurst, C.E., Doube, B.M., Gupta, V.V.S.R. (1997): Biological indicators of soil health. CAB International, Wallingford. ISBN 0851991580.
Doran, J. W., Parkin, T. B. (1994): Defining and assessing soil quality. In: Defining soil quality for a sustainable environment. SSSA special publication number 35.
SSSA, Inc., American Society of Agronomy, Inc. Madison, Wisconsin, USA, 1994, pp. 3 – 21.
Sáňka, M., Materna, J. (2004): Indikátory kvality zemědělských a lesních půd ČR. Edice Planeta. Odborný časopis pro životní prostředí. Ročník XII, číslo 11/2004,
ISSN 1213-3393.
Jensen J. & Mesman M. (2006). Ecological risk assessment of contaminated land. Decision support for site specific investigations. Report 711701047. RIVM,
Netherlands
Doelman P. & Eijsackers H.J.P. (2004): Vital Soil - Function, Value and Properties. Elsevier. 358 p. ISBN: 0-444-51772-3
Maier, R.N., Pepper, I.L, Gerba, C.P. (2000): Environmental Microbiology. Academic Press, ISBN: 0124975704, 608 pp.
Atlas, R.M., Bartha, R. (1997): Microbial Ecology: Fundamentals and Applications (4th Edition). Addison-Wesley Pub Co, ISBN: 0805306552, 306 pp.
Paul, E.A., Clark, F.E. (1996): Soil Microbiology and Biochemistry. Academic Press, ISBN: 0125468067, 340 pp.
Tate, R.L. (2000): Soil Microbiology (2nd Edition). John Wiley & Sons, ISBN: 0471317918, 536 pp.
Alef, K., Nannipieri, P. (1995): Methods in Applied Soil Microbiology and Biochemistry. Academic Press, ISBN: 0125138407, 576 pp.
Burlage, R.S., Atlas, R., Stahl, D. (1998): Techniques in Microbial Ecology. Oxford University Press, ISBN: 0195092236.
Hurst, C.J., Crawford, R.L., Knudsen, G.R. (2002): Manual of Environmental Microbiology. Amer Society for Microbiology, ISBN: 155581199X, 1138 pp.
Pepper, I., Gerba, C. (2005): Environmental Microbiology: A Laboratory Manual. Academic Press.
Gill, R., Ramos-Rodriguez, O. & Raine, N. Combined pesticide exposure severely affects individual- and colony-level traits in bees. Nature 491, 105–108 (2012).
https://doi.org/10.1038/nature11585
250