Ekologie II 8. Základy ekologie vodního prostředí

Ekologie II 8. Základy ekologie vodního prostředí Voda   

Nezbytná podmínka života Tvoří největší podíl biomasy organismů Hydrosféra je nejrozšířenějším prostředím planety (tvoří více než 2/3 povrchu Země) o 98,4% - mořská voda o 1,5% - led o 0,1% - voda v kapalném skupenství o 0,001% - vodní pára

Chemické vlastnosti vody  Voda je vnitřním prostředím všech organismů, je médiem, ve kterém probíhají všechny biochemické děje, umožňuje látkovou a energetickou výměnu a sama také do reakcí vstupuje (např. fotolýza vody při fotosyntéze)  Jedinečné fyzikálně chemické vlastnosti o Výborné rozpouštědlo o Vysoká specifická skupenská tepla (teplota varu a teplota tání) o Velká měrná tepelná kapacita  velký klimatický vliv o Při své molekulové hmotnosti (18) by měla být při pokojové teplotě a tlaku 1 atm plynem o V pevném skupenství zvětšuje objem  největší hustotu nemá led, ale tekutá voda při 3,95°C o Led se tvoří na povrchu vodních ploch a nezamrzlou vodu izoluje, na dně se hromadí voda o teplotě 4°C  přežívání vodních živočichů o Mrazové zvětrávání o Kypření ornice mrazem 

Molekula vody  vodíkové můstky  o Zvýšení teploty varu (bez vodíkových můstků vy voda vřela při –75°C!) o klastry (shluky dynamicky se měnících molekul) o Led  krystalová mřížka  menší hustota o Vodíkové vazby jsou i v jiných molekulách, např. stabilizují obrovské organické molekuly (proteiny, nukleové kyseliny)



Voda tvoří většinu těl organismů o Je nestlačitelná  zachování tvaru těla organismů o Voda má nejnižší hustotu při 35°C  tělesná teplota homoiotermních živočichů o Intracelulární voda  v buňkách (40 – 25% tělesné hmotnosti) o Extracelulární tekutiny  mimo buňky (15 – 25%) o Obsah vody v těle se mění s věkem (člověk  embryo 95%, novorozenec 80%, dospělý jedinec70 – 60%)

Typy vodních ekosystémů  

Mořské ekosystémy o Biom volného oceánu o Biom šelfových moří Vnitrozemské vody o Podzemní  Sladké  Minerální o Povrchové  Stojaté (lentické prostředí)  Tekoucí (lotické prostředí)

Oceány  

Průměrná hloubka cca 4 000 m, největší hloubka více než 11 000 m Mořské proudy  důležitý faktor oceánského prostředí, pohyb obrovských objemů vod  Antarktický cirkumpolární proud – 240 mil. m3/sec. (X ústí Amazonky 200 tis. m3 /sec.)

(Raichholf, 1999)

Lentické prostředí   

 

Stojaté vody Zejména ty neprůtočné představují systémy s víceméně uzavřeným koloběhem látek Podle stability rozeznáváme prostředí o Eustatické – jezera, včetně slaných o Astatické – rybníky, tůně apod. o Údolní nádrže mohou být obojí o Platí i pro tekoucí vody  Eustatické – horské toky a veletoky  Astatické – střední a nížinné toky řek Patří sem i rašeliniště a periodické vody Prostorové podmínky života ve stojatých vodách o Pelagiál  oblast volné vody o Bentál  oblast dna o Eufotická zóna  většina primární produkce o Litorál  příbřežní pásmo dna  Jezera  hlubší  litorál tam, kde je submerzní vegetace (obvykle cca 6 m)  Rybníky  mělké  litorál tam, kde je vynořená pobřežní vegetace o Sublitorál  navazuje na litorál do hloubky cca 12 m o Profundál  neosvětlené pásmo bentálu

Prostorové rozčlenění ekosystému a společenstva stojaté vody (Rajchard a Balounová, 1996)

Jezera  Významným faktorem je případná průtočnost nebo naopak izolovanost  Jezera ledovcového původu, horská jezera a jezera na substrátech chudých na biogenní prvky v rozpustné formě jsou obvykle oligotrofní Rašeliniště  Vznik za specifických geologických a klimatických podmínek  Rašeliníky  Pomalý rozklad organické hmoty  nedostatek kyslíku, nízké pH (3,5 – 5,5  huminové kyseliny) láky s bakteriostatickými účinky vylučované rašeliníkem  Typy rašelinišť o Vrchoviště  odkázaná na srážkovou vodu (pouze na ni  rašeliniště ombotrofní) o Slatiny  zásobená především spodní vodou o Přechodná rašeliniště  Organismy osidlující rašeliniště o Tyrfofilní  preferují rašeliniště o Tyrfobiontní  osidlující pouze rašeliniště  Okraje – lagg  Šlenky a bulty

(Reichholf, 1999)

Podzemní vody  Různě prostorné zatopené jeskyně, podzemní toky, stojatou či protékající vodou naplněné pukliny v horninách apod.  Stygon  biotop podzemních vod o Afotické podmínky a nízká konstantní teplota (časté glaciální relikty) o Zdroj potravy organické látky allochtonního původu splavené z povrchu země o Přizpůsobení  ztráta pigmentu a světločivných orgánů o Bezobratlí, obojživelníci, ryby Rybníky  Zcela umělé nádrže s plně regulovatelným stavem vody, úplně vypustitelné  Mělké nádrže podléhající sukcesi  zazemňování  nutná údržba  České rybníky o Jedinečný fenomén i ze světového hlediska o Vznik ve středověku  prvotní účel chov ryb, dnes i retenční nádrže nebo rekreační účely o Složitý a důmyslný systém napájecích a vypouštěcích vodotečí o V současné době v ČR cca 23 400 rybníků o celkové výměře cca 52 000 ha  velký význam pro vodní režim v krajině a centra biodiverzity  jako nový prvek v krajině soustředí druhy jak jezerní, tak osidlující lesní mokřady, říční systémy apod. o V současné době silně eutrofizované Zatopené plochy po těžbě  Pískovny, lomy, důlní propadliny (pinky)  Různý charakter, hloubku atd. podle způsobu těžby, konfiguraci terénu, hladině spodní vody, propustnosti geologických vrstev aj.  Někdy mají charakter nového typu vodního ekosystému v krajině (např. desítky metrů hluboká oligotrofní jezera v krajině s intenzivním zemědělstvím a vysoce eutrofními rybníky)  Vznik mokřadních a vodních společenstev „de novo“ studium primární sukcese Údolní nádrže  Hluboké, vesměs oligotrofní, ale splachy z polí…  Významnou roli hraje časté kolísání vodní hladiny vlivem manipulace s vodou a specifické teplotní poměry (např. vypouštění chladné vody z hloubky nádrže…)  Ale mohou existovat i nádrže mělké, eutrofní a zazemňující se (Novomlýnské nádrže na Dyji) X zatopené hluboké skalnaté kaňony řek  Nádrže o malém objemu s rychlým průtokem  celoročně teplotně vyrovnaná voda přitékající ode dna nádrže výše položené (Štěchovická údolní nádrž s přítokem z nejhlubších vrstev vody Slapské nádrže)  Hluboká nádrž a dlouhé zdržení vody (měsíc a více) výrazná teplotní stratifikace (Slapy, Orlík)

Přehradní nádrže  Po napuštění sukcese společenstev, ale nejsou izolované od jiných vodních biotopů  výchozí společenstva původního říčního ekosystému, ale záhy převládnou druhy v řece neexistující Říční ramena oddělená od toku řeky  Významné vodní a mokřadní ekosystémy v povodí velkých řek  Spojené s tokem řeky nebo oddělené, ale většinou přeplavované pravidelnými povodněmi  Regulace toků  ničení těchto významných lokalit Periodické vody  Zejména oblasti se sezónně podmíněným výrazným střídáním přísunu srážek nebo povodňový prostor říčních niv  Specifické druhy organismů schopné přečkat období vyschnutí ve stadiích vajíček do dalšího zaplavení lokality  Listonozi  Anuální halančíci v podmínkách afrických a jihoamerických tropických oblastí s výrazným střídáním období sucha a dešťů Dendrotelmy  Periodické vody v dutinách stromů Euphytotelmy  Velmi drobné periodické vody v růžicích listů, např. tropických bromélií  Vývoj larev hmyzu či vývojových stádií obojživelníků

Lotické prostředí 



Ekosystém vodních toků, dělení na o Krenal = úsek prameniště o Eukrenal = horní o Hypokrenal = dolné o Rhithral = horní úsek řek o Epirhithral, metarhithral, hyporhithral o Potamal = dolní úsek řeky V praxi o Pstruhové pásmo = horské nebo vyšší podhorské úseky řek o Lipanové pásmo = podhorské úseky řek o Parmové pásmo = podhorské, popř. rychleji tekoucí nížinné úseky řek o Cejnové pásmo = pomalu tekoucí nížinné úseky ře o Brakická zóna = při ústí do řek



Vliv proudění na organismy  Morfoplastický, fyziooplastický, etoplastický  Prudší proud  menší biodiverzita, přizpůsobení tvarem, orgány k přichycení k podkladu  Ti stržení proudem  organický drift



Specifické teplotní poměry tekoucích vod o Roční kolísání různé v různých partiích řek Psamal o Specifické společenstvo písčitých náplav



Hydrologický cyklus 

Výměna vody mezi zemským povrchem a atmosférou (odpařování a srážky)



Velký (na úrovni celé biosféry) a malý (na úrovni ekosystémů) vodní cyklus

Abiotické faktory ve vodním prostředí Obsah rozpuštěného kyslíku  Původ ze vzduchu (difúze) a z asimilační činnosti autotrofních organismů  Rozpustnost plynů se ve vodě zvětšuje s klesající teplotou a se stoupajícím atmosférickým tlakem  Obsah kyslíku v mořích kolísá podle lokality, ale v rámci každé lokality a hloubky je relativně stálý; nedochází k výraznému deficitu (nejvíc u hladiny, pak klesá a pak zase mírně roste, promíchávání mořskými proudy)  X stojatých sladkých vod  přizpůsobení organismů na rychlé a významné změny obsahu kyslíku  organismy euryoxybiontní (ryby v rybníce – změny i v rámci dne a noci)  Tekoucí vody  difúze  organismy stenooxybiontní  Absence kyslíku  organismy anaerobní 



Kolísání obsahu rozpuštěného kyslíku během dne ve stojatých vodách o Minimum kyslíku před rozedněním (v noci dýchají i autotrofové)  pak obsah stoupá, maximum odpoledne až navečer o Opačně je to s kolísáním acidity – obsahu volné kyseliny uhličité, která je fotosyntézou spotřebovávána (jako CO2)  korelují hodnoty pH Minimální kolísání ve vodách o Tekoucích (málo fytoplanktonu, difúze kyslíku z atmosféry) o Oligotrofních stojatých s málem autotrofních mikroorganismů o Dystrofních rašelinných (nízké pH dané vysokým obsahem huminových kyselin o Silně znečištěných se silně omezeným oživením

Salinita  Mořská voda o 3,5% solí (3,3 – 3,7 podle lokality, některá moře i 2%) o Převážně chloridy (chlorid sodný) a sírany (síran hořečnatý)  Sladká voda o Méně než 0,01% solí o Uhličitany a dusičnany  Voda brakická 

Adaptace na salinitu o Schopnost organismu udržet stálé osmotické poměry vnitřního prostředí při osmoticky odlišném prostředí vnějším o Moře  hypertonické prostředí  zabránění ztrátám vody z organismů (dehydrataci) o Sladká voda  prostředí hypotonické  zabránění ztrátám solí a průniku příliš vody do organismu o Různá řešení u různých skupin organismů

pH vody  pH = záporný dekadický logaritmus koncentrace vodíkových iontů  Závisí zejména na rovnováze mezi kyselinou uhličitou a jejími solemi  Organismy o Euryiontní – tolerují značné výkyvy pH o Stenoiobiontní – vyhraněné požadavky na pH v úzkém rozmezí o Acidofilní o Neutrofilní o Alkalifilní  Mořské prostředí  poměrně stálé pH, většinou mírně alkalické (8,1 – 8,3)  Dešťová voda  5,7 (obsahuje rozpuštěné plyny)  Sladké vody  široké rozmezí od pH 3 (rašeliniště) po pH 10 – 11 (mnoho vegetace a vysokým obsahem vápníku, minerální vody)

Teplota vody  Ovlivňuje biologické děje a také změny hustoty, stratifikace a proudění vodních mas v nádržích  Sezónní výkyvy teplot oceánů o Největší v povrchových vrstvách epipelagiálu (do 200m, až 15°C) o V nejspodnějších vrstvách (batypelagiálu a abysopelagiálu) desetiny stupně o V hadálu žádné



Teplotní stratifikace a cirkulace vody v nádržích o U hladiny ohřev  v noci rychlé ochlazení  pokles do hlubších vrstev, teplejší vody vytlačeny vzhůru  konveční vertikální proudění, podporované horizontálním prouděním vyvolaným větrem o Konvekční proudění promíchává vodu do jisté hloubky, pak je skočná vrstva (termoklina)  pokles teploty na 1m o několik °C o Oddělení epilimnia a hypolimnia  v hypolimniu málo kyslíku a chladno  letní stagnace o Na podzim je skočná vrstva stlačena ke dnu  totální podzimní cirkulace vdy o Zima  inverzní stratifikace, povrchové vody studené, u dna 4°C o Jaro  totální jarní cirkulace po roztání ledu, vytvoření skočné vstvy



Teplotní stratifikace vodní nádrže (Reichholf 1999)

Světlo  Vliv na prohřívání vody a na fotosyntézu  Část se odráží od hladiny, část je rozptýlena ve vodě, část absorbována a přeměněna v teplo  Fotická vrstva o její tloušťka závisí na množství rozpuštěných a rozptýlených látek ve vodě o Max. 200m (kompenzační bod  intenzita fotosyntézy = intenzita dýchání)  Afotické prostředí o Bioluminiscence  V moři nejvyšší produkce kousek pod hladinou – mořský fytoplankton je stínobytný  Ve vodním prostředí  odfiltrovávána červená a modrá složka světla, zbývající zelená je chlorofylem pohlcována slabě  pomocné pigmenty ruduch (červený fykoerytrin a modrý fykocyanin) Průhlednost vody  Dána zákalem vody o Anorganické znečištění o Biogenní zákal  daný oživením vody planktonními organismy  Ovlivňuje průnik světla  Oligotrofní vody  15 – 20m, eutrofní desítky cm až metry Barva vody  Dána fyzikálními jevy (odrazem oblohy), anorganickými látkami a mikroorganismy 

Podle průhlednosti a barvy vody lze orientačně posoudit intenzitu průběhu potravního řetězce ve vodním prostředí, popř. i momentálně dominující trofické úrovně. Zajímavou informaci může poskytnout i zápach vody.

Hydrostatický tlak  Hmotnost vodního sloupce působící na organismy  Do hloubky vzrůstá o cca 1 atmosféru na 10 m hloubky  Problémy činí náhlé změny (např. rychlé vynoření) Hustota vody  Závisí na teplotě a množství a druhu ve vodě rozpuštěných látek  ovlivňuje hlavně hustotu mořské vody  Největší hustota při 4°C  přezimování organismů Viskozita  Vnitřní tření kapaliny  ovlivňuje odpor vůči tělesu, které se v kapalině pohybuje  Voda cca 100x vyšší viskozita než vzduch  S rostoucí teplotou klesá  cylomorfóza plantonních organismů  jednotlivé generace během roku se tvarově mění v závislosti na měnící se teplotě a tím i viskozitě vody

Povrchové napětí  Na rozhraní mezi kapalným a plynným prostředím  Pevnost daná zvýšenou soudržností vody  povrchová blanka Vlnění vody  Význam hlavně v oceánech a mořích, ale i velkých vnitrozemských vodách  Působí na ostatní faktory fyzikální a chemické (rozptyl a rozpouštění látek ve vodě, eroze břehů) i biologické (přesuny a soustředění planktonu a tím ovlivnění celé trofické sítě)

Společenstva vodního prostředí 

Seston = veškerá odfiltrovatelná příměs ve vodě o Abioseston = látky neživé (např. detrit) o Bioseston = živé organismy



Plankton o Drobné organismy vznášející se pasivně ve vodním sloupci o Zooplankton a fytoplankton



Bentos o Organismy dna vodních nádrží

Fytoplankton  Mikroplankton (50 – 500 mikrometrů)  Nanoplankton (do 50 mikrometrů)  Svým složením chrakterizuje různé typy vod  Složení se mění podle ročního období )změny teplot, osvětlení, chemismu vody, stupně predačního tlaku)  Sinice a řasy různé taxonomické příslušnosti o Vegetační zákal  tvořen drobnými řasami, rovnoměrně rozptýlené ve vodním sloupci  voda má všude stejnoměrné zbarvení o Vodní květ  sinice (Anabaena, Aphanizomenon, Microcystis), tvoří shluky – mnohobuněčné kolonie, často na hladině (plynné vakuoly) 

Podle obsahu dostupných živin a z toho vyplývajících produkčních vlastností nádrže a jejího oživení rozeznáváme o Nádrže oligotrofní  chudé na živiny  i na fytoplankton, malá produkce organické hmoty, to málo rychle mineralizováno, přírustek sedimentu pomalý, obvykle dostatek kyslíku. Př. horská jezera, údolní nádrže na horních tocích, vodárenské nádrže, některé pískovny o Nádrže eutrofní  bohaté na živiny i na plankton (vodní květ vegetační zákal, kombinace obojího), velká produkce org. hmoty, odumíráním se hromadí rozkládající se bahno  spotřeba kyslíku z profundáu, v bentálu výrazné kyslíkové deficity zejména v létě a v zimě (na jaře a na podzim cirkulace vody). Př. obhospodařované rybníky, údolní nádrže na středních a dolních tocích aj.)

o Nádrže saprotrofní  nadbytek živin a organické hmoty pocházející z exogenního zdroje (znečištění, hnojení)  většina organismů saprotrofní nebo mixotrofní. Hromadný výskyt bičíkovců bez asimilačních pigmetů. Př. návesní rybníky, rybníky k čištění odpadních vod, přehnojené rybníky  extrém  hypertrofní nádrže o Dystrofní nádrže  kyselé podklady, rašeliniště, horské a podhorské oblasti. Obsah huminových kyselin  voda hnědá a kyselá, malý obsah biogenních prvků, což omezuje primární produkci. Fytoplankton specifického složení, druhově bohatý, ale málopočetný Fytobentos  Společenstva rostlin osidlující dna vod Perifyton  Společenstva rostlin obrůstající předměty ponořené ve vodě a těla vodních makrofyt Zooplankton  Společenstvo drobných vodních živočichů vznášejících se víceméně pasivně ve volné vodě  Makroplankton  větší než 500 mikronů  Mikroplankton  60 – 500 mikronů  Nanoplankton  5 – 60 mikronů  Ultraplankton  menší než 5 mikronů 

 

Korýši o Perloočky (Cladocera) – především filtrátoři, živící se drobným fytoplanktonem a detritem  Větší druhy (rod Daphnia)  průhlednost vody  Drobné druhy (Bosmina)  menší konzumace řas, větší zákal o Klanonožci (Copepoda) Vířníci (Rotatoria) Larvy hmyzu (Diptera – Chaoborus)

Nekton  Větší vodní organismy schopné vlastního aktivního pohybu  Bezobratlí včetně larválních stádií, ryby, obojživelníci Zoobentos  Živočichové žijící na dně  Funkce podobná funkci edafonu na souši (přemisťování hmoty, rozkladné procesy)  Mikrobentos o Vířníci (Rotatoria), prvoci (Protozoa)  Makrobentos o Nitěnky (Tubificidae), larvy hmyzu (pakomáři Chironomidae), měkkýši, korýši

Pleuston  Živočichové na vodní hladině s pasivním pohybem  Epineustické druhy  horní plocha povrchové blanky  Hyponeustické  spodní plocha Neuston  Živočichové na vodní hladině pohybující se aktivně Cenózy příbojové zóny břehů  Extrémní podmínky  specifická přizpůsobení, někdy podobná jako v případě tekoucích vod  Zejména mořské pobřeží nebo velká jezera Vodní obratlovci  Paryby, kruhoústí, ryby, vývojová stadia obojživelníků  Obratlovci suchozemští, se specifickými přizpůsobeními k využívání vodního prostředí o Obojživelníci o Plazi (želvy, krokodýli, mořští leguáni) o Ptáci  na vodu vázáno 10% druhů  tučňáci, potáplice, potápky  vrubozobí, krátkokřídlí, brodiví, bahňáci,  srostloprstí (ledňáček říční), pěvci (skorec vodní), dravci (orlovec říční), sovy (ketupa) o Savci  kytovci, sirény, ploutvonožci, ptakořitní  Šelmy (vydra), hlodavci (kapybara), hmyzožravci (vydřík hbitý), lichkopytníci (tapír), sudokopytníci (hroch obojživelný) 

Adaptace na vodní prostředí o Zábrany nadechnutí pod vodou (útlumy dýchacích reflexů o Vytváření zásoby kyslíku v těle (hlavně kyslík v krvi a svalech – větší objem krve) o Přizpůsobení oběhového systému (přednostní přísun kyslíku k životně důležitým orgánům, omezení průtoku krve orgány, které hypoxii tolerují – hypotermie) o Bradykardie (pokles srdeční frekvence na 5 – 10% klidových hodnot  vede k utonutí při skoku do studené vody) o Přizpůsobení vůči hdrostatickému tlaku  nebezpečí embolie (kytovci smáčknutý hrudník – vytlačení vzduchu z plic) o Potápění  Výdech  Vyšší měrná hmotnost těla  Tvar a celková stavba těla