E2240 Účinky stresorů v ekosystémech 05 Bioindikace v suchozemských ekosystémech – 2. část Jakub Hofman 1 Půdní bezobratlí 2 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 6 Techniky vzorkování §Kvantitativní metody - absolutní oodběr vzorků, extrakce a separace oextrakce – Tullgren, Baerman, O’Connor, Berlese, chemická extrakce, elektřina oseparace – ruční vybírání, wet sieving, flotace § §Kvalitativní metody - relativní počty orůzné metody nejčastěji zemní pasti padací - formalín, detergent – velikost, počet, rozmístění, hloubka ozávislost na chování zvířat – selektivní – větší se chytají lépe než menší – mají větší akční rádius oindividuální sběr + různé pomůcky – prosévání, návnady § 7 Techniky vzorkování - kvantitativní Odběry vzorků §podle velikosti organismů: u žížal větší (kvádr 25 x 25 x 25 cm) u ostatních tzv. půdní jádra – „cores“ – sondy §obecně je dobré znát objem či povrch - lze přepočítat na objem či plochu §jak velký vzorek? kolik vzorků na jakou plochu?, jak mají být vzorky rozmístěny? §lze udělat optimalizační studii: onapříklad sledovat jak s počtem vzorků klesá množství zachycených druhů onebo odhadnout jak jsou zastoupeny podtypy na dané lokalitě – z více abundantních vzít více vzorků a z méně abun. ploch méně onebo udělat směsné vzorky §hloubka: většina fauny žije v horních 10 cm, ale nemusí to být vždy – stratifikace § 8 Techniky vzorkování - kvantitativní 9 079 Techniky vzorkování - kvantitativní Extrakce §extrakční – vypudit z půdy, nelze klidová stádia §elektrika apod, WORM EXPEL – tyče – proud §nejčastější princip světla a tepla §mechanická separace – poškození materiálu §nejpoužívanější flotace – suspense ρ 1,12 – půda klesá, organismy plavou (detrit také – vařením ve vakuu se vysaje se vzduch z detritu, ten pak klesne) §flotace – voda/glycerin, voda/glukóza, voda/soli – odvodní organismy a ty pak taky padají § 10 Techniky vzorkování - kvantitativní 11 extrakce od 1:50; video ukazuje Tullgrenovu a Baermanovu extrakci, flotační metodu a identifikace ... ISO normy pro hlavní skupiny 12 Bioindikace v půdě pomocí žížal §většinou ruční třídění z monolitu 25 x 25 x 25 cm (ale i jiné velikosti) § 13 Contaminant Uptake by Earthworms Photo Gallery Bioindikace v půdě pomocí žížal §použití vypuzovacího roztoku (např. 10-20 x zředěná hořčice https://twitter.com/carlyziter/status/783070095446716416 či 0,5% formalin) §funguje zejména pro epigeické a aneické druhy 14 Malva Hořčice plnotučná 880g - Tesco Potraviny Earth Worm Sampling | GLUSEEN Obsah obrázku exteriér, tráva Popis byl vytvořen automaticky Bioindikace v půdě pomocí žížal §vzorkování 15 vzorkování od cca 3 min Bioindikace v půdě pomocí žížal §vypuzení elektrickým proudem §kolo cca 50 cm, 30-60 V, 30 min § § 16 § 17 075 Bioindikace v půdě pomocí žížal §po vzorkování uchování žížal v formalínu (4% formaldehyd) a fixace např. v 70% isopropanolu či etanolu §identifikace dle klíčů zejména s ohledem na znaky v okolí opasku, štětinky apod. (viz dále) 18 §různé klíče včetně online ohttps://www.ispotnature.org/webkeys/keyintroduction.jsp?selectedKey=webkeys/easy-worms.0.5 ohttps://www.imperial.ac.uk/media/imperial-college/research-centres-and-groups/opal/SOIL-4pp-chart. pdf ohttps://bjc792.wixsite.com/earthworm-images Bioindikace v půdě pomocí žížal 19 §zásadní znaky pro určování – velikost, barva, opasek (clitellum), pohlavní políčka a vývody (tubercula pubertatis, genital tumescence), štětinky (setae), ústa (prostomium) Bioindikace v půdě pomocí žížal § 20 Bioindikace v půdě pomocí žížal § 21 § 22 Bioindikace v půdě pomocí žížal 23 Bioindikace v půdě pomocí žížal §celkové počty (abundance) žížal, či diverzita 24 [USEMAP] Bioindikace v půdě pomocí žížal § 25 [USEMAP] Bioindikace v půdě pomocí roupic §vzorkování půdním jádrem (5 - 7,5cm průměr) §ruční třídění téměř nemožné, roupice jsou polepené půdními částicemi a nejsou vidět §O'connorova extrakční technika "wet funnels": opůda (3 cm vrstva) na síto v nálevce naplněné vodou osvrchu se postupně přidává světlo a teplo po 3 hodinách, až povrch vzorků dosáhne teploty 45°C a roupice se přemístí dolů §pak na petriho miskách k defekaci §pod zvětšením 100 - 400× pak identifikace klíčových morfologických struktur § 26 Bioindikace v půdě pomocí roupic §O'connorova extrakční technika – za mokra 27 061 Bioindikace v půdě pomocí roupic §identifikace dle klíčů 28 059 Bioindikace v půdě pomocí roupic 29 § 056 [USEMAP] Bioindikace v půdě pomocí roupic 30 §kyselá depozice jako stres na společenstvo roupic v reálném lesním ekosystému §byla studována 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 § [USEMAP] Bioindikace v půdě pomocí nematod §odběry buď půdní jádra či vrchních 15 – 30 cm půdy §extrakce aktivní – založená na mobilitě nematod - Baermannova metoda a její modifikace: opůda zabalená v látce či papíru oponoření do vody onematoda vyplavou do vody a spadnou dolů gravitací §extrakce pasivní - nezávisí na pohybu nematod - centrifugační, cedící a flotační metody: opůda se zředí vodou opoužijí se různá síta či sedimentace § § 31 http://nematology.umd.edu/images/zun002.jpg Bioindikace v půdě pomocí nematod 32 extrakce od 3 min Baermannova metoda Bioindikace v půdě pomocí nematod § 33 050 [USEMAP] Bioindikace v půdě pomocí nematod §10 let působení mědi na lokalitách s různým pH půdy §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 à vyšší biodostupnost à efekt na hlístice § 34 [USEMAP] 047 Bioindikace v půdě pomocí nematod §nematoda se počítají a identifikují (např. dle Bongerse, 1988) fixovány ve 4% formalinu při zvětšení 400 - 1000× (nejméně 150 nematod) §kromě klasického stanovení abundance celkové či hodnocení do druhů a diverzity i alternativní přístupy: §začlenění do potravních skupin (guild) §maturity index § 35 Bioindikace v půdě pomocí nematod §začlenění do potravních skupin (guild) obakterivoři, mikrobivoři - konzumují půdní bakterie ofungivoři - konzumují hyfy a mycelia hub oherbivoři, fytofágové - jsou parazité rostlin oomnivoři - různé zdroje potravy, houby řasy, bakterie, malí bezobratlí ocarnivoři, pradátoři - loví nematody a malé brzobratlé 36 048 Bioindikace v půdě pomocí nematod 37 §začlenění do potravních guild § jpmun http://www.nrm.se/images/18.1424b7b10731b63196800019/mucro.jpg http://www.nrm.se/images/18.1424b7b10731b63196800010/mini.jpg http://www.nrm.se/images/18.1424b7b10731b6319680008/cili.jpg http://www.nrm.se/images/18.1424b7b10731b63196800012/emarg.jpg http://www.nrm.se/images/18.1424b7b10731b63196800015/molda.jpg http://www.nrm.se/images/18.1424b7b10731b63196800023/rhizo.jpg Bioindikace v půdě pomocí nematod 38 §začlenění do potravních guild §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 049 049 [USEMAP] Bioindikace v půdě pomocí nematod §In general terms the rate of decomposition of organic matter increases following effluent (sewage sludge à 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. § 39 [USEMAP] Bioindikace v půdě pomocí nematod §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 § 40 [USEMAP] Bioindikace v půdě pomocí nematod §Maturity index § § ov(i) je c-p (coloniser-persister hodnota) hodnota taxonu i a f(i) je frekvence se kterou se taxon vyskytuje ojak je vidět ze vzorečku je váženým průměrem c-p hodnot oc-p hodnoty reflektují pozici taxonu na škále r-K strategie oje ekologickou mírou stavu sukcese onezahrnují se rostlinně-parazitické rody ov půdách pod stresem těžkých kovů se nezahrnují c-p=1 (enrichment opportunists), neboť se silně liší mikrobiální aktivita půd § 41 Bioindikace v půdě pomocí nematod §Plant parasitic index (PPI) opočítá se stejně jako MI, ale jen pro rody krmící se (parazitující) rostlinami (zejména rody Tylenchus, Cephalenchus, Meloidogyne, Heterodera, Helicotylenchus, Pratylenchus a Paratylenchus) odříve se tyto rody počítaly do MI a tím se snižovala jeho citlivost, neboť byly prokázány inverzní vztahy mezi MI a PPI oexistuje poměr MI/PPI, který se tím pádem stává ještě citlivější na hodnocení vlivů na společenstva nematod § 42 Bioindikace v půdě pomocí nematod 43 Bioindikace v půdě pomocí nematod §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 44 [USEMAP] Bioindikace v půdě pomocí nematod §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. 45 [USEMAP] Bioindikace v půdě pomocí mikročlenovců §půdní mikročlenovci = chvostoskoci, roztoči + protura, diplura, pauropoda, symphyla – mesofauna 100 µm – 2 mm §půdní vzorkovač – jádro – neporušený vzorek §válečky se zabalí a skladují v chladu (5-10°C) §extrakční techniky jsou založeny na ochování zvířat (aktivní) ovelikosti, hmotnosti, hydrofobicitě, hustotě apod. (pasivní) § 46 Bioindikace v půdě pomocí mikročlenovců Tullgrenova / Berlesova extrakce §teplotní, světelný a vlhkostní gradient §členovci se přemístí do kontrolovaného média - výhodou je zisk živých organismů (nádobka s vodou) §pro fixaci se nádobka dole naplní 70% ethanolem apod. §doba extrakce 12-48 hod § 47 6a 078 16a Bioindikace v půdě pomocí mikročlenovců Tullgrenova / Berlesova extrakce § 48 Bioindikace v půdě pomocí mikročlenovců flotační metody – pasivní §vzorky nejprve v 80% ethanolu, pak vlastní extrakce §extrakční medium (heptan-voda ... směs olej-voda, tetrachlormethan, roztoky solí NaCl, CaCl2, K2CO3 ..., ) § 49 080 Bioindikace v půdě pomocí mikročlenovců §identifikace do druhů, rodů nebo do významných ekologických skupin (např. dle potravních strategií) §klíče k určování včetně těch online: §https://www.collembola.org/key/collembo.htm 50 Bioindikace v půdě pomocí mikročlenovců §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 à nutnost sledovat celé společenstvo 51 [USEMAP] Bioindikace v půdě pomocí mikročlenovců §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 52 [USEMAP] Bioindikace v půdě pomocí mikročlenovců §chvostoskoci byli identifikováni do druhů §efekty se lišily u různých druhů 53 [USEMAP] Bioindikace v půdě pomocí mikročlenovců §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. 54 [USEMAP] tullgren Bioindikace v půdě pomocí členovců §větší než mikročlenovci, v půdě i na jejím povrchu §vzorkování pomocí větších Tullgrenovým extraktorům §v terénu odchyt do zemních pastí 55 081 081 Pitfall trap - Wikipedia Bioindikace v půdě pomocí členovců Odchyt do zemních pastí §například kruh s poloměrem 5,6 m = plocha 100 m2 §ohraničení „plůtkem“ z folie 30 cm §zakopat kelímky s poloměrem 6 cm, 12 cm výška, stříška 2 cm vysoko, 20x20 cm bílý plast, uvnitř solí nasycená voda pro konzervaci členovců 56 Bioindikace v půdě pomocí členovců 57 Bioindikace v půdě pomocí členovců 58 §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. § [USEMAP] Bioindikace pomocí plžů §hlemýždi integrují v reálných terestrických ekosystémech vliv kontaminantů: okontaktem - půda, výluhy, opadanka opříjmem potravy (půda, rostliny) odýcháním § 59 Bioindikace pomocí plžů §mnoho studií, protože je známo, že přežívají i na lokalitách kontaminovaných těžkými kovy §pravděpodobně dokážou uchovávat inaktivní kovy různými mechanismy: ouvnitř buněk v kompartmentech (granule, váčky ...) + exkrece ovazba 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 § 60 Bioindikace pomocí plžů §terénní studie s expozicí hlemýžďů na lokalitách pro posouzení úspěšnosti remediací § 61 [USEMAP] Bioindikace pomocí plžů §terénní studie s expozicí hlemýžďů na lokalitách pro posouzení úspěšnosti remediací § 62 [USEMAP] Terestrická biota – hmyz 63 Prospěšní členovci §tzv. beneficial arthropods §všichni členovci, kteří nejsou škůdci odravci (dravý hmyz a pavoukovci) – „natural enemies“ oopylovači §je tedy cílem, aby byly v ekosystémech zachováni §žel insekticidy často negativně postihnou i tyto organismy 64 Bioindikace pomocí hmyzu §odchyt do zemních pastí – ti žijící na povrchu půdy §odchyt pomocí exhaustoru §smýkáním entomologickou sítí – z vegetace či ze vzduchu §sklepávání z vegetace §Malaiseho pasti §nárazové pasti (bez či s atraktanty, feromony) §... a mnoho dalších metod https://is.muni.cz/el/sci/jaro2015/Bi8761/Uvod_do_terenni_zoologie_bezobratlych-Entomologie.pdf 65 Obsah obrázku text Popis byl vytvořen automaticky Obsah obrázku text, pracovní stůl, dokument, vizitka Popis byl vytvořen automaticky Obsah obrázku tráva, exteriér, strom, kontejner Popis byl vytvořen automaticky Bioindikace pomocí hmyzu 66 Obsah obrázku tráva, exteriér, strom, objekt v exteriéru Popis byl vytvořen automaticky Bioindikace pomocí hmyzu 67 Bioindikace pomocí hmyzu § 68 https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0185809 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 § 69 DSC01232 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.) 70 Opylovači § 71 § 72 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 § 73 Příklad – čmeláci a pesticidy §polní studie: aplikovány povolené dávky o 2 individuální látky „I“ a „LC“ o současná expozice „M“ (mixed) § 74 Gill et al (2012) Terestrická biota – obratlovci - wildlife 75 Savci §z praktického pohledu často zaměření na „malé savce“ §data z bioindikace: opřítomnost/nepřítomnost oopakovaný výskyt (odchyt) oaktivita oabundance ohustota obohatost odiverzita odynamika populace/společenstva o... 76 Savci metody přímé §pozorování (zejména optické) – zejména u velkých obratlovců, nebo kamery (fotopasti) §označení – náramky, obojky, včetně telemetrie (GPS) 77 Savci §moderní pozorovací metody 78 Savci metody přímé §vzorkování – odchyt reprezentativní části populace §pasti mrtvochytné (živočicha usmrtí) - sklapovací, oka, „pitfall traps“ s vodou a jiné pasti; odstřel §pasti živolovné – chodbičky, padací dvířka, návnady; Shermanova či Longworthova past; značkování (kroužky, uši, PIT, barva ...), puštění a opětovný odchyt (CMR – catch, mark, release) 79 figure4 figure4 Obsah obrázku box, kartotéka Popis byl vytvořen automaticky Savci 80 pasti Savci §značkování 81 PIT Tags (Passive Integrated Transponders) -tag injected subcutaneously with syringe -PIT tag reader requireda -animal must be captured or consistently pass through small opening (e.g. burrow opening, exit hole of nest box) to use reader Savci §„capture – release“ 82 Savci Rozmístění pastí §kvadrátová metoda – čtverec pokrytý sítí menších čtverců; maximální velikost, ale aby podával reprezentativní vzorek §liniová metoda – transekt a sledování po určité vzdálenosti na obě strany §metoda Y – pasti v linii tvořící tvar Y, plůtky směřují živočichy §... pokrytí časové variability §například 10 nocí x 100 pastí (1000 vzorků) §sezónní – odběry min. 2 x za rok 83 Savci metody nepřímé §dle stop organismů §„hair traps“ §výkaly §okus stromů §... 84 Ptáci §počty individuí §hustota na plochu §relativní hustota – četnost či vzácnost §distribuce – náhodnost či pravidelnost na daném prostoru 85 Ptáci §odchyt – rozvěšené sítě, střílené sítě, kroužkování, odběry krve, peří apod. 86 Obsah obrázku strom, exteriér, osoba Popis byl vytvořen automaticky Ptáci §pozorování (jedinci, hnízda, zpěv...) v okolí obodu otransektu ona vytyčené ploše 87 Příklad - studium netopýrů 88 Příklad – studium zajíců 89 Příklad – studium zajíců § § § 90 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) § § § 91 sycek Příklad - sýček 92 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 – 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 § 93 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: § 94 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 § § 95 Příklad – supi a 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) § § § 96 http://img2.allvoices.com/thumbs/image/609/480/103574038-diclofenac-drug.jpg http://www.painstopanswers.com/images/diclofenac.jpg Terestrická flora 97 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 à ekotoxicita pro producenty má zásadní význam pro celý ekosystém § 98 Bioindikace pomocí rostlin §složení rostlinných společenstev – fytocenologie §funkce a stav rostlin oměření fotosyntézy (produkce kyslíku, fluorescence fotosyntetických pigmentů) obiochemické markery ogenotoxicita (mikrojádra, chromozomové aberace) ofungování fixace dusíku, mykorhizy §listová pokryvnost §sledování výskytu indikátorových organismů omykorhitické houby olišejníky onemoci (svraštělka javorová) §polutanty v rostlinách § 99 DSC07503 Sledování fotosyntézy §gazometrie (IR) - měření spotřeby CO2, produkce O2 § 100 http://www.ekotechnika.cz/uploaded/gallery/products/gallery/big/AC_LCi_SD.jpg Sledování fotosyntézy sledování fluorescence §impuls světla à absorbce chlorofylem à emise světla (červené) §u poškozených rostlin změny v intenzitě a kinetice fluorescence § 101 E3 FC3DView1 Fytocenologický snímek §studium rostlin na úrovni rostlinných společenstev §slouží k dosažení jednoho ze základních cílů fytocenologie = klasifikace vegetace: ourčité skupiny rostlin - rostlinná společenstva mají typickou kombinaci druhů, fyziognomii (např. les nebo trávník) a ekologii oskupina 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) ohttps://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. 102 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: omechorosty a lišejníky obyliny, semenáčky dřevin okeře 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) 103 1 Kvadrátová metoda 104 Kvadrátová metoda §kvadrátová metoda – různě velké území překryto sítí plošek, tyto opakovaně buď na vymezeném území či na transektu § 105 Kvadrátová metoda § 106 Kvadrátová metoda §kvadrátová metoda 107 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 § § 108 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 109 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) § § § 110 Cladonia macilenta Parmelia caperata Graphis scripta Parmelia acetabulum 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 ...) § § § 111 Lišejníky - příklad Hlavní metodické přístupy §metody floristické – chorologické (mapování rozšíření indikačních druhů, stupnice citlivosti indikačních druhů) § § § 112 4-2 4-3 Lišejníky - příklad Hlavní metodické přístupy §metody fytocenologické o oindex 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 oindex 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 o § § § 113 Foto 1 S1n (Q . f) IAP = -------------- 10 S1m q . f .v Lišejníky - příklad Hlavní metodické přístupy §metody fytocenologické oindex L oRozsah indexu L v horských smrčinách v našich pohraničních pohořích v 80. letech 20. století o o § § § 114 Lišejníky - příklad Hlavní metodické přístupy §metody fytocenologické oindikační kapacity - ústup lišejníků - etapy ústupu: -snižování vitality (= v z L indexu) -snižování abundance (= f z L indexu) -snižování počtu druhů (= q z L indexu) o o § § § 115 Foto 7 Lišejníky - příklad Hlavní metodické přístupy §metody fytocenologické oindikační kapacity - ústup lišejníků - etapy ústupu omodelové příklady dynamiky ústupu lišejníků § § § 116 rovnoměrný ústup *současný ústup na úrovni druhů, abundance i vitality dlouhodobý ústup *převažuje ústup na úrovni druhů *předpoklad dlouhodobého působení imisí střednědobý ústup *převažuje ústup na úrovni abundance krátkodobý ústup *převažuje ústup na úrovni vitality *předpoklad náhlého zvýšení imisní zátěže v nedávné době Lišejníky - příklad Hlavní metodické přístupy §metody fytocenologické oindikační kapacity - ústup lišejníků - etapy ústupu oKRNAP § § § PA210498 Lišejníky - příklad Hlavní metodické přístupy §metody chemicko-analytické - lišejníky jako materiál pro chemickou analýzu § § § § 118 P1010028 Pb 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 ookyselování půdy (poškození kořenových systémů, vliv na příjem živin, uvolnění toxického Al ...) opřímý vliv na nadzemní části rostlin (květy a mladé výhonky – nejzranitelnější, poškození epikutilárního vosku) opřímý úhyn stromů či oslabení – podlehnutí dalším stresorům (sníh, škůdci – kůrovcové kalamity) 119 Příklad - rozpad smrkových porostů v ČR 120 II-9a II-9b SO2 v ovzduší v 90. letech Příklad - rozpad smrkových porostů v ČR 121 PA270052 PA270037 P8270012 PA121730 Příklad - rozpad smrkových porostů v ČR 122 PA270042 PA121633 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 123 P9070124 Příklad - rozpad smrkových porostů v ČR komplexního působení faktorů 124 Příklad - rozpad smrkových porostů v ČR §škůdci – kůrovec, bekyně, korovnice 125 P7160080 bekyně mnika - 1 kopie bekyně mnika - 2 kopie korovnice - 1 kopie korovnice - 2 kopie lýkorout smrkový kopie Příklad - rozpad smrkových porostů v ČR §škůdci – kovaříci, kozlíček, lýkohub 126 kovaříkovití kopie kozlíček hvozdník kopie lýkohub smrkový kopie Příklad - rozpad smrkových porostů v ČR §škůdci – obaleč modřínový, pilatka, pilořitka 127 obaleč modřínový - 1 kopie obaleč modřínový - 2 kopie pilatka smrková kopie pilořitka velká kopie Příklad - rozpad smrkových porostů v ČR §nepřátelé škůdců – lumci, střevlíci, slunéčka, mravenci atd. 128 lumek velký střevlík hladký slunéčko lumek2 mravenec lesní 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 § § 129 Příklad - rozpad smrkových porostů v ČR letadlo práškov 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 130 obr 4 Králíček obecný (Regulus regulus) Drozd zpěvný (Turdus philomelos) obr 3 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 131