Inovace tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky Bioindikace na úrovni společenstev Rámcová směrnice WFD (Ekotoxikologie vodních ekosystémů 2017) Mgr. Karel Brabec, Ph.D. ÚROVNĚ BIOINDIKÁTORŮ Bioindikátory • ideálním indikátorem je ten, který minimálně kolísá v závislosti na přirozených gradientech, je sezónně stabilní a spolehlivě stanovitelný • indikátorové taxony a z nich odvozené indexy – odvozené z distribuce v rámci gradientů/typů prostředí • biotické indexy (ASPT, saprobní index) • funkční charakteristiky společenstva – důležité je pokrýt co největší podíl společenstva – potravní strategie, habitatové (substrátové) preference, zonační preference • další indikátory odvozené z tzv. species traits – vývojové cykly, morfologie, tolerance vůči extrémním podmínkám Interakce při působení kontaminantu Časové schéma působení toxické látky Reprezentativnost-složitost-reprodukovatelnost Mikro-/mesokosmové experimenty Inovace tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky Implementace rámcové směrnice o vodách (Water Framework Directive) WATER FRAMEWORK DIRECTIVE • kvalita vody → ekologický stav ekosystému • větší význam biologických indikátorů • kategorizace stresorů • typologie vodních útvarů • zavádění vědeckých poznatků do praxe rutinního monitoringu WATER FRAMEWORK DIRECTIVE • organické znečištění/eutrofizace • toxické látky, acidifikace • hydromorfologická degradace (bariéry, úpravy koryt, změny říční nivy) • změny teplotního a průtokového režimu kategorizace stresorů kombinovaný stres • sčítání/rušení ekologických dopadů • vztahy se změnami klimatu • pro indikaci jsou potrebné sofistikovanější systémy • vysvětlení rozdílů mezi citlivostí organismů v experimentální podmínkách a v reálných ekosystémech WATER FRAMEWORK DIRECTIVE typologie vodních útvarů (Langhammer a kol., 2009) WATER FRAMEWORK DIRECTIVE vymezení vodních útvarů Vymezení vodních útvarů povrchových vod (2006) Pro druhé období plánování upraveno na – 1044 VÚ v kategorii „řeky“ Vodní útvary povrchových vod a reprezentativní profily METODY • fytobentos, makrozoobentos, makrofyta, ryby • kompilace metod, seznamů taxonů a autekologických charakteristik • hydromorfologie, vztahy mezi vodními a terestrickými ekosystémy • prioritní látky MONITORING • situační (surveilance) • provozní (operational) • průzkumný (investigative) Četnost pro situační monitoring MONITORING • situační (surveilance) – hodnotí stav na začátku a konci zvoleného období; jeho cílem je postihnout základní stav kvality vod ve sledovaném vodním útvaru prováděný jen na hlavních vybraných profilech, je co do rozsahu ukazatelů nejobsáhlejší, protože musí poskytovat dostatečný přehled o všech metodikou zadaných ukazatelích a biologických složkách, aby tak bylo umožněno souhrnné zhodnocení vymezeného povodí • provozní (operational) – průběžně hodnotí na zvolených stanicích vybrané parametry na rozdíl od situačního je prováděn v podstatně větší hustotě v každém VÚ a zahrnuje sledování parametrů chemického a ekologického stavu/potenciálu povrchových vod tak, aby poskytoval maximum rozhodujících podkladů pro hodnocení a pro sledování vlivů způsobujících rizikovost vodních útvarů a aby poskytoval dostatečné informace pro posuzování změn stavu znečištění vodních toků, včetně identifikace jakéhokoliv významného vzestupného trendu koncentrací znečišťujících látek • průzkumný (investigative) – řeší dílčí specifické otázky a má převážně výzkumný charakter se uplatňuje v případech, vyskytují-li se ve vodních útvarech mimořádné jevy a nejsou-li známy jejich příčiny. Průzkumný monitoring je tedy prováděn podle potřeby a je ze své podstaty proměnlivý. Legislativa – směrnice EU http://ec.europa.eu/environment/water/water-dangersub/index.htm#technical Předpisy EU – MŽP překlady http://www.mzp.cz/ris/ais-risdb-ec-table.nsf/ Legislativa EU týkající se monitorování a hodnocení stavu vod ∗ Směrnice EP a Rady 2000/60/ES ze dne 23.října 2000, kterou se stanoví rámec pro činnost Společenství v oblasti vodní politiky – Rámcová směrnice, (Water Framework Directive – WFD). o Směrnice EP a Rady 2008/105/ES o normách environmentální kvality, zásadní novela 2013/39/EU o Směrnice Komise 2009/90/ES, kterou se stanoví technické specifikace chemické analýzy a monitorování stavu vod.  Guidance dokumenty CIS-WFD – No. 7 – monitorování podle WFD, No. 13 – klasifikace ekologického stavu a ekologického potenciálu, No. 19 – monitoring chemického stavu, No. 25 – monitoring sedimentů a bioty, No. 27 – stanovení norem environmentální kvality. Právní předpisy ČR ∗ Zákon č. 254/2001 Sb. ve znění pozdějších předpisů (úplné znění zákon č.273/2010 Sb.) ∗ Nařízení vlády č. 23/2011 Sb., kterým se mění NV č. 61/2003 sb., ve znění pozdějších předpisů ∗ Vyhláška č. 98/2011 Sb., o zjišťování a hodnocení stavu útvarů povrchových vod ∗ Vyhláška č. 49/2011Sb., o vymezení útvarů povrchových vod ∗ Vyhláška č. 24/2011 Sb., o plánech povodí a plánech pro zvládání povodňových rizik DATABÁZE AQEMdip SOFTWARE pro hodnocení ASTERICS Indikátory ekologického stavu – biologické složky Databáze autekologických informací (www.freshwaterecology.info) Indikátory změn teplotního režimu Autekologické informace – species traits (toxicita sedimentů) Archaimbault et al., 2010 VÝVOJ SYSTÉMU HODNOCENÍ BSK5 AX1 metrika AX1 AX2 AX1 AX1 širší výběr metrik výběr metrik pro MMS nastavení hranic tříd pro jednotlivé metriky MMI = (SM1 + SM2 + ... SM )/i( i) SM1 ... SM jsou skóre metrik(i) testování diskriminační spolehlivosti metrik v kombinaci aplikace výběrových kritérií vícerozměrná analýza druhového složení skóre vzorků osy vykazující vazbu na g radient degrad ace metriky korelující se skóry vícerozměrné analýzy shluková analýza sestavení multimetrického indexu testování na replikovaných vzorcích metrika 1 skóre = 2 skóre=4 skóre = 5 skóre=1 skóre = 1 skóre=5 skóre = 4 skóre=2 skóre = 3 skóre=3 metrika2 } } } } } } } } } } • specificita vůči typu stresoru • typy toků • odchylka od referenčního stavu • biologické složky se mohou lišit citlivostí vůči typům stresorů a rychlostí reakce • vývoj, kalibrace, validace, zavedení do praxe MORPHOLOGICAL DEGRADATION chironomids HMS score 80706050403020100 relativeabundanceofchironomids(%) 80 70 60 50 40 30 20 10 0 CLASS 5 4 3 2 1 Rsq = 0.8426 S24_1B S24_1A S23_1A S21_1A S20_1A S19_1B S19_1A S18_1A S17_1A S16_1A S15_1B S15_1A STRESSOR SPECIFIC % chironomids is also related to scouring of streams, average (maximal) width of woody riparian vegetation HQATREE 14121086420 MD1CH22 1.5 1.0 .5 0.0 -.5 -1.0 CLASS 5 4 3 2 1 Rsq = 0.7605 S24_1B S24_1A S23_1A S21_1A S20_1A S19_1B S19_1A S18_1A S17_1A S16_1A S15_1B S15_1A average width of woody riparian vegetation (m) 120100806040200-20 relativeabundanceofchironomids(%) 80 70 60 50 40 30 20 10 0 CLASS 5 4 3 2 1 Rsq = 0.7711 S24_1B S24_1A S23_1A S21_1A S20_1A S19_1B S19_1A S18_1A S17_1A S16_1A S15_1B S15_1A Porovnání indikace založené na bezobratlých a rozsivkách MDSAQM1 (macroinvertebrates) 2,01,51,0,50,0-,5-1,0-1,5 MDSDIA2(diatoms) 1,5 1,0 ,5 0,0 -,5 -1,0 -1,5 STRESS organic Rsq = 0,6733 morpholo Rsq = 0,6143 Sensitivní taxony Středně citlivé taxony Tolerantní taxony ASPT index (BMWP – BioMonitoring Working Party) SPEAR index (Species At Risk) www.systemecology.eu/SPEAR/index.php www.systemecology.eu/SPEAR/index.php BIOLOGICKÉ VZTAHY Hodnocení stavu útvarů povrchových vod Přirozené VÚ nedosaženídobrého stavu dobrý stav nedosaženídobrého stavu dobrý stav nedosaženídobrého stavu dobrý stav velmi dobrý dobrý střední poškozený zničený dobrý a lepší střední poškozený zničený dobrý a lepší střední poškozený zničený makrozoobentos kontinuita hydrologie morfologie fytobentos fytoplankton makrofyta fytoplankton ryby makrozoobentos makrofyta fytobentos ryby velmi dobrý dobrý střední poškozený zničený fytoplankton ryby MEP +dobrý a lepší střední poškozený zničený všeobecné ukazatele teplotnípoměry kyslíkové poměry MEP +dobrý a lepší střední poškozený zničený všeobecné ukazatele teplotnípoměry slanost kyslíkové poměry stav acidifikace všeobecné ukazatele teplotnípoměry slanost stav živin kyslíkové poměry stav acidifikace slanost stav živin velmi dobrý dobrý střední stav acidifikace specifické zneč.látky syntetické stav živin (NEK - RP) nesyntetické MEP +dobrý a lepší střední ≤MS ≤NEK >NEK MEP +dobrý a lepší střední specifické zneč.látky syntetické • specifické zneč.látky syntetické (NEK - RP) nesyntetické velmi dobrý dobrý střední (NEK - RP) nesyntetické ≤NEK >NEK ≤NEK >NEK • kontinuita hydrologie morfologie • MEP +dobrý a lepší střední MEP +dobrý a lepší střední velmi dobrý dobrý hydromorfologie broditelné úseky/nebroditelné úseky hydromorfologie biologické složky MaximálníEP - ANO/NE Silně ovlivněné a umělé VÚ Hodnocení stavu útvarů povrchových vod - "one out - all out" STOJATÉ=KATEGORIE JEZERO (nádrže, rybníky, hydricky revitalizované důlní jámy) broditelné úseky/nebroditelné úseky TEKOUCÍ = KATEGORIE ŘEKA Přirozené VÚ Silně ovlivněné a umělé VÚ Chemický stav Ekologický stav Ekologický potenciál Ekologický potenciál MaximálníEP - ANO/NE hydromorfologie biologické složky <=>NEK (EQS) - RP, MAX<=>NEK (EQS) - RP, MAX <=>NEK (EQS) - RP, MAX fyzikálně-chemické parametry fyzikálně-chemické parametry fyzikálně-chemické parametry vrámciČRnejsouvymezeny voda a/nebo biota voda a/nebo biotavoda a/nebo biota biologické složky Chemický stav Chemický stav teplota vody teplota vody nasyceníkyslíkem el.vodivost, sírany, chloridy KNK4,5, pH celk.fosfor, fosfor.fosfor, amon.dusík, dusič.dusík průhlednost nasyceníkyslíkem, BSK5 el.vodivost, sírany, chloridy KNK4,5, pH celk.fosfor, fosfor.fosfor, amon.dusík, dusič.dusík teplota vody nasyceníkyslíkem, BSK5 celk.fosfor pH neníposuzován Hodnocení stavu útvarů povrchových vod Úloha NEK (EQS) v rámci klasifikace stavu útvarů povrchových vod Principy hodnocení ekologického stavu povrchových vod Odpovídají zjištěné hodnoty biologických složek referenčním podmínkám? Odchylují se zjištěné hodnoty biologických složek jen mírně od hodnot pro referenční podmínky? Odpovídají fyzikálně chemické podmínky velmi dobrému stavu? Odpovídají hydro- morfologické podmínky velmi dobrému stavu? Klasifikováno jako velmi dobrý stav Zjištěné hodnoty fyzikálně chemických složek a) zaručují dobrou funkci ekosystému, b) odpovídají EQS pro specifické polutanty? Klasifikováno jako dobrý stav Klasifikace podle odchylky biologických složek od referenčních podmínek Je možné považovat odchylku za střední? Je možné považovat odchylku za velkou? Klasifikováno jako střední stav Klasifikováno jako poškozený stav Klasifikováno jako zničený stav ANO ANO ANO ANO ANO ANO ANOANO NE NE NE NENE Je větší Je větší Principy klasifikace ekologického stavu na základě ekologických kvalitativních poměrů (EQR) Makrozoobentos Makrozoobentos multimetrický index Klasifikace do tříd dle hodnot MMI - makrozoobentos Třída ekologického stavu Klasifikace ekologického stavu MMI Barevné označení 1.třída velmi dobrý 0,8 ˂ I Modrá 2. třída dobrý 0,6 ˂ I ≤0,8 Zelená 3. třída střední 0,4 ˂ I ≤ 0,6 Žlutá 4.třída poškozený 0,2 ˂ I ≤ 0,4 Oranžová 5. třída zničený I ≤ 0,2 Červená Příklad vyhodnocení ekologického stavu pro biologickou složku makrozoobentos sdružený typ 3_1 toky v nadm. výškách 500-800 m.n.m., 1.-3. řádu Kod Tok Profil Nadmořská výška Plocha povodí Řád toku Saprobní index Saprobní index EQR V Jep Abu Jep Abu EQR V Litál Litál EQR V RETI RETI EQR V Diversita Margalef Diversita Margalef EQR V Epiritrál Epiritrál EQR V index B Spol V MMI Třída podle MMI MMI bez B Třída podle MMI bez B Třída podle B Rozdilmezi třídoupodle MMIapodle B Výsledná třídaES Poznámka PMO_SPPBP001 Bílý potok podPoličkou 550 40,1 3 1,67 0,58 1 0,00 0,00 1 20,15 0,35 1 0,25 0,26 0,7 2,09 0,21 1 6,63 0,17 0,6 0,06 1,3 0,23 4 0,27 5 1 4 POD_5211 Lomnický potok ústí 511 25,915 3 2,02 0,45 1 8,37 0,33 1 35,03 0,60 1 0,54 0,61 0,7 3,27 0,36 1 10,67 0,28 0,6 0,14 1,3 0,38 4 0,44 5 1 4 PLA_300 Medvědíručej Labská 701 1,703 3 1,24 0,74 1 11,71 0,47 1 38,16 0,66 1 0,48 0,54 0,7 2,11 0,21 1 19,42 0,51 0,6 0,26 ** 1,3 0,47 3 0,52 3 4 1 3 nespolehlivý výsledek PMO_BPTKa002 MaláStanovnice(Zabitá) Karolinka-př. 547 4,48 3 1,51 0,64 1 0,00 0,00 1 35,81 0,62 1 0,53 0,60 0,7 6,77 0,80 1 22,34 0,59 0,6 0,49 ** 1,3 0,52 3 0,53 3 3 0 3 nespolehlivý výsledek PLA_228 Orlický potok VDPastviny 517 8,713 3 1,41 0,68 1 0,00 0,00 1 35,99 0,62 1 0,56 0,64 0,7 2,93 0,32 1 27,65 0,73 0,6 0,28 * 1,3 0,43 3 0,47 4 1 3 POD_5212 Rázovský potok ústí 525 6,807 3 1,89 0,49 1 8,52 0,34 1 32,71 0,56 1 0,39 0,44 0,7 2,19 0,22 1 12,68 0,33 0,6 0,18 1,3 0,36 4 0,40 5 1 4 PMO_DPTNr002 Řečice(Olšanský p.) NováŘíše-přítok 598 18,555 3 1,79 0,53 1 2,76 0,11 1 24,68 0,43 1 0,46 0,51 0,7 6,87 0,81 1 12,12 0,32 0,6 0,35 * 1,3 0,44 3 0,46 4 1 3 POD_5322 Slavíč ústí 540 15,869 3 1,26 0,73 1 21,22 0,85 1 51,33 0,89 1 0,54 0,62 0,7 2,69 0,29 1 35,02 0,92 0,6 0,31 ** 1,3 0,63 2 0,71 2 4 2 2 nutnostexpertníhoposouzení PLA_210 Vortovský potok přednádrží 604 12,922 3 2,05 0,43 1 7,20 0,29 1 20,14 0,35 1 0,49 0,55 0,7 2,55 0,27 1 8,60 0,23 0,6 0,24 1,3 0,33 4 0,35 4 0 4 Principy hodnocení ekologického potenciálu povrchových vod Ekologický potenciál silně ovlivněných a umělých útvarů povrchových vod Metodické postupy pro druhé plány povodí – hodnocení útvarů povrchových vod – kategorie řeka  Durčák, M., Tušil, P, Mičaník, T., Rosendorf, P., Kristová, A., Vyskoč, P., Prchalová, H. (2011a). Metodika hodnocení chemického stavu útvarů povrchových vod tekoucích (kategorie řeka), VÚV TGM, v.v.i., 2011, Metodika, MŽP Praha. aktualizace  Horký, P., Slavík, O. (2011): Metodika hodnocení ekologického stavu útvarů povrchových vod tekoucích pomocí biologické složky ryby, VÚV TGM, v.v.i., 2011, Certifikovaná metodika MŽP.  Kočí, M., Grulich, V., Opatřilová, L., Horký, P. (2011). Metodika hodnocení ekologického stavu útvarů povrchových vod tekoucích pomocí biologické složky makrofyta. VÚV TGM, v.v.i., 2011, MŽP Praha.  Marvan, P., Opatřilová, L., Heteša, J., Maciak, M., Horký, P. (2011). Metodika hodnocení ekologického stavu útvarů povrchových vod tekoucích (kategorie řeka) pomocí biologické složky fytobentos. VÚV TGM, v.v.i., 2011, Certifikovaná metodika MŽP.  Němejcová, D., Zahrádková, S., Opatřilová, L., Kokeš, J., Syrovátka, V., Pařil, P., Maciak, M., Dzuráková, M., Tušil, P. (2013). Metodika hodnocení biologické složky bentičtí bezobratlí pro velké nebroditelné řeky, VÚV TGM, v.v.i., 2013, metodika MŽP.  Opatřilová, L., Kokeš, J., Němejcová, D., Syrovátka, V., Zahrádková, S. (2011a). Metodika hodnocení ekologického stavu útvarů povrchových vod tekoucích pomocí biologické složky makrozoobentos. VÚV TGM, v.v.i., 2011, Certifikovaná metodika MŽP.  Opatřilová, L., Desortová, B., Potužák, J., Liška, M., Horký, P. (2011b). Metodika hodnocení ekologického stavu útvarů povrchových vod tekoucích pomocí biologické složky fytoplankton. VÚV TGM, v.v.i., 2011, Certifikovaná metodika MŽP.  Rosendorf, P., Tušil, P., Durčák, M., Svobodová, J., Beránková, T. a Vyskoč, P. (2011). Metodika hodnocení všeobecných fyzikálně-chemických složek ekologického stavu útvarů povrchových vod tekoucích, VÚV TGM, v.v.i., 2011, Metodika, MŽP Praha.  Durčák, M., Tušil, P, Mičaník, T., Rosendorf, P., Kristová, A., Vyskoč, P., Prchalová, H. (2011b). Metodika hodnocení ekologického stavu útvarů povrchových vod tekoucích (kategorie řeka) – specifické znečišťující látky, VÚV TGM, v.v.i., 2011, Metodika, MŽP Praha. aktualizace SYSTÉM ARROW • http://hydro.chmi.cz/isarrow/ Interkalibrační cvičení • srovnatelnost výsledků hodnocení • nastavení referenčních podmínek • relevantní stresory • typologie • systém hodnocení a definování hranic tříd • harmonizace, společné IC metriky • JRC (Ispra) PLÁNY OBLASTÍ POVODÍ • plánování v oblasti vod ve smyslu § 23 zákona č. 254/2001 Sb., o vodách (harmonizace veřejných zájmů) • ochrany vod jako složky životního prostředí • snížení nepříznivých účinků povodní a sucha • trvale udržitelného užívání vodních zdrojů a hospodaření s vodami pro zajištění požadavků na vodohospodářské služby, zejména pro účely zásobování pitnou vodou • hodnocení stavu povrchových a podzemních vod za současných podmínek • program opatření • Povodí Moravy – Dyje (www.pmo.cz/pop/2009/dyje/end/index.html) http://pop.pmo.cz/download/web_PDP_Dyje_kraje/index.html Schéma hodnocení stavu vodních útvarů PLÁNY OBLASTÍ POVODÍ – chemický stav (kovy) PLÁNY OBLASTÍ POVODÍ - makrozoobentos PLÁNY OBLASTÍ POVODÍ – ekologický stav PLÁNY OBLASTÍ POVODÍ – stav vodních útvarů (celkový) PLÁNY OBLASTÍ POVODÍ – opatření - hydromorfologie PLÁNY OBLASTÍ POVODÍ – opatření – plošné zdroje - pesticidy Provozní monitoring 2013-2018 http://pop.pmo.cz/download/web_PDP_Dyje_kraje/index.html Chemický stav (2016) Ekologický stav/potenciál Povodňová rizika Návrhy opatření - revitalizace Revitalizace Časový harmonogram implementace WFD Svratka – aktuální stav http://www.pmo.cz/portal/sap/cz/index.htm Svratka http://www.pmo.cz/portal/sap/cz/index.htm Inovace tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky