Říční ekosystémy
Z4825
9. Znečištění a kombinace stresorů
Mgr. Karel Brabec, Ph.D.
brabec@sci.muni.cz
SYLABUS
1. Fluviální struktury a procesy, říční síť a krajina, fyzikální charakteristiky
2. Chemické charakteristiky, cykly látek
3. Sedimenty, hydraulické faktory, typy substrátu, organická hmota a procesy
4. Říční biota – mikroorganismy, řasy, makrofyta, produkce a dekompozice
5. Říční biota – bezobratlí živočichové
6. Říční biota – ryby a další obratlovci
7. Potravní sítě, toky látek a energie
8. Regulace a morfologická degradace vodních toků
9. Znečištění vodních toků a kombinace stresorů
10. Vodohospodářské strategie, hodnocení stavu vod
11. Ochrana a revitalizace říčních ekosystémů
12. Případové studie
13. Exkurze: regulovaný tok v městské krajině
DISTURBANCE
Disturbance (narušení) je z biologického hlediska dočasná změna
obvyklých podmínek způsobující podstatnou změnu v
ekosystému.
Může se jednat o změnu náhlou nebo postupnou, obvykle však
vede k odstranění velkého množství biomasy, jedinců, příp. i
druhů. Narušuje ekosystém, jeho složení, strukturu a funkci.
Příčiny disturbancí:
abiotické – oheň (po zásahu blesku), záplavy a vodní eroze (povodně, tsunami), vítr
(polomy, hurikány), tektonická aktivita (zemětřesení, sopka)
biotické – člověk (vykácení lesa, vypalování porostů), býložravci (odtrávnění
dlouhodobou pastvou), hmyz a patogenní organismy (kůrovec, sarančata, houby)
https://cs.wikipedia.org/wiki/Disturbance
Disturbance + reakce
TYPY DISTURBANCÍ
- pulsy – krátkodobé události, které mají výrazný vrchol intenzity
- tlaky – dlouhodobé jevy, stabilní v síle působení
- kolísající tlaky (ramp) – dlouhodobé jevy, časově proměnlivá
intenzita
- přirozené
- antropogenní
(změna přirozených jevů – sedimentace; vnos nových látek –
chlorované uhlovodíky PCB)
TYPY DISTURBANCÍ - PULSY
pulsy – krátkodobé události, které mají výrazný vrchol intenzity
Downes et al., 2002. Monitoring Ecological Impacts - Concepts and practice in flowing waters
TYPY DISTURBANCÍ - TLAKY
tlaky – dlouhodobé jevy, stabilní v síle působení
Downes et al., 2002. Monitoring Ecological Impacts - Concepts and practice in flowing waters
TYPY DISTURBANCÍ – KOLÍSAJÍCÍ TLAKY
kolísající tlaky (ramp) – dlouhodobé jevy, časově proměnlivá
intenzita
Downes et al., 2002. Monitoring Ecological Impacts - Concepts and practice in flowing waters
REZISTENCE X REZILIENCE
- rezistence (akt vzdorování nebo schopnost vzdorovat)
- rezilience (schopnost vyrovnat se se změnou)
ZNEČIŠTĚNÍ
- bodové (odpadní vody – nečištěné/čištěné; průmyslové
provozy, důlní činnost, rybí farmy)
- plošné (hnojiva, pesticidy), eroze, meliorace
BODOVÉ ZNEČIŠTĚNÍ VOD
průmyslové odpadní vody
- papírenský, chemický, cukrovary/škrobárny, další potravinářský
průmysl, textilní a koželužský p., těžba a úprava rud a uhlí,
sklářský a keramický p., hutnictví železa, elektrárny,
kovoprůmysl
zemědělské odpadní vody
- kejda/močůvka, ropné látky a skladované pesticidy, silážní vody
komunální odpadní vody
- jednotná a oddělená kanalizace
ZNEČIŠTĚNÍ
- organické látky (lehce rozložitelné x perzistentní)
- eutrofizace
- pesticidy
- salinizace
- acidifikace
- ropné produkty
- léčiva, hormony
ORGANICKÉ ZNEČIŠTĚNÍ
– BIOLOGICKY LEHCE ROZLOŽITELNÉ LÁTKY
- ukazatelem rozložitelnosti je BSK5:CHSKCr (L>0,4>T)
- 50% látky se rozloží do 2-3 dnů (CO2, H2O, NH4
+)
- splaškové vody, zemědělství (úniky ze siláží, odpad živočišné
výroby), průmysl (potravinářský, papírnický, textilní)
- přírodní (výluh z půdy, rozklad organických materiálů na
povrchu, vylučování a rozklad vodních organismů)
- při vyšších koncentracích negativní vliv na kyslíkový režim
- biota: menší množství – zvětšení potravní nabídky; ve větší míře
je limitujícím faktorem pokles kyslíku a vznik dalších látek CO2,
amoniak, metan, sirovodík
- saprobní systém
organické látky
eutrofizace
pesticidy
salinizace
acidifikace
ropné produkty
léčiva, hormony
ORGANICKÉ ZNEČIŠTĚNÍ
– BIOLOGICKY OBTÍŽNĚ ROZLOŽITELNÉ LÁTKY
- perzistentní látky – akumulace v sedimentech a prostřednictvím
potravních řetězců biomagnifikace
- často toxické, karcinogenní, teratogenní (embryotoxické) účinky
- čím je polymer (polysacharid) fylogeneticky starší, tím více
existuje organismů, které jsou schopny ho rozkládat
(celulóza>chitin, keratin>lignin)
- s větvením uhlovodíků rezistence k rozkladu stoupá
organické látky
eutrofizace
pesticidy
salinizace
acidifikace
ropné produkty
léčiva, hormony
Adámek a kol. 2014. Aplikovaná hydrobiologie,
EUTROFIZACE
- jevy související s koncentrací a biodostupností forem dusíku a
fosforu (makronutrienty)
- trofie je stav, eutrofizace (hypertrofizace) je proces
- akcelerace primární produkce: kromě vysoké koncentrace živin
(trofický potenciál) i další faktory (zdržení vody, oteplení, výška
vodního sloupce)
organické látky
eutrofizace
pesticidy
salinizace
acidifikace
ropné produkty
léčiva, hormony
EUTROFIZACE
PESTICIDY
- ochrana užitkových rostlin a živočichů
- proti plevelům, houbám a živočišným škůdcům
- ve vodním hospodářství: likvidace vodních rostlin, redukce
zooplanktonu, antiparazitární ošetření
- insekticidy: toxické i pro necílové organismy (zvýšení driftu po
postřiku v Krkonoších – za 3-24 hodin po zásahu byla mortalita
pošvatek 80-88 %, 58-75 % u chrostíků a 70 % u pakomárů);
DDT
- herbicidy: odumření makrofyt, narušení rovnováhy kyslíku a
oxidu uhličitého
organické látky
eutrofizace
pesticidy
salinizace
acidifikace
ropné produkty
léčiva, hormony
SALINIZACE
- přirozená salinita (geologické a klimatické poměry)
- antropogenní vlivy – odpadní vody, těžby, zemědělství
- Austrálie, Španělsko
- zavlažování a odčerpávání říční vody
organické látky
eutrofizace
pesticidy
salinizace
acidifikace
ropné produkty
léčiva, hormony
ACIDIFIKACE
- imise v suché depozici a plynné (mokré) depozice
- oxidy síry a dusíku
- zařízení na výrobu tepla a elektřiny (EU 60 % SOx a 20 % NOx)
- kyseliny narušují systém hydrogenkarbonátové rovnováhy
- indikátorem acidifikace je alkalinita
- dalším významným hydrochemickým efektem je změna
rozpustnosti kovů a jejich speciace (se snižujícím se pH roste
koncentrace biodostupných sloučenin kovů)
- pufrační schopnosti hornin
- acidosenzitivní (plži, mlži, korýši, máloštětinatci) a
acidotolerantní organismy (vážky, brouci, komáři, pakomáři)
organické látky
eutrofizace
pesticidy
salinizace
acidifikace
ropné produkty
léčiva, hormony
ROPNÉ PRODUKTY
- přímá toxicita nebo fyzikální udušení
organické látky
eutrofizace
pesticidy
salinizace
acidifikace
ropné produkty
léčiva, hormony
Adámek a kol. 2014. Aplikovaná hydrobiologie,
ENDOKRINNÍ DISRUPTORY A LÉČIVA
Endokrinní disruptory
- ovlivňují funkčnost endokrinního systému
- narušují reprodukční, endokrinní, imunitní a nervový systém
- ovlivnění embryonálního a ranně postnatálního vývoje
- PCB, dioxiny, PAU, DDT, rtuť, olovo
- feminizace přírodních populací
- odpadní vody z ČOV
Farmaceuticky aktivní látky – analgetika, antibiotika, syntetické
steroidy používané jako antikoncepce, kofein, růstové hormony
- některé z nich endokrinní disruptory (růstové hormony
využívané v chovech hospodářských zvířat)
organické látky
eutrofizace
pesticidy
salinizace
acidifikace
ropné produkty
léčiva, hormony
POVRCHOVĚ AKTIVNÍ LÁTKY
- tenzidy a detergenty – praní a čištění
- anionické tenzidy (mýdlo)
- kationické (avivážní prostředky – antistatická úprava
syntetických tkanin po praní, vlasové kondicionéry)
- pěnění vody v turbulentních podmínkách, eutrofizace
(polyfosforečnany)
- ovlivňují rozpustnost kyslíku ve vodě (samočistící procesy)
- biodegradabilita, toxicita, trofizace
RADIONUKLIDY
- odpadní (chladící) vody z elektráren, průmysl, zdravotnictví
- těžba a zpracování uranové rudy
- účinky somatické a genetické
- radiosenzitivnost se zvětšuje od vývojově nižších k vyšším a
zmenšuje se od mladších jedinců ke starším
Adámek a kol. 2014. Aplikovaná hydrobiologie,
TĚŽKÉ KOVY
- zdroje: metalurgické provozy, tepelné elektrárny, doprava,
zemědělství, odpadní vody (důlní, složiště popílku, galvanizovny,
koželužny)
- poškozování buněk, denaturace enzymů, bílkovin, změny
propustnosti buněčných stěn
Bioakumulace:
- biokoncentrační faktor (BCF) – příjem polutantu jinou cestou
než potravou (pasivní absorbce z vody nebo adsorbcí na povrch
žaber
- bioakumulační faktor (BAF): podíl příjmu polutantu z potravy
- biomagnifikace – kumulativní nárůst koncentrace
perzistentního kontaminantu se zvyšující se úrovní potravního
řetězce
SUSPENDOVANÉ LÁTKY
- často ve formě agregovaných vloček
- snížené pronikání světla, teplotní změny, zanášení koryt
- uvolňování kontaminantů a živin
- rozklad a úbytek kyslíku
- poškození respiračních orgánů
- pokryv nárostů jílovitými částicemi snižuje atraktivitu pro
bezobratlé
DŮLNÍ VODY
neutrální důlní vody s vysokými obsahy železa a manganu
- těžba uranu i uhlí (Oslavany)
- málo rozpuštěného kyslíku (dosycování po vypuštění – vysrážení
kovů – z FeII na FeIII)
kyselé důlní vody
- těžba uhlí (Ostravsko, Kladensko) a kovů (Kutnohorsko,
Plzeňsko)
- oxidace sulfidových minerálů
slané důlní vody
- mořský původ podzemních vod - Ostravsko-Karvinský revír
kyanidy – loužení rudných hornin
DŮLNÍ VODY – VLIV NA BIOTU
perifyton
- limitující výskytem těžkých kovů (pro většinu řas inhibiční
účinek)
- jemné kaly a krusty sraženin
bezobratlí
- nízké pH – chybí korýši; výskyt tiplic, bahnomilek
- po neutralizaci, silné oxidaci – jemný kal vysráženého železa
ucpává zábry bezobratlých (odolné Nemouridae, Limnephilidae,
Tipulidae, Limoniidae, Psychodidae, Chironomidae,
Ceratopogonidae)
ryby
- nízké pH, jemné kaly
• sčítání/rušení ekologických dopadů
• vztahy se změnami klimatu
• pro indikaci jsou potřebné sofistikovanější systémy
• vysvětlení rozdílů mezi citlivostí organismů v experimentální
podmínkách a v reálných ekosystémech
KOMBINACE STRESORŮ