Aplikovaná ekologie Losos: 281-301 Slavíková: 47-60, 206-220 Destrukce životního prostředí Každý organismus ovlivňuje prostředí, v němž se nachází. Člověk se odlišuje od ostatních organismů ovládnutím ohně a technických prostředků. Člověk ovlivňoval své prostředí od prvopočátku své existence - v různé míře závislé na možnostech a hustotě populace. Růst populace - zvýšené nároky na výživu i další potřeby vyšší územní nároky (bydlení, zemědělská produkce) migrace, transport - změny biotopů s růstem populace vyšší produkce odpadů Přirozené regulační mechanismy překonávány technickými prostředky Řada malých utlumených krizí může vyústit v krizi velkého rozsahu Změny biotopů Starověk Lovec - sběrač: zásahy minimální, víceméně v rovnováze s přírodou, ale již tehdy: využívání ohně pro usnadnění lovu cílené rozmnožování jedlých rostlin lov a sběr pro místní spotřebu, není směna, není významný transport Pastevec: Divoké pastevectví - typicky severoameričtí Indiáni: upravovali podmínky pro život volně žijících bizonů vypalováním lesů - vznik rozlehlých prérií v oblastech, kde by se přirozeně měly nacházet lesy. Tradiční pastevectví se vyvíjelo paralelně se zemědělstvím, někde ho předcházelo, někde i následovalo. Typický průvodní jev obou: přeměna uzavřených stanovišť - lesů - na otevřená - savany, stepi - především vypalováním: změna vegetačního krytu, posilováno vlivem pastvy eroze, změna ve vodním režimu, změna v klimatu, vznik pouští. Rolník: opět vypalování lesů s důsledky uvedenými výše - tragické důsledky zejména ve středozemní oblasti související s nástupem suššího klimatu (v mírném pásmu má les lepší regenerační schopnosti) rychlé vyčerpání půd - nomádní hospodářství - degradace velkých území společně s nárůstem populace - migrace - obsazování dalších oblastí, rozvoj směny - obchodu, stavby (vč. lodí) - další odlesňování (libanonský cedr) Středověk ideové zdůvodnění ničení lesů - barbarský, pohanský, nutno zavádět "civilizaci" - přetrvává v určité formě dodnes např. v Amazonii. Novověk a současnost změny ve vodním režimu, vysoušení mokřadů, meliorace, regulace, příčné přehrazování toků monokultury na velkých plochách (i les) fragmentace a úbytek biotopů Znečišťování prostředí polutant - znečišťující látka: distribuce, transport, transformace vliv polutantu na organismus: mechanický (např. tuhé emise) toxický (subletální, letální) biotransformace, bioakumulace - potravní řetězec populace: ovlivnění reprodukce, migrace společenstvo: hl. změny druhové diverzity - mizí citlivé druhy ekosystém: obecně změny v tocích energie a látek Znečištění souvisí s růstem populace a technickým rozvojem - většinou přímá úměra komunální x průmyslové komunální - od vzniku stálých sídel v míře závisící na počtu obyvatel a v moderní době též na přítomnosti technických zařízení sloužících k eliminaci jeho vlivů, obvykle odbouratelné a netoxické průmyslové - zejména od počátku průmyslové revoluce, ale již ve starověku (rudné doly) tepelné znečištění toxické a persistentní polutanty Obor ekotoxikologie a chemie životního prostředí Znečištění ovzduší emise - transmise - imise zdroje: hlavně průmysl - metalurgie, energetika, doprava, také obnažený rozrušený zemský povrch, sopky, lokální topeniště tuhé emise - prach, popílek, saze, pyly. Zdroj - průmysl, energetika, obsah různý - i toxické látky, např. těžké kovy. plynné a kapalné emise - oxidy síry, dusíku, uhlíku, aldehydy, ketony.... inverze acidifikace, radioaktivita Znečištění vody - stojaté, tekoucí, podzemní, moře a oceány, vody pitné lehce odbouratelné organické znečištění - samočištění, klasické ČOV, saprobita, eutrofizace specifické polutanty - perzistentní polutanty - nutné speciální čistírenské procesy, u perzistentních zákaz užívání (PCB, DDT) - kumulace v prostředí a organismech ropné látky Znečištění půdy závlahy - zasolování (od starověku), kontaminace toxickými nebo patogenními látkami z odpadních vod acidifikace vlivem imisí, úniky ropných látek Bioindikace a biomonitoring Změny v ukazatelech kvality životního prostředí je možno sledovat: 1) pomocí přímých fyzikálních měření či chemických analýz jednotlivých ukazatelů 2) zprostředkovaně pomocí metod založených na principu biodiagnostiky. Biodiagnostika využívá znalostí o zákonitých vazbách mezi: - kolísáním výskytu - chováním - tělesnou kondicí - morfologickými znaky - fyziologickými pochody - populační dynamikou organismů (bioindikátorů) a mezi: - velikostí a strukturou jejich společenstev a podmínkami prostředí, zejména podmínkami výjimečnými a kvalitativně změněnými k: - hodnocení odchylek od normálu jako nepřímých ukazatelů stavu a vývoje prostředí (Nováková in Dykyjová, 1989). Oba přístupy mají své výhody a nevýhody: Fyzikálně-chemické analýzy dávají konkrétní, exaktní informaci o např. koncentraci polutantu v prostředí, intenzitě záření, průběhu teplot a pod. Zjišťujeme však pouze okamžitý, bodový stav a proto bývá nutné provádět celé série měření v čase nebo prostoru tak, abychom získali průkazné výsledky. Ani potom však není těmito postupy možno zjistit skutečný vliv změn jednotlivých faktorů, případně kumulovaný vliv více faktorů, na živé organismy. Z praktického hlediska je nevýhodou vyšší finanční náročnost (vysoká cena zejména speciálních chemických analýz a cestovní náklady při opakovaných odběrech vzorků). Při použití bioindikačních metod zjišťujeme odraz dlouhodobějšího stavu prostředí na sledované lokalitě a reálné působení více faktorů (i v jejich interakci) na biotu. Tyto metody většinou nevyžadují nákladná zařízení a také cestovní náklady bývají nižší vzhledem k tomu, že není třeba rozsáhlých serií odběrů. Nevýhodou tohoto postupu je, že i když zjistíme do jaké míry je společenstvo nebo organismus ovlivněn, nemůžeme přesně stanovit příčinu a např. přímo kvantifikovat koncentraci polutantu. Optimální je tedy využití kombinovaného postupu, ve kterém se obě metody doplňují. Například v rozsáhlých biomonitorovacích programech se s výhodou využívá bioindikačních metod k vyhledávání problematických lokalit, které jsou pak zkoumány i pomocí nákladných fyzikálně-chemických analýz. Bioindikátor Organismus nebo společenstvo, jehož životní funkce jsou korelovány s faktory prostředí tak těsně, že mohou sloužit jako jejich ukazatele se nazývá bioindikátor. Biologická indikace vychází z principu ekologické valence (Hess, 1924), přičemž druhy stenovalentní jsou samozřejmě lepšími indikátory než euryvalentní - mají vyšší indikační váhu. Vlastnosti ideálního bioindikátoru jsou následující: 1. Taxonomická spolehlivost a snadná determinace 2. Kosmopolitní rozšíření 3. Vysoká početnost 4. Nízká genetická a ekologická variabilita 5. Dostatečné velikost 6. Omezená pohyblivost, dlouhověkost 7. Dostatek autekologických informací 8. Vhodnost pro laboratorní studie Od vlastních bioindikátorů se oddělují sentinelové organismy a tzv. biomarkery. Sentinelový organismus - bioakumulativní indikátor, který kumuluje ve svém těle polutanty z prostředí. Analýza tkání sentinelových organismů umožní odhad koncentrace polutantu v prostředí. K vlastnostem ideálního sentinelového organismu patří, mimo výše uvedených 8 bodů, především další dva: 1. Musí existovat jednoduchá, vždy platná korelace mezi obsahem polutantu v těle organismu a prostředí 2. Organismy musí snášet i maximální koncentrace polutantu v prostředí a rozmnožovat se za těchto podmínek (Helawell, 1986) Biomarker - xenobiotiky navozená změna v buněčných nebo biochemických složkách, procesech, strukturách nebo funkcích, která je měřitelná v biologickém systému či vzorku. (NRC, 1987). Bioindikace může probíhat na úrovni: subbuněčné a buněčné - např. tkáňové kultury, indikace toxikologického rizika působení xenobiotik. Podstatou tohoto jevu je reakce dané látky s např. bílkovinami, nukleovými kyselinami aj., jeho projevem je zpomalení nebo zrychlení metabolismu (nádor). jedince - biochemické změny (např. aktivita cholinesterázy u jepic rodu Ephemerella nebo chrostíků rodu Hydropsyche při hodnocení vlivu organofosfát. insekticidů - fyziologické změny (např. spotřeba kyslíku např. u pakomára r.Chironomus) - morfologické deformity (změny tvaru tykadel u pošvatek r. Isocapnia, atrofie tracheálních žaber u chrostíka r. Cheumatopsyche) - změny v chování (zvýšená pohybová nebo driftová aktivita - např. larva pakomára Chironomus riparius pod vlivem toxických látek) - změny v životních cyklech (hodnotí se přežití, růst, mortalita, rozmnožování, vývoj a emergence, např. růst a vývoj Aedes aegypti pod vlivem těžkých kovů) - kumulace polutantů (viz sentinelové organismy, např. obsah těžkých kovů u chrostíků r. Hydropsyche) populace a společenstva druhů - indexy diverzity (např. Shannonův index) všeobecně použitelné a používané metody, jednoduše vypočitatelné, ale obtížně srovnatelné výsledné hodnoty, závislé na úrovni odběru a determinace. Hlavní význam mají pro hodnocení výsledků v rámci jedné studie nebo prací metodicky blízkých. - indexy srovnávací (např. Jaccardův index) obdobně jako předchozí - biotické indexy a skore - založeny na konceptu indikátorových druhů, hodnoceny vzhledem k určitému polutantu podle míry tolerance či citlivosti jednotlivých taxonů vůči tomuto polutantu. Skore pak zahrnují i semikvantitativní hodnocení abundance. Na rozdíl od předchozích dvou indexů jsou biotické indexy specifické k typu znečištění a také geograficky limitované. Klasickým příkladem biotického indexu je Trent Biotic Index - TBI (Woodiwiss, 1964) - univariační studie - saprobita, považovaná za specifickou formu biotického indexu, zjišťuje míru organického znečištění vodních ekosystémů pomocí indikátorových druhů u nichž je definována saprobní valence - tedy vztah mezi frekvencí výskytu a intenzitou organického znečištění a indikační váha. Pro tuto metodu je široce využíván vodní hmyz. - trofie - obvykle se k indikaci trofie využívá autotrofních organismů, pro heterotrofni org. např. Saether vytvořil klasifikaci jezer podle trofie pomocí společenstev pakomárů (1979). - acidifikace - ovlivňuje výskyt hmyzu na suchozemských i vodních biotopech. Za nejcitlivější skupinu jsou považovány jepice. Indikátorové organismy jsou zařazeny do kategorií podle své citlivosti a lokalita je hodnocena podle jejich prezence či absence (např. Raddum et al., 1988) - multivariační studie - cílem mutivariačních technik je vyhodnocení více současně působících faktorů. Taxony jsou seřazeny (ordinovány) ve směru narůstajícího působení proměnné prostředí. Existují čtyři základní techniky užívané v ekologii - přímá a nepřímá gradientová analýza, kalibrace a ordinace s omezením. Nejběžněji se používá detrendovaná korespondenční analýza DECORANA (Hill, 1979), která patří k nepřímým gradientovým analýzám. Monitoring - dlouhodobé standardizované měření, pozorování a hodnocení životního prostředí s cílem definovat současný stav a trendy - organizován na rutinní bázi s dobře definovaným souborem sledovaných proměnných a standardizovanou metodikou - kontrolní místa a frekvence odběrů je fixní - hodnocení výsledků je standardizováno ajejich prezentace musí být ve schválené podobě Survey - časově limitovaný, intenzivní program měření a hodnocení kvality prostředí pro specifické účely (např. před stanovením designu monitoringu, účelové studie...) Surveillance - průběžná, specifická měření, pozorování a hodnocení pro potřeby managementu životního prostředí a operativu (např. systémy rychlého varování - early warning systems) Biomonitoring - typy - aktivní - in situ (expoziční testy) - in vitro (laboratorní testy) (testy toxicity, mutagenity, bioakumulace, trofie) - pasivní (odběr vzorků v ekosystému) (saprobiologický monitoring toků) - dlouhodobé (long-term) (bentos v tocích,zooplankton nebo vodní květy v nádržích) - systémy rychlého varování (early warning) (kontrolní stanice na tocích, na výtocích odp. vod) - compliance - dodržování emisních limitů (pravidelné i namátkové kontroly na výtocích odpad. vod) Klasifikace - stupně znečištění či jiného ovlivnění obvykle se rozlišuje 5 stupňů, které mají uvedené barevné vyjádření: očekávaný přírozený stav modrá mírně ovlivněný stav zelená středně ovlivněný stav žlutá silně ovlivněný stav červená azoické černá Ochrana životního prostředí úrovně: individuální institucionální - legislativa, státní správa, specializované organizace IUCN, MŽP, SFŽP, AOPK, ČIZP, správy CHKO a NP konflikt: ekonomie a ekologie technokracie a ochránci přírody možné a nemožné přijatelné a nepřijatelné princip předběžné opatrnosti princip udržitelného rozvoje