Vodní tokjako ekologický komplex

Zdroj: přednášky Ing. Daniel Mattas, CSc.

141RIN 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 ?

organismy:

rostliny, živočichové

voda:rozpuštěné a nerozpuštěné látky

látkové toky:v korytě po proudu mezi organismy a vodou mezi organismy navzájemkoryto ↔ okolí

interakce všeho se vším

141RIN 4

1. Abiotický rámec

2. Organismy

3. Biotické interakce

teplota

kyslí

k

s

větlo

Holistický pohledHolistický pohled

5. Prostředí (ekosystém)

4. Potravní vztahy

141RIN 5

Vliv fyzických podmínek

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

141RIN 6

Vliv fyzických podmínek - pokračování

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

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

Vliv fyzických podmínek - pokračování

kyslíkový režim

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

- 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 - pokračovánívegetace

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

každý organismus potřebuje místo k bydlení + potravu

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

141RIN 11

Základní typy habitatů

141RIN 12

Společenstva vod

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, ...)

1. Podle ekologického vztahu k základnímu substrátu

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

141RIN 13

Organismy autotrofní x heterotrofní

autotrofní organismy – čerpají živiny z okolí a foto– či chemosyntézou je přetvářejí v buňky svého těla (řasy, makrofyta, některé bakterie).

heterotrofní organismy – musí „přijít k hotovému“, živiny se pohybují v potravním řetězci

Na autotrofních organismech závisí produkce toku

tam, kde je vlastní produkce toku malá, jsou nutné externí vstupy živin

Produkce

DekompoziceUvolnění živin pro primární produkci

Dekompozice

sedimentace živiny Produkce

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

Drift:poproudní transport allochtonního materiálu a vylétávajících dospělců (= Surface d.)poproudní transport bentických organismů (= True d.)

Constant drift – kontinuální, náhodné přemísťování, nízká hustota organismůCatastrophic 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

drift obsahuje většinu bentických bezobratlých, plůdek ryb a řasyněkteré taxony mají mnohem větší sklon ke driftování než taxony jiné

Složení driftu se liší od složení bentosudrift 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

141RIN 21

Má vodní tok všude stejné vlastnosti?

nemá jak se s tím vyrovnat?

- řád toku- zonální koncepty- další koncepty

141RIN 22

Řád toku á la Strahler

klasický

- toky stejného řádu různě velké ,- co je hlavní tok?...

- 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 konceptFrič (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 stružkaepirhitron (PS) – bystřinametarhitron - potokhyporhitron (L) - říčkaepipotamon (P) - řekametapotamon (C) - veletokhypopotamon (E) - estuár

jak vidno, v zásadě to samé, pouze jinak pojmenované

na základě makrozoobentosu

141RIN 24

Charakteristiky

hypokrenon (PR): pramenná stružka,málo vody – žádné ryby, teplota dána pramenem - nezamrzá

epirhitron (PS): značný spád, kamenité dno, minimální sedimentaceteplota 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 pahorkatindno kamenité, písčité nánosy řídké, pod trsy rostlin, velkých balvanů máloletní teploty pravidelně překračují 20 °C, téměř celá hladina zamrzá, kyslíkové poměry vyrovnanéhlavními společenstvy bentos a nekton, celkový aspekt oživení podobný epirhitronu (převaha torrentilních forem), téměř chybí studenomilné (oligostenotermní) prvky

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 detritumaximální 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 bahnitopísčitéživotní 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

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, ...)

v↓, h↑, T↑, ... posun po proudu

T↓ posun proti proudu

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/FPOM2) biologická diverzita 3) proporcionalita funkčních trofických skupin4) teplotní amplituda5) Produkce/Respirace

1. v pořadí

141RIN 28

RCC - pokračování

141RIN 29

RCC - pokračování

-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

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

předpoklady:

kontrolní faktory:řád toku (Strahlerův)přísun org. C

141RIN 30

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)

v↓, h↑, T↑, ... posun po proudu

T↓ posun proti proudu

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

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

Další koncepty – reakce na RCC

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