1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif 1212570_28446780.jpg Adobe Systems logo_mu_cerne.gif Inovace tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky Doc. RNDr. Petr Anděl, CSc. Ekotoxikologie terestrického ekosystému 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif 1212570_28446780.jpg Adobe Systems logo_mu_cerne.gif Inovace tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky Posuzování vlivů na životní prostředí OPVK_MU.tif •Inovace tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif 1212570_28446780.jpg Adobe Systems logo_mu_cerne.gif Inovace tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky Ekotoxikologie terestrického ekosystému 1.Úvod do ekotoxikologie terestrického ekosystému 2.Toxikant v terestrickém ekosystému 3.Biosystém ve vztahu k toxikantu 4.Expozice terestrického ekosystému 5.Osud toxikantů v terestrickém ekosystému 6.Účinky toxikantu na úrovni organismu 7.Účinky toxikantů na úrovni populace 8.Účinky toxikantů na úrovni ekosystému – energie, hmota 9.Účinky toxikantů na úrovni ekosystému – řízení, vývoj 10.Metodika ekotoxikologického výzkumu • • ÚČINEK Florida 188 Jezero Griffin, Florida, USA Florida 188 Jezero Griffin, Florida, USA •v roce 1997 hromadný úhyn aligátorů . Florida 186 Aligátor americký (Aligator mississippiensis) Příčiny úhynů •výstavba v okolí jezera Příčiny úhynů •výstavba v okolí jezera •eutrofizace •rozvoj sinic - toxiny Toxiny sinic otravu nezpůsobily- Příčiny úhynů •výstavba v okolí jezera •eutrofizace •rozvoj sinic - toxiny •změna v druhové skladbě ryb •vymizení většiny druhů •přemnožení odolné ryby dorosomy dlouhoploutvé •(Dorosoma cepedianum) dorosoma dlouhoploutvá (Dorosoma cepedianum) – ryba z čeledi Sleďovitých, délka 45 cm, 1,8 kg, atlantický oceán, východní pobřeží Severní Ameriky, proniká i do řek a jezer, pravidelně lovena, Příčiny úhynů •výstavba v okolí jezera •eutrofizace •rozvoj sinic - toxiny •změna v druhové skladbě ryb •vymizení většiny druhů •přemnožení odolné ryby dorosomy dlouhoploutvé •(Dorosoma cepedianum) •maso obsahuje velké množství enzymu thiaminázy – štěpí vitamín B1 thiamin, vitamín B1, aneurin, derivát pyrimidinu, podílí se na štěpení cukrů a získávání energie, zvláště v nervové soustavě. Ryby požívané za syrova obsahují enzym thiaminázu, která jej štěpí. B1 se denně musí doplňovat, vitamín dobré nálady Příčiny úhynů •výstavba v okolí jezera •eutrofizace •rozvoj sinic - toxiny •změna v druhové skladbě ryb •vymizení většiny druhů •přemnožení odolné ryby dorosomy dlouhoploutvé •(Dorosoma cepedianum) •maso obsahuje velké množství enzymu thiaminázy – štěpí vitamín B1 •jednostranná dieta •avitaminóza vitamínu B1 Příčiny úhynů •výstavba v okolí jezera •eutrofizace •rozvoj sinic - toxiny •změna v druhové skladbě ryb •vymizení většiny druhů •přemnožení odolné ryby dorosomy dlouhoploutvé •(Dorosoma cepedianum) •maso obsahuje velké množství enzymu thiaminázy – štěpí vitamín B1 •jednostranná dieta •avitaminóza vitamínu B1 •poškození neuronů •ztráta pohybové koordinace •utopení •hromadný úhyn aligátorů Florida 144 •výstavba v okolí jezera •hromadný úhyn aligátorů 8.1. TOK ENERGIE • Raketoplán 1 1 • Raketoplán 2 2 • Raketoplán 3 5 • jaro P1010006 • OBECNÉ ZÁKONITOSTI • TERMODYNAMICKÉ ZÁKONY •1. termodynamický zákon Princip zachování a přeměny energie: - energie nevzniká ani nezaniká, pouze se přeměňuje z jedné formy do druhé • • TERMODYNAMICKÉ ZÁKONY •2. termodynamický zákon • Entropie • = míra neuspořádanosti soustavy • vysoká entropie = velká neuspořádanost, chaos • nízká entropie = vysoká organizovanost • TERMODYNAMICKÉ ZÁKONY •2. termodynamický zákon • Entropie • = míra neuspořádanosti soustavy • vysoká entropie = velká neuspořádanost, chaos • nízká entropie = vysoká organizovanost •ŽIVÉ ORGANISMY: -vysoce organizované soustavy •Þ mají nízkou entropii • TERMODYNAMICKÉ ZÁKONY •2. termodynamický zákon Princip samovolného růstu entropie: -bez dodávání energie samovolně roste entropie soustavy (= klesá její organizovanost) • • TERMODYNAMICKÉ ZÁKONY •2. termodynamický zákon Princip samovolného růstu entropie: -bez dodávání energie samovolně roste entropie soustavy (= klesá její organizovanost) Þ živé organismy bez neustálé dodávky energie nejsou schopny udržet svoji organizovanost = nejsou schopny existence - - • • • TERMODYNAMICKÉ ZÁKONY •2. termodynamický zákon Princip samovolného růstu entropie: -bez dodávání energie samovolně roste entropie soustavy (= klesá její organizovanost) Þ živé organismy bez neustálé dodávky energie nejsou schopny udržet svoji organizovanost = nejsou schopny existence - - -při každé přeměně energie se část přemění do formy tepla • • TOK ENERGIE V EKOSYSTÉMU • VSTUP ENERGIE P6130066 • •Sluneční záření – základní zdroj energie • forma: elektromagnetické záření • FOTOSYNTÉZA P6130066 • •Sluneční záření – základní zdroj energie • forma: elektromagnetické záření •Rostliny – FOTOSYNTÉZA = přeměna energie elektromagnet. záření na energii chemické vazby •Sumární rovnice: oxid uhličitý + voda ® cukr + kyslík • KONZUMENTI P6130084 •Rostliny – základní zdroj energie pro ostatní organismy • forma energie = energie chemické vazby • obsažená v organické rostlinné hmotě • •vstup do potravních řetězců • TOK ENERGIE A KOLOBĚH HMOTY •ENERGIE •SLUNEČNÍHO •ZÁŘENÍ •ENERGIE •CHEMICKÉ •VAZBY •ENERGIE •TEPELNÁ •PRODUCENTI •KONZUMENTI •DESTRUENTI •SLUNEČNÍ •ZÁŘENÍ •TEPLO •JEDNOSMĚRNÝ TOK ENERGIE • ÚČINNOST PŘEMĚNY ENERGIE •PRODUCENTI •BÝLOŽRAVEC •SLUNEČNÍ •ZÁŘENÍ •TEPLO •MASOŽRAVEC •Řádová účinnost •– v každém stupni se ztratí ve formě tepla cca 90 % energie •100 10 1 0,1 J PRŮMĚRNÝ KOUSEK ČESKÉ REPUBLIKY •zemědělská půda – 4136 m2 •NA KAŽDÉHO OBYVATELE PŘIPADÁ CCA 7610 m2 •87 m •87 m •ostatní •937 m2 •lesní půda – 2537 m2 • Vliv na producenty • • a) zásah dominantních producentů - převážná část toku energie je realizována malým počtem druhů • • Vliv na producenty • • a) zásah dominantních producentů - převážná část toku energie je realizována malým počtem druhů • - zásah může vést k rozpadu celého ekosystému 076 VIETNAMSKÁ VÁLKA • APLIKACE HERBICIDŮ VE VIETNAMSKÉ VÁLCE • •Vietnamská válka: •1964 - začátek námořními incidenty v Tonkinském zálivu •1973 - konec podepsáním Pařížských dohod •K podpoře vojenských akci použily USA velkoplošné aplikace herbicidů a defoliantů - celkem shozeno cca 90 000 t • • • APLIKACE HERBICIDŮ VE VIETNAMSKÉ VÁLCE • •Vietnamská válka: •1964 - začátek námořními incidenty v Tonkinském zálivu •1973 - konec podepsáním Pařížských dohod •K podpoře vojenských akci použily USA velkoplošné aplikace herbicidů a defoliantů - celkem shozeno cca 90 000 t • •3 základní typy bojových látek: • Agent Orange - směs 1 : 1 2,4 - D (2,4 – dichlorfenoxyoctová kyselina) 2,4,5 - trichlorfenoxyoctová kyselina obsahoval vyšší obsahy 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin • Agent White 2,4 - D + picloram • Agent Blue kyselina kakodylová • APLIKACE HERBICIDŮ VE VIETNAMSKÉ VÁLCE • • •rozsah postižených ploch: •cca 10 % rozlohy deštných pralesů •cca 35 % rozlohy mandragových lesů •cca 3 % rozlohy obdělávané půdy • • • APLIKACE HERBICIDŮ VE VIETNAMSKÉ VÁLCE • • •rozsah postižených ploch: •cca 10 % rozlohy deštných pralesů •cca 35 % rozlohy mandragových lesů •cca 3 % rozlohy obdělávané půdy • •dodnes patrné důsledky: •pomalý zpětný růst v místech,která byla postříkána 3x - 4x •rapidní další pokles úrodnosti půdy tam, kde došlo k přeměně lesů na travnaté plochy a bambusové lesy Þ pomalá a omezená možnost diverzifikované rekolonizace • • • APLIKACE HERBICIDŮ VE VIETNAMSKÉ VÁLCE • • •rozsah postižených ploch: •cca 10 % rozlohy deštných pralesů •cca 35 % rozlohy mandragových lesů •cca 3 % rozlohy obdělávané půdy • •dodnes patrné důsledky: •pomalý zpětný růst v místech,která byla postříkána 3x - 4x •rapidní další pokles úrodnosti půdy tam, kde došlo k přeměně lesů na travnaté plochy a bambusové lesy Þ pomalá a omezená možnost diverzifikované rekolonizace •radikální pokles počtu živočichů •dlouhodobé riziko teratogenních a karcinogenních účinků na živočichy a lidi • • • Vliv na producenty • •b) zásah sekundárních producentů - cíl aplikací herbicidů proti plevelům - základním předpokladem je selektivnost herbicidu • img00020 Plevele • Vliv na producenty •herbicidy •plevele •vyhubení plevelů • • Vliv na producenty •herbicidy •plevele •vyhubení plevelů •vyhubení určitých druhů hmyzu •- potrava pro mláďata křepelek •výrazný pokles • početnosti křepelek • • Vliv na konzumenty • • - základní cíl při aplikaci pesticidů v zemědělství - řada negativních vlivů v důsledku: * nespecifického působení př. hubení včelstev při aplikaci insekticidů • • • Vliv na konzumenty • • - základní cíl při aplikaci pesticidů v zemědělství - řada negativních vlivů v důsledku: * nespecifického působení př. hubení včelstev při aplikaci insekticidů * přenosu v potravním řetězci př. Anglie, 1959-61, aplikace heptachloru použit k moření osiva pšenice Þ velká úmrtnost ptactva (na rozloze cca 600 ha lesa uhynulo 6000 holubů hřivnáčů • Þ velká úmrtnost lišek po snědení 3 - 6 mrtvých holubů umíraly do 1 - 2 týdnů • potravní řetězec: obilí - holub - liška • • • Vliv na destruenty • • • především nepřímý vliv kontaminantů na půdní společenstva • GLOBÁLNÍ OTEPLOVÁNÍ P5250153 NORSKO • P5250153 Doba ledová • •vrstva ledu výšky 2000 m • P5250178 Fjordy • Fjordy • • •500 m Fjordy • P5250179 • •2000 m • • • Rozsah teplot Ø ve vesmíru rozsah v miliónech °C Ø na Zemi relativně úzký rozsah - minimum cca – 75 °C východní Sibiř - maximum cca + 55 °C Libyjská poušť • • Rozsah teplot •Teplota – zásadně ovlivňuje vegetaci • •Příklad: •průměrná roční teplota • •hřebeny Krkonoš (2 °C) jižní Morava (9 °C) • • P1010198 P6162753 Radiačně aktivní plyny •Nejdůležitější: Ø oxid uhličitý Ø metan Ø oxid dusný Ø halogenované uhlovodíky Ø ozón • • Radiačně aktivní plyny •Základní vlastnosti jsou uvedeny v následující tabulce: • CO2 CH4 N2O CFC-11 HCFC-22 CF4 předindustriální konc. 280 ppm 700 ppb 275 ppb 0 0 0 koncentrace 1994 358 ppm 1720 ppb 312 ppb 268 ppt 110 ppt 72 ppt přírůstek za rok 1,5 ppm 10 ppb 0,8 ppb 0 5 ppt 1,2 ppt přírůstek za rok (%) 0,4 0,6 0,25 0 5 2 doba života v atmosféře (rok) 50 - 200 12 120 50 12 50 000 Global Warming Potential (GWP) • plyn vzorec GWP – 20 let GWP – 100 let oxid uhličitý CO2 1 1 metan CH4 56 21 oxid dusný N2O 280 310 HCF-23 CHF3 9 100 11 700 HCF-125 C2HF5 4 600 2 800 •= potenciál plynů přispívat ke skleníkovému efektu (ve srovnání s oxidem uhličitým) 20% RAŠELINIŠTĚ P1010071 •METAN RADIAČNĚ AKTIVNÍ PLYNY • •nárůst •koncentrace •oxidu uhličitého •nárůst •koncentrace •metanu •odtávání bažin •v severských •oblastech •Zvýšení teploty •atmosféry •zvýšení jejich •metabolické •aktivity •zvýšení •produkce •metanu •Příklad pozitivní zpětné vazby •Koncentrace skleníkových plynů se vzájemně ovlivňují 8.2 KOLOBĚH HMOTY BIOGEOCHEMICKÉ CYKLY KOLOBĚH HMOTY • •Francouzské středohoří P1010452 KOLOBĚH HMOTY • •Francouzské středohoří P1010444 KOLOBĚH HMOTY • •Francouzské středohoří P1010441 GEOLOGICKÁ MAPA ČR • geologická mapa kopie BIOGEOCHEMICKÉ CYKLY KOLOBĚH UHLÍKU •a) Koloběh uhlíku •(Begon, Harper, Wowsend: Ekologie, 1997) •atmosféra • terestická • společenstva •spalování fosilních paliv •horniny •sedimenty oceánů • vodní • společenstva •voda • • •řeky, jezera, oceány •půda •lidské aktivity •využívání krajiny •organický C v odtokových vodách •fotosyntéza a odběr. organismy •dýchání •odběr CO2 fotosyntézou •těžba fosilních paliv KOLOBĚH UHLÍKU • C3 VLIV NA KOLOBĚH HMOTY • • •organismy se významně podílí na koloběhu hmoty na Zemi (biogeochemické cykly) Þ vliv kontaminantu na organismy se odráží i ve změnách koloběhu hmoty • •teoreticky by bylo možné diskutovat koloběhy jednotlivých prvků - uvedeny budou pouze tyto příklady: • koloběh organických látek • koloběh dusíku • • KOLOBĚH UHLÍKU • • •1. Koloběh organických látek •hlavní koloběh živé hmoty, lze spojit s koloběhem uhlíku •přímá vazba na tok energie v ekosystému •3 základní fáze: • * syntéza organických látek z anorganických fotosyntéza - producenti * transport a transformace organických látek potravní řetězce - konzumenti * rozklad organických látek na anorganické probíhá v každém organismu - dýchání specializovaná činnost - destruenti •koloběh může být narušen v kterémkoliv stupni •antropogenní narušení koloběhu uhlíku kontaminanty • * emise CO2 a CO ze spalování fosilních paliv * kontaminace mořské hladiny ropnými látkami DOUBRAVA PA270655 PA270667 DOUBRAVA PA270671 PA270670 CELULOSA • • POLYSACHARID NA BÁZI GLUKOSY • MOLEKULOVÁ VÁHA V ROZSAHU 105 – 106 • MOLEKULA CELULOSY OBSAHUJE 103 – 104 GLUKOSOVÝCH JEDNOTEK • NEJROZŠÍŘENĚJŠÍ ORGANICKÁ LÁTKA NA ZEMI • ZÁKLADNÍ STAVEBNÍ PRVEK BUNĚČNÝCH STĚN ROSTLIN • VELMI ŠPATNĚ STRAVITELNÁ PRO BÝLOŽRAVCE • TRÁVĚNÍ V VĚTŠINY BÝLOŽRAVCŮ ZAJIŠŤUJÍ SYMBIOTICKÉ MIKROORGANISMY (BAKTERIE, PRVOCI) • PŘÍKLADY: •SUDOKOPYTNÍCI – BACHOŘCI (PRVOCI) •MRAVENCI r. Atta – HOUBY ROZKLÁDAJÍ PŘINESENÉ LISTÍ •TERMITI – PRVOCI VE STŘEVĚ (1 termitiště – 0,5 mil. jedinců - spotřebují 5 tun dřeva ročně) • • • BIOGEOCHEMICKÉ CYKLY KOLOBĚH DUSÍKU • KOLOBĚH DUSÍKU • • •2. Koloběh dusíku •dusík - základní biogenní prvek (syntéza bílkovin), jeho dostupnost ovlivňuje složení celých společenstev (nitrofilní a nenitrofilní společenstva) •přirozené obohacování půdy dusíkem - př. trnovník akát * čeleď bobovité - symbióza s nitrogenními bakteriemi • * obohacování půdy sloučeninami dusíku Þ podpora nitrofilních společenstev * vylučování fytoncidů Þ změny druhového složení podrostu * expanzní dřevina, původ z Ameriky * vytlačování přirozených společenstev v xerotermních obl. * problémy např. CHKO Český kras • KOLOBĚH DUSÍKU • • • antropogenní obohacování půdy dusíkem * emise ze spalovacích procesu, značný vliv dopravy * aplikace průmyslových hnojiv • * pastviny s velkou koncentrací dobytka • * odpadní vody - čistění vsakováním • •sloučeniny dusíku budou patřit v dalších letech z nejvýznamnějším kontaminantů * NH4+, NO3- eutrofizace vod * NOx - nárůst dopravy, fytotox. efekt, smog, zdraví obyvatel • * NO skleníkový plyn • • •b) Koloběh dusíku •(Begon, Harper, Wowsend: Ekologie, 1997) •atmosféra • terestická • společenstva •spalování zvyšuje NO •horniny •sedimenty oceánů • vodní • společenstva •voda • • •řeky, jezera, oceány •půda •lidské aktivity •využívání krajiny zemědělství, hnojiva •rybářství •KOLOBĚH DUSÍKU EUTROFIZACE P6120034 Biosférická rezervace UNESCO Oberlauzitzer Heide- und Teichlandschaft sejmout0006 • Přírodní rezervace - Niederspree • P6120065 REVITALIZACE RYBNÍKŮ P6120068 umělé ostrovy P6120073 umělé ostrovy P6120076 rozšíření hrází P6120087 vodní květ sinic P6120088 oligotrofní vody EUTROFIZACE v terestrickém ekosystému PASTVA V APLÍNSKÉM PÁSMU • •Švýcarské Alpy P6140154 PASTVA V APLÍNSKÉM PÁSMU • •Švýcarské Alpy P6140171 PASTVA V APLÍNSKÉM PÁSMU • •Švýcarské Alpy P6140214 P6140207 PASTVA V APLÍNSKÉM PÁSMU • •Švýcarské Alpy P6140178 PASTVA V APLÍNSKÉM PÁSMU • •Švýcarské Alpy P6140213 P8040009 Krkonošské lesy Vliv člověka na lesy •11. st. první pronikání do hor •13. st. kolonizace, mýcení lesů, vznik osad • hospodářský rozvoj – růst spotřeby dřeva • Vliv člověka na lesy •15. st. rozvoj hutnictví a sklářský – velká spotřeba dřeva, uhlířství •16. st. kácení lesů pro Kutnohorské stříbrné doly holosečné kácení na stovkách hektarů za 40 let vytěženo přes 5000 ha ve východních Krkonoších plavení dřeva po Labi PA121619 Vliv člověka na lesy •17.st. rozvoj budního hospodářství (maximum 18. a 19.st.) P6170060 P6170090 • • BUDNÍ HOSPODÁŘSTVÍ 17. – 19. STOLETÍ •Počátek 19. stol - asi 2 600 bud • - 20 000 ks hovězího dobytka • - 10 000 ks koz • PA210503 •Důsledky: • • vykácení 30% ploch kleče • pohyb dobytka - destrukce původního pokryvu – • • KRKONOŠE – BUDNÍ HOSPODÁŘSTVÍ •Důsledky: • • vykácení 30% ploch kleče • pohyb dobytka - destrukce původního pokryvu • hnojení (statková i průmyslová hnojiva) - eutrofizace • odnímání organické hmoty - ochuzování půd • vznik komunikací - změna vodního režimu • zásadní změny v koloběhu hmoty (N, P, voda) – – • • KRKONOŠE – BUDNÍ HOSPODÁŘSTVÍ •Důsledky: • • vykácení 30% ploch kleče • pohyb dobytka - destrukce původního pokryvu • hnojení (statková i průmyslová hnojiva) - eutrofizace • odnímání organické hmoty - ochuzování půd • vznik komunikací - změna vodního režimu • zásadní změny v koloběhu hmoty (N, P, voda) – • změny druhové skladby rostlin a živočichů dnešní horské louky se vzácnými rostlinami (violka sudetská, zvonek český, jestřábník oranžový) – jsou důsledkem hospodářské činnosti • • KRKONOŠE – BUDNÍ HOSPODÁŘSTVÍ Vliv člověka na lesy •18.st. velký nedostatek dřeva – nárůst obyvatel a průmyslu + vichřice + následné kalamity kůrovce nové zásady lesního hospodářství – pasečný způsob přibývání monokultur smrku 19.st. preference smrku jako ekonomicky výhodné dřeviny PA121617 Vliv člověka na lesy •20.st. nárůst imisní zátěže, imisní kalamity (od 1970) • PA121651 PA121663 PA121531 Vliv člověka na lesy •21.st. ??? • EUTROFIZACE RAŠELINIŠŤ • P9070134 EUTROFIZACE HORSKÝCH EKOSYSTÉMŮ •př. VYSOKÉ TATRY – TOMANOVÁ DOLINA •NEDOSTATEK ŽIVIN (N) + KLIMATICKÉ PODMÍNKY •EMISE •KYSELÉ DEŠTĚ •ZVÝŠENÝ PŘÍSUN DUSÍKU •URYCHLENÍ ROZKLAD. PROCESŮ •NÁHRADA •LIKVIDACE •ROSTL. SPOLEČENSTVA •Oreochloetum distichae •POMALÉ MIKROBIOLOGICKÉ PROCESY •HROMADĚNÍ VRSTEV RAŠELINÍKU (až 60 cm vrstvy) (společenstvo Sphagno-Empetrum) eutrofiyace6 •ROSTL. SPOLEČENSTVA •Oreochloetum distichae •ZMĚNA HYDROLOGICKÝCH POMĚRŮ •RETENČNÍ SCHOPNOSTI •LETNÍCH PRŮTOKŮ •POVODNÍ eutrofiyace7 •ZMĚNY V DEKOMPOZIČNÍM ŘETĚZCI •společenstvo CALAMAGROSTIS VILLOSAE •ZVÝŠENÁ PRIMÁRNÍ PRODUKCE •ZVÝŠENÝ ODPAD •NÁRŮST POČETNOSTI PŮDNÍ FAUNY •KYSELÉ DEŠTĚ •PŘÍSUN DUSÍKU eutrofiyace1 •př. CHVOSTOSKOCI •rok •1977 1990 •počet jedinců [jedn/m2] •počet druhů •12 24 •80 000 300 000 eutrofiyace2 eutrofiyace3 eutrofiyace4 eutrofiyace5 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif 1212570_28446780.jpg Adobe Systems logo_mu_cerne.gif Inovace tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky Posuzování vlivů na životní prostředí OPVK_MU.tif •Inovace tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky