E2240 Účinky stresorů v ekosystémech

Přírodovědecká fakulta
jaro 2024
Rozsah
2/0/0. 2 kr. (plus ukončení). Ukončení: zk.
Vyučující
prof. RNDr. Jakub Hofman, Ph.D. (přednášející)
doc. Mgr. Klára Hilscherová, Ph.D. (přednášející)
prof. Ing. Blahoslav Maršálek, CSc. (přednášející)
Garance
prof. RNDr. Jakub Hofman, Ph.D.
RECETOX – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: prof. RNDr. Jakub Hofman, Ph.D.
Dodavatelské pracoviště: RECETOX – Přírodovědecká fakulta
Rozvrh
Po 19. 2. až Ne 26. 5. Po 11:00–12:50 D29/252-RCX1
Předpoklady
NOW( E2241 Účinky stresorů v ekosys - cv )
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Cílem předmětu je seznámit studenty hlouběji a detailněji než v předchozích předmětech s problematikou ekotoxikologie vody, půdy a terestrického ekosystému, tj. působení toxických látek a dalších stresorů na organismy, populace a společenstva v ekosystémech. Cílem je dovést studenty k chápání komplexity ekosystémů, interakcí mezi kontaminanty a prostředím a dopadům těchto interakcí na výsledné účinky. Cílem je také na rozdíl od předchozích předmětů více představit bioindikační metody a hodnocení účinků na vyšších úrovních biologické organizace (populace, společenstvo, ekosystém …) včetně základní metodiky, která je potom demonstrována v cvičení předmětu.
Výstupy z učení
Po ukončení tohoto kurzu budou studenti schopni:
- chápat do hloubky a v potřebném detailu působení toxických látek a dalších stresorů na živé soustavy ve vodních a suchozemských ekosystémech
- popsat a vysvětlit komplexní interakce polutanty - prostředí - organismy
- zhodnotit působení různých typů stresorů v terestrickém, půdním a vodním ekosystému
- při úvahách nad polutanty v ekosystémech a jejich účinky brát v potaz celou směs polutantů, spolupůsobení polutantů a jiných stresorů, vliv prostředí na rizikovost toxikantů a projevy účinků na vyšších úrovních biologické organizace
- popsat nejčastější bioindikační metody, přístupy k hodnocení biologické kvality ekosystémů, hodnocení biodiverzity, stavu populací a ekosystémových funkcí
- navrhovat koncepční přístupy studia a výzkumu účinků stresorů v ekosystémech a konkrétní metody
- kriticky vyhodnocovat a interpretovat výsledky studia účinků stresorů v ekosystémech na různých úrovních
Osnova
  • 1. Úvod
  • tři případové studie (voda, půda, wildlife) ukazující složitost reálného prostředí, mix stresorů a interakce s prostředím, komplikovanost dopadů na živé organismy
  • připomínka již absolvovaných kurzů a krátké shrnutí: a) degradace ŽP, hlavní problémy (voda, půda, ovzduší - příklady), směsi stresorů a mix polutantů, vliv prostředí na polutanty, stres je přirozený (přírodní toxiny), b) účinky na živé organismy - základní principy ekotoxikologie, typy efektů, různé úrovně (jedinec - populace - společenstvo - ekosystém, AOP linka), riziko a nebezpečnost, c) vztahy v ekosystémech - systémový přístup, přímé a nepřímé účinky, toky látek a energií, ekologické principy, zákon tolerance
  • ekosystémové služby - vliv na člověka, nutný holistický přístup
  • 2. Koncepční přístupy k hodnocení účinků stresorů
  • prospektivní a retrospektivní ekotoxikologie (příklady skutečných studií - voda i půda), testování ekotoxicity a bioindikace, překryvy přístupů a kombinované přístupy, TRIAD a WoE přístup - evidence o působení stresorů (případová studie), co je normální aneb koncept kontroly/reference (případová studie, regulatorní kontext WFD), kauzalita (upozornění na korelace nerovná se kauzalita, příklady špatných studií)
  • 3. Biota terestrických ekosystémů
  • oživení půd, význam půdních organismů (půda je živá!), dopady jejich poškození (případové studie), biosystémy studované dříve či nyní z hlediska účinků stresorů v půdě
  • terestrická flora a fauna, rostlinná společenstva a wildlife, dopady jejich poškození (případové studie)
  • hlavní typy ekosystémů a jejich specifika – lesy, pole, louky, obydlené oblasti, průmyslové oblasti (konkrétní případy)
  • 4. Multistresory v terestrickém prostředí
  • shrnutí možných stresorů (kontaminanty a další stresory) typických pro půdu, lesy, pole, louky, obydlené oblasti, průmyslové oblasti (konkrétní příklady, případy)
  • interakce s prostředím, biodostupnost (připomenutí), jejich možné efekty/dopady na úrovni jedinců, populací, společenstev a ekosystémů (příklady)
  • 5. Bioindikace v suchozemských ekosystémech
  • co vše lze měřit terénu a jak (ukázky metod – video, odkaz na cvičení)
  • co lze odebrat a zkoumat v laboratoři a jak (ukázky metod – video, odkaz na cvičení), interpretace a její úskalí (případové studie)
  • přístupy využívající bioindikátorové druhy (lišejníky a další příklady), úskalí – migrace organismů a další (příklady)
  • hodnocení a interpretace biodiverzity, produkce ekosystémů, specifika lesních ekosystémů, agroekosystémů, obydlených a průmyslových oblastí
  • mikroorganismy jako indikátor půdní biologické kvality, půdní hlístice a mikročlenovci jako často sledované skupiny, wildlife, rostlinná společenstva, regulatorní kontext – povinná sledování
  • 6. Testování ekotoxicity reálných matric v terestrických ekosystémech
  • prediktivní hodnocení rizik – testování komplexních materiálů před vstupem do půdy (hnojiva, kaly, sedimenty, odpady …) (příklady reálných situací)
  • retrospektivní přístup – hodnocení v okolí zdrojů znečištění (případová studie), hodnocení remediací (případová studie), ekotoxicita přírodních vzorků? – interferující faktory, regulatorní kontext – vyžadované testy odpady, sedimenty
  • 7. Biota a bioindikace v akvatických ekosystémech
  • oživení vod, význam vodních organismů, dopady jejich poškození (případové studie), hlavní typy akvatických ekosystémů a jejich specifika – tekoucí a stojaté vody, struktura, dynamika a degradace fluviálních ekosystémů
  • potravní řetězce (sítě) v akvatických ekosystémech (bentos, fytoplankton, zooplankton, makrofyta, bezobratlí, obojživelníci, ryby …), produkce, biodiverzita, struktura populací a společenstev
  • bioindikace a biomonitoring - vhodné parametry biomonitoringu, biotické indexy a indexy diverzity, saprobita, bioindikace v EU
  • sedimenty jako paměť vodních ekosystémů - výhody, nevýhody, fauna a flora sedimentů, vliv stresorů, změny ve složení společenstev a jejich interpretace
  • 8. Multistresory v akvatickém prostředí
  • shrnutí možných stresorů (kontaminanty a další stresory) ve vodních ekosystémech, multistresory typické pro různé typy ekosystémů (konkrétní případy), vzájemná interakce stresorů a prostředí, možné dopady na úrovni jedinců, populací, společenstev a ekosystémů (příklady)
  • kontaminující látky a materiály v povrchových vodách, odpadní vody a čistírny odpadních vod jako dominantní stresor říčních ekosystémů, druhy odpadních vod – tepelné, organické, toxické znečištění, živiny
  • rámcová směrnice na ochranu vod – její praktická implementace – hodnocení ekologického, chemického hyromorfologického stavu vod, typy monitoringů, aktuální situace v ČR
  • 9. Hodnocení ekotoxicity v akvatických ekosystémech
  • metody, testy a modelové organismy vhodné pro studium ekotoxicity a biokumulace xenobiotik ve vodních ekosystémech
  • reprezentativnost vzorkování, zpracování a testování environmentálních vzorků (odpadní vody, povrchové vody, sedimenty), interpretace výsledků v širších souvislostech
  • modely laboratorní a terénní, zdroje variability a nejistoty, legislativní souvislosti testování a predikce účinků cizorodých látek ve vodních ekosystémech (retrospektivní a prospektivní hodnocení)
  • vícedruhové testy, mikrokosmy, mezokosmy, biologické systémy včasného varování
  • hodnocení negativních účinků ve vodních ekosystémech, ekologické účinky - změny složení společenstev, zastoupení a abundance druhů a populací, terénní studie - využití biodetekčních systémů, sledované biomarkery v organismech, expozice in situ
  • 10. Aktuální problémy znečištění akvatických ekosystémů a jejich dopady
  • směsi látek a nové typy polutantů a s nimi spojené účinky v akvatických ekosystémech
  • farmaka a PPCP, antibiotika, pesticidy, retardanty hoření, mikroplasty, nanočástice, persistentní a pseudopersistentní polutanty - účinky na různých úrovních potravního řetězce - reprodukční toxicita, neurotoxicita, antibiotická resistence, endokrinní disrupce
  • 11. Dopady spolupůsobení antropogenních a přírodních faktorů v akvatických ekosystémech
  • klimatické změny a spolupůsobení s dalšími faktory, šíření invazivních druhů a patogenů
  • eutrofizace a masové rozvoje sinic - problémy sladkovodních i mořských ekosystémů, důvody, důsledky a rizika, produkce cyanotoxinů, přístupy a opatření k omezování masového rozvoje
  • kombinace a interakce účinků chemických a nechemických stresorů (včetně přírodních) – případ multistresorového přístupu – problematika obojživelníků
  • 12. Stresory účinkují v komplexním prostředí – závěrečné shrnutí
  • interakce složek ŽP, migrace a transport stresorů, holistický přístup, krajinná ekologie vs ekosystémová ekotoxikologie, časovost procesů (nutnost hodnocení dlouhodobých dopadů, prognózy), globální ekosystém (příklady – ukládání CO2 do moří, promíchávání vody)
Literatura
    doporučená literatura
  • Pankhurst, C.E., Doube, B.M., Gupta, V.V.S.R. (1997): Biological indicators of soil health. CAB International, Wallingford. ISBN 0851991580.
  • EEA (2001) Late lessons from early warnings: the precautionary principle https://www.eea.europa.eu/publications/environmental_issue_report_2001_22
  • Jeffery, S., C. Gardi, A. Jones, L. Montanarella, L. Marmo, L., Miko, K. Ritz, G. Peres, J. Römbke and W. H. van der Putten (eds.) (2010): European Atlas of Soil Biodiversity. European Commission, Publications Office of the European Union, Luxembourg.
  • SCHUURMANN G., MARKERT B. (1998) Ecotoxicology – Ecological fundamentals, chemical exposure abd biological effects
  • EEA (2013) Late lessons from early warnings: science, precaution, innovation https://www.eea.europa.eu/publications/late-lessons-2
  • Römbke, J. and Moltmann, J.F. (1996): Applied ecotoxicology. CRC Press LLC, New York. ISBN 0-56670-070-1.
  • Suter, G.W. II, Efroymson, R.A., Sample, B.E., and Jones, D.S. (2000): Ecological risk assessment for contaminated sites. Lewis Publishers, Boca Ranton. ISBN 1-56670-525-8. 437p.
  • KOPP, Radovan, Klára HILSCHEROVÁ a Eva POŠTULKOVÁ. Základy vodní ekotoxikologie. Vydání první. Brno: Mendelova univerzita v Brně, 2015, 151 stran. ISBN 9788075093349. info
  • WALKER, C. H. Principles of ecotoxicology. 4th ed. Boca Raton: CRC Press, 2012, xxv, 360. ISBN 9781439862667. info
  • WALKER, C. H. Principles of ecotoxicology. 4th ed. Boca Raton: CRC Press, 2012, xxv, 360. ISBN 9781439862667. info
  • NEWMAN, Michael C. Quantitative ecotoxicology. 2nd ed. Boca Raton, Fla.: Taylor & Francis, 2012, xxi, 570. ISBN 9781439835647. info
  • ANDĚL, Petr. Ekotoxikologie, bioindikace a biomonitoring. Vyd. 1. Liberec: Evernia, 2011, 243, [22]. ISBN 9788090378797. info
  • NEWMAN, Michael C. Fundamentals of ecotoxicology. 3rd ed. Boca Raton, Fla.: CRC Press, 2010, xxii, 541. ISBN 9781420067040. info
  • NEWMAN, Michael C. a William H. CLEMENTS. Ecotoxicology : a comprehensive treatment. Boca Raton, Fla.: CRC Press, 2008, 852 s. ISBN 9780849333576. info
  • BARDGETT, Richard D. The biology of soil : a community and ecosystem approach. 1st pub. Oxford: Oxford University Press, 2005, xi, 242. ISBN 0198525028. info
  • COLEMAN, David C., D. A. CROSSLEY a Paul F. HENDRIX. Fundamentals of soil ecology. 2nd ed. Amsterdam: Elsevier, 2004, xvii, 386. ISBN 0121797260. info
  • Vital soil : function, value, and properties. Edited by Peter Doelman - Herman J. P. Eijsackers. 1st ed. Amsterdam: Elsevier, 2004, xvii, 340. ISBN 0444517723. info
  • Bioavailability of contaminants in soils and sediments : processes, tools, and applications. Washington, D.C.: National Academies Press, 2003, xii, 420. ISBN 0309086256. info
  • ATLAS, Ronald M. a Richard BARTHA. Microbial ecology : fundamentals and applications. 4th ed. Menlo Park, California: Addison Wesley Longman, 1997, x, 694. ISBN 0805306552. info
  • Soil ecotoxicology. Edited by Joseph Tarradellas - Gabriel Bitton - Dominique Rossel. Boca Raton: Lewis Publishers, 1996, 386 s. ISBN 1566701341. info
  • Methods in applied soil microbiology and biochemistry. Edited by Kassem Alef - Paolo Nannipieri. London: Academic Press, 1995, 576 s. ISBN 0125138407. info
Výukové metody
Předmět je realizován formou pravidelných přednášek o jednotlivých tématech s prezentací v MS Powerpoint. Součástí výkladu jednotlivých témat je jejich demonstrace a vysvětlování na příkladech a případových studiích. Během semestru studenti samostatně zpracují několik zadaných úkolů.
Metody hodnocení
Návštěva přednášek není povinná, ale silně doporučená pro porozumění probíraným tématům Během výuky jsou studenti ústně dotazování na již probrané učivo. Závěrečné hodnocení (na konci semestru) je provedeno formou písemné zkoušky. Nejedná se o test jedné volby, ale o 50 otázek, z nichž řada vyžaduje popis, vysvětlení či schéma dotazovaného problému. Otázky mají různou bodovou hodnotu 1 - 3 dle obtížnosti. Celkový součet bodů je 100. K úspěšnému zvládnutí je potřeba dosáhnout alespoň 30 bodů.
Další komentáře
Studijní materiály
Předmět je dovoleno ukončit i mimo zkouškové období.
Předmět je vyučován každoročně.
Nachází se v prerekvizitách jiných předmětů
Předmět je zařazen také v obdobích jaro 2020, jaro 2021, jaro 2022, jaro 2023, jaro 2025.