Vodní tok jako ekologický komplex

1. Vodní tokjako ekologický komplex Ing. Daniel Mattas, CSc.

2. použité materiály a doporučené materiály k samostudiu: sylaby přednášek: http://www.natur.cuni.cz/ekologie/vyuka/tekouci-vody/ http://ekologie.upol.cz/ku/hhgo/hydrobiologie.htmhttp://ekologie.upol.cz/ku/ahdo/aplhyd.htmhttp://ekologie.upol.cz/ku/zoosfro/strfunriceko.htmhttp://ekologie.upol.cz/ku/rreo/revvodeko.htm 141RIN

3. Vodní tok = koryto + voda ? voda: rozpuštěné a nerozpuštěné látky organismy: rostliny, živočichové látkové toky: v korytě po proudu mezi organismy a vodou mezi organismy navzájemkoryto ↔ okolí interakce všeho se vším 141RIN

4. 2. Organismy 3. Biotické interakce kyslík světlo teplota Holistický pohled 1. Abiotický rámec 4. Potravní vztahy 5. Prostředí (ekosystém) 141RIN

5. proudění: - základem místní rychlosti a turbulence- vliv na rozdělení substrátu- přizpůsobení tvaru těla- obsazení vhodných míst- přísun potravy, odnos produktů metabolismu- kyslíkový režim- využití k driftu - při změně podmínek nutnost vyhledání úkrytu průtok • variabilita a abs. velikost je základním geomorfologickým faktorem- min i max průtoky zásadní vliv na druhovou skladbu oživení- max průtok – přenos vody a živin mezi tokem a nivou– reorganizace substrátu, následná rekolonizace- min průtok – zvýšené teploty, zarůstání, pro některé druhy stres Vliv fyzických podmínek 141RIN

6. hloubka toku - vliv na teplotní režim- pronikání světla (zvláště v kalné vodě) – fotosyntéza!- distribuce organismů s ohledem na predaci- omezení migrace při malých hloubkách- změny hloubky  přežití (vytřené jikry, semena rostlin, ...) šířka toku • zastínění hladiny břehovou vegetací  produktivita toku vzrůstá po proudu (zastínění ↓)- ptáci – nutný určitý prostor pro start a přistání, určitá vzdálenost od břehu při odpočinku (ochrana před predátory) • suchozemská zvířata – spolu s hloubkou může limitovat migrace napříč toku Vliv fyzických podmínek - pokračování 141RIN

7. Vliv fyzických podmínek - pokračování substrát - anorganický i organický materiál dna, kohesní i nekohesní- jeho rozdělení podmíněno prouděním- hlavní faktor ovlivňující rozdělení bentických organismů- ideální směsný substrát z prvků různé velikosti, příp. mosaikovité rozložení – larvy hmyzu a vodní hmyz  potrava ryb- oživen i do hloubky – hyporheos, organismy v intersticiích- ryby – specifické požadavky – úkryt (proudění, predátoři), tření ! možné ovlivnění skladby: - erozní procesy v povodí - angtropogenní zásahy nejčastěji změna substrátu směrem k menšímu zrnu – poproudní podmínky se posunují proti proudu 141RIN

8. teplotní režim - teplota vody vzrůstá po proudu  rovnováha s teplotou vzduchu- teplotní změny – sezónní (↑ po proudu), denní (↓ po proudu)- výrazný vliv lokálních podmínek ! (zastínění, vzdutí, hloubka, ...)- možnost stratifikace (hlubší voda s menší rychlostí)- zásadní význam pro organismy – rychlost metabolických reakcí +1°C  +10 % metabolismu (respirace, potrava !)- min a max teplota pro přežití, různá podle životního stadia Vliv fyzických podmínek - pokračování kyslíkový režim - O2 nutný k životu – respirace- obsah O2 závisí na teplotě, jeho rozdělení po profilu na turbulenci - zdroje – atmosféra, fotosyntéza  denní cyklus (někde)- spotřeba – respirace, rozklad org. látek, nitrifikace- různé organismy – různé nároky 141RIN

9. Vliv fyzických podmínek - pokračování vegetace ripariánní (břehová)- zastínění – vliv na teplotní režim– preference organismů (světlo/stín), maskování (ryby)- látkové vstupy- habitaty některých organismů (mrtvé dřevo, spadané listí, ...) mokřadní – na hranici voda – souš- nejvyšší produkce- habitaty- místo výtěru některých druhů ryb- nižší rychlosti – ukládání sedimentů akvatická (vodní)- v klidnějších, nezastíněných úsecích toku- habitaty- vytváření proudových stínů, sedimentace jemného materiálu- zarůstání koryta – často problém 141RIN

10. místo k bydlení – habitat–shrnutí všech fyzických podmínek makrohabitat – globální podmínky v dané lokalitě (nadmořská výška, gradient toku, průtokový, teplotní, kyslíkový režim, znečistění, ...) mesohabitat – lokální podmínky v dané lokalitě (charakter proudění, charakter dna, ... – peřej, tůň, brod, ...) mikrohabitat – lokální podmínky v místě pobytu daného organismu (rychlost, hloubka, substrát, možnost úkrytu, ...) každý organismus specifické nároky nutná diversita habitatů Habitat každý organismus potřebuje místo k bydlení + potravu 141RIN

11. Základní typy habitatů 141RIN

12. 1.Podle ekologického vztahu k základnímu substrátu Bentos = oživení dna (bakterie, řasy, hmyz, korýši, ...) Nekton = větší živočichové schopní vlastní lokomoce (ryby, hmyz, ...) Neuston = organismy vodní blanky (řasy, baktérie, larvy hmyzu, korýši) Pleuston = organismy žijící na hladině (rostliny, pavoukovci, hmyz) Plankton = organismy vznášející se ve vodě (baktérie, řasy, prvoci, ...) 2. Podle účasti organismů v koloběhu látek Producenti: fytoplankton, fytobentos, makrofyta, (bakterie) Konzumenti: zooplankton, zoobentos, ryby, ptáci… (herbivoři, omnivoři, karnivoři, vrcholoví predátoři = dravci) grazing (pastva) – „částečná predace“ filtrátoři, škrabači, lovci, paraziti, parazitoidi… Reducenti (destruenti): bakterie, zoobentos drtiči, sběrači, filtrátoři, smetači Společenstva vod 141RIN

13. Dekompozice Dekompozice Uvolnění živin pro primární produkci Produkce sedimentace Produkce živiny Organismy autotrofní x heterotrofní autotrofní organismy – čerpají živiny z okolí a foto– či chemosyntézou je přetvářejí v buňky svého těla (řasy, makrofyta, některé bakterie). Na autotrofních organismech závisí produkce toku heterotrofní organismy – musí „přijít k hotovému“, živiny se pohybují v potravním řetězci tam, kde je vlastní produkce toku malá, jsou nutné externí vstupy živin Spirální koloběh látek a živin 141RIN

14. Základní toky živin a energií 141RIN

15. Základní toky živin a energií 141RIN

16. Základní toky živin – koloběh O 141RIN

17. Základní toky živin – koloběh N 141RIN

18. Základní toky živin – koloběh P 141RIN

19. Zjednodušené schéma potravní sítě v toku DOM rozpuštěné org. látky FPOMjemný nerozp.org. materiál Shredders drtiči Collectorssběrači Grazersspásači 141RIN

20. poproudní transport allochtonního materiálu a vylétávajících dospělců (= Surface d.) poproudní transport bentických organismů (= True d.) Constant drift – kontinuální, náhodné přemísťování, nízká hustota organismů Catastrophic drift – pulzní, pohyby o vysokých hustotách způsobené fyzikálně-chemickými disturbancemi (vysoké průtoky, znečištění) Behavioral drift – periodický, výsledkem denní aktivity nebo vyhýbání se predátorům, konkurenci či jiným stresorům driftobsahuje většinu bentických bezobratlých, plůdek ryb a řasy některé taxony mají mnohem větší sklon ke driftování než taxony jiné Složení driftu se liší od složení bentosu drift je součástí „kolonizačního cyklu“ : poproudní úbytek larev (depopulace) je kompenzována protiproudovými lety adultních jedinců (samic) „production-compensation model“: poproudní drift představuje produkci v přebytku kapacity prostředí – drift je nízký, pokud je populace pod mezní kapacitou prostředí a zvyšuje se s jejím dosažením Drift: 141RIN

21. nemá  jak se s tím vyrovnat? • řád toku- zonální koncepty- další koncepty Má vodní tok všude stejné vlastnosti? 141RIN

22. á la Strahler klasický - toky stejného řádu různě velké,- co je hlavní tok?... Řád toku • toky stejného řádu ± stejná velikost- dobrá korelace řádu toku a dalších veličin (počet toků, průměrná délka, plocha povodí, sklon, ...  v ekologii běžně používán 141RIN

23. Zonální koncept Frič (1872) – tzv. rybí pásmaHuet (1952) prakticky totéž prameny a pramenné stružky (PR)pstruhové pásmo (PS)lipanové pásmo (L)parmové pásmo (P)cejnové (kaprové) pásmo (C)pásmo brakické vody (E) Illies a Botosaneanu 1962: eukrenon - pramenhypokrenon (PR) – pramenná stružka epirhitron (PS) – bystřina metarhitron - potok hyporhitron (L) - říčka epipotamon (P) - řeka metapotamon (C) - veletok hypopotamon (E) - estuár na základě makrozoobentosu jak vidno, v zásadě to samé, pouze jinak pojmenované  141RIN

24. hypokrenon (PR): pramenná stružka,málo vody – žádné ryby, teplota dána pramenem - nezamrzá epirhitron (PS): značný spád, kamenité dno, minimální sedimentace teplota ovlivňována pramenem méně, v zimě potok nezamrzá, v létě nepřesahuje teploty 16 °C, velmi dobré sycení vody kyslíkem (~100 %) organismy vázané na povrch kamenů dna, torrentilní druhy s adaptacemi k životu v proudu hyporhitron (L): zmírněný spád, častější tůně, kratší úseky bez peřejí, toky širokých horských údolí, částečně podhůří a říčky vysočin a pahorkatin dno kamenité, písčité nánosy řídké, pod trsy rostlin, velkých balvanů málo letní teploty pravidelně překračují 20 °C, téměř celá hladina zamrzá, kyslíkové poměry vyrovnané hlavními společenstvy bentos a nekton, celkový aspekt oživení podobný epirhitronu (převaha torrentilních forem), téměř chybí studenomilné (oligostenotermní) prvky Charakteristiky 141RIN

25. Charakteristiky - pokračování epipotamon (P): podhorské toky s mělkým korytem, kameny menších rozměrů, řečiště mění po povodní svoji polohu, střídání mělkých peřejí a dlouhých tůní kde dochází k sedimentaci písku a jemnějšího detritu maximální letní teploty mohou přesahovat 25 °C charakter oživení výrazně ovlivněn strukturou dna – zřetelné rozdíly mezi biocenózou torrentilních a fluviatilních úseků, ryby vykazují největší diverzitu (tento úsek obývá většina našich ryb), výskyt eurytermních organismů, adaptovaných na kolísání teploty metapotamon (C): meandrující toky nížin, výskyt peřejí ojediněle, substrát dna tvořen štěrkopískem, v pomalejších částech toku je dno hlinitopísčité nebo bahnitopísčité životní podmínky rozmanité v závislosti na substrátu (chudě oživené písky, naopak vysoká biomasa v bahnitých úsecích toku), zajímavá společenstva na potopených předmětech (mechovky, houby, nezmaři) minimální proud umožňuje rozvoj říčního planktonu (potamoplanktonu) s dominancí vířníků a cykloteloidních rozsivek a drobných chlorokokálních řas (Scenedesmus) 141RIN

26. v↓, h↑, T↑, ...  posun po proudu T↓  posun proti proudu Základní problémy zonálních konceptů - jednotlivá pásma nejsou jednoznačně definována, často se překrývají- hranice pásem se mohou pohybovat v závislosti na fysických podmínkách (průtok, teplota, ...)- mohou vznikat druhotná pásma (kanalizovaná trať, nádrž, úsek pod přehradou, ...) 141RIN

27. River Continuum ConceptVannote et al. 1980 Struktura a fungování říčních společenstev v úseku pramen-oceán se mění a tuto změnu lze predikovat 1) transformace CPOM/FPOM 2) biologická diverzita 3) proporcionalita funkčních trofických skupin 4) teplotní amplituda 5) Produkce/Respirace 1. v pořadí 141RIN

28. RCC - pokračování 141RIN

29. kritika: • jen dlouhé panenské řeky s korytem typu kanálu bez nivy- věčně ustálený stav- přísun org. C nahoře systém dole neuživí- podklady pro produkci, diversitu, ..., nedostatečné   další koncepty RCC - pokračování předpoklady: • kontinuální gradient a vývoj v toku v podélném profilu- 1D stacionární koncept – vše teče korytem (jenom a pouze!), pořád stejně- dlouhé panenské řeky mírného pásma- komunikace s nivou = 0- přísun org. C jen zvenčí na horním toku, dále jen transformace CPOM  FPOM  DOM kontrolní faktory: řád toku (Strahlerův) přísun org. C 141RIN

30. v↓, h↑, T↑, ...  posun po proudu T↓  posun proti proudu Další koncepty – reakce na RCC Serial Discontinuity Concept (Ward & Stanford 1983) - kontinuum neexistuje, vývoj toku sestává z diskontinuit- diskontinuity posouvají stav kontinua po a proti proudu- nádrž/zdymadlo = posun po proudu (v↓, h↑, T↑)- pod nádrží posun proti proudu (↓T) kontrolní faktory: lokalizace, velikost, délka diskontinuity 141RIN

31. Další koncepty – reakce na RCC Stream Hydraulics Concept (Statzner & Higler 1985) • jediný kontrolní faktor je hydraulika – rychlost proudění- bentos je kontrolován adaptací na proudění (rychlost, hloubka, sklon, drsnost, teplota)- zdroje org. C zanedbatelné • popisuje vývoj biocenóz v systému/podélném profilu a jeho kontrolu 141RIN

32. Další koncepty – reakce na RCC Flood Pulse Concept (Junk et al 1989) • 3D + čas- součástí říčního toku povodně (povodňové pulsy)- během sezóny různé stavy – koryto prázdné, plné, vybřežení, povodeň- povodeň kontroluje produkci v nivě- produkce v nivě se vrací do koryta- produkce toku je propojená s produkcí v nivě, je rozložená v sezóně kontrolní faktory: - retence v nivě, přísun splavenin, vliv na terestrickou produkci - intensita a trvání pulsu (povodně) - kolísání Q určuje diversitu habitatů (v korytě i v nivě) - vysoká hodnota P/R niva absorbuje účinky povodní (protipovodňová ochrana)„normální“ pulsy zvyšují diversitu v krajině, produkci ryb, ...retence v nivě snižuje přísun živin do toku (eutrofisace !) 141RIN

33. Děkuji za pozornost 141RIN