Říční ekosystémy Z4825 12. Případové studie 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 REVITALIZACE KNĚHYNĚ Původní stav • před rokem 1997 byla Kněhyně svázána klasickou hrazenářskou úpravou s kamennými stupni vysokými 1,5 m a souvislou úpravou břehu provedenou kamennou dlažbou • povodňové průtoky vedly k poškození až likvidaci (samovolné revitalizaci) upraveného koryta vodního toku Nevšímalová K., Poloha M., 2015. Zrušení vodního díla
na toku Kněhyně. Ochrana přírody 2: 23. REVITALIZACE KNĚHYNĚ Cíle • vyřešení nevyhovujícího stavu toku po povodni v r. 1997 • obnova řečiště Kněhyně v geomorfologických parametrech přirozeného toku • obnova přirozené vegetace údolní nivy • navázání revitalizovaného úseku na upravené koryto nad a pod řešeným úsekem • dosažení dynamické rovnováhy řečiště a údolní nivy štěrkonosného toku s velkým spádem • obnovení a trvalé udržení podmínek pro přirozený geomorfologický vývoj toku a nivy s eliminací nežádoucích projevů hloubkové eroze a s navazující obnovou přirozené nivní vegetace 4. REVITALIZACE NA ÚROVNI HABITATŮ - KNĚHYNĚ LOKALITA Catchment area: 18 km2 Altitude: 525 m Stream length : 6.8 km Kněhyně stream restoration project Fig. 1. Location of sampling points at restored and regulated stretches of Knehyne stream (MU=unvegetated margins, MV=vegetated margins, P=channel pools, R=riffles, S=side arm pools). Kalivodová et al., in prep. 4. REVITALIZACE NA ÚROVNI HABITATŮ - KNĚHYNĚ LOKALITA Kalivodová et al., in prep. HYDROMORPHOLOGY HYDROMORPHOLOGY ENVIRONMENTAL PARAMETERS VxG difference (all habitats): • CPOM (V>G)* • phi+12 (V>G)* mineral substrate (phi+12) (particle size) VxG difference (habitats): • MV: FPOM (V25 BOV BCV BCG altitude 219 254 255 catchment area (km2 ) 1527 1222 1222 slope (m/km) 2.23 2.55 1.69 KOMPLEXNÍ HODNOCENÍ RENATURALIZACÍ (BEČVA) LOKALITY změny řeky Bečvy v čase před povodněmi 1997 po povodních 1997 2. vojenské mapování, 1819-1858 PROSTOROVÉ SCHÉMA STUDIE Bečva – Osek Bečva – Černotín kanalizace zpevnění břehů změna příčného profilu stagnace kanalizace zpevnění břehů změna příčného profilu regulovaný (BOG) revitalizovaný (BOV) regulovaný (BCG) revitalizovaný (BCV) RYBY habitatová studie (Bečva-Černotín, 2006) number of individuals speciesnumber 0 20 40 60 80 100 120 140 160 0 1 2 3 4 5 6 7 8 G14 G18 G19 G16 G15 G21 G13 G17 G20 R3 R11 R12 R9 R10 R1 R2 R4 R5 R6 R8 R_Ghab: G_M R_Ghab: G_P R_Ghab: G_R R_Ghab: G_TECH R_Ghab: R_LWD R_Ghab: R_M R_Ghab: R_R R_Ghab: R_S technolithal LWD RYBY škála úseku toku (Bečva-Osek, 2014) critically threatened species Becva-Osek REG REST Species Total Total Species-English Blicca bjoerkna 1 Silver Bream Tinca tinca 1 Tench Carassius auratus 2 Goldfish Vimba vimba 5 Vimba Rhodeus amarus 3 1 Bitterling Gobio gobio 3 53 Gudgeon Gobio kessleri 4 17 Kessler`s Gudgeon Alburnoides bipunctatus 4 155 Riffle minnow Perca fluviatilis 6 2 Perch Pseudorasbora parva 9 5 Stone moroco Alburnus albidus 10 163 Stoneloach Squalius cephalus 195 136 Chub Barbatula barbatula 4 Stoneloach Leuciscus leuciscus 15 Dace Chondrostoma nasus 37 Nase Barbus barbus 303 Barbel škála habitatu (Bečva-Černotín, 2006) Becva - Cernotin species short code REG REST Anguilla anguilla AN 1 0 Chondrostoma nasus CN 1 1 Perca fluviatilis PF 1 4 Rutilus rutilus RR 1 6 Alburnus alburnus AA 1 23 Phoxinus phoxinus PP 3 2 Barbatula barbatula NB 17 6 Alburnoides bipunctatus AP 20 48 Barbus barbus BB 57 67 Gobio gobio GG 59 59 Leuciscus cephalus LC 194 360 Pseudorasbora parva PR 0 1 Tinca tinca TT 0 1 11 1212 12total number of taxa total number of taxa macroinvertebrates 11 vs 33 (main sample) 18 vs 33 (marginal habitats only) May 27-30 2005 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 05/27/05 00:00:00.0 05/27/05 06:00:00.0 05/27/05 12:00:00.0 05/27/05 18:00:00.0 05/28/05 00:00:00.0 05/28/05 06:00:00.0 05/28/05 12:00:00.0 05/28/05 18:00:00.0 05/29/05 00:00:00.0 05/29/05 06:00:00.0 05/29/05 12:00:00.0 05/29/05 18:00:00.0 05/30/05 00:00:00.0 05/30/05 06:00:00.0 05/30/05 12:00:00.0 05/30/05 18:00:00.0 TIME watertemperature(°C) pool channel • hydraulika • substráty • teplota • zamrzání • chemismus vody • povrchové a podzemní vody Pobřežní tůně 0 5 10 15 20 25 30 35 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 °C 24/5 - 31/7 2005 channel side arm ZÁVĚRY - habitaty i společenstva jsou více diferencovány na podzim (ve srovnání s jarem) - vztahy mezi biotou a parametry prostředí byly popsány pro 4 typy habitatů (pobřežní tůně, okraj hlavního koryta, peřeje a tišiny hlavního koryta) - podobné ekologické vztahy byly zaznamenány v podmínkách středně velkého i malého toku (Bečva vs. Kněhyně) - renaturalizace jsou limitovány malou délkou úseků toků, odstraňováním dřevní hmoty z koryta, boční eroze je limitována požadavky vlastníků pozemků - výsledky na škále habitatů umožňují lépe navázat biologickou odezvu na jednotlivé hydromorfologické struktury  navržena klasifikace habitatů vycházející ze struktury a procesů fluviálních ekosystémů  vyhodnocena prostorová distribuce bioty (makrozoobentos, fytobentos, ryby) vůči faktorům prostředí  sezónní dynamika průtoku, teploty vody, chemismu, makrozoobentosu a fytobentosu  vytvořen model hydraulických parametrů v korytě pilotní lokality + rozsah jednotlivých habitatů při různých průtocích KOMPLEXNÍ HODNOCENÍ RENATURALIZACÍ (BEČVA) SOUHRN VÝSLEDKŮ  ekologické projevy samovolné renaturalizace po povodních  podklady pro vytvoření metodik hodnocení renaturalizací  vyhodnocen význam příbřežních habitatů  pozorován význam dřevní hmoty pro vytváření pestré mozaiky habitatů s přirozenou sezónní dynamikou → její ponechání v korytě by podmínky posunulo k přirozenému stavu  rozšíření poznatků o vazbě bioty na typy substrátu a hydraulické podmínky – využití při bioindikaci KOMPLEXNÍ HODNOCENÍ RENATURALIZACÍ (BEČVA) VÝSTUPY PRO PRAXI • 10 párů lokalit (regulovaný-revitalizovaný úsek) • bentičtí bezobratlí odebraní metodou PERLA (WFD monitoring) – jarní a letní vzorky (2005) • charakteristiky revitalizace, popis lokalit • data poskytnutá Výzkumným ústavem vodohospodářským TGM (Dr. Rozkošný) • nadmořská výška: 170-780 m n.m. • plocha povodí: 2,2-59,9 km2 • délka revitalizovaného úseku: 0.4-10.0 km REVITALIZACE MALÝCH TOKŮ DATA Brabec et al., in prep. REVITALIZACE MALÝCH TOKŮ SOUHRN VÝSLEDKŮ – CHARAKTERISTIKY HABITATŮ Brabec et al., in prep. REVITALIZACE MALÝCH TOKŮ SOUHRN VÝSLEDKŮ - HYDROMORFOLOGIE Brabec et al., in prep. REVITALIZACE MALÝCH TOKŮ SOUHRN VÝSLEDKŮ – DIVERZITA, ŠKÁLY Tab. 1. Number of macroinvertebrate taxa in degraded (D) and restored (R) stretches; R+ is number of taxa unique for degraded (R-) or restored (R+) stretch – pairwise comparison; C represents number of common taxa within a pair; Total number indicates sum of taxa found within pairs alltogether. P10 P16 P2 P5 P13 P19 P20 P21 P8 P9 R+ 16 13 12 11 14 10 9 13 16 18 R- 16 10 6 12 20 19 24 10 28 13 C 9 6 8 13 14 26 18 17 29 13 Total 41 29 26 36 48 55 51 40 73 44 R 25 19 20 24 28 36 27 30 45 31 D 25 16 14 25 34 45 42 27 57 26 Brabec et al., in prep. REVITALIZACE MALÝCH TOKŮ SOUHRN VÝSLEDKŮ – SUBSTRÁTOVÉ PREFERENCE BEZOBRATLÝCH Brabec et al., in prep. REVITALIZACE MALÝCH TOKŮ SOUHRN VÝSLEDKŮ – POTRAVNÍ STRATEGIE Brabec et al., in prep. REVITALIZACE MALÝCH TOKŮ SOUHRN VÝSLEDKŮ  rozdíl většiny MZB metrik mezi regulovanými a revitalizovanými úseky není konzistentní napříč celým datovým souborem (Wilcoxonův test nevýznamný)  byly prokázány vazby některých charakteristik makrozoobentosu na parametry prostředí měněné revitalizačními zásahy  u jednotlivých revitalizací jsou směry změn protichůdné (abiota i biota)  vhodné by bylo stanovit referenční podmínky z hlediska hydromorfologie a porovnat s modelovaným referenčním společenstvem  změny společenstev jsou více ovlivňovány gradientem eutrofizace než hydromorfologickými změnami Brabec et al., in prep. 3. REVITALIZACE MALÝCH TOKŮ VÝSTUPY PRO PRAXI  ukazují se směry, kterými by bylo vhodné upravit metodiky používané v rutinním monitoringu pro hodnocení ekologických dopadů revitalizací  zahrnutí poříčních tůní, rozdělení vzorků podle základních typů habitatů, termín vzorkování – pozdní léto-ranný podzim → diferenciace habitatů z hlediska podmínek prostředí i biologických společenstev  významnou roli při hodnocení hrají stresory působící v povodí revitalizované lokality (eutrofizace)  pro přesnější vyhodnocení účinků revitalizace je třeba monitorovat soubor parametrů prostředí i biotu v uspořádání BACI (Before-After- Control-Impacted)  potřeba ustanovení standardní metodiky, která by byla povinnou součástí schvalovacího procesu revitalizace Brabec et al., in prep. KOMBINACE STRESORŮ CÍLE  zjistit vazby mezi různými typy degradace při působení na vodní bezobratlé  porovnat účinky využití krajiny na různých prostorových škálách  popsat změny společenstev vůči působení stresorů (typy, intenzita) Hroch et al., in prep. KOMBINACE STRESORŮ STUDOVANÉ ÚZEMÍ Hroch et al., in prep. KOMBINACE STRESORŮ STRESORY Hroch et al., in prep. KOMBINACE STRESORŮ STRESORY X BIOTA Hroch et al., in prep. KOMBINACE STRESORŮ SUMA STRESORŮ X BIOTA Hroch et al., in prep. OskavP BecvVV VelicV RokytT ZeletB BystrB JuhynC SenicU BrtniS JihlkR JihlvP OslavB RouchU MarsPH FrysaJ LibocDSvitaL SvratV SvratK BilyPU JevicP KrupaC MertaP MirovM OlesnM SitkaB TrusPB DrahPV HloucP RusavK DrevnL LuhacU NivniU OlsavS OslavN BilyPVB1 B2 B3 B4 B5 2.15 2.24 2.33 2.42 2.50 2.59 2.68 2.77 2.86 2.95 0 40 80 0 40 80 MDS_pressureEuc Axis 1 Axis2 bio_GrFin B1 B2 B3 B4 B5 B6 Contours: 4stressSUMn, xR˛ = .525, R˛ = .604 KOMBINACE STRESORŮ ZEMĚDĚLSTVÍ X BIOTA Hroch et al., in prep. KOMBINACE STRESORŮ URBANIZACE X BIOTA Hroch et al., in prep. OskavP BecvVV VelicV RokytT ZeletB BystrB JuhynC SenicU BrtniS JihlkR JihlvP OslavB RouchU MarsPH FrysaJ LibocDSvitaL SvratV SvratK BilyPU JevicP KrupaC MertaP MirovM OlesnM SitkaB TrusPB DrahPV HloucP RusavK DrevnL LuhacU NivniU OlsavS OslavN BilyPVB1 B2 B3 B4 B5 14.65 16.16 17.66 19.17 20.67 22.18 23.68 25.19 26.70 28.20 0 40 80 0 40 80 MDS_pressureEuc Axis 1 Axis2 bio_GrFin B1 B2 B3 B4 B5 B6 Contours: X10_112, xR˛ = .335, R˛ = .496 KOMBINACE STRESORŮ HYDROMORFOLOGIE Hroch et al., in prep. KOMBINACE STRESORŮ CHEMISMUS Hroch et al., in prep. KOMBINACE STRESORŮ LUL X DUSIČNANY Hroch et al., in prep. Scatterplot of NO3_av against c_211 Zasobnik_PSnewHyMo_2301_2018_vyznacBiolMetricsproMHfinale 1109v*36c NO3_av = 1.5572+0.0671*x Juhy nC Mirov M TrusPB Rusav K -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 c_211 0 1 2 3 4 5 6 7 8 NO3_av Oskav P Becv VV VelicV Roky tT ZeletB By strB SenicU BrtniS JihlkR Jihlv P Oslav B RouchU MarsPH Fry saJ LibocD Sv itaL Sv ratV Sv ratK Bily PU Jev icP KrupaC MertaP OlesnM SitkaB DrahPV HloucP Drev nL LuhacU Niv niU Olsav S Oslav N Bily PV c_211:NO3_av: y = 1.5572 + 0.0671*x; r = 0.7790, p = 0.00000; r2 = 0.6068 KOMBINACE STRESORŮ TAX. SKUPINY Hroch et al., in prep. KOMBINACE STRESORŮ ZRNITOST SEDIMENTŮ X LUS X PROUDOVÉ PREFERENCE Hroch et al., in prep. OskavP BecvVV VelicV RokytT ZeletB BystrB JuhynC SenicU BrtniS JihlkR JihlvP OslavB RouchU MarsPH FrysaJ LibocD SvitaL SvratVSvratK BilyPU JevicP KrupaC MertaP MirovM OlesnM SitkaB TrusPB DrahPV HloucP RusavK DrevnL LuhacU NivniU OlsavS OslavN BilyPV CzecSap TGPEPTtx TGPleco IBR LifeInde B1 B2 B3 B4 B5 0 40 80 0 40 80 biota_MDS_BC Axis 1 Axis2 bio_GrFin B1 B2 B3 B4 B5 B6 KOMBINACE STRESORŮ ZRNITOST SEDIMENTŮ X LUS X PROUDOVÉ PREFERENCE Hroch et al., in prep. Scatter Icon Plot of lu_211Sstand against phi Zasobnik_PSnewHyMo_2301_2018_vyznacBiolMetricsproMH 1092v*36c Include condition: phi>4 and phi<12 Clockwise: CurPLB CurPLP CurPLR CurPRL CurPRP CurPRB 5 6 7 8 9 10 11 12 phi -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 lu_211Sstand Becv VV Bily PU Bily PV BrtniS By strB DrahPV Drev nL Fry saJ HloucP JihlkR Jihlv P Juhy nC KrupaCLibocD MarsPHMertaP Mirov M Niv niU OlesnM Olsav S Oskav P Oslav B Oslav N Roky tT RouchU Rusav K SenicU Sv itaL Sv ratK Sv ratV TrusPB VelicV ZeletB KOMBINACE STRESORŮ VLIV ŠKÁLY ORNÉ PŮDY Hroch et al., in prep. 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 X01 X02 X05 X1 X2 X5 X10 bf c Saprobic index -0.70 -0.60 -0.50 -0.40 -0.30 -0.20 -0.10 0.00 X01 X02 X05 X1 X2 X5 X10 bf c EPT taxa -0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 X01 X02 X05 X1 X2 X5 X10 bf c Chironomini taxa -0.10 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 X01 X02 X05 X1 X2 X5 X10 bf c Tanytarsini taxa 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 X01 X02 X05 X1 X2 X5 X10 bf c IBR -0.20 -0.10 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 X01 X02 X05 X1 X2 X5 X10 bf c Gathering collectors (%) KOMBINACE STRESORŮ VLIV ŠKÁLY URBANIZACE Hroch et al., in prep. -0.20 -0.10 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 X01 X02 X05 X1 X2 X5 X10 bf c Saprobic index -0.70 -0.60 -0.50 -0.40 -0.30 -0.20 -0.10 0.00 0.10 X01 X02 X05 X1 X2 X5 X10 bf c EPT % -0.20 -0.10 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 X01 X02 X05 X1 X2 X5 X10 bf c IBR -0.20 -0.10 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 X01 X02 X05 X1 X2 X5 X10 bf c Oligochaeta Ntx -0.20 -0.10 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 X01 X02 X05 X1 X2 X5 X10 bf c Tanytarsini Ntx -0.20 -0.10 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 X01 X02 X05 X1 X2 X5 X10 bf c Gathering collectors (%) https://video.aktualne.cz/dvtv/na-rekach-se-stala- zverstva-a-z-pudy-delame-mrtvy-pisek- such/r~8ef0929671aa11e998d70cc47ab5f122/ https://video.aktualne.cz/dvtv/leto-bez-koupani-za-sinice- v-rybnicich-si-muzeme-sami- desitk/r~653100b4891411e8a4080cc47ab5f122/ https://www.nase-voda.cz/