(©) Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Struktura, dynamika a degradace fluviálních ekosystémů (Ekotoxikologie vodních ekosystémů 2016) Mgr. Karel Brabec, Ph.D. VJH evropský ^S^^fc I f00'^'"^ ^i^^ i M|NISTERSTVO ŠKO m^^m M fondvCR EVROPSKÁ UNIE mládeže a tělovýci C/5 . 1T Är, ^^^^^^^^ MINISTERSTVO ŠKOLSTVÍ, OP Vzdělávání fondvCR EVROPSKÁ UNIE mládeže a tělovýchovy pro konkurenceschopnost <4na*v" INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ Inovace tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky EKOSYSTÉMOVÝ PŘÍSTUP • zahrnuje komplexní procesy a vazby mezi složkami ŽP • náročný na sběr dat • většinou je složité odlišit vliv spolupůsobících faktorů • tendence sbližující ekologické a ekotoxikologické postupy (SSD, SPEAR) Centrum pro výzkum i 1 toxických látek V^ť'/ v prostředí ÚROVNĚ BIOINDIKÁTORŮ Molecular level (©) Cells Organs Individual organisms Populations Community Ecosystems Increasing importance of data Increasing ease of obtaining data Increasing level of uncertainty increasing time to complete research Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Present stal js o* knowledg STRUKTURA FLUVIÁLNÍCH EKOSYSTÉMŮ • interakce s terestrickými ekosystémy • spojení povrchových a podzemních vod • transport látek v rozpuštěné formě, ve vazbě na suspendované částice a na sedimenty • transformace polutantů v závislosti na pH, redoxním potenciálu, kyslíkových podmínkách • prostorová distribuce polutantů v závislosti na hydraulických parametrech (retence, eroze, sedimentace, přestup voda-sediment) • biodostupnost a bioakumulace • působení toxických látek na vodní organismy interaguje s parametry říčních habitatů Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí POHYB LÁTEK V PROSTŘEDÍ - odtok • povrchový odtok • průsak do podpovrchového odtoku a do podzemních vod • propojení koryta toku s říční nivou • střídání peřejí a tišin, laterální koryta, poříční tůně Prostorové dimenze říčního ekosystému 5-10 km Stanford & Ward, 1992 Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí lei the water column. Wjiler -column Benihk' /.one Hyporheic /one 4 { -4 Aquatic organisms live in all nj /ones from the phrcatic /one La Active channel is usually flooded at Icafii once each year Phrcatic- /OIK' L Wetted channel contains water vear-round. t'' \ Roots of trees g row í rig i n ■/ {J tnc " pari an /one often draw T water from groundwater. (©) Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Hydromorfologie eroze (boční, hloubková) sedimentace typy koryt transport a ukládání kontaminantů Typy říčních koryt (c) Straight Channel Point Bars Pools. ta) Bcdload Straight -1 »~» Meandering Braided Mixed Load Straight >» )»T Meandering "m Suspended Ltiad Straight Meandering Meandering Channel Pools Riffle <ť> Laterally Inactive Channels Straight-Island Form I Laterally Active Channels Meandering Napřímené/meandrující koryto Sinijlc-Cliannť] j Anabranehing (©) Rivers Rivers Single-Channel1 Rivers Anabranching Rivers Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Nanson & Knighton, 1996; Miller & Miller, 2007 ZONACE VODNÍCH TOKŮ změny spádu, zastínění hladiny, původu organické hmoty, poměru produkce a respirace, teplotního režimu charakteru substrátu Teorie říčního kontinua (Vannote et al. 1980) Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí >k T. 2 - 3 - ~ 4 o ■s & o ,B Í 5 - 6 - 7 - a - 9 - 10 11 12 collectorí iol lectors microbes -^fhríŤ -p- predator* Relative CJiannsl Width Říční habitaty Riparian vegetation mj Detritus . Kl Hyporheos Woody debris Dead zone Pool Riffle Glide (©) Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Organická hmota - rozpuštěná/partikulovaná 10'3 10"4 10"5 KT6 10"7 10* 10* 10'10 m pil) I t M pli I III I [BII MM pHIII U I flit I II I |PH M II pil III I Zooplankton Phytopiankton POM Bacteria Viruses Clay-humic-metal complexes .____i______________ Hydrophilic acids 0.45um boundary DOM i J Size of water molecules J. FA 108 107 106 105 104 103 102 101 General colloid range Molecular weight Fatty acids CHO AA Amino acids HC Carbohydrates Hydrocarbons Figure 2. Continuum of particulate and dissolved organic matter in natural water. (Modified from Thurman, 1985, reprinted by permission of Kluwer Academic Publishers.) DYNAMIKA FLUVIÁLNÍCH EKOSYSTÉMŮ • průtokový režim • teplotní režim • nutrienty, zákal, kyslíkový režim Sezónní dynamika koncentrace dusičnanů (Bečva, 2000-2006) N03[mg.l-1] Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí BECVA RIVER - hydrology 1977-2003 1 u A RIVER HABITATS CENTRAL CHANNEL CHANNEL MARGINS riffle run pool main channel side arms Fr>0.41 Fr<0.41 Fr<0.18 Fr> 0.18 CH POOL M POOL S POOL modelování - predikce stratifikace vzorkování klasifikace habitatů relevantní pro biotu (©) Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Froude number i 0 ib «.<1 DYNAMIKA FLUVIALNICH EKOSYSTÉMŮ Sezónní dynamika koncentrace zinku (Svratka, 2001, 2003, 2012, 2013) (©) 120 i 100 - 80 - cuo c M 60 - 40 - 20 -■■ 0 Zn_Jimramov 2001 Zn_Jimramov 2003 Zn_Jimramov 2012 Zn Jimramov 2013 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec month Rhithron - podhorské potoky LAND DRAINAGE I Centrum pro výzkum íw"\|) toxických látek Hyneš, 1970: The Ecology of Running Waters v prostředí Potamon - nížinné řeky LAND DRAINACJl terrestrial animals plant nutrients dissolved organic matter vegetable debris RJUTHRON plant nutrients detritus and drift LIGHT ,lr---*>> plant nutrients dissolved >♦ organic matter * drift detritus DOWN STREAM /^ť^Vv Centrum pro výzkum f ^f_*" J 1 toxických látek V^fc^'X v prostředí Hyneš, 1970: The Ecology of Running Waters Natural factůts Regional species pool Hum^n i-ipacts Co určuje strukturu společenstva? Specialion, immigration from adjacent reg (Orts, extinctions, cíimste, geology Global wanning acid rain Catcfiment Water quality, vegetation Lyuft Segmefil Damming, land use practice (e.g. forestry and agriculture) pollution Shading, substratum composition, predators Reach Road coflSlrudJon substratum mining Moss, algae, detritus. Interstices Rirt ■?: pool Fitfilng. local tree cutting Local species poo] Fig, 2 The establish men t of local species composition can be likened to a filtering process where species in the regional pool /^rs\ I Centrum pro výzkum ä ^ altered a way as a result or natural and anthropo gen ic factors (CTj) toxickýchlátek acting at different scales. V^t// v prostředí BODOVÉ ZDROJE ZNEČIŠTĚNÍ ZEMĚDĚLSTVÍ nutrienty, organická hmota, pesticidy, eroze - jemné částice, meliorace, degradace habitatů, pobřežní vegetace, říční niva, průtokový režim Example ROO: Agncullural land use and degradation. □river Pressure state Impact Afi'ir.i i I .jr.? ■* IrtCTUH OrgflninpíiIlLilHn EulrdfHiicaliun conceritrelion WrcfoliabilHl FIq* negidne CQnntKfJvity r.ií ::."l;-iiľ camposiliůn and abundance Swsiliľn.' tolerant taxa A^e Structure růprůduclivti Statue EHoman (©) Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí PŘEHRAZENÉ TOKY většina středně velkých toků v ČR má narušené říční kontinuum faktor interagující s jinými stresory regulérní stresor - chybí indikace teplotního režimu indikace zonace toků a teplotního režimu má význam pro hodnocení ekologického stavu toků v kontextu klimatických změn Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí ■ > 1 °c ■ > 2 °C □ > 3 °C □ > 4 °C □ > 5 °C □ > 7 °C □ > 10 °C □ > 15°C ■ > 20 °C REGULACE TOKŮ Geomorfologické typy toků TOXICKÉ LÁTKY acidifikace těžké kovy pesticidy, POPs ropné látky tzv. prioritní látky zahrnuté v rámcové směrnici Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí KOMBINACE STRESORŮ A JEJICH INDIKACE • analýza interakcí mezi působením stresorů • experimentální testování (laboratorní, terénní) • shromážděno značné množství autekologických informací o taxonech —> testování a výběr metrik Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí evropský SOCialni ■■■ MINISTERSTVO ŠKOLSTVÍ, OP Vzdělávání TOnd V UR EVROPSKÁ UNIE MLÁDEŽE A TĚLOVÝCHOVY pro konkurenceschopnost INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNI Inovace tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí